автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов

11а правах рукописи

РЫЖЕНКО Натали Юрьевна

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НАКОПИТЕЛЕЙ ЖИДКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Специальность 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (лесопромышленный комштскс)» Специальность 05.13.18-«Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 [строиволск - 2006

Работа выполнена в Институте информатики н математического моделирования технологически к процессов Кольского научного центра РАН (г. Апатиты).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Путилов Владимир Александрович

Научный консультант: доктор технических наук, доцент

Фридман Александр Яковлевич

Официальные оппоненты;

(.Колесников Геннадий Николаевич, д.т.н., доцент З.Вдовнцын 0 ладим ир Трофимович, к.ф.-м.н., доцент

Ведущая организация:

Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН

Зашита состоится « 22 » декабря 2006 г. В 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петрозаводский государственный университет (185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33).

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан » г.

Ученый секретарь . В.В.Поляков

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Гидротехнические сооружения накопители жидких промышленных отходов относятся к категории опасных объектов, имеющих широкое распространение. Только в лесообрабатывающей промышленности - на целлюлозно-бумажном комбинате - имеются золоотвалы, отстойники, шламонакопители. Аналогичные гидротехнические сооружения эксплуатируются и в других отраслях промышленности: металлургической, горнодобывающей, химической, энергетической и др. Аварии на подобных сооружениях могут привести к загрязнению окружающей среды, затоплению близлежащей территории, что повлечет огромные убытки для предприятия и региона. Поэтому обеспечение безопасности таких объектов имеет существенное значение.

Диализ статистических данных по гидротехническим сооружениям накопителям жидких промышленных отходов позволил сделать следующие выводы. Аварийность гидротехнических сооружений в России в 2,5 раза превышает среднемировые показатели. Основными причинами аварий являются: ошибки при проектировании, дефекты при строительстве, неудовлетворительное техническое состояние сооружений и низкий уровень эксплуатации, неправильная оценка размеров паводков. Нередко причиной аварий становится пренебрежение владельцами сооружений принципом приоритетного финансирования мероприятий, направленных на обеспечение их эксплуатационной безопасности. Согласно статистике инцидентов на подобных объектах, с каждым годом увеличивается количество незначительных поломок или случаев разрушения оборудования к сооружений. Подводя итоги за последние несколько лет, можно сделать вывод, что уровень риска возникновения аварийной ситуации для таких объектов возрастает с каждым годом и давно превысил средний риск по России - 2,4-10"* 1/год. Уменьшение риска возникновения аварий на гидротехнических сооружениях стало актуальной проблемой для любого предприятия - владельца гидротехнического сооружения.

Поэтому для рационального развития гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов требуется создание научно обоснованных подходов к опенке безопасности и выбору альтернатив развития в течение всего жизненного цикла таких объектов. Автоматизация решения задач оценки и прогнозирования безопасности с помощью информационных моделей поддержки управления - актуальный метод повышения эффективности управления промышленво-экологической безопасностью гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов.

Гидротехнические сооружения являются пространственно-распределенными промышленными объектами, то есть представляют собой комплекс промышленных и природных объектов, которые взаимодействуют на любом этапе жизненного цикла. Поэтому при мониторинге н анализе безопасности необходимо рассматривать подобное сооружение и

как единый опасный объект, и как комплекс его составляющих. Характеристики пространственно распределенных промышленных объектов изменяются во времени, но в настоящее время для них практически отсутствует оперативный комплексный анализ с вариантами дальнейшего развития внешних и внутренних факторов риска при наличии прсдаварийкой ситуации в текущий момент времени.

Автоматизация решения этих задач и интеграция их в единую систему сбора н обработан данных и оперативного управления позволит повысить и эффективность функционирования гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов.

Цель диссертационной работы

Разработка модели и метода оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на всех этапах жизненного цикла для обоснованного выбора плаиово-предупредительных мер по предотвращению нредаварийных и аварийных ситуаций.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

Основные задачи исследования

1. Анализ существующих систем и методов оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов.

2. Разработка требований к системе обеспечения безопасности функционирования гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов.

3. Разработка и параметризация модели безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на основе ситуационной концептуальной модели,

4. Разработка метода оценки безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на различных этапах жизненного цикла.

5. Создание инструментальной среды оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов.

Методы исследования

Для решения поставленных в работе задач используются методы концептуального моделирования, теории графов, теории вероятностей и математической логики, элементы тс: pun множеств, методы оценки опасностей и рисков.

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по штанам на;учно-нсследоеательских работ Института информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН в период с 2000 по 2006 гг.: «Методы и модели управления безопасностью природно-промы шлейных систем», гос. per. № 01.99.0010 289; «Информационные технологии ситуационного управления технологическими процессами и

безопасностью в промышленно-прнродных комплексам, гос. per. № 01,2.003 03819, На базе этих результатов разработано методическое и программно-алгоритмическое обеспечение для создания систем оценки и прогнозирования гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА определяется тем, что сформулирована и решена проблема автоматизации оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов на различных этапах жизненного цикла с целью экономического и технологического обоснований комплекса мер по предупреждению нештатных и чрезвычайных ситуаций, что обеспечивает повышение уровня промышленное экологической безопасности предприятий. Основные аспекты научной новизны следующие:

1. Разработано расширение ситуационной концептуальной модели промышленно-природного комплекса иа задачи промышлешго-экологической безопасности. Выполнена параметризация концептуальной модели безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов применительно к условиям конкретного предприятия. Отличие модели состоит в реализации ситуационного подхода к оценке показателей безопасности.

2. Разработан метод оценки безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов, отличающийся тем, что в нем учитываются пространственно-временные характеристики объекта, при этом повышена детальность моделирования.

3. Разработана модель безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов. Отлична модели состоит в ее адаптации для различных этапов жизненного цикла с целью прогнозирования рационального развития.

Положения, выносимые на защиту, сформулированы в конце автореферата в качестве основных результатов работы.

Актуальность и научная новизна работы подтверждены включением результатов работы в перечень важнейших результатов Российской Академии Наук за 2002 годе области естественных, технических, гуманитарных и общественных наук.

Практическая ценность

Внедрение единой инструментальной среды оценки и прогнозирования позволяет повысить уровень лромышленно-экологической безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на различных этапах жизненного цикла.

Практическая реализация осуществлена в рамках завершенных хозяйственных договоров:

1. Комплексная оценка устойчивости ОАО "Апатит" к воздействию чрезвычайных ситуаций техногенного, природного, социального характера и к воздействию первичных и чторичных факторов поражения в военное время. Договор № 2000/2401 от 01.02.2000г.

2. Расчет вероятного вреда при авариях иа гидротехнических сооружениях ОАО "Апатит, Договор №2003/2401 от 1.01.2003 г.

3. Разработка паспортов безопасности опасных объектов ОАО "Апатит". Договор № 2005/2404 от 01.10.2005 г.

Научная апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на X международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, 2002г.), V Всероссийской школе-семинаре «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Апатиты, 2004 г).

Материалы диссертации использованы при выполнении работ по гранту РФФИ № 0501-97500, тема «Разработка моделей оценки техногенно-при ратной безопасности градообразующих предприятий европейского Севера (на примере ОАО «Апатит»)».

