Теоретические основы менеджмента техногенного риска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теоретические основы менеджмента техногенного риска

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

менеджмент техногенный риск

Актуальность работы. За последнюю четверть ХХ века зарегистрировано более 60%, а в 80-е годы - 33% от самых крупных происшествий прошлого столетия. При этом ущерб от аварийности, травматизма и профессиональной заболеваемости на производстве достигал 7-10% валового национального продукта промышленно развитых государств, а экологическое загрязнение и несовершенная техника безопасности явились причиной преждевременной смерти примерно 20-30% мужчин и 10-20% женщин. Что касается промышленного сектора, то особенно негативное воздействие на людей и природу дают химическая и смежные с ней отрасли промышленности России. Например, на их опасных производственных объектах (ОПО) ныне зарегистрирован самый высокий риск гибели людей в несчастных случаях.

Несмотря на существенный вклад исследований Баратова А.Н., Бесчастнова М.В., Брушлинского Н.Н., Горского В.Г., Егорова А.Ф., Едигарова А.С., Елохина А.Н., Измалкова В.И., Кафарова В.В., Легасова В.А., Махутова Н.А., Мешалкина В.П., Муромцева Ю.Л., Можаева А.С., Палюха Б.В., Потехина Г.С., Рябинина И.А., Сафонова В.С., Тарасовой Н.П., Швецовой-Шиловской Т.Н., Cramer J.J., Greenberg H.R. и других ученых, проводимая в этих отраслях научная работа пока не привела к созданию единой методологии обеспечения безопасности их ОПО, а организация обеспечения охраны труда, промышленной и экологической безопасности страдает из-за ведомственных барьеров. Как итог - сегодня там отсутствуют не только методики обоснования, обеспечения, контроля и поддержания социально-приемлемого техногенного риска, но также общепринятые количественные показатели и критерии его оценки.

1.2. Цель, объект, предмет и задачи исследования. Исходя из вышеизложенного, цель диссертационной работы заключалась в разработке теоретических основ менеджмента техногенного риска (МТР) на ОПО химической отрасли - как новой информационной технологии управления процессом обеспечения их производственно-экологической безопасности (ПЭБ) на основе концепции социально-приемлемого техногенного риска. В качестве объекта исследования выбрана система «администрация ОПО - его химико-технологические установки», интерпретируемые как организационная и человекомашинная системы (ЧМС), а предмета - объективные закономерности прогнозирования и регулирования техногенного риска администрацией этих ОПО. Основными задачами диссертационного исследования явились:

1. Разработка методологических основ МТР на ОПО химической и смежных с нею отраслей промышленности. При этом решаемые их администрацией задачи были разделены на две группы: а) прогнозирование показателей техногенного риска химико-технологических установок (ХТУ), б) его регулирование для поддержания приемлемого для нее уровня ПЭБ.

2. Обоснование состава моделей и методов, наиболее пригодных для прогнозирования таких количественных параметров риска, как а) мера возможности появления в ХТУ аварийных происшествий, б) мера результата (размер ущерба и время до) проявления техногенного риска в форме аварийных и иных вредных выбросов части обращающегося в ХТУ энергозапаса.

3. Разработка методологии программно-целевого регулирования техногенного риска (ПЦРТР) на ОПО химической отрасли, реализуемой на стадиях 1) стратегического планирования и 2) оперативного управления путем постановки и решения следующих четырех задач: а) обоснование, б) обеспечение, в) контроль и д) поддержание приемлемой для администрации ОПО вероятности появления в ХТУ техногенных происшествий конкретного типа.

4. Проведение ситуационных исследований для апробации и обоснования области предпочтительного применения моделей и методов, рекомендуемых для системного прогнозирования и регулирования техногенного риска, а также формулирование и верификация основанных на них методик, пригодных для постановки и решения соответствующих задач МТР.

1.3. Научная новизна. Сопоставление известных и полученных в диссертации результатов позволяет утверждать об оригинальности следующих ее положений:

1. Концептуально-методологические основы МТР - а) энергоэнтропийная концепция (ЭЭК) и классификация объективно существующих опасностей; б) определения базовых категорий: производственно-экологическая безопасность, техногенный риск, менеджмент техногенного риска, его объект, этапы и задачи; в) наиболее общие принципы и методы МТР; г) концепция системы МТР: структура, цель, задачи, показатели и критерии оценки.

2. Методология прогнозирования техногенного риска на ОПО: а) обобщенная структура данного процесса; б) универсальный подход к прогнозированию риска техногенных происшествий на основе единого класса моделей типа «диаграмма причинно-следственных связей» (ДПСС); в) универсальный подход к прогнозированию техногенного ущерба путем четырехступенчатой декомпозиции процесса его причинения; г) состав и области предпочтительного использования конкретных моделей и методов прогнозирования риска; д) процедура качественного и количественного анализа выбранных моделей с целью выявления закономерностей проявления риска и оценки его параметров; ж) совокупность оригинальных моделей появления происшествий типа «дерево», «потоковый граф» и «сеть стохастической структуры», пригодных для прогноза и снижения техногенного риска при функционировании ХТУ.

3. Методология программно-целевого регулирования техногенного риска администрацией ОПО: а) концепция программно-целевого подхода к снижению такого риска до приемлемого для нее уровня; б) состав и постановка задач, решаемых при стратегическом планировании и оперативном управлении данным процессом с целью обоснования, обеспечения, контроля и поддержания приемлемой вероятности происшествий на ОПО; г) технология и результаты решения новыми и известными способами всех этих задач при проектировании и изготовлении ХТУ, отборе и подготовке эксплуатирующего их персонала; д) организация статистического оценивания и поддержания приемлемого техногенного риска обучением и оснащением персонала средствами защиты; е) технология оценки и оптимизации контрольно-профилактических мероприятий по снижению и перераспределению техногенного риска, с учетом страхования.

