автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Методические основы информационного моделирования комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения

ГУСАРОВ Александр Анатольевич

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

Специальность 05 25 05 -информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2008

003445251

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации Гадышев Виктор Александрович

Официальные оппоненты'

доктор технических наук, профессор Фетисов Владимир Андреевич кандидат технических наук Гладких Борис Васильевич

Ведущая организация. Военная академия связи

Защита состоится 26 июня 2008 г в 16 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205 003 02 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России

Автореферат разослан «_» мая 2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205 003 02 доктор технических наук, профессор

И Г Малыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационного исследования. Характерной особенностью общественного развития России на современном этапе является направление значительных усилий руководства страны на те сферы, которые определяют качество жизни граждан Особое внимание при этом уделяется обеспечению эффективного функционирования предприятий жизнеобеспечения, как одного из основных факторов, способствующих стабилизации общественно-политической обстановки в стране Наметившаяся тенденция к повышению жизненного уровня населения, наряду с реанимацией производственной деятельности крупных промышленных предприятий, особые требования предъявляют к бесперебойному функционированию предприятий жизнеобеспечения

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, обеспечение надежности и безопасности высокоразмерных структурно-сложных систем, к которым относятся системы жизнеобеспечения, возможен только на основе разработки и использования методов, программных средств и технологий, основанных на автоматизации процессов моделирования и расчета соответствующих системных показателей

К настоящему времени накоплен определенный положительный опыт разработки и практического применения различных методов, программных средств и технологий автоматизированного моделирования для выполнения вероятностного анализа безопасности (ВАБ) атомных энергетических объектов на стадии проектирования и оценки надежности и безопасности разрабатываемых структурно-сложных сис1ем

Вместе с тем все более актуальными научными и практическими задачами становятся теоретические, методические и программные разработки, направленные на обеспечение комплексной безопасности (надежности, технического риска и ожидаемого ущерба от возможных аварий) объектов в процессе их эксплуатации

До настоящего времени методы и средства автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности систем в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения не применялись Наиболее важными причинами этого являются следующие положения

1 Из множества существующих технологий автоматизированного моделирования (блок-схем, графов связности, Марковского моделирования, сетевого планирования, деревьев отказов, деревьев событий, и др ) не обоснован вы-

бор наиболее перспективной технологии для эксплуатационного анализа комплексной безопасности ОПО различных видов, классов и назначения Устранение указанного пробела представляется весьма актуальным

2 Большое разнообразие видов и классов эксплуатируемых объектов приводит к тому, что для решении задач обеспечения их комплексной безопасности в процессе эксплуатации, наряду с общесистемными вопросами, необходимо учитывать существенные особенности конкретных видов и классов систем, а так же организацию их практического применения и возможные последствия аварий

Поэтому требуется разработка научно обоснованных общесистемных принципов и специальных подходов к применению технологий и программных средств автоматизированного моделирования комплексной безопасности при эксплуатации систем жизнеобеспечения

3 Существующие методы, методики и программные средства автоматизированного моделирования, используемые при проектировании систем, не позволяют учесть ряд важных особенностей конкретных видов и классов эксплуатируемых объектов жизнеобеспечения

Для этого требуется адаптация существующих и разработка новых специальных методов для автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности в процессе эксплуатации систем различных видов и классов и назначения

4 Отсутствует опыт практического применения технологий автоматизированного моделирования комплексной безопасности в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения

Для этого необходима разработка специальных методик практического применения методов и средств автоматизированного моделирования, обеспечивающих эффективную работу обслуживающего персонала по предотвращению возникновения отказов и аварий, локализации аварийных ситуаций, минимизацию последствий аварий, оптимизацию распределения средств на реконструкцию системы

Объектом исследования настоящей диссертации является одна из наиболее структурно-сложных систем жизнеобеспечения, а именно система водоснабжения и водоотведения (на примере ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга")

Предметом исследования является комплексная безопасность (надежность, технический риск и ожидаемый ущерб от возможных аварий) структур-

но-сложной технической системы водоснабжения и водоотведения (на примере ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга"), в процессе ее эксплуатации

Цель исследования - развитие методов и средств технологии автоматизированного структурно-логического моделирования, обеспечивающее возможность ее использования для анализа и управления комплексной безопасности структурно-сложных объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации

В качестве главной научной задачи диссертации определена разработка научных подходов, методов и методик автоматизированного структурно-огического моделирования и расчета показателей комплексной безопасности труктурио-сложных объектов жизнеобеспечения

Решение главной научной задачи диссертации в настоящем исследовании оставляют следующие частные научные и практические задачи

