АНАЛИЗАТОР ОЦЕНКИ РИСКА, ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОГНОЗИРУЕМОГО РЕСУРСА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ПО НАЗНАЧЕНИЮ

1. Область техники
Полезная модель относится к устройствам для обработки и получения данных, для надзорного и прогностического применения, является инструментом управления факторами риска, техногенной безопасности и ресурса по промышленной безопасности, в основном технических систем повышенной опасности при использовании системы по назначению, в частности, оценки уровня риска, промышленной безопасности и ресурса по безопасности при эксплуатации грузоподъемных устройств и механизмов, в частности кранов, лифтов, а также сосудов высокого давления, складов для хранения взрывоопасных веществ и других техногенно опасных объектов.
2. Уровень техники
Известно, что ресурс (запас, возможности) может быть оценен ресурсным циклом, при этом цикл - совокупность явлений, процессов, составляющих кругооборот в течение известного промежутка времени. Одним из важнейших критериев рациональности функционирования и развития ресурсного цикла (что требует интегральной оценки) является обеспечение необходимых человеку полноценных свойств и качеств окружающей среды, а также объекта, в частности, по ресурсу безопасности при использовании объекта по назначению. (Советский энциклопедический словарь, М.: 1985 с.1117-1118 - реф. "Ресурсные циклы", "Ресурс", с.1467 - реф. "Цикл").
Ресурс промышленной безопасности, требующей оценки, особенно для систем с длительным сроком жизненного цикла, может основываться на определении состояния защищенности от проявления нежелательного события и его последствий через показатели риска и безопасности, отнесенные к текущему моменту времени. (Портнов В.А., Зеленев И.Б. Вероятностная концепция правовой парадигмы технотронной безопасности. М.: - РАО - Деп. №5430 04.03.2002). В свою очередь оценка риска может быть выполнена способом на основе равновероятностной информативной меры параметров факторов риска по данным о состоянии условно закрытой фазы (проектирование и устройство) и открытой, фазы (эксплуатация) системы. (Портнов В.А., Зеленов И.Б., Махутов Н.А. Энергоинформационная основа анализа риска при создании и использовании технических систем. Сб. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. - М: ВИНИТИ, вып.2, 2003, с.16-27)
В методах исследования предметов и явлений объективной действительности известны устройства для приборного и визуального наблюдения (Кондаков Н.И. Логический словарь-справочник. М.: "Наука", 1975, с.372, реф. "Наблюдение").
Известны устройства сбора информации путем периодического измерения параметров риска для реализации способа анализа рисков и идентификации опасностей. (Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. М.: Госгортехнадзор России РД 08-120-96, 1997).
Известно также, принятое заявителем за наиболее близкий аналог, устройство-анализатор безопасности содержащий модули формирования, анализа и расчета рисков. (Заявка на изобретение РФ №99118139, МПК G 06 F 17/60, опубл. 2001.09.20)
Недостаток известных устройств заключается в отсутствии единого подхода в интегральной оценке риска, уровня промышленной безопасности и ресурса по безопасности по факторам системы, описываемых ее параметрами в условно закрытой фазе (проектирование и устройство) и в открытой фазе (эксплуатация) системы, при этом в известных устройствах не прогнозируется внезапность проявления нежелательного события (опасных отказов и в том числе аварий) при использовании по назначению промышленно-опасного объекта и промышленная безопасность во времени (ресурс).
3. Раскрытие полезной модели.
3.1. Техническая задача
Технический результат - повышение надежности и достоверности оценки риска, техногенной безопасности и ресурса по безопасности при использовании системы по назначению, путем интегральных количественных оценок равновероятностных параметров с гарантированной достоверностью (по всем известным параметрам), порождаемых состоянием условно закрытой фазы (проектирование и устройство) и состоянием открытой фазы (эксплуатация) системы в реальном масштабе времени.