1.4. Особую практическую ценность теоретических основ МТР на ОПО представляют:

а) методология системного прогнозирования и регулирования техногенного риска администрацией ОПО, представляющая базис такой новой информационной технологии, которая использует современные математические и машинные методы для априорной оценки и оперативной разработки мероприятий, позволяющих снизить до приемлемого уровня техногенный ущерб от аварийных и иных вредных выбросов накопленного там энергозапаса;

б) технология обоснования, контроля, обеспечения и поддержания приемлемых для администрации ОПО параметров техногенного риска, позволяющая усовершенствовать оперативное управление разработкой и реализацией там таких целевых программ, которые направлены на повышение уровня безопасности наиболее ответственных технологических процессов;

в) способы снижения параметров техногенного риска за счет совершенствования профотбора и обучения персонала ОПО, количественной оценки параметров средств защиты и вредности рабочей среды, оптимизации контрольно-профилактической работы и перераспределения риска путем страхования, позволяющие не только уменьшить число и тяжесть техногенных происшествий, но и улучшить технико-экономические показатели промышленного производства;

г) возможность интеграции МТР в общий менеджмент администрации ОПО, позволяющая консолидировать ее ныне разобщенные усилия по обеспечению пожарной, промышленной и экологической безопасности, гражданской защите, охране труда и предупреждению чрезвычайных ситуаций, что обеспечит не только сокращение численности занятого этим персонала и экономию соответствующих средств, но и снижение возможного техногенного ущерба.

1.5. Апробация и реализация результатов. Основные положения диссертации прошли апробацию в Государственной научно-технической программе "Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф", а также в публикациях и выступлениях на следующих научно-практических форумах:

Международные, всесоюзные и федеральные симпозиумы, научно-практические конференции и семинары (школы-семинары):

1. "Проектирование, оценка и оптимизация функционирования систем "человек-техника" - г. Севастополь, ноябрь 1983, апрель 1984 и 1985, сентябрь 1988 и 1989 г. 2. "Эргономика и эффективность систем "человек-техника" - г. Игналина, Литовской ССР, июнь 1985 г. 3. "Эффективность, надежность и качество систем "человек-техника" - г. Тбилиси, сентябрь 1987 г. 4. "Автоматизация научных исследований, эргономического проектирования и испытаний человекомашинных систем" - г. Ленинград, ноябрь 1988 г. 5. "Применение ЭВМ в охране труда" - г. Херсон, сентябрь 1988 г. 6. "Охрана труда и производственной среды на предприятиях г. Москвы" - г. Москва, сентябрь 1992 г. 7. "Безопасность и риск: предупреждение индустриального риска" - г. Москва, апрель 1991 и сентябрь 1992 г. 8. "Экологическое образование и воспитание" - г. Москва, июнь 1998 г. 9. "АВИА-99" - Киев, октябрь 1999 г. 10. «Моделирование и анализ безопасности, риска и качества сложных систем» - Санкт-Петербург, июнь 2001 и июль 2002 г. 11. «Надежность и качество функционирования систем» - г. Москва, сентябрь 1994 и 1998 г., июнь 2000 г., октябрь 2005 г., январь 2007 г. 12. «Актуальные проблемы гражданской защиты» - г. Москва, апрель 2006 г. 13. «Металл оборудования ТЭС. Проблемы и перспективы» - г. Москва, октябрь 2006 г. 14. «Безопасность движения поездов» - г. Москва, октябрь 2006 г. 15. «Анализ и регулирование риска в теплоэнергетике» - г. Москва, декабрь 2006 г. 16. «Управление безопасностью сложных систем» - г. Москва, декабрь 2006 г. 17. «Техногенные катастрофы и проблемы безопасности» - г. Москва, апрель 2007 г. 18. «Образовательная область «Безопасность жизнедеятельности» - г. Москва, май 2007 г.

Координационные научно-методические советы, научно-технические семинары, заседания постоянно-действующих рабочих групп и кафедр

1. Главное управление МО СССР - июнь 1986 г. 2. Головной НИИ МО СССР - май 1987 г. 3. Военная академия им. Ф.Э. Дзержинского - декабрь 1986, март и ноябрь 1987 г., февраль и март 1989, февраль 1990 г. 4. Московский институт народного хозяйства им. Г.В. Плеханова - июнь 1991 г. 5. Институт проблем безопасного развития атомной энергетики АН СССР - март, июль 1991 г. 6. Всесоюзный НИИ системных исследований АН СССР - май 1991 г. 7. Всесоюзный НИИ эксплуатации атомных электростанций - март 1991 г. 8. Верховный совет Российской федерации - март 1992 г. 9. Институт машиноведения АН СССР (РАН) - апрель 1991, февраль 1994, ноябрь 2005 г. 10. Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова - май 1991 г. 11. Академия гражданской защиты МЧС РФ - апрель 1998 г. 12. Академия труда и социальных отношений ВЦСПС (АТиСО) - июнь 1991 и май 2000 г. 13. Московский инженерно-физический институт - февраль 1992 и ноябрь 1998 г. 14. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана - ноябрь 1993, ноябрь 1996, январь 1998, февраль и апрель 2001 г., май 2007 г. 15. Научно-технический центр «Промышленная безопасность» при Госгортехнадзоре Российской федерации - ноябрь 2003 г. 16. Политехнический музей - январь 1998 г. 17. Рабочая группа по риску и безопасности при Президенте РАН - июль 2000 г. 18. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева - ноябрь 2003 г. 19. Государственная Дума и Совет Федерации Федерального собрания РФ - ноябрь 1996, сентябрь и ноябрь 2000, апрель и май 2001, июнь и октябрь 2002, май 2004 и январь 2005 г. 20. Центр стратегических исследований МЧС РФ - апрель 2002, ноябрь 2003, ноябрь 2004, октябрь 2005, апрель 2006 и 2007 г. 21. Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт - март 2006 г. 22. Институт проблем управления РАН - декабрь 2006 г.

