Способ определения пожарной опасности технических объектов железнодорожного транспорта и система для его реализации
METHOD FOR DETERMINING FIRE HAZARDS OF TECHNICAL OBJECTS OF RAILWAY TRANSPORT AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области обеспечения надежности и безопасности технических объектов повышенной пожарной опасности и может быть использовано для управления состояниями технических объектов железнодорожного транспорта на этапе эксплуатации.
2
Наиболее близким аналогом в части способа является способ определения категорий пожарной опасности объекта железнодорожного транспорта путем сравнения максимального значения удельной временной пожарной нагрузки на любом из участков площадью не менее 10 м с величиной удельной пожарной нагрузки (ВНТП 05-97, Система нормативных документов министерства путей сообщения российской федерации ведомственные нормы технологического проектирования «Определение категорий помещений и зданий предприятий и объектов железнодорожного транспорта по взрывопожарной и пожарной опасности, дата введения 1997.08.01).
Однако известный способ не решает задачу определения пожарной безопасности эксплуатируемых объектов железнодорожного транспорта.
Наиболее близким аналогом в части системы является система минимизации рисков, содержащая средства хранения размеров ущерба, блок определения остаточного риска, средство хранения вероятностей нарушения свойств сущностей угрозами, средств хранения прогнозируемого времени нарушения свойств сущностей в случае реализации угроз, средство хранения зависимостей между функциями контрмер, средств хранения показателей контрмер, блок определения стоимости набора контрмер z, блок определения остаточного риска  для набора контрмер z, средства хранения зависимостей между функциями контрмер, средств хранения показателей контрмер, блок определения остаточного ущерба  для набора контрмер z, средство вывода результатов контрмер (RU 2419155 C1, G06Q90/00, 20.05.2011 г.).
Однако известная система ориентирована на минимизацию риска в случае реализации нежелательного события, не на его предотвращение, не позволяет оценить эффективность превентивных мероприятий, направленных на устранение нежелательного события.
Кроме того, известное техническое решение не позволяет оценить риск возникновения нежелательного события сложной технической системы, состоящей из множества элементов, состояние которых зависит от различных факторов, из-за которых возможно его возникновение.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности определения пожарной опасности технического объекта за счет выявления пожароопасных состояний пожароопасных элементов пожароопасных частей объекта при проведении аудита, расчета вероятности возникновения пожара объекта из-за их наличия.
l
l
l
l
l
j
Технический результат в части способа достигается тем, что способ определения пожарной опасности технического объекта железнодорожного транспорта заключается в том, что проводят пожарный аудит технического объекта на основе его контрольно-оценочный карты, для формирования которой предварительно за заданный промежуток времени анализируют M пожаров на технических объектах исследуемого вида и по результатам анализа выявляют r-ые пожароопасные части данного вида технического объекта, для каждой r-ой пожароопасной части - её j-ые пожароопасные элементы, для каждого из которых определяют перечень i-ых возможных пожароопасных состояний, кроме того определяют l видов восстановительных работ для устранения i-ых пожароопасных состояний, выявляют - N количество i-ых пожароопасных состояний, которые можно устранить одним и тем же видом восстановительных работ, и количество M пожаров, произошедших по причине некачественного проведения восстановительных работ, затем для каждого l-ого вида восстановительных работ с учетом статистических данных об их эффективности и экспертных оценок определяют его ранг k, вычисляют численное значение ϕ доли влияния вида восстановительных работ для устранения i-ого пожароопасного состояния j-ого элемента путем арифметизации рангов kвосстановительных работ и оценивают вероятность возникновения пожара в j-ом элементе из-за наличия i-ого пожароопасного состояния по формуле: , а также для каждого j-ого пожароопасного элемента объекта оценивают значение вероятности  возникновения пожара из-за пожароопасных состояний, которые невозможно выявить при проведении пожарного аудита, по формуле:  , также экспертным путем определяют значение вероятности  пожара из-за нарушений условий технического обслуживания и ремонта части технического объекта и составляют контрольно-оценочную