СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ АВАРИЙ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТОХАСТИЧЕСКИХ СЕТЕВЫХ МОДЕЛЕЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ
METHOD OF ESTIMATING PROBABILITIES OF ACCIDENTS IN ITEMS OF ROCKET-AND-SPACE EQUIPMENT USING STOCHASTIC NETWORK MODELS OF OCCURRENCE AND DEVELOPMENT OF EMERGENCY SITUATIONS

Основными показателями безопасности изделий ракетно-космической техники (РКТ) являются вероятности возникновения аварий различных степеней тяжести. Для оценки данных показателей на этапах испытаний изделий РКТ в условиях неопределенности разработан способ, в основу которой положены стохастические сетевые модели возникновения и развития аварийных ситуаций и расчетные соотношения для оценки вероятностей возникновения аварий с учетом видов и объемов выполнения опасных работ [1].
В отличие от разработанного раннее способа оценки уровня безопасности [2], предлагаемый способ не ограничивается рассмотрением предпосылок к аварийным ситуациям при эксплуатации сложной технической системы (исходных опасных событий), а учитывает следующие факторы:
- возможные исходы развития аварийных ситуаций при испытаниях изделий РКТ, различающиеся по степени тяжести последствий;
- влияние элементов системы обеспечения безопасности (конструктивно-технических решений и организационно-технических мероприятий) на вероятности возникновения аварийных ситуаций и аварий при испытаниях изделий РКТ;
- неопределенность исходных данных о вероятностях возникновения исходных опасных событий;
- уровни эффективности конструктивно-технических решений (КТР) и организационно-технических мероприятий (ОТМ) по обеспечению безопасности изделий РКТ;
- объемы выполнения опасных работ на этапах испытаний изделий РКТ. Учет указанных факторов при оценке уровня безопасности изделий РКТ обеспечивается за счет применения стохастических сетевых моделей возникновения и развития аварийных ситуаций. Типовой фрагмент стохастической сетевой модели возникновения и развития аварийных ситуации на этапах испытаний изделия РКТ представлен на фиг. 1.
Символами «С_*» на фиг. 1 обозначены исходные опасные события, способные привести к аварийным ситуациям и авариям на этапах испытаний изделий РКТ.
К исходным опасным событиям, в частности, могут относиться отказы техники, ошибочные (несанкционированные) действия эксплуатирующего персонала, внешние нерегламентированные воздействия, вызванные опасными природными явлениями, техногенными авариями и катастрофами, противоправными действиями, в том числе террористическими актами и криминальной деятельностью, а также - различные возможные сочетания данных событий.
Стрелками в сетевых моделях возникновения и развития аварийных ситуаций обозначаются возможные переходы между опасными событиями, к которым, кроме исходных опасных событий, относятся аварийные ситуации, обозначенные символами «АС_*», и аварии, обозначенные символами «А_*».
На стрелках переходов также отмечены элементы системы обеспечения безопасности испытаний изделий РКТ, к которым можно отнести реализуемые конструктивно-технические решения (КТР) и организационно-технические мероприятия (ОТМ).
Конструктивно-технические решения и организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности представляют собой барьеры безопасности, предназначенные для предотвращения аварийных ситуаций и аварий на этапах испытаний изделий РКТ.
К конструктивно-техническим решениям по обеспечению безопасности изделий РКТ относятся:
- технические средства контроля и диагностики технического состояния потенциально-опасных объектов и испытательного оборудования;
- технические средства обеспечения безопасных условий испытаний изделий РКТ и контроля условий испытаний;
- технические средства (системы) автоматического обнаружения и тушения пожаров, противопожарной защиты;
- технические средства обеспечения взрывобезопасности и электробезопасности;
- технические средства обеспечения безопасности движения;
- технические средства контроля состояния операторов;
- инженерно-технические средства физической защиты;
- технические средства блокировки и аварийной защиты;
- защитные контейнеры;
- транспортно-пусковые контейнеры для ракет;
- защитные устройства пусковых установок;
- средства защиты от несанкционированных действий и несанкционированного применения;
- индивидуальные и коллективные средства защиты;
- технические средства эвакуации персонала, населения, техники из опасной зоны;
- средства локализации и ликвидации последствий аварий и др.