Полученные автором результаты по теме диссертации опубликованы в более 100 научных трудах, и реализованы при а) разработке «Методических указаний по проведению анализа риска ОПО» (РД 03-418-01), стандарта РАО ЕЭС «Тепловые электрические станции. Методика оценки состояния основного оборудования», «Методического руководства по оценке риска ООО «Уральская сталь», «Специальных технических условий проектирования «Анализ риска ОПО проекта Сахалин-II», «Методических рекомендаций по снижению и перераспределению социально-экономического ущерба от аварий и несчастных случаев на железнодорожном транспорте»; б) организации и обеспечении учебно-воспитательного процесса со студентами вузов, обучающимися по специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере».

1.6. На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

а) методологические основы МТР, включающие ЭЭК и классификацию объективно существующих опасностей, базовые принципы снижения обусловленного ими техногенного риска на ОПО, концепцию системы МТР на предприятиях химической и в смежных с ней отраслях промышленности: объект и структуру, цель и задачи, показатели и критерии оценки качества;

б) методология прогнозирования вероятности появления техногенных происшествий на ОПО, содержащая совокупность рекомендаций по а) моделированию процесса их возникновения с помощью ДПСС, б) системному (качественному и количественному) анализу данных графических моделей и соответствующих им - аналитических и алгоритмических, в) созданию основанных на них методик её априорной оценки и уточнению сфер их применимости;

в) методология прогнозирования техногенного ущерба от аварийных и иных выбросов энергии или вредного вещества ОПО, декомпозирующая соответствующий процесс на четыре типовых этапа (расконсервация, трансляция, трансформация, адсорбция их энергозапаса) и регламентирующая порядок априорной и апостериорной оценке учитываемых параметров;

г) методология программно-целевого регулирования техногенного риска, реализуемая администрацией ОПО в рамках соответствующего менеджмента: а) на этапах стратегического планирования и оперативного управления; б) путем обоснования, обеспечения, контроля и поддержания приемлемой для нее вероятности конкретных техногенных происшествий;

д) совокупность моделей и методов, предлагаемых для решения таких важных задач МТР на ОПО химической и смежных с нею отраслях промышленности, как идентификация источников техногенного риска, прогнозирование, нормирование и статистический контроль его параметров, оценка и оптимизация мероприятий по их поддержанию на приемлемом уровне.

1.7. Структура диссертации включает четыре части, введение, заключение и приложение. В первой части изложены методологические основы МТР; во второй и третьей - методы априорной и апостериорной оценки мер возможности и результата проявления техногенного риска в форме аварийных и иных вредных выбросов ОПО; в четвертой - методология программно-целевого регулирования показателей техногенного риска. В приложении приведены справочные данные и дано описание экспертной системы, решающей задачи МТР.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В диссертации изложены основы методологии и технологии прогнозирования и программно-целевого регулирования техногенного риска, базирующиеся на энергоэнтропийной концепции.

2.1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕНЕДЖМЕНТА ТЕХНОГЕННОГО РИСКА

2.1.1. Причины и факторы аварийности и травматизма. Главную опасность ОПО химической и смежных отраслей промышленности представляют аварийные и иные выбросы части обращающихся там запасов энергии и ВВ. При этом появление аварийных выбросов можно интерпретировать потоками случайных редких событий, вызванных причинной цепью предпосылок (ПЦП) - ошибками людей, отказами техники и/или нерасчетными внешними воздействиями. Способствующие им факторы - низкие надежность и эргономичность технологического оборудования ОПО, технологическая недисциплинированность и неверные действия их персонала в нестандартных ситуациях, некачественная организация труда и дискомфортность рабочей среды. К косвенным факторам относятся также отсутствие единой методологии предупреждения и снижения тяжести техногенных происшествий, обособленность работ по охране труда, обеспечению промышленной и экологической безопасности.

2.1.2. Энергоэнтропийная концепция и классификация объективно существующих опасностей. Решение проблемы потребовало уточнения представлений о природе аварийности и травматизма, позволяющих обосновать объект и методы соответствующей деятельности. Исходя из этого, в работе сформулирована ЭЭК, сущность которой состоит в следующем:

1. Эксплуатация ОПО потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние - с энергопотреблением и использованием вредных или аварийно химически опасных веществ (АХОВ).

2. Опасность проявляется в результате несанкционированного или неуправляемого выхода энергии, накопленной в технологическом оборудовании, вредных веществах (ВВ), непосредственно в самих работающих или во внешней относительно людей и техники среде.

3. Внезапный выход накопленного на ОПО запаса энергии или ВВ может сопровождаться техногенными происшествиями с гибелью или травмированием людей, повреждениями оборудования и загрязнением окружающей природной среды.

