Морфологическая модель системы обеспечения безопасности объекта

УДК 347.763

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА Ю. Н. Зенин, В. Н. Старов, А. В. Калач, А. С. Мальцев

Приводятся результаты анализа факторов увеличения техногенного риска. Представлена морфологическая модель, позволяющая проследить возможность возникновения чрезвычайной ситуации, оценить сложившуюся обстановку, выработать управленческое решение, позволяющее минимизировать возможность возникновения чрезвычайной ситуации.

Ключевые слова: техногенные риски, морфологическая модель, чрезвычайная ситуация, управление, техническая система.

Введение. Современные успехи и достижения в промышленности и сельском хозяйстве связывают со многими факторами, в том числе с появлением новых материалов, технологий, внедрением передовых процессов производства промышленной продукции и возделывания сельскохозяйственных угодий, что, в свою очередь, связано с проблемами обеспечения безопасности этих процессов, поиском средств и технологий управления возникающими при этом чрезвычайными ситуациями (ЧС).

Хотя вероятность возникновения ЧС никогда не равна нулю, причины негативных техногенных процессов со временем изменяются. Так, прогрессирующее развитие химии в двадцатом веке породило очень серьезную проблему токсической опасности, начиная с окопов Первой мировой войны, где применяли отравляющие газы для уничтожения людей, а к середине века уже напалмом сжигали территории Вьетнама. В то же время в Европе и Азии из-за больших промышленных сбросов в реки погибла рыба, перестали нереститься многие рыбы в северных реках нашей страны, где громадные территории покрыты нефтепродуктами. Желая получить высокие урожаи хлопка, люди сделали без-

Зенин Юрий Николаевич, Воронежский институт ГПС

МЧС России; Россия, г. Воронеж,

тел.: (473) 277-86-53, e-mail: vigps@mail.ru

Старов Виталий Николаевич, д-р техн. наук, проф.,

Воронежский институт ГПС МЧС России;

Россия, г. Воронеж,

тел.: (473) 246-19-77, e-mail: vigps@mail.ru Калач Андрей Владимирович, д-р хим. наук, доц., Воронежский институт ГПС МЧС России;

Россия, г. Воронеж, тел.: (473) 236-33-05, e-mail: AVKalach@gmail.com Мальцев Алексей Сергеевич, канд. техн. наук, преп. кафедры физики,

Воронежский институт ГПС МЧС России;

Россия, г. Воронеж, тел.: 8-920-420-69-05, e-mail: m.zin1@mail.ru

© Зенин Ю. Н., Старов В. Н., Калач А. В., Мальцев А. С., 2013

жизненными Аральское море и пространство вокруг него, а также погубили впадающие в него реки. Таких косвенных негативных примеров можно привести много.

Открытие в начале прошлого века радиоактивности, зарождение понимания процесса деления ядер, а далее создание термоядерных реакторов существенно расширили возможности энергетики медицины, всего научного поиска, но в то же время стали привычным видом опасности (разгерметизация ядерных объектов, пожары и взрывы реакторов и обслуживающих их систем). В итоге люди получили дополнительную опасность — радиационную.

Рассмотрим еще один аспект. В достаточно традиционных отраслях (металлургии, машиностроении и др.) научно-технический прогресс, привнося новые процессы, методы и средства воздействия, привел к неожиданному расширению спектра негативных факторов: если раньше при производстве металлов всегда существовала опасность пожаров, то вследствие использования природного газа и водорода возникла угроза взрывов складов, цехов, трубопроводов; при нефтепереработке наряду с пожарами и взрывами, сопутствовавшими процессам добычи, транспортировки и производства продукции, в отрасли увеличилась токсическая опасность за счет разнообразия получаемых новых соединений, новых методов и технологий.

1. Причины роста техногенного риска. Современные сложные производства с их машинами и оборудованием проектируются так, чтобы надежность их систем была максимально высокой по сравнению с имеющимися. Однако с позиций существующего понимания характера опасностей и технических возможностей средств предотвращения аварий человечество постоянно остаётся в проигрыше. Причин этому много, одни из них можно устранить, другие учесть, однако главное то, что ежегодно экономических и человеческих потерь все больше и больше.

Казалось бы, что применяемые в промышленности проектные решения и регламенты эксплуатации могли бы совместно гарантированно

обеспечить безопасную работу объекта, однако это не совсем так. Во-первых, многие технические проблемы связаны с конструированием машин (оборудованием). Во-вторых, существуют технологические проблемы создания качественных материалов, получения из них заготовок, производства деталей, а в дальнейшем минимизации дефектов при изготовлении и сборке линий и технологического оборудования. Указанное приводит к тому, что мы имеем технические системы, в которых, несмотря даже на двух- или трехкратное дублирование, возможно возникновение аварии или катастрофы. Самые простые и показательные примеры — это неудачные запуски космических спутников Земли.