3.2. Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлена блок-схема анализатора оценки риска, техногенной безопасности и ресурса по безопасности, где
1
1 - модель параметров риска, техногенной безопасности и параметров ресурса, 2 - базовая часть модели, 3 - модули-блоки  базовой части модели, 4 - блок формирования массива параметров p, идентифицированных по равновероятностной двоичной оценке, 5 - исходная рабочая часть модели, 6 - модули-блоки  исходной рабочей части модели, 7 - блок логических элементов "И", 8 - блок массива фактического состояния параметров системы, 9 - блок модулей преобразования измеренных параметров в равновероятностный показатель, 10 - блок измерения и контроля, 11 - блок ввода результатов наблюдения, 12 - времязадающие модули, 13 - блок математического расчета информативных мер при n=3 (трех модуль-блоках М): (I(H)) - совместной информации, для I(H)=I(ξ, η) - открытой и условно-закрытой системы (I(H)=I(ξ, η)=H(ξ)+Н(η)-Н(ξη)), Н(ξ) - информативная
мера условно закрытой фазы и H(η) - информативная мера открытой фазы, H(ξη} - количество взаимно исключающей или дублирующей информации условно закрытой и открытой фаз системы, при их взаимодействия в равновероятностной оценке,
1
2
3
1
2
3
1
2
3
A
B
A
B
0
к
1
1
, , ,  - статистический вес состояния условно-закрытой фазы технической системы,  - статистический вес состояния открытой фазы технической системы,  - статистический вес взаимно исключающих или дублирующих параметров состояния условно-закрытой и открытой фаз технической системы, , ,  - равновероятностная оценка параметров условно закрытой фазы системы соответственно блоков M, M, M, , ,  - равновероятностная оценка параметров открытой фазы системы соответственно блоков M, M, M, , ,  - равновероятностная оценка взаимно исключающих или дублирующих параметров условно закрытой и открытой фаз системы соответственно блоков M, M, M; 14 - блок задания параметров риска, 15 - блок задания параметров безопасности, 16 - блок задания параметров ресурса, 17 - блок оценки риска R=1/I(H), полного показателя безопасности В=1-1/I(H)), информативной меры уровня безопасности при использовании системы по назначению S=S+S, S - информативная меры уровня безопасности фазы создания системы, S - информативные меры уровня безопасности фазы использования технической системы, , , годового ресурса по безопасности  и прогнозируемого ресурса по безопасности , где I(Н) - информативная мера при создании системы, Q - назначенный ресурс при создании системы, 18 - блок логических элементов "или", 19 -первый вход модели (1) и первый выход блока (4) формирования массива равновероятностных параметров р, 20 - второй выход блока формирования массива параметров системы p (4) и второй вход логического блока элементов "И" (7), 21 - третий
1
1
1
T
T
T
T
P
P
P
P
Ф
Ф
Ф
Ф
выход блока (4) формирования массива равновероятностных параметров p и вход блока (14) задания параметров риска, 22 - четвертый выход блока (4) формирования массива равновероятностных параметров р и вход блока (15) задания параметров безопасности, 23 - пятый выход блока (4) формирования массива равновероятностных параметров p и вход блока (16) задания параметров ресурса, 24 - первый выход модели (1) и первый вход логического блока "И" (7), 25 - второй выход модели (1) базовых параметров x, y, z,...n и первый вход блока (13) математического расчета информативных мер, 26 - третий выход модели (1) исходных рабочих параметров x, y, Z,...,n и второй вход блока (13) математического расчета информативных мер, 27 - выход логического блока "И" (7) и второй вход модели (1), 28 - четвертый выход модели (1) и первый вход блока массива фактического состояния параметров системы (8), 29 - выход блока (8) массива фактического состояния параметров х, у, z,...,n системы и третий вход блока (13) математического расчета информативных мер, 30 - первый выход блока ввода результатов наблюдения (11) и четвертый вход блоков массива фактического состояния параметров системы (8), 31 - первый выход времязадающего модуля (12) и второй вход блока массива фактического состояния параметров риска системы (8), 32 - выход блока модулей преобразования измеренных параметров в равновероятностный показатель (9) и третий вход блока массива фактического состояния параметров системы (8), 33 - второй выход блока ввода результатов наблюдения (11) и первый вход блока модулей преобразования измеренных параметров в равновероятный показатель (9), 34 - выход блока измерения и контроля (10) и второй вход блока модулей преобразования измеренных параметров в равновероятный показатель (9), 35 - третий выход времязадающего модуля (12) и второй вход блока измерения и контроля (10), 36 - второй выход времязадающего модуля (12) и вход блока ввода результатов наблюдения (11), 37 - выход блока задания параметров риска и первый вход логического элемента "ИЛИ" (18), 38 - выход блока задания параметров безопасности и второй вход логического элемента "ИЛИ" (18), 39 - выход блока задания параметров ресурса и третий вход логического элемента "ИЛИ" (18), 40 - выход логического элемента "ИЛИ" и четвертый вход блока математического расчета информативных мер (13), 41 - выход блока математического расчета информативных мер (13) и вход блока оценки (17), 42 - первый вход блока измерения и контроля от внешней системы измерения.
