Формализация модели системы управления безопасностью хранения боеприпасов

И. Т. СЕВРЮКОВ, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций

В. В. ИЛЬИН, канд. техн. наук, доцент кафедры программного обеспечения, вычислительной техники и автоматизированных систем, Пермский военный институт внутренних войск МВД РФ

В. В. КОЗЛОВ, д-р техн. наук, профессор кафедры программного обеспечения, вычислительной техники и автоматизированных систем, Пермский военный институт внутренних войск МВД РФ

УДК.622.61

ФОРМАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ХРАНЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ

Формулируется задача по управлению безопасностью при хранении боеприпасов в условиях неопределенности. Рассматривается рассредоточенная группа боеприпасов как многокомпонентная система и факторы риска возникновения аварийной ситуации. Предложена общая стратегия управления безопасностью хранения боеприпасов. Сформулирована задача оперативного управления безопасностью хранения боеприпасов с целью предотвращения возникновения аварийных ситуаций и их развития. Проанализированы возможности минимизации ущерба от аварийной ситуации.

Ключевые слова: хранение боеприпасов; аварийная ситуация; факторы риска; управление безопасностью; минимизация ущерба.

Задача оперативного управления безопасностью хранения боеприпасов заключается в своевременном выявлении опасностей и причин их возможного инициирования, осуществлении управленческих решений, направленных на их устранение и предотвращение дальнейшего развития аварийной ситуации. Это задача управления безопасностью в условиях неопределенности. Неопределенности обусловлены, во-первых, причинами инициирования боеприпасов Р', во-вторых, неопределенностью перехода инициирования у'-го боеприпаса в аварийную ситуацию Sj, в-третьих, неопределенностью, связанной с тем, что неясно, к какой аварийной ситуации приведет инициированиеу'-го боеприпаса.

Рассмотрим рассредоточенную группу боеприпасов (далее — РГБ) как многокомпонентную систему. В рамках методологии теории систем любой объект управления можно рассматривать как систему, под которой в наиболее общем случае понимают [1]:

Woy = DVCG оу ToyUZ,

где Woy — декартово произведение множеств;

Б — множество компонентов системы рассредоточенной группы боеприпасов (й е Б); V — множество внутренних и внешних возмущающих воздействий на РГБ (у е V);

V = {vV^ v^ V6nb

у вн, гбп — внутренние воздействия соответственно на технологическое оборудование и систему РГБ;

К, v,

бп

внешние воздействия соответственно

на технологическое оборудование и систему РГБ; С — множество параметров состояния элементов Б (системы РГБ) (с е С п С с Б), при этом С з X п С з Б; X — показатели безопасности РГБ; О — множество отображений g осуществля-

емых на D, V, C;

^оу = {8оу 18оу е D n 8оу е V n 8оу е С};

Toy — множество отношений toy над элементами

D, V, C; T = {t

оу оу

оу

D n t^ е V n t,

°у

С};

и — множество управляющих параметров (и(?) е

е и); и = {и^ и5п\ит е ит п ибп е ибп};

ит — элементы множества управляющих воздействий на технологическое оборудование ит; ибп — элементы множества управляющих воздействий на РГБ ибп;

Z—параметры РГБ, определяющие ее состояние;

Z = {zт, z6n\zт е Zт П zбп

2т—элементы множества с ческого оборудования Z^

; Zбп };

© Севрюков И. Т., Ильин В. В., Козлов В. В., 2015

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2015 ТОМ 24 № 1

61

"бп "

Рис. 1. Модель объекта управления

2бп — элементы множества состояний системы

ргб гбп.

В результате управления безопасностью РГБ должно быть достигнуто такое функционирование объекта (рис. 1), при котором показатель безопасности X при воздействиях V будет максимально приближен к требуемому значению Х0.

Подсистемы в составе объекта управления (РГБ) осуществляют следующие отображения:

бп

X Убп X z т X u

бп ^ Z6n '

X v Г X z бп X u т ^ Z т

где 2бп, 7т — множества, определяющие взаимодействие системы боеприпасов и технологического оборудования.

Для того чтобы управлять системой боеприпасов, необходимо принимать и реализовывать соответствующие управленческие решения Р, которые определяются поступающими от системы информационными сигналами Z, т. е. [2]:

P = F (Z).

На практике информационный сигнал Z о состоянии системы поступает дискретно, через определенные промежутки времени, либо в виде вербального сообщения, получаемого при визуальном осмотре, снятии показаний с контрольно-измерительных приборов, или данных систем диагностирования.

Факторы риска возникновения аварийной ситуации при хранении боеприпасов имеют ряд особенностей. Первая заключается в том, что отдельные аварийные ситуации в системе РГБ, соответствующие наихудшим возможным сценариям развития аварии, могут быть вызваны как внешними, так и внутренними причинами.