1 Обоснование выбора технологии автоматизированного структурно-огического моделирования в качестве базовой для анализа комплексной безо-асности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации

2 Разработка научно обоснованных подходов к применению технологий \ программных средств автоматизированного моделирования комплексной езопасности при эксплуатации объектов жизнеобеспечения

3 Разработка общей структуры программной системы автоматизирован-ого рабочего места (АРМ) оперативного дежурного по управлению ком-шексной безопасностью в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения

4 Обоснование возможности применения и разработка требований по даптации существующих методов и программных средств автоматизирован-ого структурно-логического моделирования к решению задач анализа ком-лексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации

5 Разработка комплекса новых методов для автоматизированного моде-ирования и расчета специальных показателей комплексной безопасности объ-ктов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации

- учет детерминированной составляющей в логико-вероятностных моде-ях и показателях комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения,

- моделирование и расчет технического риска объектов жизнеобеспече-

ия,

- моделирование и расчет ожидаемого ущерба объектов жизнеобеспече-

ия,

6 Разработка основных методических положений и рекомендаций по практическому применению методов, программных средств и методик автоматизированного структурно-логического моделирования для анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации,

Методы исследования При разработке основных положений диссертационной работы использовались следующие методы системный анализ, теория сложных систем, теория автоматизированного структурно-логического моделирования, общий логико-вероятностный метод, методы теории вероятностей, алгебры логики, теории надежности и безопасности систем

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1 Методы и методики автоматизированного структурно-логического моделирования комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения, включающие в себя

- общесистемные принципы и специальные подходы к применению технологии и программных средств автоматизированного структурно-логического моделирования для моделирования и расчета показателей комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации,

- требования по адаптации существующих методов и программных средств автоматизированного структурно-логического моделирования к решению задач анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации,

- комплекс новых методов и методик автоматизированного моделирования и расчета специальных показателей комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации

2 Основные методические положения и рекомендации по реализации и практическому применению разработанных методов и методик для обеспечения комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации, включающие в себя

- предложения по структуре программного комплекса автоматизированного рабочего места оперативно дежурного по обеспечению комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения (АРМ ОД КБ) и рекомендации по его практическому применению,

- методические рекомендации по автоматизированному структурно-логическому моделированию и обеспечению комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения на различных стадиях эксплуатации

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что впервые разработан полный и взаимосвязанный комплекс существующих и новых методов и методик автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей комплексной безопасности, впервые обеспечивающие возможность их использования в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения

Все новые методы и методики имеют алгоритмический уровень разработки, соответствуют особенностям различных этапов ОЛВМ, и обеспечивают возможность их непосредственного внедрения в программные комплексы технологии автоматизированного структурно-логического моделирования систем

Научная значимость разработанных методов и методик определяется тем, что в совокупности они являются дальнейшим развитием общего логико-вероятностного метода и технологии автоматизированного структурно-логического моделирования сложных системных объектов и процессов

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные научные результаты диссертационного исследования могут непосредственно использоваться при создании АРМ оперативного дежурного по управлению комплексной безопасностью в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения, являющегося составной частью системы поддержки принятия решений (СППР)

Научные и практические результаты, получены по результатам выполнения двух НИР и внедрены в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»

Апробация результатов. Основные положения исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры прикладной математики и информационных технологий Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, научно-практическом семинаре, проведенном в рамках XVI международного форума «Охрана и безопасность» ЙРП КХ 2007, а также на

- Второй международной научно-практической конференции «Технические средства противодействия катастрофам», 2006 г

- Десятой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 2007 г

- конференции «ТЭК Северо-Запада России Промышленная и энергетическая безопасность», Санкт-Петербург, 2007 г

- Девятой международной научно-практической конференции «Информационная безопасность - 2007», Таганрог, 2007 г

- Третьей Всероссийской конференции «Проблемы обеспечения взрыво-безопасности и противодействия терроризму», 2008 г

Публикации По материалам диссертации опубликовано 15 работ, включающих одну статью в журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, одно свидетельство на изобретение и одну монографию

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников (102 наименования) и приложений Содержит 158 страницы основного текста, в том числе 46 рисунков и 16 таблиц Приложение содержит 30 страниц текста, 1 рисунок и 5 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследования, приведены основные научные результаты, показана их научная новизна, практическая значимость и достоверность

В первой главе «Постановка частных задач разработки методических основ моделирования и оценки комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения» раскрыты характерные особенности объектов жизнеобеспечения, как структурно-сложного системного объекта моделирования и расчета комплексной безопасности в процессе ее эксплуатации

В качестве объекта моделирования выбрана главная водопроводная станция (ГВС), функциональная схема которой приведена на рис 1