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе: 1 - в центральных изданиях, 2 - материалы международных конференций, 4 - статьи в сборниках научных трудов Институте информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН. Полученные результаты изложены в отчетах по НИР в ИИ ММ К1Щ РАН.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (52 наименования), имеет общий объем 133 машинописных страниц, содержит 24 рисунка, 10 таблиц,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено современное состояние изучаемой проблемы и обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования. Приводится краткое изложение содержания и основных результатов диссертационной работы, атакже сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава. Выполнен обзор и анализ аварий на гидротехнических сооружениях накопителей жидких промышленных отходов (ГТС НПО) на целлюлозно-бумажных комбинатах и других предприятиях России. Приводится обзор существующих подходов к решению задач управления промышленно-экологической безопасностью. Выполнен анализ

прикладных программ российских и зарубежных разработчиков, относящихся к сфере мониторинга, анализа и прогнозирования состояний ГТС НПО.

В сфере промышленной безопасности гидротехнических сооружений все существующие модели, реализованные в виде программных приложений, можно разделить на несколько категорий. Первая категория, занимающая большую часть, представляет собой набор разноплановых, невзаимосвязанных автоматизированных методик, что является их недостатком дня решения поставленной проблемы. На текущий момент разработано много методик расчета последствий аварий на гидротехнических сооружениях, в основном предназначенных для решения задач прогноза и оценки состояния опасных промышленных объектов при возникновении аварийной ситуации. Часть методик реализована в виде программного обеспечения, содержащего дополнительную справочную информацию по рассматриваемым объектам и использующего современные средства подготовки данных, визуализации, обработки и документирования результатов. Указанный тип пакетов может быть использован для решения частных задач анализа безопасности предприятий, поскольку он предназначен для обслуживания отдельных функциональных элементов объекта. Наиболее близки к поставленной проблеме два типа программных средств, которые составляют около 5 % от общего числа программных продуктов. Первый тип - программные разработки комплексного анализа промышленно-экологической безопасности отдельных элементов гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов. Такие программы позволяют проанализировать состояние объекта, спрогнозировать аварийную ситуацию, а также определить риск безопасной работы объекта или предложить меры для повышения надежности объекта. К этому типу можно отнести следующие программные продукты ОАО "Всероссийский паучий-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева":

- программное обеспечение для расчета сейсмостойкости гидротехнических сооружений, в частности, программу расчета проектной надежности креплений нижнего бьефа гидротехнических сооружений;

- программный комплекс для обработки и хранения результатов натурных наблюдений за гидротехническими сооружениями;

- программный комплекс для расчета параметров волны прорыва в одномерной постановке для иелризматического русла,

а также:

- систему информационного обеспечения безопасности конструкций ТЭС ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений»;

- groundwater Vistas and MODFLOW (программный комплекс оценки риска подземных вод и подземных стоков -геоинформационная система ESTI MAP) и др.

Второй тип программных средств - прототипов разрабатываемой системы -информационные модели для оценка опасности промышленных объектов и оптимизации

выбора мероприятий по совершенствованию безопасности таких объектов. К нему можно отнести следующие программные комплексы:

- комплекс программ (PipeRISK, (HAZARD, ПК ACM СЗМА) ГУП «ИТЦ

«Промышленная безопасность»,

- комплекс программ (BUNKER, GRAF, RAY) Института проблем управления РАН.

Также рассматривались зарубежные аналоги, ориентированные, в основном, на

атомную энергетику:

- PSA Professional фирмы Riskspectrum,

- RiskWave (Praise) фирмы US Sandia NL и др.

Рассматривались также модели жизненного цикла, построенные согласно CALS-технологии: интегрированная информационная среда предприятия (НПП "Аэросила", г. Ступино), система информационной поддержки жизненного цикла изделия (ОАО "Туполев").

Основными недостатками этих программ в плане решаемой задачи являются:

- отсутствие средств анализа и прогноза риска для всех стадий жизненного цикла

объекта;

- отсутствие возможности определения наиболее эффективного варианта развития

объекта;

- отсутствие возможности привязки и отображения полученных результатов

прогнозирования аварий к пространственным координатам.

Для решения перечисленных выше проблем и создания системы анализа и прогнозирования безопасности ГТС НПО, во второй части первой главы анализируется несколько теоретических подходов. При этом принимается, что критерием эффективности функционирования объекта является обеспечение рентабельности в течение всего жизненного цикла.

Основные теоретические аспекты разработки общего критерия рационального функционирования сложных систем развивали Рябинин И. А., Институт проблем машиноведения, специализированная инжиниринговая компания 'Севзапмонтажавтоматнка, ФГУП НТЦ "Промышленная безопасность". В их работах изложена технология построения сценариев риска неуспеха в разных предметных областях на всех стадиях жизненного цикла систем, рассмотрены и систематизированы концепции, принципы, опыт, сценарии и примеры управления риском в бизнесе и технике на стадиях проектирования, доводочных и эксплуатационных испытаний и самой эксплуатации. Несовершенство управления риском при проведении таких работ или недостаточное выделение средств на них приводит впоследствии к авариям и катастрофам. Разработка структурных моделей (схем) безопас1юсти является основой для построения логико-вероятностных моделей риска и количественного анализа безопасности.

Таким образом, основной задачей разрабатываемой системы является выбор вариантов эффективного развития (рациональной структуры) сложной промышленное природной системы (на примере ГТС НПО), который актуален на веек этапах его жизненного цикла. Для оценки вариантов, альтернатив реализации и развития пространственно-распределенного промышленного объекта использована разработанная Институтом информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН ситуационная система моделирования (ССМ), основанная на ситуационной концептуальной модели (СКМ) пространственно-распределенного промышленного объекта.

С КМ включает в себя три множества элементов - объекты, процессы и ресурсы (данные), - на которых определены связи и отношения. Схема СКМ имеет вид:

S<1M = (О, Л D,u, Я, OP, РО, OA) (I)

где О» ^ Ji = = 1,Wt, - множество объектов модели, i-порядковый номер объекта

на его уровне декомпозиции, а - номер уровня дерева объектов, к которому относится данный объект (L - обшее количество уровней декомпозиции). Здесь и далее N. - мощность соответствующих множеств.

О - Ошг u(f0Mf и СР^, ■ (2)

где LEAF - структурно неделимые элементарные объекты, COMP - составные объекты, состоящие из элементарных или составных объектов, GISC - объекты, географически связанные с Одним ГИС-элементом.

О)

где Р - множество процессов СКМ.

tf" - множество данных концептуальной модели, где£>= =- множество всех данных. Данные могут быть строковыми и числовыми. Среди последних -количественные характеристики и настроечные параметры функций (критериев) качества функционирования элементов объекта моделирования. Отдельную категорию (категорию GJS) составляют графические характеристики объектов концептуальной модели, непосредственно вычисляемые средствами гсоинформационной системы (ГИС). Отличие этого типа ресурсов состоит в описании данных как геометрических характеристик элемеитов покрытия, отображающего соответствующий ГИС-элемент.

Иерархия объектов отражает их организационные взаимоотношения:

где О, - множество объектов на уровне et, £'(<?,) - разбиение множества О,.

ОР с О х в(/*) - отношение «объект - создающие его выходные данные процессы»; Р0&РхВ{0) - отношение «процесс - создающие его входные данные объекты»;

ШсОкВ(/>) - отношение «объект-приписанные к нему процессы»;

В(р) - булеан (множество всех подмножеств) множества Р.

СКМ дает возможность сформировать митегряяьное модепцное лргдстлпп^иик рассматриваемого объекта с использованием моделей его компонентов, имеющих различные динамические параметры (шаг дискретизации, порядок модели и т.д.) и даже различные принципы внутренней организации (например, чисто логические, автоматные и аналитические модели). Ситуационная система моделирования, реализованная для сопровождения СКМ, представляет собой инструментальную среду контроля данных, обработки ситуаций, управления структурой моделируемого объекта, ориентированную на применение картографической информации и экспертных 1 знаний и не требующую программистской подготовки пользователя.