Второй отличительной особенностью является возможность многовариантности развития аварийной ситуации. Так, отдельные факторы риска могут не только иметь дальнейшее развитие с более тяжелыми последствиями, но и непосредственно приводить к тому или иному виду риска с меньшими экологическими и социальными последствиями.

Третья особенность заключается в том, что некоторые причинно-следственные связи не считают-

ся жесткими. Они могут иметь или не иметь место в зависимости от аварийной ситуации. Для формализации причинно-следственных связей в процессе анализа и оценки риска в работе рассматриваются вероятностные модели оценки. Стратегия управления безопасностью хранения РГБ представлена на рис. 2.

Оптимальное управление безопасностью хранения РГБ прежде всего связано с обоснованием оптимального значения показателя риска аварии и должно включать [3]:

• анализ опасных явлений, связанных с хранением РГБ, и разработку математических моделей с последующим подтверждением их адекватности;

• выявление критичных процессов в общей схеме развития аварийной ситуации в РГБ;

• определение методов воздействия на систему РГБ и синтез алгоритмов управления с последующей проверкой эффективности влияния управления на развитие аварийной ситуации;

• мониторинг состояния системы и прогнозирование развития аварийной ситуации.

Задача оперативного управления безопасностью хранения РГБ должна решаться путем анализа всех возможных аварийных ситуаций и сценариев их развития. В соответствии с этим управление безопасностью хранения РГБ заключается в реализации следующих основных стадий управления:

• решение по недопущению инициирующих воздействий на боеприпасы;

• решение по ликвидации причин воздействия на боеприпасы;

• предотвращение цепного процесса развития аварийной ситуации.

Формализованная постановка задачи оперативного управления безопасностью хранения РГБ, т. е. предотвращения возникновения аварийных ситуаций и их развития, приводящих к k-му виду риска, может быть сформулирована как задача минимизации ущербов k-го вида в результате аварийной ситуации при обеспечении приемлемого или допустимого значения различных видов рисков:

(Uz )* = Arg min (Fkz (Xz , dz , M, Fg , Zz)) e Г.

Минимизация возможного ущерба от аварийной ситуации в общем случае достигается за счет принятия управляющих решений (Uz)*, обеспечивающих:

• поддержание в заданных диапазонах значений параметров условий хранения боеприпасов xz в z-м хранилище в соответствии с конструктивными особенностями боеприпасов dz и предотвращение их выхода за пределы установленных значений;

• уменьшение массы М опасных, диспергированных, горючих и легковоспламеняющихся веществ,

62

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2015 ТОМ 24 №1

Стандартные условия хранения

Предаварийная ситуация в РГБ

Управление безопасностью хранения боеприпасов с целью обеспечения приемлемого риска возникновения аварийной ситуации

Организационно-технические мероприятия

Аварийная ситуация в РГБ

Управление безопасностью хранения боеприпасов в условиях риска с целью обеспечения приемлемого риска негативных воздействий на боеприпасы

Оперативное управление

Долгосрочное управление

Ликвидация последствий аварии

• контроль и регулирование температурно-влажностного режима в сооружении для хранения боеприпасов;

• постоянный мониторинг прилегающей территории

и сооружений для хранения боеприпасов;

• ликвидация отказов технологического оборудования;

• исключение несанкционированного проникновения на территорию хранения и каких-либо действий с боеприпасами и ВВ;

• идентификация аварийной ситуации;

• локализация аварийной ситуации

Выработка рекомендаций

оценка значении скорости разлета осколков по направлениям боеприпаса первичного инициирования; оценка значений скорости продуктов взрыва по направлениям взрывчатых веществ первичного инициирования; оценка значений избыточного давления во фронте ударной волны боеприпаса первичного инициирования; оценка поля взрыва боеприпасов, находящихся на хранении; учет гарантийного срока службы боеприпасов и взрывчатых веществ; оптимизация размещения боеприпасов в условиях хранения; повышение безопасности за счет реконструкции сооружений хранения; расчет вероятности инициирования боеприпасов в условиях хранения; прогнозирование возможных аварийных ситуаций, ситуационное моделирование; количественная оценка различных видов риска для всевозможных вариантов развития аварии

Рис. 2. Стратегия управления безопасностью хранения РГБ

поступивших в окружающее пространство, путем оперативного принятия решений по управлению безопасностью [4];

• уменьшение количества поражающих факторов п, масштабов их воздействий различного вида^ и сценариев развития аварии, что обеспечивается организацией правильных действий в ЧС (эвакуация персонала, обеспечение средствами защиты), а также на стадиях проектирования и реконструкции сооружений для хранения боеприпасов;

• минимизацию затрат Zz на ликвидацию последствий ущерба в результате аварии, что достигается за счет принятия оперативных управляющих решений.