3.3. Отличительные признаки
1
В отличие от известного устройства, анализатор оценки риска, техногенной безопасности и ресурса безопасности при использовании системы по назначению, включает выполненную на энергонезависимой памяти модель (1) системы из массивов (3, 6) параметров показателей системы p, идентифицированных по равновероятностной двоичной оценке, где
1
1
p - наименование или целочисленный идентификационный номер параметра, блоки формирования массива равновероятностных параметров р(4, 7), блоки задания параметров риска (14), безопасности (15) и ресурса (16) соединенных через логический блок "ИЛИ" (18) с блоком расчетов (13), блоки массивов фактического состояния параметров показателей системы (8), блоки измерения и контроля (10) и/или блоки ввода результатов наблюдения (11), блок модулей преобразования измеренных параметров в равновероятностные показатели (9), времязадающие модули (12), блок (13) математического расчета по формуле I(H)=I(ξ, η)=H(ξ)+H(η)-H(ξη) информативных мер совместной информации, открытой и условно-закрытой фаз системы, где
I(H)=I(ξ, η) - функция количества взаимной информации условно-закрытой и открытой фаз системы,
Н(ξ) - информативная мера условно-закрытой фазы системы,
Н(η) - информативная мера открытой фазы системы,
H(ξη) - информативная мера взаимной или дублирующей информации условно-закрытой и открытой фаз системы,
и блок (17) оценки риска, техногенной безопасности и ресурса.
1
Энергонезависимая память модели (1) может быть разбита на модули-блоки  базовой части (2) и модули-блоки  исходной рабочей части модели (5) однородных параметров технической системы из массивов параметров показателей условно закрытой фазы системы  и открытой фазы системы , в которых каждому из параметров pприсваивают значения равные единице, где  - наименование или целочисленный идентификационный номер модуля - блока однородных параметров, * - верхний индекс модуля-блока М, n≥1 - номер блока,  - наименование или целочисленный идентификационный номер параметра, ** - верхний индекс параметров р, i - номер параметра в блоке, Т - принадлежность блока и/или параметра к базовой части модели технической системы, Р - принадлежность блока и/или параметра к исходной рабочей части
модели, ξ - обозначение условно закрытой фазы системы, η - обозначение открытой фазы системы.
1
A
B
0
Информативные меры Н(ξ), Н(η), H(ξ, η) могут оцениваться логарифмической функцией произведения сумм равновероятной оценки параметров в блоках, при этом модель (1) соединена своим первым входом (19) с первым выходом блока (4) формирования массива равновероятностных параметров p, первым выходом (24) с первым входом логических блоков (7) элементов "И", вторым (25) и третьим (27) выходом с соответствующими входами блока (13) математического расчета информативных мер, четвертым выходом (28) с первым входом блока (8) массива фактического состояния параметров системы, блок (4) формирования массива параметров системы Г) идентифицированных по равновероятной двоичной оценке вторым выходом (20) соединен со вторым входом логического блока (7) элементов "И", выходы которых (27) соединены со вторым входом модели (1), блок (8) массива фактического состояния параметров системы вторым входом (31) соединен с первым выходом времязадающих модулей (12), третьим входом (32) с выходом блока (9) модулей преобразования измеренных параметров в равновероятный показатель, четвертым входом (30) с первым выходом блока (11) ввода результатов наблюдения, выход (29) соединен с соответствующим входом блока (13) математического расчета информативных мер, времязадающие модули (12) вторым выходом (36) соединены с блоком ввода результатов наблюдения (11), третьим выходом (35) соединены с вторым входом блока (10) измерения и контроля, первый вход (42) которого подключен к внешней системе, третий (21), четвертый (22) и пятый (23) выходы блока (4) формирования массива равновероятностных параметров р[ соединены соответственно со входами блоков задания параметров факторов риска (14), безопасности (15) и ресурса (16), соединенных через логический элемент "ИЛИ" с четвертым входом блока расчета (13) информативных мер, который своим выходом (41) соединен с блоком оценки (17), включающем модуль оценки риска по формуле: R=1/I(H), модуль оценки полного показателя безопасности по формуле: В=1-(1/I(H)), модуль оценки информативной меры уровня безопасности при использовании системы по назначению по формулам: , ,  модуль оценки ресурса по безопасности по формулам: годового ресурса , прогнозируемого ресурса по безопасности , где S - информативная меры уровня безопасности фазы создания системы, S - информативные меры уровня безопасности фазы использования технической системы, I(Н) - информативная мера при
k
создании системы, Q - назначенный ресурс при создании системы; блок оценки соединен с внешними устройствами фиксирования информации, например, цифропечатающего устройства.