На основе сравнения известных подходов к исследованию структурно-сложных систем обоснован выбор общего логико-вероятностного метода (OJIBM), технологии и программных комплексов автоматизированного структурно-логического моделирования (АСМ) в качестве основы для решения главной научной задачи диссертационного исследования

Выполнена общая постановка частных задач разработки методических основ автоматизированного структурно-логического моделирования комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации

В качестве основополагающего принципа общей постановки частных задач разработки методических основ АСМ и оценки КБ объектов жизнеобеспечения в диссертационной работе избран подход, основанный на том, что разрабатываемые методы и методики должны обеспечить возможность их полной

Рис 1 Функциональная схема ГВС

автоматизации и реализации в программных комплексах автоматизированного структурно-логического моделирования

Реализация указанного принципа позволит решать новый класс задач автоматизированного моделирования и оценки безопасности объектов жизнеобеспечения в ходе их эксплуатации

Избранный подход позволяет осуществить общую постановку частных научных и практических задач настоящего исследования, к которым отнесены

- постановка задачи разработки комплекса методов и методик односвяз-ной структурной декомпозиции систем жизнеобеспечения большой размерности,

- постановка задачи разработки структуры и требований к программному комплексу автоматизированного моделирования и расчета показателей безопасности систем жизнеобеспечения,

- постановка задачи разработки методики применения технологии АСМ и расчета ожидаемого ущерба от аварии на объекте,

- постановка задачи разработки методических рекомендаций по применению технологии и ПК АСМ для оценки безопасности систем жизнеобеспечения

Во второй главе «Разработка специальных методов и методик автоматизированного структурно-логического моделирования комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения» изложены результаты выполненных в диссертации исследований по анализу возможностей и адаптации существующих и разработки новых специальных методов для автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации

Выполненный во второй главе анализ комплексной безопасности на примере одного из наиболее сложных объектов жизнеобеспечения, а именно, главной водопроводной станции (ГВС), с применением программного комплекса АСМ "АРБИТР" подтвердил заявленные функциональные возможности указанного программного комплекса ПК «АРБИТР», являясь базовой версией технологии АСМ, не в полной мере адаптирован к особенностям задач анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения на этапах эксплуатации Для расширения функциональных возможностей ПК АСМ были выполнены новые разработки

Разработан метод детерминированного структурно-логического моделирования функциональной устойчивости объектов жизнеобеспечения.

В ОЛВМ главными детерминированными составляющими выступают структурная схема исследуемого свойства (блок-схема, граф связности, дерево отказов, дерево событий, СФЦ), критерий реализации этого свойства (вершинное событие ДО, ЛКФ) и логическая модель этого свойства (КПУФ, МСО, немонотонная ФРС)

Все вероятностные характеристики, вычисляемые в ЛВМ, достаточно полно определяют возможные случайные изменения в исследуемой системе, однако они не определяют последствий детерминированных изменений В то же время, во многих случаях, достоверная информация о последствиях детерминированных изменений системы бывает очень важной для выработки и обоснования управленческих решений Это, прежде всего, касается систем жизнеобеспечения большой размерности

Основные теоретические положения и примеры логико-детерминирован-ного раздела ОЛВМ, (детерминированный ОЛВМ) могут применяться, во-первых, для отдельного логико-детерминированного анализа (ЛДА) системы, при котором вообще не используется теория вероятностей, и, во-вторых, для совместного ЛДА и ОЛВМ анализа сложных системных объектов и процессов В общем случае, при использовании ЛДА определяются (вычисляются) только детерминированные характеристики стойкости (условной живучести) системы к достоверно-возникающему воздействию, заданному с помощью начального состояния исследуемого системного объекта Обозначим это начальное состояние сочетанием «П8Ъ> (начальное состояние на момент / = 0) До настоящего времени во всех логико-вероятностных моделях в качестве начального состояния исследуемой системы использовалось так называемое основное состояние

а ночное ~ ~ I > — I, ,х и — I) (1)

В монотонных моделях безотказности (прямой подход), когда с помощью СФЦ представляются блок-схемы или графы связности с циклами, под основным понимается такое начальное состояние системы, в котором все элементы достоверно находятся в состоянии работоспособности

Это допущение об основном начальном состоянии моделируемого объекта сохраняется и во всех остальных случаях, и когда применяется обратный подход (стоится СФЦ дерева отказов исследуемой системы), и когда

применяется комбинированный, смешанный подход (строится СФЦ немонотонной структурной модели исследуемого свойства)

Теперь рассмотрим более общую исходную ситуацию моделирования, когда в начальный момент времени функционирования система может находиться в любом из всех возможных ее состояний