карту в виде таблицы, в которой в первом столбце перечислены r-ые части технического объекта, во втором столбце для каждой r-ой части перечислены j-ые пожароопасные элементы, в третьем столбце - для каждого j-ого элемента перечислены пожароопасные состояния, в четвертом столбце для каждого i-ого пожароопасного состояния указано значение вероятности  возникновения пожара в j-ом элементе из-за i-ого пожароопасного состояния, в пятом столбце - для каждого j-ого элемента указано значение вероятности возникновения пожара из-за состояний, которых невозможно выявить при проведении аудита, пожарный аудит технического объекта осуществляют путем технической диагностики фактического состояния его j-ых пожароопасных элементов r-ых пожароопасных частей с использованием соответствующих контрольно-диагностических средств и приборов, по результатам аудита выявляют наличие i-ых пожароопасных состояний каждого j-ого элемента r-ых частей технического объекта, с учетом выявленных i-ых пожароопасных состояний рассчитывают вероятность Pвозникновения пожара в каждом j-ом элементе по формуле: , затем рассчитывают вероятность возникновения пожара каждой r-ой части технического объекта по теореме симметрической разницы зависимых событий с учетом принципа наибольшего риска по формуле , при этом вероятность возникновения пожара в техническом объекте находят исходя  из условия наибольшего риска , а пожарную опасность технического объекта определяют путем сравнения  с допустимым значением вероятности возникновения пожара, в случае  >уровень вероятности возникновения пожара технического объекта определяют как недопустимый.
Технический результат изобретения в части системы достигается тем, что система для определения пожарной опасности технического объекта, содержит центр управления пожарной безопасности, включающий центральный процессор, входы/выходы которого подключены непосредственно к выходам/входам формирователя контрольно-оценочных карт, блока памяти и базы данных, автоматизированное рабочее место оператора аудита, включающее процессор с блоком ввода/вывода и монитором, средства диагностики в виде соответствующих контрольно-диагностических комплексов и контрольных приборов, преобразователи и последовательно соединенные сумматор, первый, второй и третий вычислители, выход последнего из которых подключен к входу процессора, выходом соединенного с входом сумматора, и интерфейс связи для взаимодействия центрального процессора центра управления пожарной безопасностью с процессором автоматизированного рабочего места оператора аудита и с аппаратно-программными устройствами внешних систем, при этом выход каждого контрольно-диагностического комплекса и контрольного прибора через соответствующий преобразователь подключен к соответствующему входу процессора, другие входы/выходы которого соединены с входами/выходами первого и второго вычислителей.
Сущность изобретения в части системы поясняется чертежом на фиг. 1, на котором представлена структурная схема варианта выполнения системы для определения пожарной опасности технического объекта, реализующей предлагаемый способ.
Система для определения пожарной опасности технического объекта содержит центр 1 пожарной безопасности, включающий центральный процессор 2, входы/выходы которого подключены непосредственно к выходам/входам формирователя 3 контрольно-оценочных карт, блока 4 памяти и базы 5 данных, автоматизированное рабочее место 6 оператора аудита, включающее процессор 7 с блоком 8 ввода/вывода и монитором 9, средства диагностики в виде соответствующих контрольно-диагностических комплексов 10 и контрольных приборов 11, преобразователи 12 и 13, последовательно соединенные сумматор 14, первый, второй и третий вычислители 15, 16 и 17, выход последнего из которых подключен к входу процессора 7, выходом соединенного с входом сумматора 14, и интерфейс 18 связи для взаимодействия центрального процессора 2 центра 1 управления пожарной безопасностью с процессором 7 автоматизированного рабочего места оператора аудита и с аппаратно-программными устройствами внешних систем.
При этом выход каждого контрольно-диагностического комплекса 10 и контрольного прибора 11 через соответствующий преобразователь 12 и 13 подключен к входу процессора 7, другие входы/выходы которого соединены с входами/выходами вычислителей 15 и 16.
Центральный процессор 2 через интерфейс 18 связи взаимодействует с аппаратно-программными устройствами автоматизированной системы управления пожарной безопасностью на железнодорожном транспорте (АСУ ПБ) и автоматизированной системой управления  локомотивным хозяйством (АСУ Т).