T
P
T
P
Ф
1
2
3
Модель (1) анализатора может быть выполнена в виде массивов в базовой M части и исходной рабочей части M в трех модулях - блоках однородных параметров технической системы, при этом в модули блока M включают инженерно-технические параметры, в модули блока M включают организационно-технические параметры и/или параметры внутрисистемных штатных воздействий, в модули блока M включают параметры внешних воздействий, информативные меры количества информации условно закрытой фазы системы Н(ξ), количества информации открытой фазы системы - Н(η) и количества взаимно исключающей или дублирующей информации условно закрытой и открытой фаз системы H(ξ, η) рассчитывают раздельно по базовой части модели H, исходной рабочей части H, фактического состояния H параметров системы в реальном масштабе времени по результатам текущих измерений и наблюдений по формулам:
,
,
, где
- статистический вес состояния условно-закрытой фазы технической системы,
- статистический вес состояния открытой фазы технической системы,
- статистический вес взаимно исключающих или дублирующих параметров состояния условно-закрытой и открытой фаз технической системы,
1
2
3
, ,  - равновероятностная оценка параметров условно закрытой фазы системы соответственно блоков М, М, М,
1
2
3
, ,  - равновероятностная оценка параметров открытой фазы системы соответственно блоков М, М, М,
1
2
3
, ,  - равновероятностная оценка взаимно исключающих или дублирующих параметров условно закрытой и открытой фаз системы соответственно блоков М, М, М.
Т
Т
T
T
T
T
Ф
Ф
Ф
Расчет выполняют раздельно по базовым параметрам х, у, z, исходным рабочим параметрам x, y, z и параметрам фактического состояния x, y, z.
1
Один из вариантов выполнения блоков модели (1), блоков (8) массивов фактического состояния параметров и блоков задания параметров риска (14), безопасности (15) и ресурса (16) на элементах энергонезависимой памяти типа "Флеш-память"; блоков (4) формирования массива равновероятностных параметров p и блока (11) ввода результатов наблюдения выполнены на базе универсального программатора, например типа "Стерх-Ст" с унифицированной стандартной клавиатурой, блоков обработки (7, 9, 10, 12, 18), блока (13) математического расчетов, блока оценки (17) - на цифровых интегральных микросхемах, например, серии "К".
3.4. Сущность устройства
В основе устройства оценки риска, техногенной безопасности и ресурса безопасности при использовании системы по назначению лежит равновероятностный способ получения информативным мер, характеризующих состояние системы и ее элементов. При оценке ресурса по промышленной безопасности, оцениваемого ресурсным циклом, то есть параметрами безопасности во времени (времязадающими параметрами) или другими словами наработки ресурса и/или календарного времени ресурса, оценке безопасности, обусловленной как параметрами риска, так и параметрами компенсирующими эти риски, а также оценке собственно рисков при равновероятностной оценке параметров реализуется единый подход оценки на основе взаимосвязанных параметров.
Основной частью устройства является модель (1), служащая исходной базой для расчета и включает полные массивы в виде идентифицированного по фазам перечня параметров риска, безопасности и ресурса. Модель, выполненная на энергонезависимой памяти, например, "флеш-памяти", разделена на две части - базовая часть (2) и исходная рабочая часть (2).