Многие проблемы связаны с тем, что существует конечная надежность и эффективность любых защитных устройств, которая всегда является конечной численной величиной, подвластной техническим сбоям и ошибкам.

Предлагаемые новые процессы, новые составы и комбинации различных веществ и комплексов, созданные в результате научно-технического прогресса, нередко применяются без учета реальных масштабных факторов, без должного анализа возникающих проблем безопасности. Наблюдаемое увеличение масштабности последствий происходящих техногенных аварий — это тоже результат особенностей научно-технического прогресса на современном этапе развития общества.

Усугубляющим фактором увеличения техногенного риска является продолжающая расти энерговооруженность народного хозяйства и всего общества. Во имя экономических показателей производств повышается их единичная мощность. При этом энергонасыщенные производства не только увеличиваются в масштабах, но происходит их концентрация с производствами, использующими опасные вещества. Поэтому наряду с концентрацией объектов происходит возрастание вероятности аварий и катастроф производственных зданий, сооружений, оборудования, линий, транспортных систем и коммуникаций, сеть которых становится все более разветвленной и менее защищенной.

Создание территориально-производственных комплексов с высокопроизводительными промышленными аппаратами, использующими высокое технологическое давление, газотранспортных магистралей с высоким давлением в основных и транспортных коммуникациях, применение в сфере энергетики газожидкостных энергоносителей с одновременным увеличением мощности добывающих и использующих их производств — все это заметно повысило риск взрывопожарных явлений крупного масштаба по всей стране. При этом не следует сбрасывать со счета влияние на конечный результат человеческого фактора, объясняющего возникновение отклонения от предписанных режимов эксплуатации, как произошло, например, в Чернобыле. Трагический опыт этой катастрофы среди прочих проблем вывел на должное место поиск оптималь-

ных решений в области человеко-машинных взаимодействий и их оперативной реализации.

Чтобы по-новому управлять ситуацией, потребовалось создание разнообразных тренажеров с развитым математическим, алгоритмическим аппаратом и компьютерным обеспечением. Концентрированная обработка потоков информации, многообразие способов ее целенаправленного представления, увеличение количества автоматических и полуавтоматических средств поддержки действий оператора обеспечивают повышение качества тренинга персонала. Повсеместное введение технических систем защиты от несанкционированных действий, ужесточение контроля состояния оборудования путем внедрения дистанционных диагностических средств и др. обеспечивают высокую надежность оборудования и технологических процессов, что, в свою очередь, обеспечивает повышение уровня безопасности производственных процессов и снижает техногенные риски.

В мировой практике благодаря усилиям многих стран практически сформировалась политика и стратегия в области безопасности, прежде всего промышленной и экологической. При этом ученые и практики опираются на концепцию приемлемого риска и ряд количественных показателей риска, для которых установлены нормативные или критериальные уровни, определяющие допустимое техногенное воздействие на население и окружающую среду. Однако по-прежнему основным является ликвидация ЧС и их последствий.

Для повышения эффективности управления процессами ликвидации ЧС требуется системное описание процессов, сопровождающих их явлений, обоснование методик выбора необходимых технологий и средств ликвидации последствий.

Выбор технологий и средств быстрой ликвидации ЧС зависит как от наличия требующихся подсистем МЧС, так и от опыта решения подобных задач. Но так как возможны различные варианты протекания процессов, то желательно знать прогноз возможного развития ситуаций, для чего надо иметь физические, математические, натурные или другие модели, описывающие процессы и обеспечивающие проведение правильной оценки. В ряде случаев достаточно иметь структурные или математические модели исследуемых процессов.

2. Морфологическая модель изменяющегося объекта. Авторы предлагают, используя систематизацию объектов, участвующих в ЧС, и системный подход в решении данных задач, осуществлять построение модели искомой системы посредством описания её структуры. Знание внутреннего устройства, т. е. элементов и их взаимосвязей в системе, обеспечит повышение эффективности управления ею. Рассмотрим одно из направлений анализа и моделирования структуры системы для решения задач МЧС, которое позволяет проработать различные варианты поиска оптимальных средств, используемых для управления процессами.

Разработанная нами для этих целей морфологическая модель изменения системных свойств любого объекта представлена на рисунке.

Итак, есть система — объект, где может возникнуть ЧС. Это могут быть любые объекты, находящиеся под контролем, например склад горюче-смазочных материалов, стадион и т. п.