4. Такие происшествия вызваны цепями предпосылок, приводящими к потере управления технологическим процессом, нежелательному выбросу используемых в нем энергии или ВВ, их воздействию на людей, оборудование и объекты окружающей среды.

5. Инициаторами и звеньями ПЦП являются ошибочные и несанкционированные действия людей, неисправности и отказы технологического оборудования, а также нерасчетные воздействия на них извне.

Правомерность ЭЭК обусловлена эмпирическим характером и непротиворечивостью ее утверждений законам природы, в частности - объективному стремлению энтропии систем к самопроизвольному росту, что следует из II начала термодинамики. Это касается не только производственной деятельности, связанной с противодействием такому росту, но и интеллектуальной, направленной на уменьшение энтропии (на сей раз - не в термодинамическом, а в информационном смысле), а потому и способной ухудшить состояние здоровья людей.

Основой для деления объективно существующих опасностей выбрана неадекватность свойств/параметров движущейся материи потребностям материального объекта, что позволило выявить следующие три базовых класса: 1) антропогенно-социальные, обусловленные случайным или умышленным искажением информации людьми; 2) природно-экологические, вызванные нарушением естественных циклов миграции вещества, в том числе и в результате стихийных бедствий; 2) техногенно-производственные, связанные с возможностью нежелательных выбросов энергии, накопленной в созданных людьми технологических объектах.

2.1.3. Базовые категории и принципы МТР. В соответствии с принятой концепцией, осуществление МТР предполагает а) субъект - администрацию ОПО, представляющую собой организацию (организационную систему), предназначенную для идентификации источников техногенного риска с целью прогнозирования и регулирования его параметров, б) объект - ХТУ, имеющиеся в составе ОПО и представляющие собой основные источники риска.

В общем случае и объект, и субъект МТР могут интерпретироваться системами "человек-машина-среда" (ЧМС), что обусловлено следующим: а) каждая такая система включает в себя источник опасности и потенциальную жертву; б) функционирование ЧМС есть эксплуатация персоналом администрации или ХТУ технологического оборудования ОПО в определенной рабочей среде (безлюдные и не использующие технику процессы - частный случай); в) в ЧМС содержатся носители всех типов предпосылок к происшествиям: человек - ошибок, машина - отказов, рабочая среда - неблагоприятных для них внешних воздействий.

Модель ЧМС (рис. 2.1) включает человека (Ч), машину (М), рабочую среду (С), взаимодействующих между собой по установленной технологии (Т). Их связи изображены стрелками: I(t) - входные воздействия, E(t) - выходные; а граница ЧМС - квадратом. Под "человеком" подразумевается персонал администрации или ХТУ; "машиной" - их технологическое оборудование; "рабочей средой" - пространство ОПО, в котором они функционируют; "технологией" - совокупность приемов, используемых для изменения предмета труда и включающих мероприятия по обеспечению его безопасности; внешней среды - то, что не входит в ЧМС, но может влиять на ее функционирование или изменяться из-за него.

В последующем используются также следующие рабочие определения: опасность -возможность (свойство) причинения ущерба; ущерб - мера, характеризующая нарушение целостности или утраты других полезных свойств объекта; риск - мера опасности, указывающая и на возможность причинения ущерба, и на его размеры; происшествие - событие, повлекшее за собой ущерб в результате резкого ухудшения свойств объекта.

Производственно-экологическая безопасность (ПЭБ) интерпретируется здесь свойством ОПО сохранять при функционировании состояния с высокой вероятностью исключения происшествий и приемлемым ущербом от непрерывных энергетических (тепло, шум...) и вредных материальных (сажа, шлаки...) выбросов. Менеджмент техногенного риска - осуществление совокупности действий по прогнозированию и регулированию его количественных параметров с целью удержания их значений в приемлемой для администрации ОПО области.

Следуя ЭЭК, можно утверждать о двух кардинальных принципах МТР на ОПО: 1) максимально возможное сокращение энергоемкости и токсичности всех ХТУ, 2) недопущение при их функционировании аварийных и иных нежелательных выбросов большого количества энергии и ВВ. Последнее достигается 3) исключением соответствующих предпосылок - а) отказов и неисправностей технологического оборудования ОПО, б) ошибочных и несанкционированных действий эксплуатирующего его персонала, в) нерасчетных для них внешних воздействий - и 4) недопущением образования ПЦП из отдельно взятых предпосылок. Тогда как снижение ущерба в случае появления таких выбросов требует еще одного принципа - 5) заблаговременной подготовки к ним с целью своевременной локализации опасных зон, проведения аварийно-спасательных и ремонтно-восстановительных работ. Приоритетность принципов совпадает с нумерацией, а объекты мероприятий МТР - с компонентами ЧМС (см. рис. 2.1): (а,б,в) - с изображенными на периферии модели, а 4 и 5 - с центральным.

2.1.4. Основные методы и модели МТР. Основным методом прогнозирования техногенного риска администрацией ОПО выбран системный анализ, а аппаратом - моделирование опасных процессов в используемых там ХТУ. Применение данного инструментария предполагает проблемно-ориентированное описание соответствующих объекта и цели, эмпирический системный анализ уже накопленных данных и теоретический - созданных моделей.