К организационно-техническим мероприятиям по обеспечению безопасности изделий РКТ относятся:
- мероприятия по контролю и поддержанию требуемого технического состояния критичных элементов, влияющих на безопасность эксплуатации изделий РКТ, в том числе их потенциально-опасных элементов, средств эксплуатации, средств обеспечения и контроля безопасности, индивидуальных и коллективных средств защиты, эвакуации, локализации и ликвидации последствий аварий;
- мероприятия по обеспечению безопасных условий испытаний изделий РКТ (проведения работ на стационарных рабочих местах);
- мероприятия по обеспечению безопасных условий транспортирования и безопасности движения изделий РКТ;
- мероприятия по обеспечению безошибочности действий личного состава, включая отбор, обучение, отработку навыков, организацию работ, допуск к работам, контроль состояния операторов, контроль проведения опасных работ;
- мероприятия по обеспечению защиты изделий РКТ от внешних нерегламентированных воздействий и актов незаконного вмешательства;
- мероприятия по эвакуации персонала, населения, техники из опасной зоны;
- мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий с изделиями РКТ.
Вероятность возникновенияу-го (j=l,…, J) вида аварии на этапах испытаний изделий РКТ (при выполнении опасных работ) определяется суммированием вероятностей реализации всех возможных s-x путей (s=l,…, S) развития аварийной ситуации, которые могут привести к аварии [3]:
где  - вероятность появления исходного опасного события (отказа техники, ошибочного действия персонала или внешнего нерегламентированного воздействия на изделия РКТ), входящего в s-й путь развития аварийной ситуации;
sl
sl
p=1-r - условные вероятности реализации переходов в стохастической сетевой модели возникновения и развития аварийных ситуаций на этапах испытаний изделий РКТ;
sl
l
l
l
r - коэффициент эффективности КТР и ОТМ -го (=,…, L) вида по обеспечению безопасности изделий РКТ.
При наличии исходных данных по коэффициентам готовности элементов системы обеспечения безопасности изделий РКТ и условным вероятностям выявления и устранения опасных факторов работоспособными средствами предотвращения аварийных ситуаций и аварий могут определяться по формуле:
Г
sl
l
где K - коэффициент готовности -го средства системы обеспечения безопасности;
δ
sl
l
- условная вероятность предотвращения аварийной ситуации (аварии), реализующейся по s-ому пути, работоспособным средством (КТР, ОТМ) -го вида;
Данные по вероятностям возникновения исходных опасных событий и эффективности КТР и ОТМ по обеспечению безопасности изделий РКТ могут быть получены из проектных материалов или на основе статистической оценки по результатам испытаний.
При отсутствии указанных исходных данных могут применяться методы экспертной оценки с использованием шкал, представленных в таблице 1, 2, которые нашли применение в теории безопасности РКТ [4].
В условиях неопределенности принимается допущение о равномерном распределении вероятностей реализации случайных событий на заданных интервалах возможных значений.
В качестве примера на фиг. 2 представлена стохастическая сетевая модель возникновения и развития аварийных ситуаций при транспортировании изделия РКТ на которой указаны:
1. Исходные опасные события:
С_126 - неисправности транспортного средства (ТС);
С_127 - ошибочные действия личного состава при транспортировании;
С_128 - неблагоприятные внешние условия транспортирования;
С_129 - противоправные действия с применением обычных средств поражения по ТС;
С_155 - наезд другого ТС;
С_181 - грозовые разряды в зоне транспортирования;
С_182 - короткое замыкание электрооборудования ТС;
2. Аварийные ситуации:
АС_175 - воздействие обычных средств поражения при транспортировании изделия;
АС_176 - дорожно-транспортное происшествие (ДТП) при транспортировании изделия;
АС_177 - удар молнии при транспортировании изделия;
АС_210 - пожар ТС при транспортировании изделия;
возможные опасные исходы (аварии):
А_146 - взрыв изделия с загрязнением местности;
А_147 - сгорание изделия с загрязнением местности;
А_156 - повреждение изделия при воздействии обычных средств поражения;
А_157 - повреждение изделия при ударе молнии;
А_159 - повреждение изделия при ДТП;
А_211 - повреждение изделия при пожаре.