В примере реализации изобретения в части способа в качестве технического объекта используется локомотив серии 2ТЭ116.
Для определения пожарной опасности локомотива серии 2ТЭ116 проводят аудит его фактического состояния с использование контрольно-оценочной карты.
Для формирования контрольно-оценочной карты центральный процессор 2 запрашивает в АСУ ПБ за определенный период наблюдения данные о пожарах на локомотивах серии 2ТЭ116.
По данным АСУ ПБ за запрашиваемый период наблюдения (за период 2011-2017 гг.) зарегистрировано M = 71 случай пожара на локомотивах серии 2ТЭ116. В АСУ ПБ для каждого случая пожара локомотива серии 2ТЭ116 регистрируют дату пожара, причины пожара, поврежденные части локомотива, а также объем затрат на восстановление локомотива после пожара. Объем затрат на восстановление после пожара локомотивов серий 2ТЭ116 – средний ремонт или капитальный ремонт.
Аппаратно-программное устройство АСУ ПБ через интерфейс 15 связи направляет запрашиваемые данные в центральный процессор 2.
Центральный процессор 2 анализирует пожары на локомотивах серий 2ТЭ116, по результатам которого выявляет r-ые пожароопасные части локомотивов - пожароопасные секции локомотива. Для каждой секции на основании статистики узлов, по отношению к которым установлен факт того, что в них возникала непосредственная причина пожара, процессор 2 составляет перечень j-ых пожароопасных элементов и направляет его в блок 4 памяти. Перечень пожароопасных элементов локомотивов серии 2ТЭ116 представлен в таблице 1.
После чего, процессор 2 запрашивает в АСУ ПБ данные о нормах  и правилах пожарной безопасности для локомотивов серии  2ТЭ116, а также требования к техническому состоянию локомотивов данной серии, с учетом которых по результатам анализа причин пожара каждого j-ого пожароопасного элемента каждой секции локомотива определяет перечень возможных i-ых пожароопасных состояний j-ых пожароопасных элементов. Данные о перечне возможных i-ых пожароопасных состояний j-ых пожароопасных элементов каждой r-ой пожароопасной части центральный процессор направляет в блок 4 памяти.
Перечень i-ых возможных пожароопасных состояний j-ых пожароопасных элементов секции тепловоза 2ТЭ116 приведен в таблице 2.
После чего, центральный процессор 2 взаимодействует через интерфейс 18 с АСУ Т и на основании  данных о техническом обслуживании и ремонте локомотивов серии 2ТЭ116 определяет перечень l видов восстановительных работ ТО/ТР для устранения i-ых пожароопасных состояний каждого j-ого пожароопасного элемента.
Перечень l видов восстановительных работ ТО/ТР для устранения i-ых пожароопасных состояний каждого j-ого пожароопасного элемента центральный процессор 2 определяет с учетом нумерации восстановительных работ, устанавливаемой в зависимости от трудоемкости (см. таблица 3).
В таблице 4 указан в качестве примера перечень видов восстановительных работ для устранения i-ых пожароопасных состояний тягового электродвигателя локомотива.
l
С учетом видов восстановительных работ для j-ого пожароопасного элемента центральный процессор 2 выделяет N - количество i-ых пожароопасных состояний, которые можно устранить одним и тем же видом восстановительных работ, и данные о них направляет в блок 4 памяти.
В таблице 5 для тягового электродвигателя (ТЭД) локомотива с учетом данных, представленных в таблице 4, указано количество i-ых пожароопасных состояний, которые можно устранить одним и тем же видом восстановительных работ.
l
Кроме того, центральный процессор 2 анализирует статистику пожаров и данные материалов разбора случаев пожара на локомотивах серий 2ТЭ116 из-за некачественно проведенного определенного вида восстановительных работ и определяет M–количество пожаров, произошедших по причине некачественного проведения восстановительных работ технического объекта.
l
В таблице 6 представлена информация, иллюстрирующая операцию определения M –количества пожаров, произошедших по причине некачественного проведения восстановительных работ локомотива серии 2ТЭ116.
l
Затем центральный процессор 2 в зависимости от объемов восстановительных работ с учетом статистических данных об их эффективности и экспертных оценок ранжирует виды опорных восстановительных работ ТО/ТР для определения их ранга k
Ранжирование рангов восстановительных работ процессор 2 осуществляет, исходя из следующих условий:
1) Ранги видов ТО/ТР  в порядке от высшего к низшему (от 1 и далее): .