Основным методом регулирования техногенного риска администрацией ОПО принято программно-целевое планирование и управление соответствующим процессом, а аппаратом - математическая теория организации и исследование операций. Такой выбор аргументирован тем, что МТР требует не разовых мероприятий, а длительной, планомерной и целенаправленной работы; следовательно ПЦРТР - есть осуществление совокупности мероприятий по обоснованию, обеспечению, контролю и поддержанию приемлемого уровня ПЭБ на всех этапах жизненного цикла ХТУ, начиная с проектирования и кончая утилизацией оборудования. Практическая же реализация ПЦРТР предполагает: а) стратегическое планирование (обоснование приемлемых для администрации ОПО параметров техногенного риска и разработку целевых программ его обеспечения) и б) оперативное управление выполнением таких программ (своевременный контроль и поддержание приемлемых параметров техногенного риска).

2.1.5. Цель, задачи и показатели системы МТР. Принятая ЭЭК, а также выбранные методы прогнозирования и регулирования техногенного риска указали на необходимость в системе МТР, представляющей совокупность тех взаимосвязанных нормативных актов, организационно-технических мероприятий, а также соответствующих им (актам и мероприятиям) сил и средств, которые предназначены для снижения издержек от реально существующих на ОПО техногенно-производственных опасностей. Ее стратегической целью целесообразно принять а) минимизацию обусловленного ими ущерба людским, материальным и природным ресурсам, либо б) удержание величины подобного техногенного ущерба в заданных пределах.

Главными задачами системы МТР приняты: а) исключение гибели и других несчастных случаев с людьми; б) предупреждение аварий с выводом из строя ХТУ и другим материальным ущербом; в) недопущение загрязнения ВВ природной среды и уничтожения ими биоты; г) заблаговременная подготовка и эффективное ведение аварийно-спасательных работ на ОПО. Базовым показателем системы МТР выбрано математическое ожидание M[Y] величины социально-экономического ущерба от возможных в течение времени аварийных и иных вредных выбросов. Показателями безопасности эксплуатации конкретных ОПО служат Q() - вероятность возникновения там хотя бы одного происшествия (катастрофа, авария, несчастный случай с людьми) за это время, а также M[Z] и M[S] - ожидаемые там средние задержки времени приостановки технологического процесса вследствие возможных происшествий и средние затраты на предупреждение и снижение их тяжести. В работе также используются среднее время _ср "наработки" на происшествие и параметр _пр потока таких событий.

При оценке эффективности мероприятий ПЦРТР на ОПО исходили из того, что самыми предпочтительными из них будут те, которые соответствуют: а) наибольшему (при выделенных затратах S) снижению величины ущерба - M[Y] или вероятности Q(), либо б) наименьшим затратам S, требуемым для снижения M[Y] или Q() до приемлемого уровня.

2.2. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО РИСКА

Общая идея прогнозирования техногенного риска на ОПО проиллюстрирована на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Логика и последовательность прогнозирования техногенного риска

Она включает а) идентификацию источников опасности и сценариев ее проявления (блоки 1-7), б) оценку частоты возможных происшествий - аварийных выбросов (блоки 8-11), оценку ожидаемого от них и иных вредных выбросов среднего ущерба R=M[Y] (блоки 12-17). При этом величина M[Y] в работе оценивалась двумя способами:

1. С точки зрения источника угроз, т.е. исследуемой конкретной ХТУ или ОПО в целом:

,(2.1)

где: a=1...m - число типов возможных там техногенных происшествий: авария (a=1), несчастный случай (a=2), катастрофа (a=3) или форм причинения прямого (I) и косвенного (II) ущерба людским, материальным и природным ресурсам; b=1…k - количество наиболее вероятных сценариев его проявления; и - вероятности появления каждого из них за время и размеры соответствующего прямого (I) и косвенного (II) ущерба; v=1...n - число видов систематически выбрасываемых энергии и вредного вещества; - вероятности появления каждого такого выброса и размеры вызванного ими прямого и косвенного ущерба.

2. С точки зрения «потенциальных жертв», т.е. тех объектов из состава людских, материальных и природных ресурсов, которые не защищены от подобных вредных выбросов ОПО:

, (2.2)

где - вероятности причинения людским (l=1), материальным (l=2) и природным (l=3) ресурсам конкретного прямого (I) ущерба за время ; - соответственно площади зон их вероятного и достоверного поражения случайными и иными вредными выбросами ОПО; S_l, F_l - средние стоимость и плотность единицы ресурса в каждой зоне; - вероятность случайного выброса и ожидаемый от него косвенный (II) ущерб.

2.2.1. Принципы прогнозирования вероятностей Q_ab и Q^II с помощью ДПСС. Выбор этих моделей для графического, а затем аналитического представления условий возникновения техногенных происшествий обусловлен возможностью учета всех существенных факторов, наглядностью, удобством обработки современными математическими и машинными методами. Наиболее часто применяемые в ДПСС символы показаны в таблице.

Формализация ДПСС достигается введением подмножеств: а) U={1,2,...,j,...u} - коды узлов; = ={₁, ₂,...,_u} - соответствующие им переменные; _j={₁, ₂,...} - принимаемые ими значения; F = {f₁, f₂,...,f_u} - плотности вероятности случайных величин или = {₁, ₂,...,_u} - функции принадлежности лингвистических переменных - для узлов, изображенных в строках 1-7; б) D_i={d₁, d₂,...} - наименования дуг; A_j - дуги-предецессоры (входящие в узел j); B_j - дуги-саксессеры (выходящие из него); P_ij - вероятности или меры возможности переходов из i в j; T_ij - необходимые для этого затраты - для строк 8, 9.