Используя описанные выше подходы, можно с необходимой степенью детальности описать структуру функционирования объекта, сценарии опасного развития системы и выработать общий критерий эффективности функционирования пространственно-распределенного промышленного объекта.

В вышеупомянутых подходах остается неохваченным одни аспект - выбор комплекса эффективных мероприятий по выявлению и устранению лредаварнйных ситуаций. Для решения этой проблемы в диссертации используется логико-вероятностная теория риска в проблеме эффективности, предложенная в Институте проблем машиноведения РАН, где задача управления эффективностью сформулирована как задача оценки весов параметров, влияющих на параметр эффективности.

Проведенный анализ позволил предложить интеграцию описанных подходов в единую систему в качестве инструментального средства для достижения поставленной цели. С помощью такой системы можно создать эффективную модель управления безопасностью гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов. Предлагаемую модель целесообразно применять на любых гидротехнических сооружениях накопителей промышленных отходов для уменьшения риска и увеличения уровня безопасности, при учете изменений исследуемой среды и оперативной адаптации к изменяющимся условиям.

Вторая глава посвящена разработке концептуальной модели функционирования гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов. Проводится сравнение основных характеристик ГТС НПО нескольких отраслей промышленности, которое показывает структурную идентичность таких объектов независимо от отрасли, отличие - только в конкретных характеристиках, что позволяет использовать одну и ту же концептуальную модель для ГТС НПО на любых промышленных предприятиях.

Эта концептуальная модель строится на базе СКМ (1) и дополнительно включает в себя непосредственное описание входных и выходных ресурсов, что позволяет учесть различие между этапами жизненного цикла объекта, которые зависят от происходящих в нем

процессов. Для обеспечения аналига и прогнозирования безопасности объекта концептуальная модель дополнена описанием характеристик аварий. Схема концептуальной модели функционирования гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов (TTC НПО) имеет вид:

•Wiw {О, Р, D, С,, H, OP, PO, In, Out, OA, CO), (5)

Для пиротехнических сооружений накопителей промышленных отходов категория объектов GtSC (2) не используется, так как она совпадает с категорией LEAF, которая в данной модели представляет собой множество структурно неделимых элементарных объектов, соответствующих элементарному ГИС элементу. Для оценки безопасности введены множества характеристик аварий и мер ко их устранению.

Cj = {Pa,RAV\G,Z), (6)

где Са(о<} - показатель безопасности объекта о„ Я, •» {р^Д i = 1, Л/, - множество вероятностей аварий, Rj (U) = {ô (u)} i = l,Nj - множество рисков аварий, где U-{u},

— величина фактического и возможного ущерба от аварии, G = \gt},h — l.»Vf; -оценка ¿-го фактора влияния на аварийную и предаварийную ситуацию, Z « {{г,' J, Д^,}, г<* в ¡' ■= 1, ïVj - набор мер безопасности по устранению возможных и

фактических предаварнйных состояний, стоимостью г; каждое, н оказывающий воздействие Agt на оценку фактора влияния. Кроме того, введены следующие отношения:

СОq Ox R^a PaxGxZ - отношение безопасности объектов; (7)

!"(p)g PxD - отношение «входные данные процесса - процесс»; (8)

Oui(p)^PxD - отношение «процесс • выходные данные процесса», (9)

ГТС НПО включает в себя три типа объектов (2): оборудование, сооружения и коммуникации.

О = О^уО^иО^, (10)

где О^, i= i = 1, - оборудование - состоит из механических и электрических приборов, например, пульпоиасосные, насосные станции, земснаряд;

О«« " ^pimi t J = '> * сооружения - ограждающие конструкции, дамбы (плотины), из насыпных грунтов, препятствующие проникновению техногенных вод в окружающую территорию, а также противофильтрациокные элементы (ядро, экран, понур); О^ — ■ I, - накопитель - бассейн, который в свою очередь состоит из пляжной

зоны {намытых промышленных отходов) и отстойного пруда, где скапливается вода.

О,,.^ - коммуникации - служат для транспортировки складируемого

вещества и воды: сооружения оборотного водоснабжения - водосбросные коллекторы, колодцы, водоводы; водоотвода щне и дренажные сооружения; сооружения для гидротранспорта и укладки складируемого вещества - пульповоды.

Поскольку каждый из вышеперечисленных объектов включает в себя вещество, которое может менять свои параметры в зависимости от типа и состояния объекта, то оно выделено отдельным типом - объект вещество О*™. В отличие от основных объектов,

вещество не имеет привязки к координатам и может изменять только свои параметры.

На основе анализа полученных данных построена структурная схема нормального функционирования ГТСНПО, показанная на рис.1.

Объекты ГТС НПО (2) делятся на две группы: & - объекты, отказ которых не приведет к большим затратам (издержки от аварийной ситуации ниже издержек, необходимых для регулирования процесса), и О" - объекты, издержки от аварийной ситуации которых заметно превышают издержки, необходимые для регулирования процесса.

0 = 0'и0\ (11)

| \ - овкггы 1 тип» - обмить! 11 тип«

Рис. 1. Структурная схема ГТС НПО

Безопасность первой группы объектов не влияет на безопасность объекта в целом и ущерб от аварии, только на текущие издержки предприятия, владеющего ГТС НПО. Поэтому они анализируются только на частоту отказов, для расчета затрат на содержание объекта. Вторая группа подвергается полному исследованию, с тем, чтобы снизить ущерб предприятия при ЧС. .

На ГТС НПО на каждом объекте происходят два типа процессов (3): процессы, отвечающие нормальному функционированию, и процессы, приводящие к отказу объекта:

р _ ряопт piia*i*)fi рлагт ^ pJtmaft — gj

1С первому типу относятся такие процессы, как, например, транспортировка вещества, фильтрация воды, которые зависят только от внутренних ресурсов. Ко второму - засорение пульпопроводов, размыв дамбы, износ оборудования и коммуникаций и др. Процессы (12), приводящие к отказам объектов, зависят не только от внутренних ресурсов, но и в большой степени от внешних факторов: воздействие окружающей среды, случайное иди преднамеренное действие человека.

При описании структуры ГТС НПО каждому его элементу сопоставляется объект СЕСМ, описывающий процессы, входные и выходные данные. Все объекты взаимодействуют между собой. Над ними стоит объект управления безопасностью объекта (управляющий объект). Функции этого блока заключаются в анализе состояния объектов модели, прогнозировании различных аварий или инцидентов и выработке эффективных мероприятий по их устранению. Он состоит из следующих процессов: анализ состояния и оценка риска, расчет последствий и выбор альтернатив развития, представление результатов анализа, учет аварий и инцидентов, управление докумeiггооборотом.

В результате, в главе 2 получена концептуальная модель гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов, с единых позиций описывающая как нормальное функционирование объекта, так и возможные аварийные и предаварийные ситуации. Рассмотрены основные компоненты, влияющие на безопасное развитие объекта и их взаимосвязи.

Третья глава посвящена разработке модели безопасности гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов для каждого этапа жизненного цикла и процессу выбора эффективных мероприятий для обеспечения требуемой безопасности.

Этапы жизненного цикла ГТС НПО различаются критерием, типом функционирования, и списком возможных путей развития. В работе рассматриваются основные этапы жизненного цикла ГТС НПО е соответствии с общепринятыми: проектирование, эксплуатационные испытания, эксплуатация и консервация.

Каждый этап жизненного цикла определяется процессами, происходящим» на данном этапе, соответствующими потоками входных и выходных данных, порождаемых этими процессами, и списком возможных альтернатив развития ГТС, то есть возможными управляющими воздействиями.

Метод оценки безопасности основан на использовании ситуационной концептуальной и логико-вероятностной моделей и включает в себя следующие этапы:

1) Анализ работоспособности основного технологического оборудования.