Исходная система (техническая или организационная) состоит из компонентов (элементов) вида К = {К1, К2,..., KN} и связей между ними,

т. е. множества C = {Ср С2,..., CN}.

Это может быть обычная пожарная часть со штатным составом и своей структурой, гипермаркет и т. п. Тогда исходную или общую структуру STR объекта можно также записать как множество вида

STR = {

^ Устав Инструкция

г___тпт___.

Жовыесистемы А={АьА2,Ам}. |

I___________________1

Рис. Морфологическая модель и структура изменяющегося объекта

Для всех охраняемых объектов с их инфраструктурами существуют типовые правила, рекомендации, регламенты, предназначенные для проведения действий в тех или иных ЧС. Однако в реальной жизни всё сложнее, чем это прописано в нормативах, а многого нельзя предусмотреть. На практике не всегда известно поведение объекта в экстремальных ситуациях. Известно, что каждая ситуация или ЧС носят стохастический характер и, как правило, неповторимы.

При решении возникшей проблемы из анализа новых потребностей лицо, принимающее решение (ЛИР), формирует функции, которые необходимо выполнить, чтобы решать возникающие задачи. При этом потребности можно удовлетворить несколькими разными вариантами и способами. На начальном этапе намечают новые пути решения поставленных задач и определяют наиболее весомые взаимосвязи и компоненты, дающие возможность реализации новых ресурсов.

Модель на рисунке показывает, что для этого в исходную систему надо ввести m элементов или осуществить удаление (вывод) п связей и компонентов, которые сдерживают или не позволяют сформировать требующиеся системы вида А1 или Б,-. Отметим, что выбор действий по изменению структуры исследуемой системы осуществляет ЛПР посредством управления свойствами элементов К (1, 2, ..., I) и их связями С (1, 2, ..., I).

В поиске новых решений ставится задача выбора рациональных способов выполнения требуемых функций. За этим следует этап синтеза и реализации возможных принципов действий необходимых технических средств, веществ и полей, требующихся для выполнения задуманных физических операций по ликвидации, контролю, профилактике, предупреждению, прогнозированию и реализации действий по выполнению поставленной задачи.

Непредвиденное в критических ситуациях заставляет ЛИР искать новые пути, названные развитие или сужение исходной системы и получение новых систем, которых несколько в указанных множествах:

А = {А1, А2 , ..., А }; Б = {Бр Б2 , •••, БN }

В системе МЧС много различных подсистем, служб с их средствами и предназначением выполнять поставленные задачи. Назовем любое из штатных (I = 1, 2,., т) подразделений системы S МЧС подсистемами или службами (Сл)-^л (например, служба спасения на водах, горноспасатели, пожарная часть и другие), получим запись этой подсистемы как БМЧС (I).

Так как в ликвидации ЧС участвуют искусственные (технические), социально-технические (организационные) системы, а также естественные (природные) процессы и люди с их особыми взаимосвязями, то возникают немалые сложности в оценке как самих систем (правильность их использования), так и полученных результатов применения средств.

Представим, что речь идет об оценке деятельности социально-технической системы, какой является пожарная часть (ПЧ). Тогда эту систему обозначим как SПЧ(I), где I = 1, 2,., п, т. е. любая из состава МЧС пожарная часть. В своем функционировании эти организации руководствуются нормативными документами, определяющими как эффективность оперативной деятельности подразделения в целом, так и выполнение предписанных назначений (так, для SПЧ это «Порядок тушения пожаров подразделениями пожарной охраны»).

При оценке деятельности исходят из поставленной задачи (цели) и степени достижения цели, для выполнения которой подразделение было применено, с проведением учета затрат материальных ресурсов и времени. Процессы применения и управления БМЧС (I) их структурой, обеспечивающей заданные показатели оперативно-тактической

и служебной деятельности, т. е. выполнение функ-ционально-ожидаемых показателей реализованных свойств системы, рассматриваем как функционирование сложной системы со всеми её атрибутами и законами.

Выводы

Таким образом, сегодня требуется качественно новый подход к проблемам обеспечения безопасности процессов, оценки рисков, поиска

Библиографический список

1. Гражданкин, А. И. О влиянии «управления комплексным риском» на рост угроз техногенного характера / А. И. Гражданкин, А. С. Печеркин // Безопасность труда в промышленности. — 2004. — № 3. — С. 38—42.

2. Потапов, Б. В. Совершенствование системы управления природным и техногенным риском: условия осуществления превентивных мер защиты / Б. В. Потапов // Комплексная безопасность России — исследования, управление, опыт: материалы междунар. симпозиума. — М., 2002. — С. 204—207.