С учетом изложенного, все узлы ДПСС и отношения между ними могут быть представлены кортежами <U, , , F, > и <D, A, B, P, T>, а заданный ими процесс - металингвистической формулой:

<ДПСС> :: = <UF|DABPT>.(2.3)

Ниже приводятся оригинальные ДПСС вместе с аналитическими аналогами типа (2.3) и частью результатов их качественного и количественного анализа - выявленными закономерностями появления и предупреждения моделируемых происшествий, оценками их вероятности, вклада отдельных предпосылок и эффективности мероприятий по их предупреждению.

2.2.1а. Прогнозирование вероятностей Q_ab и Q^II с помощью графа. Процесс возникновения происшествий на ОПО представлен на рис. 2.3 в форме ДПСС типа «потоковый граф». На его вход поступают требования на выполнение k-х технологических операций, а с выхода - случайные события (возможные выбросы обращающихся там энергии и ВВ), появление каждого из которых может быть вызвано лишь ошибками людей и отказами техники (нерасчетные воздействия на них извне в модели не рассматриваются).

Принятые допущения позволили ограничиться пятью состояниями графа: U={1 - отсутствие упомянутых предпосылок; 2 и 3 - появление соответственно ошибок и отказов; 4 - опасное, связанное с их неустранением; 5 - критическое, т.е. появление в опасной зоне незащищенных объектов} и 13-ю дугами: D={01, 12, 13, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 45, 50}, где 0 - внешняя среда. С помощью ДПСС удалось выразить вероятность Q() появления аварийности и травматизма на интервале =t₂-t₁ через параметр соответствующего потока _пр и вероятности P_ij(t) просеивания входных событий при переходе из состояний i в состояния j графа и за его пределы:

Q()=1 - exp -[_пр(t)]; _пр(t) =_k^пр(t)Q_k(t), (2.4)

где kпр - проектная частота требований на проведение k-х технологических операций, а

(2.5)

Анализ подтвердил адекватность (2.4-2.5): рост интенсивности _k^пр и числа т типов операций, вероятностей возникновения отказов - P₁₃(t) и ошибок - P₁₂(t), снижение эффективности мер безопасности {рост P₅₀(t), P₄₅(t)} увеличивают частоту происшествий, а безошибочность персонала и безотказность оборудования ХТУ (P(t)₁₂,Р(t)₁₃=0), устранение всех возникших предпосылок (P(t)₂₁, P(t)₃₁=1) полностью исключают их появление. Значения Q_k(t) и Q() становятся также равными нулю и единице при соответствующих значениях P_ij(t) и при нулевых или бесконечно больших значениях и m соответственно. Это позволило разработать методику прогнозирования Q_a=Q(), которая включает: 1) сбор исходных данных (интенсивность технологических операций, их число и длительность выполнения; количество персонала, безошибочность, своевременность, длительность выполнения им заданных алгоритмов действий и продолжительность его пребывания в опасной зоне; структурные схемы надежности, интенсивность отказов технологического оборудования) - изучением проектно-технологической и эксплуатационной документации, научно-технической литературы и статистических данных; 2) расчет безотказности оборудования - стандартными методами теории надежности в технике; 3) оценка своевременности и безошибочности персонала - обобщенным структурным или другими методами теории эрготехнических систем; 4) определение условных вероятностей P₄₅(t) и P₅₀(t) - с учетом конкретных обстоятельств и имеющихся исходных данных; 6) вычисление вероятностей Q_k(t) и Q() - по формулам (2.4-25).

Работоспособность методики проверена априорной оценкой безопасности работ по перегрузке АХОВ с помощью автокрана, а точность полученного при этом прогноза Q(t) - расчетом дисперсии оценки этой вероятности и сравнением ее с известной статистикой.

2.2.1б. Прогнозирование вероятностей Q^I_ab,Q^II и ущерба Y^I_ab с помощью "деревьев". Для прогнозирования риска тяжелых аварий на ОПО, следует применять дерево происшествия (ДП) и дерево событий (ДС), понимая, что любая из них является 1) следствием ПЦП к выбросу накопленных там запасов энергии либо ВВ и 2) результатом неконтролируемого истечения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия их потоков на оказавшиеся вблизи объекты. Рекомендовано также использовать ДП и ДС совместно, а их построение - сводить к определению а) головного и центрального события - конкретного выброса, б) необходимых для этого ошибок, отказов, нерасчетных внешних воздействий, в) наиболее вероятных исходов нежелательного истечения, распространения, трансформации и воздействия выброса, в) всех логических условий ДП (см. строки 3,4 таблицы) и связей между событиями ДП и ДС, которые способны привести к моделируемой аварии и ее нежелательным исходам.

Конструктивность такого подхода проиллюстрирована с помощью ряда оригинальных моделей, одна из которых показана на рис. 2.4 - применительно к аварийному проливу (Х) криогенного АХОВ, возникшему в результате переполнения заправляемой им емкости, несмотря на предотвращающие это технические средства и организационные мероприятия.

Предпосылки ДП распределены по четырем уровням: 1-й - неотключение насоса из-за невыдачи команды (И) или ее неисполнения (Л); 2-й - отказ автоматики (Д) и ошибка оператора (Е); 3-й - отказы средств передачи (А) и выдачи (Б) команды; ошибки оператора: не среагировал на отказ автоматики (В) и не отключил (Г) насос вручную; 4-й - отказы: цепи датчика дозы (1), усилителей-преобразователей сигнала ее выдачи (4), расходомера (5), датчика уровня АХОВ в емкости (6), хронометра (11), выключателя насоса (12) и цепи управления им (13); ошибки оператора при включении автоматики (3), приеме светового (7) и звукового (8) сигнала о неисправности, снятии показаний хронометра (10) и отключении насоса в заданное время (9); ослабление сигнала датчика дозы вредным внешним воздействием (2).