2) Анализ сценариев развития аварии.

3) Оценка последствий аварии.

4) Расчет значений показателей риска.

Проиесс анализа риска, в общем случае, является итерационной процедурой, в которой на каждом этапе учитываются результаты, полученные на каждом нз предыдущих этапов. В результате вырабатываются рекомендации по рациональному развитию ГТС НПО. Реализация (планирование) таких мероприятий по управлению риском приводит к изменению структуры и характеристик основного оборудования и систем защиты. Это означает, что любое принятое решение должно приводить к улучшению полученных ранее показателей риска.

Анализ безопасности выполняется управляющим объектом. Рассмотрим содержание указанных этапов анализа риска.

Анализ работоспособности основного технологического оборудования.

Данный этап предполагает обследование объекта и создание системы моделей, описывающих функционирование технологического оборудования в штатных режимах использования.

Целью этапа является анализ надежности технологического оборудования, включая основное и вспомогательное оборудование, направленный на выявление «слабых» мест и оценку вероятности возникновения опасных ситуаций вследствие отказов оборудования. В модели эту задачу решает процесс анализа состояния и оценки риска.

Анализ сценариев развития аварии

Проводится обследование объекта н создание комплекса моделей, описывающих функционирование технологического оборудования при опасных отклонениях параметров технологического процесса, а также исследование всех возможных вариантов развития аварии, определение факторов, способствующих или препятствующих развитию аварии, и создание комплекса моделей, описывающих сценарии развития аварий, приводящих к большим издержкам.

Целью этапа является оценка вероятности возникновения потенциально опасных ситуаций вследствие отказов технологического оборудования и систем защиты, определение места и объемов выброса, а также возможных вариантов развития аварии. Для этого используется логическая модель безопасности ГТС НПО.

Логической модели безопасности строится с помощью функций алгебры логики, описывающих причинно-еледстеениые связи между безопасными и опасными состояниями элементов ГТС НПО на основе ситуационной концептуальной модели ГТС НПО. Элементами сценария являются инициирующие (опасные) события (1IC), а также причинно-следственные связи между ннми.

Одна из главных прнчнн появления опасных процессов - нарушение нормального режима работы, возникающие без явных дополнительных причин при выходе тех или иных ресурсов за пределы ограничений, соответствующих режимам нормальной работы (внутренняя или технологическая безопасность). Поэтому для расчетов безопасного функционирования ГТС НПО следует выделить в каждом элементе те его выходные ресурсы, которые целесообразно атрибутировать диапазонами безопасного функционирования SR (Safety Range) и рассматривать отрицание <JL г SR(d,„) как возникновение функционально-зависимого инициирующего события (HCl).

Выделены также ИС, появление н развитие которых зависит от пространственных и/нли временных характеристик элементов объекта: пространственно-порожденные (ИС2); время-порожденные (ИСЭ), К таким НС относятся процессы, которые связаны с распространением опасного вещества и могут зависеть от рельефа местности, на которой размещена ITC НПО (например, зоны затопления при различных объемах прорвавшегося вещества). Условия возникновения таких ИС формируются экспертным путем на базе доступных в концептуальной модели ГТС НПО графических характеристик элементов. Также определены инициирующие события, отражающие человеческий фактор (ИС4), которые появляются а результате действия (бездействия) человека.

Логическая модель безопасности каждого объекта учитывает возможность возникновения на нем ИС всех введенных выше типов, поэтому опасное состояние объектов ГТС НПО можно описать в виде:

Y(Oj) = iifoj vez(oi v£j(<о,) (13)

где Y(oj - опасное состояние i'-ro объект, t/aj - {0,1} - индикатор появления у'-го типа инициирующего события при некотором сочетании значений каких-либо ресурсов СКМ;

( Г veWÏ

"W-^.ohvJ^.JKo,)]' (,4)

ИС2 формируется в функции от графических характеристик ГИС-предстааления объекта л:

(15)

где к" (о,) - множество ГИС-элементов, подчиненных данному объекту ГТС НПО О/(в дереве объектов СКМ),

При описании ИСЗ требуется учитывать достаточно широкий класс пространственно-временных соотношений между характеристиками объекта, что можно выполнить с помощью встроенных в экспертную систему ССМ пространственно-временных функций.

Инвертируя выражение (13), получаем логическую модель безопасности объекта:

У'(о J - ei '(oi) л е: '(о) л е3 /( е4 '(о), (|й)

которая преобразуется в вероятностную функцию безопасности объекта:

15

р'лР")-Рл (ti(oJ) -РлМоО) -р*Ы<о}) (17)

С помощью соотношения (17) вычисляется вероятность возникновения аварийной

ситуации ня дни ном объекте.

Оценка последствий аварии

Данный этап предполагает исследование всех возможных вариантов развития и оценку возможных последствий аварии. Мерой оценки последствий в зависимости от решаемой задачи анализа риска является величина фактического и возможного ущерба U. Оценка последствий основывается на экспертных знаниях, описывающих все потенциально возможные для рассматриваемого объекта виды аварий.

Расчет значений показателя риска

Риск аварии R определяется как математическое ожидание вероятности возм>[кновения аварийной ситуации и возможного ущерба от аварии (б).

г^р'^Гуи'. (18)

Вероятность г'Л является функцией от степени опасности различных групп оборудования, условий, способствующих развитию аварий, и вычисляется с использованием ситуационной концептуальной модели ГТС НПО (1).

Таким образом, выше описан метод оценки безопасности ГТС НПО на основе логико-вероятностного подхода. Предложенный метод позволяет определить степень риска аварий на объекте, так как учитывает изменяющиеся вероятности элементарных событий и логическую связь между ними с детальностью до отдельного ресурса.

Используя метод оценки безопасности и ситуационную систему моделирования для ГТС НПО с учетом этапа жизненного цикла, получаем модель безопасности, адаптируемую для различных этапов жизненного цикла и позволяющую выбирать рациональные варианты развития объекта.

Теперь рассмотрим критерий определения вариантов рационального развития ГТС НПО на различных этапах жизненного цикла на основе текущего состояния путем выбора комплекса эффективных мероприятий.

Основная цель обеспечения эффективной эксплуатации производственного объекта -минимизация издержек (6) от возможности проявления аварийности и иных негативных техногенных проявлений, отрицательно сказывающихся на качестве и конкурентоспособности производства, то есть обеспечение безопасности объекта.

Рассмотрим этапы выбора эффективных мероприятий для снижения степени риска

(И):

]. С помощью ситуационной модели определяется оценка факторов влияния gt и рассчитывается вероятность появления инициирующих событий, функционально зависящих от оценки факторов влияния, на основе логической модели - вероятность появления аварий.

2. Определяется значимость инициирующих факторов (событий) на основе (6), (17):

о»)

Объекты, инициирующие события которых имеют большую 3ti34!»;OCTL, относятся ко второй группе объектов ( 11 ).

3. Рассматриваются соответствующие этапам комплексы мероприятий (Z) по устранению возможных (i/^оя) и фактических (U/ш) аварийных ситуаций.

Для каждого комплекса мероприятий вычисляются: стоимость внедрения ( У г, ).

изменение вероятности происшествия при возможном внедрении {¡ф'л), выгода от возможного внедрения (JÎ), коэффициент эффективности (/Г,):

V, + .....S. + Лг.). (20)

=/i(u')-^(«"), (21)

4

где и'и ы" - величины ущерба от аварии до и после внедрения мероприятий.