Блок (8) массива фактического состояния параметров системы хранит информацию о текущем состоянии параметров, которые корректируются блоком (9) по информации от
блоков (10) - измерения и контроля, (11) - ввода результатов наблюдения и (12) - времязадающих модулей.
Логический блок "И" служит для формирования из базовой части (2) исходной рабочей части (5) модели по заданию от блока (4) формирования массива равновероятностных параметров.
Блок расчета (13) рассчитывает информативные меры системы для базового массива (25), рабочего массива (26) и массива фактического состояния параметров системы (29) по параметрам риска, безопасности и ресурса, задаваемых соответствующими блоками (14, 15, 16) с помощью логического элемента "ИЛИ" (18), по результатам расчета которого в блоке (17) оценивают риск, безопасность и ресурс.
Устройство работает следующим образом.
В блока (1, 4, 10, 11, 12) осуществляют формирование исходных данных по параметрам, в блоках (7, 8, 9) выполняют анализа данных для расчета в блоке (13) и оценки в блоке (17).
Блок формирования массива равновероятностных параметров Pi формирует по связи (19) массив базовых параметров, одновременно идентифицируя параметры по группе исходных рабочих параметров по связи (20) и логическим элементом (7) "И" формирует массив исходной рабочей части модели (5) в блоках (6), а также идентифицирует параметры по принадлежности к параметру риска (связь 21) безопасности (связь 22) и/или ресурса (связь 23). Представленная структура позволяет из массива параметров системы выделить рабочие параметры и идентифицировать эти параметры по принадлежности к риску и/или безопасности и/или ресурсу по безопасности.
Массив параметров исходной рабочей части модели (5) используется (по связи 28) для формирования блока (8) массива фактического состояния параметров системы идентифицируемых равновероятностно - источник риска (да - нет), соответствие состояния параметра безопасности (да - нет), состояние параметра поддерживает ресурс (да - нет) с последующей корректировкой по информации фактического состояния параметров, оцениваемых блоком измерения и контроля (10), блоком ввода результатов наблюдения (11), и времязадающими модулями (12).
Блок (13)  математического расчета рассчитывает информативных меры для условно-закрытой и открытой фазам для базовой, рабочей части модели и для фактического состояния системы раздельно по параметрам риска, безопасности и ресурса (блоки 14, 15, 16, 18) по функции информативных мер совместной информации, условно-закрытой и открытой фаз системы I(H)=I(ξ, η)=H(ξ)+H(η)-H(ξη), где I(H)=I(ξ, η) - функция количества взаимной информации условно-закрытой и открытой фаз системы,
Н(ξ) - информативная мера условно-закрытой фазы системы, Н(η) - информативная мера открытой фазы системы, Н(ξη) - информативная мера взаимной или дублирующей информации условно-закрытой и открытой фаз системы.
A
B
A
B
0
k
Результаты расчета, полученные в блоке (13) оценивают в блоке (17) по показателям риска по формуле: R=1/I(H), по полному показателя безопасности по формуле: В=1-(1/I(H)), по информативной мере уровня безопасности при использовании системы по назначению по формулам: S=S+S, , , по ресурсу по безопасности по формулам годового ресурса  и прогнозируемого ресурса по безопасности , где S - информативная меры уровня безопасности фазы создания системы, S - информативные меры уровня безопасности фазы использования технической системы, I(Н) - информативная мера при создании системы, Q - назначенный ресурс при создании системы.
Результаты оценки выводятся на внешние устройства фиксирования, например, цифропечатающего устройства (на схеме не показано).
4. Пример конкретной реализации устройства.