ДС имеет три возможных (по объему пролива) исхода: Б,С,М - большая, средняя и малая утечки АХОВ - вследствие потери структурной устойчивости емкости, образования трещины в ее обечайке, срабатывания дренажно-предохранительного клапана. При этом большой пролив мог завершиться взрывом (В), пожаром (П) или только испарением (И) с различным ущербом (1-3, 4,5 и 6-8). Другие последствия аварийного выброса учтены ветвями ДС с конечными исходами: (9,10) - для средней и (11-13) - для малой утечек криогенного АХОВ.

При качественном анализе ДП выявлены 27 минимальных пропускных сочетаний исходных событий, появление которых приводит к возникновению головного: 2 синглета - 12 и 13; 20 дуплетов - 1,7;...4,11; 5 триплетов - 5,6,7;...5,6,11 и 3 - минимальных отсечных (гарантирующих обратное при их непоявлении): 1,2,3,4,5,12,13; 1,2,3,4,6,12,13 и 7,8,9,11,12,13. При этом наиболее значимыми для аварийного пролива оказались исходные предпосылки 12 и 13, наименее - 5 и 6, а все остальные - качественно равнозначными.

Количественный анализ ДП с целью прогноза риска (вероятности) выброса АХОВ был проведен тремя способами: а) с помощью полученной на его основе структурной функции:

X=ИЛ=(ВЕ)Л=[(A14Б)(ГД)]Л=[3(12)4(56)][(78)(9Д)]Л== [3(12)4(56)][(78)9(1011)](1213), (2.6)

- после ее свертывания по правилам булевой алгебры, замены операторов "" и "" на арифметические действия "+" и "", а кодов исходных предпосылок - на оценки вероятностей P_i их появления; б) путем сведения ДП к одному (головному) событию - последовательной (снизу вверх) заменой его ветвей, образуемых узлами и , на события с эквивалентной вероятностью появления; в) построением двух ДП, тождественных оригинальному и состоящих только из его минимальных сочетаний одного типа, которые объединены единственным логическим условием: - для пропускных и - отсечных. После подобных преобразований для оценки Q(X)=Q^I_ab=Q^II использовались расчетные многочлены следующего типа:

P=P₁P₂...P_m=P_i; P=1-(1-P₁)(1-P₂)...(1-P_n)=1-(1-P_i)(2.7)

где P, P - вероятности появления сложных событий модифицированного ДП, которые получены логическим перемножением и сложением n и т простых событий оригинального ДП.

Для уникальных (статистически не воспроизводимых и не обеспеченных достоверными данными) техногенных происшествий, точечные оценки вероятностей P_i следует заменять нечеткими числами, аппроксимированными функцией принадлежности L-R типа:

(2.8)

где _i, _i - коэффициенты; т_i - модальные значения возможности появления i-x предпосылок. При прогнозе (пример приведен в диссертации) оперируют также наименьшим и наибольшим значениями ее оценок для исходных, промежуточных и головного событий ДП.

Что касается прогнозирования ущерба Y^I_ab, ожидаемого от приведенной на рис 2.4 аварии, то его величину в работе предложено рассчитывать как сумму произведений условных вероятностей Q_rs появления конечных исходов ДС и размеров связанного с ними ущерба Y_rs. Порядок оценки этих и других параметров, характеризующих исходы истечения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия аварийно высвободившегося АХОВ и показанных у части разветвлений этой модели в скобках при соответствующих кодах, будет рассмотрен ниже (см. разд. 2.2.2).

2.2.1в. Прогнозирование вероятностей Q^I_ab, Q^II с помощью сетей типа GERT и Петри реализовано ниже двумя способами: а) аналитическим и б) имитационным моделированием.

В первом случае оперировали вероятностями P_ij реализации дуг с узлами i и j, соответствующими таким переходам затратами t_ij и условными производящими функциями моментов M_ij(S) их распределения. Расчет пропускных способностей W_ij(S)=P_ijM_ij(s) ветвей и всей сети GERT - W_Е(S) (см. рис. 2.5, в прямоугольнике) осуществлен по топологическому уравнению С.Мэсона, после искусственного замыкания ее истока с общим стоком специальной дугой с параметром W_А(S) ее проводимости и укрупнения сети по специальным правилам.

Рис. 2.5. Модифицированная сеть GERT

При этом получено такое выражение:

,(2.9)

из которого (при выбранных для примера видах статистических распределений f_ij с их числовыми характеристиками) рассчитаны параметры моделируемого сетью GERT процесса: Q₇ = 0,55; M[T] = 41 мин и D[T] = 194 мин² (где Q₇, M[T], D[T] - вероятность достижения ее общего стока (появления предпосылок к происшествиям), математическое ожидание и дисперсия необходимого для этого времени. Cтруктурная идентичность формул (2.9) и (2.5) подтвердила единую природу соответствующих ДПСС, а иллюстративный расчет - их пригодность для МТР.

Возможность имитационного моделирования реализована в работе с помощью показанной на рис. 2.6 модели, воспроизводящей процесс возникновения ПЦП при функционировании ЧМС (выполнении оператором соответствующих действий с учетом возможных отказов, ошибок и неблагоприятных внешних воздействий). Учитываемые этапы и возможные нестандартные ситуации отмечены там двойным обрамлением, а влияющие на них факторы размещены в основании и на ветвях данной полувербальной семантической модели.