Оптимизируемой переменной в задаче оптимального управления безопасностью хранения РГБ является вектор управляющих решений по управле-

нию безопасностью на всех этапах возникновения и развития аварийной ситуации.

В целом оптимальное управление безопасностью хранения РГБ предусматривает:

• анализ опасных явлений, связанных с хранением РГБ, и составление математической модели с последующим подтверждением адекватности аналитических выражений модели путем проведения вычислительного эксперимента;

• выявление критичных процессов в общей схеме развития аварийной ситуации;

• определение методов воздействия на систему хранения РГБ и синтез алгоритмов управления ее безопасностью с последующей проверкой эффективности влияния управления на развитие аварийной ситуации;

• собственно процесс управления, базирующийся на мониторинге состояния системы и прогнозировании развития аварийной ситуации.

1ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2015 ТОМ 24 № 1

63

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Егоров А. Ф., Савицкая Т. В., Михайлова П. Г. Модели и методы решения задач оперативного управления безопасностью непрерывных химико-технологических систем // Моделирование систем. — 2005. — № 6. — С. 50-54.

2. Севрюков И. Т., Козлов В. В. Принципы сопоставления, выбора и совместимости поражающих факторов многофакторного поля поражения // Оборонная техника. — 2009. —№7. — С. 41-45.

3. Пампуро В. И. Оптимальное управление безопасностью АЭС и вероятностный анализ риска // HAH Украины. — 2001. — № 5. — С. 185-191.

4. Акимов В. А., Лесных В. В., РадаевН. Н. Основы анализа и управления риском в природной и техногенной сферах. — М. : Деловой экспресс, 2004. — 302 с.

Материал поступил в редакцию 22 сентября 2014 г.

FORMALIZATION OF THE MODEL OF THE SAFETY MANAGEMENT SYSTEM OF STORAGE OF AMMUNITION

SEVRYUKOV I. T., Doctor of Technical Sciences, Professor, Honoured Science Worker

of Russian Federation, Chief Researcher, All-Russian Research Institute on Problems

of Civil Defense and Emergency Situations

ILYIN V. V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Software, Computer Facilities and Automated Systems Department, Perm Military Institute of Internal Troops of Ministry of Internal Affairs of Russian Federation

KOZLOV V. V., Doctor of Technical Sciences, Professor of Software, Computer Facilities and Automated Systems Department, Perm Military Institute of Internal Troops of Ministry of Internal Affairs of Russian Federation

English

ABSTRACT

The article formulates the task of managing security when storing ammunition under conditions of uncertainty. Uncertainties relate, first, to the reasons for the initiation of ammunition (Pj), secondly with the uncertainty of the transition of the jth initiation munition in emergency (Sj), the third with the uncertainty of what emergency would initiate the jth munition. It is discussed distributed group of munitions as multicomponent system and risk factors of emergency situations, which have a range of features. The first is that separate accidents, the worst possible scenarios of development of the accident might be caused by external causes and consequences of internal causes, a second is the multi development emergency and third-part cause and effect is not rigid, and may or may not occur depending on the emergency situation. A common strategy for storage of ammunition safety management is proposed. Objective operational storage of ammunition safety management, prevention of accidents and their development is formulated. It is analyzed possibility to minimize damage from a disaster.

Keywords: storage of ammunition; emergency; risk factors; manage security; minimizing damage.

REFERENCES

1. EgorovA. F., SavitskayaT. V., MikhaylovP. G. Modeliimetodyresheniyazadachoperativnogoupravle-niya bezopasnostyu nepreryvnykh khimiko-tekhnologicheskikh sistem [Models and methods for solving operational security management continuous chemical-technological systems.]. Modelirovaniyesistem — Modeling Systems, 2005, no. 6, pp. 50-54.

2. Sevryukov I. T., KozlovV. V. Printsipysopostavleniya, vyborai sovmestimostiporazhayushchikhfak-torov mnogofaktornogo polya porazheniya [Principles matching, selection and compatibility of the damaging effects of multifactor field destruction]. Oboronnaya tekhnika — Defense Technique, 2009, no. 7, pp. 41-45.

3. Pampuro V. I. OptimalnoyeupravleniyebezopasnostyuAESi veroyatnostnyy analizriska [Optimalmanagement of nuclear plant safety and probabilistic risk analysis]. NAN Ukraine, 2001, no. 5, pp. 185-191.

4. Akimov V. A., Lesnykh V. V., Radaev N. N. Osnovy analiza i upravleniya riskom v prirodnoy i tekhno-gennoy sferakh [Fundamentals of analysis and risk management in natural and technological spheres]. Moscow, Delovoy Ekspress Publ., 2004. 302 p.

64

ISSN 0869-7493 ПOЖAPOBЗPЫBOБEЗOПACHOCTЬ 2015 TOM 24 №1