Выбор мероприятий из существующего списка можно производить двумя путями, причем на каждом из них учитывается коэффициент эффективности от внедрения выбранных мер. Основным путем эффективного выбора развития объекта является максимальное снижение риска, при ограниченных средствах:

тах

(23)

z<,ZM

где R- выгода от возможного внедрения, m - количество возможных вариантов мероприятий, Z - фиксированные средства, г- стоимость.

Второй путь — минимизировать затраты, выбрав такой набор мер безопасности {;,}, внедрение которого снизит рнскаварнйиой ситуации до допустимого уровня;

Z - Vi, -* min

' • (И)

Mm**?

где Äj" - допустимый (заданный) уровень риска аварий.

Таким образом, в 3 главе описан метод оценки безопасности ГТС НПО на основе логико-вероятностного подхода. Предложенный метод позволяет определить степень риска аварий на объекте, так как учитывает изменяющиеся вероятности элементарных событий и логическую связь между ними с детальностью до отдельного ресурса. В совокупности ситуационная система моделирования и метод оценки безопасности формируют ситуационную модель безопасности ГТС НПО. Она позволяет определить степень

безопасности на каждом этапе жизненного цикла и обосновать выбор комплекса эффективных мероприятий для повышения безопасности объекта.

Четвертая глава посвящена описанию применения предложенного подхода и разработанных на его основе программ для моделирования ГТС НПО.

На основе разработанных моделей реализована и апробирована система, позволяющая провести комплексную оценку устойчивости ОАО «Апатит» к воздействию чрезвычайных ситуаций техногенного, природного, социального характера, а также к воздействию первичных и вторичных факторов поражения в военное время. В рамках системы рассматриваются несколько разнотипных объектов, относящихся к ГТС НПО. Исходные данные - технологические характеристики опасных объектов и природные условия окружающей среды. В результате работы системы оператор (эксперт) получает следующую информацию; из всего списка пространственных элементов каждого объекта выделяются только те, которые имеют самый высокий показатель риска возникновения аварийной ситуации. На основе информации об опасных участках проигрываются возможные сценарии аварий и катастроф. Результаты расчетов последствий передаются ЛПР, который предлагает варианты дальнейшего развития объекта.

Помимо системы, описанной выше, представленные модели использованы при выполнении расчета вероятного вреда при авариях на гидротехнических сооружениях ОАО "Апатит", а также для решения некоторых частных задач, таких, как паспортизация пространственно-распределенных опасных объектов Мурманской области. Внедрение вышеперечисленных программных продуктов позволило специалистам в области промышленно-экологической безопасности повысить оперативность и эффективность прогнозирования безопасности опасных объектов, что существенно повлияло на уровень автоматизации процесса сопровождения комплекса в целом.

Акты о внедрении систем и отзывы приложены к диссертации.

В заключении изложены основные результаты работы, рассмотрены возможные направления дальнейших работ по исследуемой проблематике.

В приложение вынесены примеры реализованных программ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе сформулирована и решена проблема автоматизации анализа и прогнозирования безопасности на различных этапах жизненного цикла гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов с целью экономического к технологического обоснования комплекса мер по предупреждению нештатных и чрезвычайных ситуаций, что обеспечивает повышение уровня промышленное экологической безопасности.

В ход« работы получены следующие результаты: Концептуальная модель промыт л еиыо-пркродных комплексов расширена на задачи безопасности; выполнена параметризация концептуальной модели для ГТС НПО, Разработана иерархическая модель функционирования ГТС НПО, состоящая нз трех множеств элементов - объектов, процессов и информационных ресурсов (данных). Опасные объекты и технологические процессы классифицированы по различным признакам и параметрам и разбиты на группы. Определены базовый набор характеристик каждой группы и их взаимосвязь. Выделен управляющий объект, который определяет степень безопасности элементов ГТС НПО н обеспечивает выработку возможных мероприятий для предотвращения предавариЯных ситуаций.

Разработан метод оценки безопасности ГТС НПО, основанный на логико-вероятностном подходе и позволяющий определить степень риска аварии на объекте. Проведен анализ функционирования существующих ГТС НПО, проанализированы инициирующие события, влияющие на безопасность объекта, и определена их взаимосвязь. Разработанный метод оценки безопасности учитывает пространственно-временные характеристики элементов объекта и повышает детальность описания ГТС НПО до отдельного ресурса, что позволяет выявлять сложные (многократные) отказы. Разработана модель безопасности ГТС НПО, основанная на предложенном методе оценки безопасности и ситуационной системе моделирования. В ней специфицированы параметры каждого этапа жизненного цикла объекта. Модель позволяет выявить рациональные варианты функционирования объекта на любом этапе его развития. Основным критерием оценки эффективности функционирования является рентабельность. С помощью модели можно также спрогнозировать изменение параметров элементов ГТС НПО при проведении выбранных мероприятий.

Результаты диссертационной работы использованы при реализации специализированных программных систем, которые внедрены для решения задачи автоматизации комплексной оценки устойчивости горно-хнмнчсского комплекса ОАО «Апатит».

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вьялкова Н.Ю. Проектирование динамической модели промышлеино-экологнческой безопасности горно-химического комплекса / Н.Ю. Вьялкова И Информационные технологии в региональном развитии: прикладные аспекты н решения. / Под ред. ПутиловаВА„ Апатиты, иэд-во КНЦРАН. 2002, -С. 19-22.

2. Вьялкова 11.10. Проектирование динамической модели промышленно-экологичсской безопасности горно-химического комплекса / Н.Ю. Вьялкова // Проблемы управления

безопасностью сложных систем: Мат. X межд. конф., дек. 2002 г., Москва. Ч. 2. - М.: РГГУ-Издательский дом МПА-Преес.-С. 149-154.

3. Вьяг.кова Н.Ю. Постановка задачи расчета параметров ослабленной зоны для выработок различной формы / Н.Ю. Бьялхова // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Мат. X межд. конф., дек. 2002 г., Москва. Ч. 2. - М.: РГТУ - Издательский дом МПА-Пресс.-С. 177-180.

4. Вьялкова Н.Ю. Методика компьютерного моделирования геомеханического состояния массива горных пород / Н.Ю. Вьялкова, С.Ю. Яковлев, Э.В. Каспарьян // Основные результаты в области естественных, технических, гуманитарньш и общественных наук: Отчет о деятельности Российской Академии Наук в 2002 г. / Раздел "Информационные технология и вычислительные системы". - №: "Наука", 2003. -С. 35. (доля участия 30%)

5. Рыженко Н.Ю. Информационная поддержка управления безопасностью промышленно-природных объектов / Н.Ю. Рыженко, С.Ю. Яковлев // Прикладные проблемы управления макросистемами: Сборник статей, том 8. Под ред. д.т.н, Ю.С, Попкова и д.т.н, В.А. Путилова. - Москва: Изд-во "Едиториал УРСС", 2004, - С. 239-243. (доля участия 70%)

6. Рыженко Н.Ю. Компьютерная реализация методик расчета последствий аварий для некоторых типов опасных объектов / Н.Ю. Рыженко, A.A. Рыженко И Управление безопасностью прнродно-промышленных систем: Сборник научных трудов ИИММ КИЦ РАН, вып. V. Под ред. В .А. Путилова. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2004. - С. 32-34. (доля участия 50%)

7. Рыженко Н.Ю. Расчет вероятного вреда при авариях на гидротехнических сооружениях АНОФ-2 / Н.Ю. Рыженко, С.Ю. Яковлеву Н.В Исакевич // Управление безопасностью прнродно-промышленных систем: Сборник научных трудов ИИММ КНЦ РАН, вып. V. Под ред. В.А. Путилова. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2004. - С. 56-62. (доля участия 40%)

8. Рыженко Н. Ю. Усовершенствование ситуационной концептуальной модели для анализа и выбора альтернатив безопасного развития пространственно-распределенных промышленных объектов / Н.Ю. Рыженко // Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН. - Апатиты, 2006. - 6 е., библ. 3. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 04.08.2006, № 1038-В2006.