2) Следующие виды ТО/ТР имеют одинаковый ранг: ТР-3 и СР, ТР-1 и ТО-3, ТР-2 и ТО-2.
В таблице 7 представлены ранги опорных видов восстановительных работ для локомотивов серии 2ТЭ116.
Далее для каждого j-ого пожароопасного элемента процессор 2 запрашивает в блоке 4 памяти данные о видах ТО/ТР для устранения его i-ых пожароопасных состояний и с учетом рангов опорных восстановительных работ осуществляет повторную ранжирование.
Например, перечень ТО/ТР для устранения пожароопасных состояний по ТЭД локомотивов серии 2ТЭ116 включает в себя следующие виды: СР, ТР-3, ТО-2, т.е., не полный цикл восстановительных работ.
В таких случаях для устранения i-ых пожароопасных состояний j-ого пожароопасного элемента процессор 2 проводит повторную ранжирование видов восстановительных работ.
l.
При этом процессор 2 осуществляет ранжирование видов восстановительных работ на основе итоговых рангов kпо правилам присвоения рангов.
В таблице 8 приведен пример ранжирования видов работ для устранения пожароопасных состояний по ТЭД.
l
l
После чего центральный процессор 2 вычисляет численное значение доли ϕ влияния вида восстановительных работ для устранения i-ого пожароопасного состояния j-ого пожароопасного элемента путем арифметизации рангов kвосстановительных работ.
l
Вычисление ϕ осуществляется в три шага.
t
Шаг 1. Рассчитывают значения весового коэффициента б. Расчет весового коэффициента осуществляют по формуле:
,
где,  t – порядковый номер ранга.
При этом  для каждого узла равно 1.
Результаты расчета для ТЭД секции 2ТЭ116 отражены в таблице 9.
l
Шаг 2. Расчет доли влияния вида ТО/ТР, компенсирующих пожароопасное состояние, процессор 2 осуществляет с учетом рассчитанных значений весового коэффициента б. Для чего составляет уравнение для нахождения доли ϕ влияния вида ТО/ТР. Уравнение имеет вид:
,
где   - доли влияния вида ТО/ТР, компенсирующих пожароопасное состояние, является неизвестным числом, а  – весовые коэффициенты рассчитаны(см. таблицу 9), индекс t – порядковый номер, изменяется от 1 до n, где n – последний порядковый номер.
Пример расчета для рассматриваемого примера:
1∙ Х + 1∙ Х + 0,5∙ Х = 1
Х = 0,4
l
Расчетные значения доли ϕвлияния каждого вида восстановительных работ для устранения пожароопасных состояний ТЭД центральный процессор 2 т  в блок 4 памяти.
l
Результаты пошагового расчета ϕпредставлены в таблице 10.
Аналогичная операция проводится для остальных элементов секции локомотива.
l
В таблице 11 приведены расчетные значения ϕдоли влияния вида восстановительных работ для устранения пожароопасных состояний ТЭД локомотива серии 2ТЭ116.
l
С учетом расчетных значения доли ϕвлияния каждого вида восстановительных работ для устранения пожароопасных состояний каждого j-ого элемента центральный процессор 2 оценивает вероятность возникновения пожара из-за наличия i-ого пожароопасного состояния по формуле:
ij
Результаты оценки вероятности  Pцентральный процессор направляет в блок 4 памяти.
ij
В таблице 12 представлены результаты оценки Pвероятности возникновения пожара из-за наличия i-ого пожароопасного состояния для ТЭД локомотива серии 2ТЭ116.