1
1
Энергонезависимая память модели (1) устройства может быть разбита на модули-блоки  базовой части (2) и модули-блоки  исходной рабочей части модели (5) однородных параметров технической системы из массивов параметров показателей условно закрытой фазы системы  и открытой фазы системы , в которых каждому из параметров p присваивают значения равные единице, где  - наименование или целочисленный идентификационный номер модуля - блока однородных параметров, * - верхний индекс модуля-блока М, n≥1 - номер блока,  - наименование или целочисленный идентификационный номер параметра, ** - верхний индекс параметров Р, i - номер параметра в блоке, T - принадлежность блока и/или параметра к базовой части модели технической системы, Р - принадлежность блока и/или параметра к исходной рабочей части модели, ξ - обозначение условно закрытой фазы системы, η - обозначение открытой фазы системы, информативные меры Н(ξ), H(η), H(ξ, η) оценивают логарифмической функцией произведения сумм равновероятной оценки параметров в блоках. При этом модель (1) соединена своим первым входом (19) с первым выходом блока (4) формирования массива равновероятностных параметров p, первым выходом (24) с первым входом логических
1
1
блоков (7) элементов "И", вторым (25) и третьим (27) выходом с соответствующими входами блока (13) математического расчета информативных мер, четвертым выходом (28) с первым входом блока (8) массива фактического состояния параметров системы, блок (4) формирования массива параметров системы p идентифицированных по равновероятной двоичной оценке вторым выходом (20) соединен со вторым входом логического блока (7) элементов "И", выходы которых (27) соединены со вторым входом модели (1), блок (8) массива фактического состояния параметров системы вторым входом (31) соединен с первым выходом времязадающих модулей (12), третьим входом (32) с выходом блока (9) модулей преобразования измеренных параметров в равновероятный показатель, четвертым входом (30) с первым выходом блока (11) ввода результатов наблюдения, выход (29) соединен с соответствующим входом блока (13) математического расчета информативных мер, времязадающие модули (12) вторым выходом (36) соединены с блоком ввода результатов наблюдения (11), третьим выходом (35) соединены с вторым входом блока (10) измерения и контроля, первый вход (42) которого подключен к внешней системе, третий (21), четвертый (22) и пятый (23) выходы блока (4) формирования массива равновероятностных параметров р соединены соответственно со входами блоков задания параметров риска (14), безопасности (15) и ресурса (16), соединенных через логический элемент "ИЛИ" с четвертым входом блока расчета (13) информативных мер, который своим выходом (41) соединен с блоком оценки (17), включающем модуль оценки
T
P
T
P
1
2
3
При формировании массива в базовой M части и исходной рабочей части M в трех модулях - блоках однородных параметров технической системы, в модули блока M включают инженерно-технические параметры, в модули блока M включают организационно-технические параметры и/или параметры внутрисистемных штатных воздействий, в модули блока M включают параметры внешних воздействий, информативные меры количества информации условно закрытой фазы системы Н(ξ), количества информации открытой фазы системы - Н(η) и количества взаимно исключающей или дублирующей информации условно закрытой и открытой фаз системы H(ξ, η) рассчитывают раздельно по базовой части модели H, исходной рабочей части Hфактического состояния 7-7 параметров системы в реальном масштабе времени по результатам текущих измерений и наблюдений по формулам: , ,
1
2
3
1
2
3
1
2
3
, где  - статистический вес состояния условно-закрытой фазы технической системы,  - статистический вес состояния открытой фазы технической системы,  - статистический вес взаимно исключающих или дублирующих параметров состояния условно-закрытой и открытой фаз технической системы, , ,  - равновероятностная оценка параметров условно закрытой фазы системы соответственно блоков M, M, M, , ,  -  равновероятностная оценка параметров открытой фазы системы соответственно блоков М, М, М, , ,  - равновероятностная оценка взаимно исключающих или дублирующих параметров условно закрытой и открытой фаз системы соответственно блоков M, M, M.
**T
**T
**T
**P
**P
**P
**Ф
**Ф
**Ф
Расчет выполняют раздельно по базовым параметрам x, y, z, исходным рабочим параметрам x, y, z и параметрам фактического состояния x, y, z, где ** принадлежность параметра соответствующей фазе.
1
Для реализации устройства блоки модели (1) и блоки (8) массивов фактического состояния параметров технологии безопасности выполнены на энергонезависимой памяти, например "Флеш-памяти", блок (4) формирования массива равновероятностных параметров р технологии безопасности и блок (11) ввода результатов наблюдения выполнены на базе универсального программатора, например типа "Стерх-Ст" с использованием стандартной клавиатуры, блоки обработки (7, 9, 10, 12), блок (13) математического анализа и расчетов, блок (34) расчета уровня промышленной безопасности выполнены на цифровых интегральных микросхемах, например серии "К".