3. Воробьёв, Ю. Л. Системные аварии и катастрофы в техносфере России / Ю. Л. Воробьёв, В. А. Акимов, Ю. И. Соколов. — М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2012. — 308 с.

4. Махутов, Н. А. Анализ безопасности и рисков в техносфере / Н. А. Махутов, В. Л. Шульц // Национальная безопасность. — 2010. — № 3—4. — С. 36—55.

5. Гаденин, М. М. Многоуровневый мониторинг параметров безопасности техносферы и окружающей среды / М. М. Гаденин // Проблемы безопасности и ЧС. — 2012. — № 1. — С. 93—102.

6. Каржинов, А. И. Применение информационных систем в ЧС / А. И. Каржинов // Актуальные проблемы современной науки. — 2012. — № 1. — С. 162—163.

7. Зенин, Ю. Н. Выбор вариантов решений при ликвидации чрезвычайных ситуаций с использованием графических и морфологических моделей/ Ю. Н. Зенин, В. Н. Старов, А. В. Калач // Вестник Воронеж. ин-та ГПС МЧС России. — 2013. — № 1 (6). — С. 9—13.

средств и технологий управления возникающими чрезвычайными ситуациями.

Для повышения эффективности управления процессами ликвидации чрезвычайных ситуаций в работе предлагается системное описание процессов и сопровождающих их явлений.

Дано обоснование методик выбора необходимых технологий и средств ликвидации нежелательных последствий ЧС.

References

1. Grazhdankin, A. 1 O vlijanii «upravlenija kompleksnym riskom» na rost ugroz tekhnogennogo kharaktera / A. I. Grazhdankin, A. S. Pecherkin // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. — 2004. — № 3. — S. 38—42.

2. Potapov, B. V. Sovershenstvovanie sistemy upravlenija prirodnym i tekhnogennym riskom: uslovija osushhestvlenija preventivnykh mer zashhity / B. V. Potapov // Kompleksnaja bezopasnost' Rossii — issledovanija, uprav-lenie, opyt: materialy mezhdunar. simpoziuma. — M., 2002. — S. 204—207.

3. Vorob'jov, Ju. L. Sistemnye avarii i katastrofy v tekhnosfere Rossii / Ju. L. Vorob'jov, V. A. Akimov, Ju. I. Sokolov. — M.: FGBU VNII GOChS (FC), 2012. — 308 s.

4. Makhutov, N. A. Analiz bezopasnosti i riskov v tekhnosfere / N. A. Makhutov, V. L. Shul'c // Nacional'naja bezopasnost'. — 2010. — № 3—4. — S. 36—55.

5. Gadenin, M. M. Mnogourovnevyjj monitoring parametrov bezopasnosti tekhnosfery i okruzhajushhejj sredy / M. M. Gadenin // Problemy bezopasnosti i ChS. — 2012. — № 1. — S. 93—102.

6. Karzhinov, A. I. Primenenie informacionnykh sistem v ChS / A. I. Karzhinov // Aktual'nye problemy sovremennojj nauki. — 2012. — № 1. — S. 162—163.

7. Zenin, Yu. N. Vybor variantov reshenijj pri likvidacii chrezvychajjnykh situacijj s ispol'zovaniem graficheskikh i morfologicheskikh modelejj/ Yu. N. Zenin, V. N. Starov, A. V. Kalach // Vestnik Voronezh. in-ta GPS MChS Rossii. — 2013. — № 1 (6). — S. 9—13.

MORPHOLOGICAL MODEL OF TECHNOSPHERE SAFETY AND TECHNOLOGICAL RISKS

Yu. N. Zenin,

Voronezh Institute of State Fire Service of EMERCOM of Russia,

Russia, Voronezh, tel.: (473) 277-86-53, e-mail: vigps@mail.ru V. N. Starov,

D. Sc. in Engineering, Prof., Voronezh Institute of State Fire Service of EMERCOM of Russia,

Russia, Voronezh, tel.: (473) 246-19-77, e-mail: vigps@mail.ru A. V. Kalach,

D. Sc. in Chemistry, Assoc. Prof., Voronezh Institute of State Fire Service of EMERCOM of Russia,

Russia, Voronezh, tel.: (473) 236-33-05, e-mail: AVKalach@gmail.com A. S. Mal’tsev,

PhD in Engineering, Lecturer, Voronezh Institute of State Fire Service of EMERCOM of Russia,

Russia, Voronezh, tel.: 8-920-420-69-05, e-mail: m.zin1@mail.ru

The analysis of the factors contributing to increasing the technogenic risk. Morphological model allows us to trace the possibility of an emergency, to assess the situation, develop a management solution minimizes the possibility of disaster.

Keywords: technogenic risks, morphological model, emergency, management, technical system.