/»/=(*, е{1,0},1 = \,2, .,Н) (2)

Учет произвольного начального состояния (п.чЦ в ОЛВМ моделирования связан с решением следующих двух взаимосвязанных классов задач

1 Задача детерминированного моделирования и анализа системных последствий заданного нового начального (или измененного текущего) состояния гШ (2) системы, и определение на его основе того, какие элементы и подсистемы достоверно реализуют, а какие достоверно не реализуют свои выходные функции

и®/= (3?, е {/, О}, / = 1,2, ,Н) => (у, е {/, О), I = 1,2, (3)

Задача (3) имеет важное самостоятельное значение, поскольку позволяет, например, получить достоверные данные о детерминированной стойкости (условной живучести) системы к поражению (отказу, отключению) любой заданной (2) совокупности ее элементов и подсистем Это очень важная задача практического системного анализа В общем случае она позволяет, вообще не прибегая к вероятностному анализу, получить достоверные данные о влиянии па безопасность и риск функционирования системы отказов (поражений, отключений) заданных отдельных и групп се элементов

2 Задача вероятностной оценки свойств остаточной устойчивости (надежности, живучести, безопасности), эффективности и риска функционирования исследуемых систем, после достоверного отказа, поражения или отключения различных отдельных и групп ее элементов, заданных с помощью (2) На этапе проектирования, эта задача, позволяет определить наиболее опасные отдельные и множественные отказы (поражения, отключения) элементов Но особое значение эта задача приобретает для эксплуатационного анализа различных системных объектов и управления ими в реальном масштабе времени функционирования

3 Детерминированный анализ последствий изменения текущего или задания нового начального состояния (2), основывается на отыскании бинарного числового решения системы логических уравнений, представляя-ющей СФЦ исследуемого свойства системного объекта Это числовое решение

у, 6 {/, О}, i = 1,2, ,N, находится с помощью известных методов определения логических ФРС Отличие заключается только в том, что в уравнения подставляются не аналитические х, а конкретные числовые логические значения ={0,/}, / = 1,2, , Л^, определяемые на основе заданного вектора состоянии элементов исследуемой системы Результатами этого процесса вычислений являются детерминированные значения е {/, О}, где }\ = I означает реализацию, а у, =0 - не реализацию выходной интегративной функции каждой вершины i = 1,2, ,N СФЦ исследуемого свойства системы При этом 0J1BM позволяет учитывать в ЛДА вид заданной СФЦ (монотонная, немонотонная, прямая, обратная, комбинированная, наличие циклических связей функционального подчинения, использование размноженных функциональных вершин, кратных функциональных вершин и групп несовместных событий)

Разработана методика моделирования и расчета технического риска возникновения аварий в ходе эксплуатации объектов жизнеобеспечения,

как меры опасности, характеризующей возможность возникновения аварии на объекте и тяжесть ее последствий

Проиллюстрирована возможность применения 0J1BM теории и технологии АСМ для решения задач автоматизированного моделирования и расчета показателей технического риска сложной системы с использованием данных по главной водопроводной станции (ГВС) ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» (рис 1)

При моделировании учитывалось, что отказы элементов ГВС могут переводить ее в аварийные состояния, приносящие ущерб, вследствие ограничения потребителей (людей, предприятия и организации) водой При этом, в зависимости от степени ограничения потребителей водой, возможные аварии ГВС разделяются на несколько уровней нанесения ущерба

Самый высокий ущерб W0/4 (назовем - уровень катастрофы) приносят такие отказы элементов ГВС, вследствие которых она переходит в состояния, когда водой не обеспечивается ни один из всех четырех потребителей

Высокий ущерб IVW4 вызывают такие отказы элементов, при которых ГВС может обеспечить водой только какого либо одного из всех четырех потребителей

Средний ущерб fV2lt наносится, если возникли такие отказы элементов и подсистем ГВС, при которых обеспечиваются водой ровно два (любые) потребителя из всех четырех

Если обеспечиваются водой ровно три (любые) потребителя из четырех, то наносится малый ущерб К'3,4

Естественно положить, что обеспечение всех потребителей, не наносит ущерба, И',,4, потребителям

На рис 2 приведена декомпозированная СФЦ, в которой к выходному комбинаторному логическому треугольнику добавлены пять фиктивных вершин с номерами 500, 501, 502, 503 и 504 С помощью этих вершин в СФЦ представлены условия ум,~Км- Ут~Щц> У s Л« "^м. реа-

лизации в ГВС указанных выше различных уровней аварий, вследствие отказов ее технических средств Задавая ЛКФ