9. Рыженко Н. Ю. Оценка безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на целлюлозно-бумажных комбинатах/Н.Ю, Рыженко// Информационные технологии в региональном развитии: Сборник научных трудов ИИММ КНЦ РАН, Bbin.VI, Под ред. Путилова В.А. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2006. --С. 150-152.

Автореферат

РЫЖБНКО Натальи Юрьевны

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НАКОПИТЕЛЕЙ ЖИДКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Технический редактор Каржавина С.И.

Подписано к печати

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уся,печ_к. 1.25. Уч. - изд.л. 1, Усл. Краско,-от, 1.2. Заказ №21 Тираж 100 экз. Бесплатно.

Издательство Петрозаводского государственного университета 185640, Петрозаводск, пр. Ленина, 33

Отпечатано подразделением оперативной полиграфии Кольского филиала ПетрГУ.

184200, г, Апатиты, Мурманская обл.. Космонавтов,}.

ВВЕДЕНИЕ———-—.

Глава |, оннсаннр.предметной области.—и. пръдмглмлй область. молелнрукмая среда

I I Втннис я як о нодател ы I о» фактора ни у/уме ¡ение бемпмностью предпршти» . .—,

112 Влияние жоюиического и социально™ фаитюрое на беютюаккти предприятии

113 Нспо льтсштиг тфорыещиптпп акяноюгий (»ч решения тктао км>ых шдичК) i .2. обюр существующим пин гаммцых разработок в области шчхныщ.ц: ццчжо.зднч^ской кэонасности.

12 I Лмлчшосновных ыапратеыай чптпшипнктш/ мАач беюткноети ПХ' ИШ)22 122 Анализ разработанных гмсмкч информационной поддержки 23 13 оыос теоретических мол кодой к обдаст и пгомышшвю-'жош ичес кой безопасности.—.

1 4 выдо гпосоьа пострйемш модели ссмчмюяьшш для пишятня рншлго« л сфер! управления ягитнасносшо ПС нпо.

Выпады по главе I .,—■--.,

Глава 2. Концептуальная модель ы »опасности ГТС НПО.——ц

2 i .Расширение концептуальной модели для решения тадач втиаюсгн 41 21 I Расширение одп/ептуагмтй чоденг на уадачн бс тпасмаспш 42 2/2 Мадет атрибутов шицеттпъной модели

2 2. коцсп гуирование кошиэттуаяыюй модели гтс 11по 51 Винилы 1го главе 2—

Глава 3. Модель безопасности ГТС НПО —.—.

3 1. Средства оы сшчр.ния ььлимсногтн гтс нпо на каждом этапе жниншил * > цикла—,—~-------—«—-,

ЗА Метод оценки шмисносги гтс нпо. .7в

52! Аыашз работоспско&ности отимпют технаяагич(СКа--0 оборудования

322 Анахю сценариеврагаиншм марин

3 23 Оценка посмеши ни аварии . ИТ

3,2,4, Определение риска.н-.,

3.3. Выьт- ыяикгав МЯНШПС НПО .— вышли но i лаве 3 —---——--——-------------------- *>'

Глава 4. Описан ut исполнителей модели. Приманки ml молим безопасности

ГГС НПО.„.

41. ОСНОВНЫЕ ТЯЕМЕИТН чояглн. .—

4 2 HPAKÎSiVfXKOf- П?Н»1£Н£НИ£ PAJTAHOUlllfOfí НОЙЕЛН. .-.„-. W

4 2 / Понижения оценка устойчивости ПС НПО ОАО »ЛлвПнтт* W

4 22 f'ttivem irepawtiHOJv apeùa n¡>ы торт* кa .muàpometíгическиг гоорумгнкях

АНОФ2---..

423 Паспорт беянюсности А ТЭЦ ГГС НПО ïo.i о m шл: ootma ¡

Вывалы по гик 4.

1шючш1е —--. 12?

-ЙНТЕГАТУМ.—. .■—. —.

При доже н ill.

Актуальность работы

Гидротехнические сооружения накопители жидких промыш.зениых отходи относятся к категории опасны* объектов, имеющих широкое распространение luuia.hu а лесообрабатываюшеД промышленное № - на целлюлозно-бумажном комбинате - имеются юдоогвалы, отстойники, шламонаколизели Аналогичные гидротехнические сооруженш эксплуатируются и ■ других отраслях промышленное! и: металлургической, горнодобывающей. химической, шертетичсской и др Аварии на подобны* сооружениях могут примети к ягрпнеишв окружающей среды, затоплению близлежащей территории, чю поалечет огромные убытки для предприятия и региона Источу обеспечение безопасности такн* объектов имеет существенное ша'кнне

Анализ статистических данных но гидротехническим сооружениям накопителям ЖИДОМ оромышлелми* отходов позволил сделать следующие Никли Аварийность гидротехнических сооружений а России я 2.5 рам превышает среднемировые показатели Основными причинами аварий являются ошибки при Проектировании, дефекты при строительстве. неудовлетворительное техническое состояние сооружений и шикни уровень эксплуатации. неправильная опенка размеров иаволков Нередко причиной аварий становится пренебрежение владельцами сооружений принципом приоритетного финансирования мероприятий, направленных но обеспечение их жстглуагаиношюй безопасности Со1лвсно статистике инцидентом иа подобных объектах, с каждый годом увеличивается количество незначительных поломок или случаев разрушения оборудования и сооружений. Подводя итоги за последние несколько пег. можно слепить аывол. что уровень риска возникновения аварийной ситуации ддя таких объектов возрастает с каждым годом н лявио превысил средний риск № России - 2,4КГ1 Мод Уменьшение риска юшиювдвеиия аварий и« гидротехнических сооружениях стало актуальной проблемой для любого предприятия - владельца гидротехнического сооружения

Потому для рационального развития гидротехнических сооружений накопителей промышленных отходов трсбуезев создаю« научно обоснованных подходов к опенке безопасности и выбору альтернатив развития в течение всего жизненного никла таких обьекзов Автоматизация решения задач оценки и прогнозирования безопасности с помощью информационных моделей поддержки управления - актуальный метод повышения эффективности управления промышленно-экологической безопасностью тидротсхническнх сооружений накопителей жидких промышленных ополн

Гидротехнические сооружения яв:тяются нроетраиственна-рнирслслсииыми промышленными объектами, то есть представляют собой комплекс промышленных и природных oGwriTùH. которые ни i ш ч>;| с Не i bv ю i на любом этапе жизненное о никла Поэтому при моншорннге н анализе беюпаеносгн необходимо рассматривал. подобное сооружение и как ели мы ft опасный объект, и как комплекс но соетввиякмцих Характеристики простраиствемго распределенных ирочыигленных объектов изченяютев во вречени. но а иаетмщее «рем* дли ни* практически отсутоаусг рперлипимл ►,a4jrjio.Liitjfl анализ с вариантами ддпшсйнкп) развития внешних н внутренних факгоров риска при наличии нрсдаварнЛной ситуации а текущий момент времени

Авточапгшшя решения этих ылач н иитеграии» их в единую систему сбора и обработки данных и оперативно)« упрааления позмлнт пзйысигь h эффективность функционирования гидротехнических сооружений «мкоиитслей жидких прочы тленны ч отходов

Цель диссертационной работы

Разработка модели н метода оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких нромыш/книых отход» на всех илгшч жтнениою цикла дли обоснованного выбора планово-нредунредигепьных мер по предотвращению иредавлрийных и аварийных ситуаций