Кроме того, центральный процессор 2 для каждого j-ого пожароопасного элемента объекта оценивается значение вероятности  возникновения пожара из-за пожароопасных состояний, которые невозможно выявить при проведении пожарного аудита, по формуле:
,
Значения вероятности для каждого j-ого пожароопасного элемента центральный процессор направляет в блок 4 памяти и дает команду формирователю 3 для формирования контрольно-оценочной карты.
для ТЭД локомотива серии 2ТЭ116 процессор 2 рассчитывает следующим образом:
Формирователь 3 контрольно-оценочных через процессор 2 запрашивает в блоке 4 памяти необходимые данные и составляет контрольно-оценочную карту (КОК) в виде таблицы, в которой в первом столбце перечислены r-ые части технического объекта, во втором столбце для каждой r-ой части перечислены j-ые пожароопасные элементы, в третьем столбце - для каждого j-ого пожароопасного элемента перечислены i-е пожароопасные состояния, в четвертом столбце для каждого i-ого пожароопасного состояния указано значение вероятности  возникновения пожара в j-ом пожароопасном элементе из-за i-ого пожароопасного состояния, в пятом столбце - для каждого j-ого пожароопасного элемента указано значение вероятности возникновения пожара из-за состояний, которые невозможно выявить при проведении аудита.
Данные КОК формирователь 3 через центральный процессор 2 передает в базу 5 данных для хранения.
В качестве примера в таблице 12 представлена контрольно-оценочная карта (КОК) для аудита ТЭД 2ТЭ116
Кроме того, на основании  экспертных оценок, центральный процессор 2 определяет значение - вероятности пожара из-за нарушений условий технического обслуживания и ремонта части технического объекта.
В таблицах 13 представлены значения вероятности пожара  локомотива серии ТЭД 2ТЭ116 за исследуемый период.
i
i
i
i
i
Центральный процессор 2 определяет также допустимую вероятность возникновения пожара  для каждого вида технического объекта на основании всех возможных значений .На основании значения  процессор 7 строит шкалу индивидуального риска технического объекта с учетом экспертных оценок. Процессор 2 на основе перечня пожароопасных состояний элементов частей технического объекта формируют множества возможных состояний технического объекта и выносят суждения об опасности каждого множества пожароопасных состояний. При этом характеристиками каждого выделенного множества являются: номер множества, мощность множества, перечень пожароопасных состояний, входящих в него (текстом или номер из списка пожароопасных состояний), суждение об опасности множества нарушений, сумма , входящих в множество состояний. Суждение об опасности множества нарушений выносятся в виде качественной формулировки по следующей шкале: допустимый риск, недопустимый риск. Результатом формирования множества возможных состояний локомотива является множества пар вида (P, б) где P – вероятность появления пожара из-за фактического состояния узла, 0<P≤1; б – индикатор принадлежности множеству недопустимых состояний (по мнению экспертов).
В базе 5 данных процессор 2 формирует банк данных значений допустимый вероятностей возникновения пожара технических объектов железнодорожного транспорта.
Перед проведением пожарного аудита локомотива серии 2ТЭ116 оператор системы со своего автоматизированного рабочего места 6 с помощью блока 8 ввода/вывода процессора 7 запрашивает через интерфейс 18 в центре 1 управления пожарной безопасности данные КОК для локомотивов серии 2ТЭ116. Процессор 2 ЦУПБ 1 полученный запрос передает в базу 5 данных. Из базы 5 данных запрашиваемая информация через процессор 2 и интерфейс 18 связи поступает в процессор 7. При этом  данные КОК отображаются на мониторе 9.
При проведении пожарного аудита локомотива серии 2ТЭ116 осуществляют диагностику фактического состояния его j-ых пожароопасных элементов (узлов) r-ых пожароопасных частей (секций) с использованием соответствующих контрольно-диагностических средств 10 и приборов 11, а также проводят их  визуальный осмотр.
Результаты диагностики фактического состояния его j-ых пожароопасных элементов (узлов) r-ых пожароопасных частей (секций) с выходов контрольно-диагностических средств 10 и приборов 11 через соответственно преобразователи 12 и 13 передаются в процессор 7, который анализирует данные диагностики и выносит решения о наличии или отсутствия пожароопасных состояний. Результаты визуального осмотра оператор вводит в процессор 7 посредством блока 8 ручным способом.