Уяю~М0/4 > ^501 ~ ^1/4 > У502~^2/4> У501 ~ ^1/4 У504 ~ ^4/4

каждого уровня ущерба, строится модель и вычисляются показатели технического риска исследуемой ГВС (вероятности возникновения аварии каждого уровня последствий) и определить роль элементов в реализации каждого из этих уровней Поскольку состояния ГВС по всем возможным уровням ущерба являются несовместными, то сумма всех вычисленных вероятностей (технических рисков) должна равняться точно 1 0

Разработана методика моделирования н расчета показателей ожидаемого ущерба от возможных аварий объектов как математического ожидания величины ущерба от возможной аварии за определенное время Проиллюстрирована возможность применения ОЛВМ теории и технологии АСМ для решения задач автоматизированного моделирования и расчета показателей ожидаемого ущерба сложной системы на примере той же ГВС, анализ надежности и технического риска которой был исследован ранее

Для решения задачи автоматизированного моделирования и расчета величины ожидаемого ущерба от возможных аварий появилась необходимо решить два новых класса задач

Катастрофический Высокий Средний Малый Нет

вровень ущерба уровень ущерба уровень ущерба Уровень ущерба ущерба

1 Определить количественные значения величин потерь (ущербов) каждого из четырех уровней Won , IV,ы, Wv, и WV4

2 Выполнить процедуру расчета ожидаемого ущерба Иг11!( (математического ожидания значения случайной величины W)

=wo 4 ЧЛут) + К 4 > p(v,«,) + »', 4 *р{ут) + Щ 4 *р(у\ю) + №, А -p(v,„3) Для каждой предметной области значения величин Wklli потерь от аварии конкретного вида должны выполняться по специальным методикам которые разрабатываются отдельно Такие методики должны быть разработаны и для объектов жизнеобеспечения В рамках настоящей диссертационной работы, для решения примера, положим, что количественные оценки последствий аварий Wk м объекта получены и составляют (размерность в условных единицах) у,оо~^ом= Ю00 Уе " катастрофа (самый высокий ущерб),

= 100 уе - высокий ущерб, >'502 = Ю уе - средний ущерб, ym~WVi = 1 уе - низкий (минимальный) ущерб

Методика решения второго масса задач автоматизированного моделирования и расчета показателей ожидаемого ущерба внедрена в комплекс АСМ На рис 3 приведены результаты расчета ожидаемого ущерба от возможных аварии ГВС для принятых значений последствий каждого из возможных четырех уровней

Таким образом текущее значение показателя ожидаемого ущерба возможной аварии ГВС составляет

wm 'Р(У5М) + К* " Р(Ут) + ^ ^ P(Vm) + W2 i "POvJ + ^a " P(vm) = 57 71 ye Наибольшие положительные вклады элементов и подсистем ГВС представленных на суперграфе основной СФЦ можно визуально определить с помощью диаграммы, приведенной на рис 4

Из диаграммы следует, что наибольшее снижение ожидаемого ущерба ГВС может быть получено путем увеличения надежности (безотказности) подсистемы {16} БКО и/или подсистемы {14) БСФ При этом максимальный эффект от выполнения мероприятий по увеличению безотказности только одного БКО составляет /> ,6 = - 41 547 уе Это означает, что если сделать безотказность БКО абсолютной, те увеличить ее текущую вероятность безотказной работы

(равную />|6(8760 час.) = 0.82464228487971) до 1.0. то текущее значение ожидаемого ущерба сократится на 41.547 у.е. от его текущего значения №т. = 57.71 уе

Положительный вклад /?|4 = -29.494уе означает, что выполнение мероприятий по увеличению безотказности только одного БСФ от текущего значения р|4(8760 час.) = 0.850146685443 до 1.0, приведет к сокращению текущего значения ожидаемого ущерба ГВС, РУП1(. =57.71 уе на 29.494 уе.

Рис.3. Решение задачи моделирования и расчета ожидаемого ущерба ГВС.

Диаграмма положительны« вкладов элемент

и Е1 ы У I

14 16 2? 29 30 31 32 23 22 18 1

Рис. 4. Диаграмма положительных вкладов подсистем 1 ВС в ожидаемый ущерб.

Наибольшие отрицательные вклады элементов и подсистем ГВС, представленных на суперграфе основной СФЦ. можно визуально определить с помощью диаграммы, приведенной на рис. 5.

I И Д ——Д—^18—

■ 1 1

14 1 6 27 29 30 31 32 23 22 1 8 1 2 3 28 24

Рис.5. Диаграмма отрицательных вклады подсистем ГВС в ожидаемый ущерб.