С использованием выражения (1) получены формулы для оценки вероятностей возникновения аварий с изделием РКТ при транспортировании, представленные в таблице 3.
Интервальные значения вероятностей возникновения аварий определяются с использованием разработанного статистического алгоритма, предусматривающего выполнение следующих процедур [4].
1. Разбиение диапазонов значений случайных аргументов на относительно малые интервалы.
2. Определение вероятностей попадания случайных аргументов в выделенные интервалы и средних значений аргументов на данных интервалах.
3. Формирование массива всех возможных сочетаний значений двух аргументов, входящих в формулу.
4. Определение значений функции (вероятности возникновения исходного опасного события) для каждого сочетания значений аргументов и вероятности реализации данных сочетаний.
5. Определение диапазона возможных значений функции (вероятности) и разбиение его на малые интервалы.
6. Определение относительной доли результатов расчетов, попавших в каждый из выделенных интервалов (плотности распределения числа, являющегося произведением случайных величин).
7. Определение интервала на шкале, представленной в таблице 1, в который укладываются интервальные значения вероятностей аварий при выполнении опасной технологической операции с изделиями РКТ.
Вероятности возникновения j-го (j=l,…, J) вида аварии за период проведения испытаний изделий РКТ определяется с учетом планируемых объемов выполнения опасных работ по формуле:
где - вероятность возникновения аварийной ситуации (аварии) j-го вида при выполнении i-й опасной работы;
j
I - количество видов опасных работ за период проведения испытаний изделий РКТ, в ходе выполнения которых возможна аварийная ситуация (авария) j-го вида;
i
N - количество проводимых опасных работ i-го вида за период проведения испытаний изделий РКТ.
Требования к вероятности возникновения аварий изделий РКТ считаются выполненными при условии:
где  - верхняя интервальная оценка вероятности возникновения аварии j-го вида при доверительной вероятности, равной β;
- требуемое значение вероятности возникновения аварии j-ro вида.
При невыполнении данного условия необходимо реализовать дополнительные меры (КТР, ОТМ) по повышению безопасности изделий РКТ.
Таким образом, разработан способ оценки вероятностей аварий изделий ракетно-космической техники с использованием стохастических сетевых моделей развития аварийных ситуаций.
Источники информации
1. Богданов Ю.В., Ульянов С.В. Метод оценки вероятностей аварий ракетного комплекса и ущерба от них в условиях неопределенности // Журнал «Двойные технологии», N1 (62) 2013, с. 50-56.
2. Решение о выдаче патента на заявку на изобретение №2016152577/11(084228) от 29.12.2016 г. (RU 2016 152577) «Способ оценки уровня безопасности сложной технической системы», МПК B64G 1/00 (2006.01), приоритет: 29.12.2016 г., авторы: Богданов Ю.В., Ульянов С.В., Несмачный С.В., патентообладатель «Федеральное государственное учреждение «4 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства Обороны Российской Федерации.
3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2006. - 575 с.
4. Ульянов С.В. и др. Разработка методов оценки и подтверждения показателей надежности и безопасности изделий РКТ в процессе отработки в условиях малых (единичных) объемов наземных и летных испытаний. // 4 ЦНИИ Минобороны России, 2017.
5. Волков Л.И. Безопасность ракетных и ракетно-космических комплексов. - М.: Изд-во СИП РИА, 2002. - 136 с.