Процессор 7 по результатам технической диагностики выявляет наличие i-ых пожароопасных состояний каждого j-ого каждого узла  секций локомотива и выделяет их на КОК. При этом на КОК, изображенной на мониторе 9, выявленные пожароопасные состояния процессор 7 выделяет соответствующим образом, например, зеленым цветом.
В таблице 14 изображена КОК ТЭД 2ТЭ116 с выявленными в результате аудита пожароопасными состояниями, выявленными зеленым цветом.
ij
j
Процессор 7 значения вероятностей Pвозникновения пожара в каждом j-ом элементе из-за каждого выявленного в результате аудита i-ого пожароопасного состояния направляет в сумматор14. Сумматор 14 суммирует для каждого j-ого пожароопасного элемента вероятности Рвозникновения пожара в из-за его i- пожароопасных состояний и передает рассчитанные значения в вычислитель 15.
ij
Для ТЭД 2ТЭ116 ∑ P=0,05+0,05+0,4+0,057+0,057 = 0,614
Вычислитель 15 запрашивает у процессора 7 для каждого j-ого пожароопасного элемента значение вероятности  и рассчитывает вероятность возникновения пожара в каждом j-ом пожароопасном элементе по формуле:
j
Для ТЭД 2ТЭ116, Pвычисляется следующим образом:
j
P= (0,614)+0,088-(0,614) 0,088=0,64
j
Значение Р для каждого j-ого пожароопасного элемента процессор 7 направляет в вычислитель 16.
Вычислитель 16 для расчета вероятности возникновения пожара каждой r-ой части передает в процессор 7, соответствующий сигнал, по получении которого процессор 7 запрашивает в центре 1 управления пожарной безопасности значение вероятности пожара из-за нарушений условий технического обслуживания и ремонта каждой части технического объекта.
Центральный процессор 2 ЦУПБ 1 полученный запрос передает в базу 5 данных. Из базы 5 данных запрашиваемая информация через процессор 2 и интерфейс 18 связи поступает в процессор 7.
r
Процессор 7 полученное значение  передает в вычислитель 16, который рассчитывает вероятность Р возникновения пожара каждой r-ой части технического объекта по теореме симметрической разницы зависимых событий с учетом принципа наибольшего риска по формуле: .
r
Для ТЭД 2ТЭ116 значение Pвычисляется следующим образом:
Pr=0,64+0,049-2*0,64*0,049=0,62
r
Значение вероятности Р возникновения пожара для каждой r-ой части технического объекта процессор вычислитель 16 направляет в вычислитель 17, который рассчитывает вероятность  возникновения пожара в техническом объекте, исходя  из условия наибольшего риска
Значение   вычислитель 17 направляет в процессор 7.
Для определения пожарной опасности технического объекта процессор 7 направляет через интерфейс 18 центр 1 управления пожарной безопасности соответствующую команду, получив которую процессор 2 запрашивает в базе данных значение  для данного технического объекта и передает его через интерфейс 18 в процессор 7 автоматизированного рабочего места 6 оператора.
Процессор 7 сравнивает  с допустимым значением вероятности возникновения пожара, в случае  > уровень вероятности возникновения пожара технического объекта определяют как недопустимый.
Данные о результатах определения пожарной безопасности профессор 7 через интерфейс 18 направляет в центральный процессор 2 центра 1 управления пожарной безопасности, который принимает соответствующие решения для устранения пожароопасного состояния локомотива серии 2ТЭ116 и направляет их через интерфейс 18 в АСУ ПБ.
Таким образом, предложенный способ определения пожарной опасности технического объекта железнодорожного транспорта и система для его реализации за счет выявления i-ых пожароопасных состояний j-ых пожароопасных элементов r-ой пожароопасных частей объекта при проведении аудита, расчета вероятности возникновения пожара объекта из-за их наличия позволяет повысить эффективность определения пожарной опасности технического объекта.