Из диаграммы следует, что наибольшую опасность по показателю ожидаемого ущерба представляют собой одиночные отказы следующих подсистем и элементов ГВС:

БКО: р\„ = + 195.38 уе - приведет к увеличению 1УГ№. = 57.71 уе на 195.38

РЧВ1, РЧВ А

рццт' /?28 =+195.38уе - приведет к увеличению \У1Ж = 57.71 уе па Трубы 3.4 195.38 уе;

БСФ: р~и = +167.33 уе - приведет к увеличению \¥,ж =57.71 уе на 167.33

Трубы №2 3 /?27 =+167 3 3 уе - приведет к увеличению II',„, =57 71 уе на 167 33 уе,

РЧВ К-2 /7^, =+167 33 уе - приведет к увеличению IV,ш = 57 71 уе на 167 33 уе,

РЧВ К-1 /?;2=+167 ЭЭ >£? - приведет к увеличению Ж,,« = 57 71 уе на 167 33 уе,

пмп Е' = +16733- приведет к увеличению №',„ =57 71 уе на

гЧо Ь

167 33 уе

Вычисление положительных и отрицательных вкладов позволяет специалистам выбрать и обосновать рациональные предложения по проведению мероприятий, направленных на повышение безопасности объекта жизнеобеспечения, в данном случае ГВС

В третьей главе «Разработка основных методических поло-женин реализации и применения технологии автоматизированного структурно-логического моделирования для оценки комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения» приведены результаты разработки общей структуры программной системы автоматизированного рабочего места (АРМ) оперативного дежурного по контролю и управлению комплексной безопасностью в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения, основных методических положений и рекомендаций по практическому применению методов, программных средств и методик автоматизированного структурно-логического моделирования для анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации

Методические основы разработки и обоснования планов повышения комплексной безопасности объекта жизнеобеспечения основаны на использовании показателей положительных и отрицательных вкладов, которые позволяют количественно оценить влияние на безопасность мероприятий, направленных на повышение безопасности отдельных элементов и подсистем объекта Их главная положительная сторона заключается в том, что положительные вклады позволяют обоснованно определить наиболее значимые отдельные элементы для увеличения безопасности системы и наиболее опасные отдельные отказы, отключения или поражения элементов Однако это только первый, ориентировочный подход к обеспечению безопасности объекта в целом Его ограниченность состоит в том, что, во-первых, практически нельзя увеличить безопас-

ность элементов до 1 0 (только в некоторой определенной степени), во-вторых, эти показатели явно не характеризуют эффективность комплексных мероприятий по увеличению безопасности групп элементов системы, и в-третьих, они не позволяют сравнить по эффективности несколько различных комплексных вариантов планов мероприятий по увеличению безопасности системы и обосновать принятие решения о выборе наилучшего из них

Поэтому представляется актуальной разработка новых теоретических и методических положений дальнейшего развития теории и технологии АСМ, направленных на обеспечение выработки и обоснования эффективных управленческих решений

В диссертационной работе предложен один из возможных методических приемов (подходов) к разработке планов мероприятий по повышению безопасности системы в целом, заключающийся в следующем

1 На основе результатов предварительного анализа текущего уровня безопасности системы и роли отдельных элементов или предыдущего этапа разработки плана, выбираются наиболее значимые (по положительным вкладам) отдельные или группы элементы и подсистемы, для которых существует реальная возможность проведения работ по увеличению их надежности При этом учитываются как значения положительных вкладов выбираемых элементов в уменьшение показателя ожидаемого ущерба системы в целом, так и существующие ограничения (технические, организационные и экономически) на проведение необходимых работ Для всех выбранных элементов и подсистем определяются реально достижимые значения увеличиваемых параметров надежности выбранных элементов или структурные решения, направленные на увеличение надежности подсистем,

2 Для разработанных вариантов подготавливаются новые исходные данные (новые значения параметров надежности элементов или предлагаемые варианты изменения структур подсистем), которые вводятся в комплекс АСМ и выполняется моделирование и расчет новых показателей безопасности усовершенствованной системы, положительных и отрицательных вкладов элементов

3 На основе анализа полученных результатов оценки ожидаемого ущерба системы (после реализации рассматриваемого варианта ее модернизации), возможны два вида принимаемых решений

- если полученные результаты не удовлетворяют разработчика, то на и\ основе повторяется пункт 1 настоящей методики (продолжается доработка плана мероприятий по повышению безопасности системы),

- если полученные результаты удовлетворяют разработчика, то приступают к его реализации

В заключении сформулированы основные выводы, предложения по применению полученных результатов для оптимального распределения ресурсов при создании систем комплексной безопасности

Основные опубликованные работы по теме диссертации'