Ли достижении поставленной цели решены следующие u.u'n. Основные задачи исспедотания

1 A Haiini существующих систем и методов оценки и прогнозирован» и безопасное! и гидротехнических сооружений шконктелеЛ жидких промышленные отходов 2, Paipafarta фсбовамии к сисгсмс обеспечения бедапасмости функционирования гидротехнических сооружений накошие.кй жидких промышленных oí ходов 3 Разработка и параметризация модели безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных ипсодов «a основе ситуационной юищетуалииои модели,

J Разработка метода оценки безопасности гидротехнически* сооружений накопиic.»cfl жидких проч ыш.теины.ч отходов на различных этапах жизненного цикла 5 Создание инструментальной среды оценки и ирог ношровяни» безопасности гидр(«ехническия сооружений накопителей жидких промышлениыч отходов

Методы исследования

Дп* решения поставленных в работе задач иснояыукпея методы юипкптуальнош моделирования. теории графов, теории вероятностей и чатевдтической лошки, элемент" теории чиожсств. методы оценки опасное гей и рисков

В основу диссертационной работы положены результаты, подученные автором « ходе исследоааинИ, проводимыч по планам иаучио-иеелсдомтсльскнч работ Ннетита информатики и математического моделирования технологически ч процессов Кольского научного «ентро РАН ■ период с 2000 no ÎDftfr тт пМстаты н мвдел» упраилеии* безопасностью прцродно-промышмииик систем». гос. рег № ОКОТ. 0010 28**. «Информационные технологии смтуацмониого управления технологическими процессами и бёкииеиостыо • оршшилгшнррадны« комплексах*, гос. рег. Нг ОМ 003 03*19 На базе них результатов разработано методическое и протраммно-алг йр«1 инчсскос обеспечение для (ОШШ систем оценки и прогнозирования гидротехнических еоор> жени И накопителей промышленных отходов

Научная новизна определяете« тем, что сформулирована к решена проблема автоматизации оценки и пропаянрошии безопасности гидротехнических «щруж«и«й накопи селей промышленник отходов на различных этапах жи шейного цнкла с целью экономического н технологического обоснований комплекса мер по предупреждению нештатных и чрезвычайных ситуаций. что обеспечивает повышение уровни нромышяснно-экологнческоА безопасности предприятий Основные аспекты научной новизны следующие'

1 Разработано расширение ситуационной концептуальной модели промышленио-прнродносо комплекса на задачи прОЫышАММО-акологичякоП безопасное >и Выполнена пярамегритацна концептуальной модели безопаемкти гидротехнических сооружений накопителей жидких примышленных отходов применительно к условиям ■анкрглюго предприятия. Отличие молели состоит в реализации ентуашкиикио подкола к оценке показателей безопасное и« 2- Разработан метод оценки бсюнясностн пцрпьннтких сооружений накогнмелей жидких промышленных отходов, отличающийся тем. что ■ нем учитываются пространственно-временные характеристики обз^кта, при этом повышена легальность моделирования

3 1*а1раГн.панй модель безопасности гидротехнических сооружений накопи гелей жидких промышленник отходов Отличие модели состоит в се адаптации для различны\ -панов жникнного цикли с иелио про! нознроынин рационального рамипга положения, выносимые на Защиту, сформулированы а конце автореферата я качестве основных реэуяЬПТО! работы

Актуальность и научная новизна работы подтверждены включением регулматой рабош ■ перечень важнейших результатов Российской Академии Ла\к за 3002 гол ■ облает естественных, технических. гу*ииигар»плх и общественных наук. Практическая ценность внедрение единая ннетру«смтат*ж»Я среды «мк'нлн и лрегножролмгия «из*о гкг нависни. уровень промыш лстню-э Минин ческой безопасности гидротехнических сооружении накопи тедеЛ жидких промышленный отходов на различных напал жизненного пиши.

Практически реализации осуществлена в рамках завершенных хозяйственных договор»

3 Комплексна* опенка устойчивости ОАО "Апатит" к воздействию чрствычайиыч ситдшяй техногенного, природного. социальною характера и к возшейсттняо первичных и вторичных факторов поражения в военное время Доктор .V- 2000.^2401 от 01 Ю .2000г.

2. Расчет вероятного вреда при авариях па гидротехнических сооружениях ОАО "Апатит

Договор № 2003/2401 от Ш-2003 г ,1 Разработка паспортов безопасности опасных оСиктм ОАО "Апатит" Договор №

2005/2404 ог 0 ¡10.2005 Г Научная апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались н обсуждались но X международной конференции »Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва. 1002г.). V Всероссийской школе-семинаре «Нриюидные проблемы управления макросистемами» (Апатиты, 2004 г).

Материалы диссертаций использованы при выполнении работ по гранту РФФИ № 05-01-97500, тема ■■ Разработка миделей оценки тсхиогенно-природипЯ безопасности градообразующих предприятий европейского Сепсрэ (на примере ОАО чАппит»!«

Публикации

По теме МДОрПШНМШОй роботы опубликовано 10 печатных работ, и том числе 1 в центральных изданиях. 2 - материалы международных конференций 4 - статьи в сборниках научных трудов Институте информатики и математическою моделнромшм технологических процессов Кольского научного центра РАН Полуденные результаты изложены в отчетах по НИР в Институте информатики и математическое о моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН,

Выводы по главе 4

В результате практических исследований получены следующие результаты ! Выбран способ интеграции модели в информационную среду, основанный на объектно-ориентированном программировании Он позволяет моделировать характеристики и поведение элементов ГГС НПО наиболее близко к реальтвдети 2. Разработана структур* классов модели, которая позволяет описать элементы ГТС НПО, мх характеристики и взаимодействие Каждый из перечисленных классов содержит определенный набор процедур и данных, соответствующий объекту ГТС НПО Разработана база данных для хранения исходных и текущих параметров в информационной среде, а также основные алгоритмы обработки и представления них данных.

4 Разработанная модель обеспечивает комплексную оценку устойчивости ГТС НПО к воздействию опасных внешних факторов в военное и мирное время и анализ рнска. при создании паспортов и деклараций безопасности таких объектов, А также позволяет наглядно отображать результаты исследований элементов ПС НПО как единой системы.

5 Использование результатов диссертационной работы на предприятию, содержащих в своей ведомстве гидротехнические сооружения накопителей промышленных объектов, позволит оперативно произвести оценку текущего состояния объекта, рассчитать возможные социальные и экономические потери в случае возникновения возможной аварийной ситуации Ив основе собранной информации модель позволяет рассчитать возможное развитие объекта в течение всего жиикшимо никла и выбрать список возможных мероприятий лл* учеиьнтеиия степени риска для всех этапов жизненного цикла. Использование разработанной модели на предприятии представляет собой систему поддержки управления безопасностью, учитывающую исторические факторы естественного развития объекта и возможные влияния в будущем

Заключение

В диссертационной работе сформулирована » решена проблема автоматизации управления всеми этапами жизненного никла гидротехнически), сооружений накопителей н|кумышленных отходов с целью ЖОМОМ НЧССКОГО и технологического обоснованн» комплекса мер по предупреждению нештатных и чрезвычайных ситуаций, что обеспечивает повышение уровня промышлеиио-эколосической безопасности В ходе работы получены следукипие результат Концептуальная модель расширена и* »влачи безопаеноети; выполнена параметризация концептуальной модели лля ГТС НПО. Разработана иерархическая модель функционирования ГТС НПО, состоящая из трех множеств элементов - объектов, процессов и информационных ресурсов (данных) Опасные объекты и технологические процессы классифицированы по различным признакам и параметрам и разбиты на группы Определены базовый набор характеристик каждой группы и их взаимосвязь Отдельно выделен управляющий объект, который определяет степень безопасности объекта и обеспечивает выработку возможных мероприятий для предотвращения предаварийных ситуаций