При построении модели считалось, что после совершения человеком предусмотренных технологией действий и сравнения действительной информации с ожидаемой возможны следующие исходы: а) обе информации идентичны и правильно восприняты - состояние ИИП; б) неидентичность информации понята человеком - НИП; в) информации хотя и идентичны, но реальная искажена при декодировании - ИИИ; г) неидентичность информации усугублена искажением одной из них - НИИ. В первом случае ЧМС оставалась в состоянии гомеостазиса (динамического равновесия), и оператор мог приступать к выполнению следующих действий. В трех последних утраченное равновесие могло быть в последующем восстановлено полностью или частично, либо такая возможность совсем исключалась.

Иначе говоря, в зависимости от подготовленности человека-оператора, уровня оцененной им опасности, надежности оборудования и средств защиты, ЧМС затем либо вернется в равновесие (события 44,64,78), либо попадет в опасную, критическую ситуации и - в происшествие (одно из событий 79а,б,в). Возможность продолжения или прекращения операции вследствие адаптации или выхода из строя одних компонентов системы по причине повреждения других изображена в модели связями, идущими от ее верхних событий к нижним.

Основанный на данной модели механизм имитационного моделирования (см. рис. 2.7) представляет каждое учитываемое свойство ЧМС генераторами случайных чисел (левая верхняя часть рисунка), аппроксимирующими качество этих факторов равномерно или треугольно распределенными функциями (К) принадлежности соответствующих лингвистических переменных (заштрихованные снизу области). Степень влияния свойств учитывалась индексами I_j потенциальной опасности, зависящими от оценок К качества соответствующих компонентов ЧМС на универсальной шкале (нижняя часть рисунка).

Поскольку все генераторы связывались логическими узлами так, как это показано в семантической модели, то их опрос в ходе проведения эксперимента на ЭВМ позволил имитировать предрасположенность конкретной ЧМС как к образованию ПЦП, так и к ее «обрыву» (исчезновению). Ведь после обработки ими значений I_j суммарный индекс опасности I мог увеличиваться или «обнуляться», что соответственно указывало на возможность появления опасных и критических ситуаций либо на адаптацию к ним ЧМС. В первом случае низкое качество ее компонентов способствовало формированию ПЦП, а во втором - ее обрыву; например, если после узла логического перемножения I оказывался равным нулю из-за того, что хотя бы одно из условий его реализации не выполнялось, т.е. входящий туда индекс I_j=0.

С помощью машинных экспериментов в соответствующей экспертной системе удалось подтвердить возможность не только имитационного прогнозирования вероятности появления происшествий, но и количественно оценить вклад в ее величину конкретных свойств ЧМС. В частности, было установлено, что основными факторами аварийности и травматизма при эксплуатации ОПО являются те их свойства, которые определяют обученность людей к действиям в нестандартных ситуациях и надежность используемой ими техники.

Рис. 2.6. Модель развития происшествий при функционировании ЧМС

Вместе с тем, была выявлена сравнительно низкая значимость качественного приема и декодирования информации о состоянии исправно работающей техники, что связано со спецификой исследуемых ХТУ, характеризуемых автоматическим контролем работоспособности их агрегатов и блокировкой ошибочных действий персонала. При моделировании это учитывалось низкими значениями индексов I_j опасности тех свойств оператора, которые проявляются на ранних этапах выполнения алгоритма, и играют роль лишь инициаторов ПЦП, т.е. необходимых, но недостаточных условий для возникновения там происшествий.

Рис. 2.7. Механизм имитационного моделирования происшествий с помощью GERT

В целом же, предложенные способы априорной оценки риска появления происшествий с помощью ДПСС рекомендовано использовать комплексно, с учетом их особенностей, цели его прогнозирования и имеющихся исходных данных: точные количественные методы пригодны лишь для простых ХТУ, а приближенные - для сложных или разрабатываемых ОПО. Что касается МТР на ОПО, то приоритет следует отдать моделям типа GERT, ДП и ДС.

2.2.2. Общие принципы прогнозирования ущерба Y^I_ab и Y_v от вредных выбросов. Универсальный подход к прогнозированию ущерба декомпозицией процесса его причинения на четыре этапа и к расчету соответствующих параметров проиллюстрирован на рис. 2.8.

Имеющиеся в нем аналитические выражения поясняют как порядок необходимых там вычислений средних а) количества M[K] высвободившегося из ХТУ энергозапаса, б) площади M[П] возможной зоны поражения и в) ожидаемого при этом ущерба M[Y], так и необходимость их упрощения с помощью уже знакомых выражений типа (2.1) и (2.2).

Учитывая невозможность предугадать на ОПО все i,j,k={1,2,…,l…,m…,n} и сочетания С_n^k последствий воздействия вредных выбросов, а также спрогнозировать параметры их: 1) истечения - Р_i и К_i, 2) распространения и трансформации - Р_j и П_j, 3) разрушительного воздействия - Q^k, Р=Р^k и Y=Y^k, в работе предложено учитывать лишь ограниченное число l, m и n наиболее вероятных и тяжелых сценариев. Помимо рассмотренных выше ДПСС, для априорной оценки перечисленных параметров рекомендовалось также использовать а) параметрические формулы расчета расхода газа или жидкости, интенсивности теплового потока, перепада давлений на фронте ударной волны и полей концентрации с(t) вредных веществ; б) системы алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений, решаемые с учетом интегральных балансов массы и энергии; в) более совершенные системы дифференциальных уравнений в частных производных с оригинальными параметрами состояния.