Статьи в рецензируемых научных журналах н изданиях, рекомендованных ВАК России*

1 Гусаров А А Методические основы автоматизированного структурно-логического моделирования комплексной безопасности объектов городского хозяйства // Научно-аналитический журнал «Проблемы управления рисками в техносфере» № 1, 2008 г СПб СПбУ ГПС МЧС России, 0,5 п л

Статьи, опубликованные в других -журналах и изданиях:

2 Гусаров А А Адаптивная модель функционирования комплексной системы безопасности критически важного объекта крупного мегаполиса // Вопросы оборонной техники Технические средства противодействия терроризму 2006 г Вып 11-12 0,2 п л

3 Гусаров А А Особое мнение производителя / Техника связи № 1 2006 0,1 п л

4 Гусаров А А , Печеневский 10 А , Рыбалко С П Проблемы защиты информации в ведомственных и корпоративных сетях связи и пути их решения // Научно-практический и информационно-аналитический журнал «Право и государство теория и практика» 2007г, №11 (35) 0,4/0,1 пл

5 Гусаров А А Проблемы безопасности в ведомственных и корпоративных сетях связи и пути их решения // Научно-образовательный журнал «Жизнь, безопасность, экология» 2007 г № 3—4 0,2 п л

6 Гусаров А А , Шумилов Н И Комплексная безопасность и защита информации в условиях большого города Монография «Безопасность большого города» / Под ред Э И Слепяна Спб Изд Сергея Ходова, 2007 г 0,6/0,3 п л

7 Гусаров А А , Печеневский 10 А Защиту критически важных объектов под государственный контроль // Научно-образовательный журнал «Жизнь, безопасность, экология» 2007 г №3-4 0,4/0,1 п л

8 Гусаров А А Безопасность государственных информационно-телекоммуникационных систем //Техника связи, №2, 2007 г 0,1 п л

9 Гусаров А А Охранное телевизионное устройство Авторское свидетельство на изобретение №1700764

Сборники трудов всероссийских и международных конференций:

10 Гусаров А А О комплексной безопасности критически важного предприятия крупного мегаполиса // Материалы второй международной научно-практической конференции «Технические средства противодействия катастрофам» СПб СПбУ ГПС МЧС России, 2006 0,1 п л

11 Гусаров А А Проблемы обеспечения комплексной безопасности предприятий водоснабжения и водоотведения и пути их решения // Труды Десятой Всероссийской научно-практическая конференция «Актуальные проблемы защиты и безопасности» СПб НПО «Специальных материалов», 2007 год, Том 1 0,2 п л

12 Гусаров А А О системном подходе к решению задач оценки и прогнозирования надежности, комплексной безопасности и риска систем жизнеобеспечения критически важных и потенциально опасных объектов // Материалы XIV международной конференции «ТЭК Северо-Запада России Промышленная и энергетическая безопасность» СПб, 2007 г 0,2 п л

13 Гусаров А А О некоторых проблемах безопасности и путях их решения // Сборник материалов научно-практического семинара, проведенного в рамках XVI международного форума «Охрана и безопасность» БИТЕХ 2007 0,2 п л

14 Гусаров А А , Таразевич С А , Хохлов Г Г Защита информации в ведомственных и корпоративных сетях связи // Известия Южного федерального университета Тематический выпуск «Информационная безопасность» Таганрог, 2007 г 0,4/0,2 и л

15 Гусаров А А О применении методов автоматизированного моделирования в задачах оценки комплексной безопасности объектов критической инфраструктуры // Материалы Третьей Всероссийской конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», 2008 г СПб НПО «Специальных материалов» 0,2 п л

Подписано в печать 15 05.2008 г. Формат 60*84 1/16

Печать офсетная_Объем 1 пл._Тираж 100 эю

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149

Введение.

Глава 1. ПОСТАНОВКА ЧАСТНЫХ ЗАДАЧ РАЗРАБОТКИ МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1. Обоснование подходов к моделированию безопасности объектов жизнеобеспечения.

1.1.1. Особенности систем жизнеобеспечения как объектов моделирования и расчета показателей комплексной безопасности.

1.2. Обоснование выбора технологии автоматизированного структурно-логического моделирования для анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения.

1.2.1. Общая характеристика технологий анализа надежности и безопасности структурно-сложных систем.

1.2.2. Анализ технологии классических логико-вероятностных методов моделирования с использованием графов связности.

1.2.3. Анализ технологии деревьев отказов и деревьев событий.

1.2.4. Анализ технологии автоматизированного структурно-логического моделирования с использованием схем функциональной целостности.

1.3. Общая постановка частных задач разработки методических основ автоматизированного структурно-логического моделирования и оценки комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения.

1.3.1. Постановка задачи разработки комплекса методов и методик односвязной структурной декомпозиции систем жизнеобеспечения большой размерности.