I'кзработая метод опенки безппаенчжти ГТС 1ШО, основанный на логико* вероятностном подходе и позволявший определим, степень риска аварии на объекте В ходе работы проведен анализ функшнмшрования существующих ГГС НПО. выбран набор инициирующих событий, вяиммцих на безопасность объекта, и определена их взаимосвязь Разработанный метол опенки безопасности учитывает пространственно-временные хврактериснии злеменгов объекта и повышает детальность описания ITC НПО до отдельного ресурса, что позволяет выявлять сложные (многократные) отказы Ратработянн модель безопасности ГТС Fl ПО. основанная «та предложенном методе оценки бе опасности и ситуационной системе моделирования Она учитывает (.разработанные средства обеспечения безопасности объекта) параметры каждого этапа жизненного цикла объекта Модель предлагает рациональные варианты функционировании объекта на любом этапе его развития Основным критерием опенки эффективности функционирования является рентабельное п. С помощью модели можно также спрогнозировать нзмаеение параметров элементов ГТС НПО при проведении выбранных мероприятий.

Результаты диссертационной работы использованы при реализации специализированных программных систем, которые ККДрсмы для решения задачи автоматизации комплексной оценки уешйчивоезн ГХК ОАО яАллтнт». В дальнейшем планируется внедрить разработанный подход в лесопромышленный комплекс Карельской

127 республики Возможные вправления дальнейших исследований поземе диссертационной работы параметризовать концептуальную модели для всех типов гидротехнике кнх сооружений, автоматизировать разработку возможных сценариев развития аварий ил основе концептуальной модели

1. Экономические механизмы управления рисками чрезвычайных ситуаций М ИСКЕ "Куна", 2<КМ. 3|2 е

2. Бреллоу ДД, Пальмиерн А Нормятнаио-правовая бага безопасности плотин М *Весь Мир». - 2003.

3. Емельянов С. В . Олейннк А.Г., Попков ЮС, Путилов В.А Информационные технологии регионального управления М Едиториал УРСС. 2004 400 с7 5щзои II А. ТЬе Ые* 5с«исе оГМапаеспзспт Оес1&юп Ы.У Нагрсг атк) Яо« РиЬИзИету 1960.

4. Ложе 11 Информационные системы Методы и средства > Пер. с фр М. Мир. 1979. 632 с.

5. Рябинин И.А, Надежность н безопасное» структурно-сложных систем И СПб Политехника. 2000 248 с.

6. РД 03-418-01 Методические рекомендации иф проведению диализа риска опасных производственных объектов Документы межотраслевою применения I» вопросам промышленной безопасности, охраны недр. Госгортехнадюр России. 2001 20 с.

7. Черкесов Г.Н, Можасв А.С Логико-вероятное »тыс методы расчета надежности структурно-сложных систем. Ч В сб. Качество и надежность изделий Вы л 3U5) М Знание, ЮТ I

8. Можасв А С. Алексеев А О Громов В К Автоматизированное логико-вероятностное моделирование технических систем. tí Руководстве пользователя ПК АСМ. версия 5 О СПб ВИГУ. 1999.

9. Можаев А.С. Theory and practice ofiYlomaled strYctYral-logical iimYIanon of sywem 1л1еп1я1гопв1 Confercnce он Informalws and Сотйго! (ICI&C97). Тот 3 St PelcrsbYrg SPH RAS. 1997, p. 109-111K

10. Можасв А С Учет временной последовательности отказов элементов в логико-вероятностных моделях НВвежиости Н Межвузовский сборник; Надежность систем зиергетнкн Новочеркасск: НПИ, 1990. с 94-103

11. Путилов В.А. Фильчаков В В. Фридман А Я CAS Е -тс х и о лопт и вычислительною эксперимента, Апатиты; И за КНЦ РАН, 1994.Т I 249 с. Т.-2 - 169 с

12. Путилов В А Фридман А.Я.„ Прикладные АСНИ технология аатоматизирова иного проектирования II Методы и средства вычислительною эксперимента Апатиты Ихд КНЦ АН СССР. 1990 -С 34-38.

13. Путилов В.А. Фридман А Я. ЧеиосовС.Б. Организация вычислительного моделирующего эксперимента для динамических объектов // Вычислительный эксперимент в исследованиях технологических процессов и систем Апатиты- Над КНЦ АН СССР. 1991 -С 42-46

14. Фридман А Я, Ченосов С.Б Средства организации и проведения вычислительного эксперимента по моделнровозтию динамики ¿ложных систем. Н Вычислительный экснеримптт в задачах прогнозирования Апатипа; Изд КНЦ АН СССР. 1994 C-I40-I49.

15. Дерусео П. Рой Р-, Клоуз М Пространство состояний в теории управления М. Наука, i 970 - 620 с.

16. Месаровнч М. Такахлра Я. Обшая теория систем математические оствдвы М Мир. 1971 -312 с.

17. Ьуч Г Объектно-ориентированный аиати и проектирование с примерами приложений на С++ "Издательство Бином", "Невский диалект'. 1998 560 с

18. Kim W and Lochovsky F Object-Orienlcd Concepts* Applications, and Databases Micro* rend Books, 19H9

19. KimtKiugh J, Blacha M. Pfenierlani W, Eddy F. Lorensen W. Objeci-Oriemed Modeling and Design. Prentice-Hall, Inc, 1991

20. ГОСТ 27 301-95 Надежность в технике Расчет надежности Основные положения М Издательство» стандартов. 1997. 15 с.

21. ГОСТ 24 70I-S6. Едина* система стандартов автоматизированных систем управления Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения М Издательство стандартов, 1937 17 с.

22. Яковлев С Ю,. Гринберг И.Н, Ржевский Б Н. Декларирование безопасности промышленных объектов Мурманской области Ч Безопасность труда в промышленности. 1998 - М - С. 15-36.

23. Бакаева С.П., Михайлова ТВ Определение объектов мониторинга безопасноеm ГТС накопителей жидких промышленных отходов // Безопасность труда в промышленности 2005. JfclQ. - C.24-2S.

24. Вилком Н Ю. Постановка задачи расчета параметров ослабленной зоны лм выработок различной формы И Проблемы управления бетопаеиостъюсложных систем; Мат X межд конф, дек 2002 Москва Ч. 2. М.: РГГУ - Издательский до« МПЛ-Пресе.-С, I77-1Í0,

25. Фридман А Я. ОлеЙннк А.Г Ситуационное моделирование прнродио-техиичееких комплексов И Информационные технологии н вычислительные системы, 2002, № 2 -С 90-ЮЗ

26. Правила беюпаснослт гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов, Утверждены постановлением Госгортехнадзорв России 28.01 2002 №6

27. Сагидова M Л , Фридман А Я. Метод ГНС-представления картографических задач исследования и обеспечения безопасности N Управление безопасностью природою-промышленных систем Апатиты КНЦ РАН. 2000 - Вып III ■ С, 6-20.

28. Олейник А,Г,. Фридман А Я. Фридман О.В Особенности женергного анализа исстаижитариых пространственных обьектов И Системы информационной по.ыержки репюнального развития Апатиты КИП РАН, 1998 'С 50-55.

29. Инструментальная система поддержки вычислительного эксперимента ( Олейник Л Г. Смагни А,В. Фридман А Я, Фридман О В Н При рая иные продукты н системы.1. Jfr2.-C.W3,

30. Гражданкин А И. Разработка экспертной системы оценки техногенного риска н оптимизации мер безопасности на опасных производственных объектах: Авторсф дне конд техн. наук М. 2001 34 с