1.3.2. Постановка задачи разработки структуры и требований к программному комплексу автоматизированного моделирования и расчета показателей надежности и безопасности систем жизнеобеспечения.

1.3.3. Постановка задачи разработки методики применения технологии автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета ожидаемого ущерба от аварии на объекте.

1.3.4. Постановка задачи разработки методических рекомендаций по применению технологии и ПК АСМ для оценки надежности и безопасности систем жизнеобеспечения.

Выводы по главе

Глава 2. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕТОДОВ И МЕТОДИК АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

2.1. Исследование возможности использования ПК АСМ АРБИТР для оценки комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения.

2.1.1. Статические модели безопасности объектов жизнеобеспечения.

2.1.1.1. Статический анализ безотказности ГВС по функции Fl.

2.1.1.2. Статический анализ отказа ГВС по функции Fl.

2.1.1.3. Сопоставительные результаты статического анализа надежности ГВС по всем выходным функциям.

2.1.2. Вероятностно-временные модели надежности ГВС.

2.1.2.1. Вероятностно-временной анализ надежности невосстанавливаемой ГВС.

2.1.2.2. Вероятностно-временной анализ надежности восстанавливаемой

2.1.2.3. Вероятностный анализ надежности смешанной ГВС.

2.1.3. Модели надежности высокоразмерной ГВС.

2.1.3.1. Применение полной СФЦ надежности высокоразмерной ГВС.

2.1.3.2. Применение СФЦ надежности высокоразмерной ГВС с кратными элементами.

2.1.4. Применение декомпозированной СФЦ надежности высокоразмерной ГВС.

2.1.5. Общий анализ надежности многофункциональной ГВС.

2.2. Разработка метода детерминированного структурно-логического моделирования устойчивости объектов жизнеобеспечения.

2.2.1. Теоретические основы логико-детерминированного анализа систем

2.3. Разработка методики моделирования и расчета технического риска возникновения аварий в ходе эксплуатации объектов жизнеобеспечения.

2.4. Разработка методики моделирования и расчета показателей ожидаемого ущерба от возможных аварий объектов жизнеобеспечения.

2.4.1. Анализ ожидаемого ущерба и оценка текущего состояния безопасности объекта жизнеобеспечения.

Выводы по главе

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

3.1. Разработка общей структуры специализированной программной системы автоматизированного моделирования и расчета показателей КБ объектов жизнеобеспечения в ходе их эксплуатации.^.

3.2. Разработка методических рекомендаций по автоматизированному структурно-логическому моделированию по обеспечению комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения.

3.3. Методические основы разработки и обоснования планов повышения комплексной безопасности объекта жизнеобеспечения.

Выводы по главе 3.

В последние годы в России и за рубежом принимаются все более активные меры по разработке и внедрению в практику современных методов и средств организации безопасных производств и уменьшения техногенного риска функционирования опасных производственных объектов (ОПО) различных видов, классов и назначения. Основное содержание этой деятельности определяется Федеральным законом "О промышленной безопасности опасных производственных объектов", который вступил в силу 21 июля 1997 года. Принятие этого закона существенно изменило практику правового регулирования безопасности ОПО. В соответствии с нормативными документами по безопасности (РД 09-418-01 и др.) деятельность предприятий в этой области организуется путем переноса акцента с реализации мер, направленных на ликвидацию последствий аварий, на принятие превентивных мер, снижающих риски возникновения аварийных ситуаций. В соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании" [6] анализ техногенного риска должен выступать основой для принятия адекватных управленческих решений при разработке и эксплуатации ОПО.

В целях усиления роли и ответственности промышленных предприятий Ростехнадзор РФ в 2004 году разработал "Основные требования к системам управления промышленной безопасностью в организациях, эксплуатирующих опасные производственные объекты" [7], соответствующие общепризнанным международным стандартам (ISO серии 9000, ISO серии 14000 и OHSAS 18001). В настоящее время рассматривается возможность замены экспертизы промышленной безопасности по отдельным направлениям на комплексный аудит менеджмента, включая безопасность оборудования, охрану труда, и окружающей среды, защищенность промышленных объектов и другие направления деятельности предприятий [8].

Как показал отечественный и зарубежный опыт, реализация указанных выше положений анализа надежности и безопасности высокоразмерных структурно-сложных систем возможна только на основе разработки и использования методов, программных средств и технологий, основанных на автоматизации процессов моделирования и расчета соответствующих системных показателей [9]-[19].

К настоящему времени накоплен определенный положительный опыт разработки и практического применения различных методов, программных средств и технологий автоматизированного моделирования для выполнения вероятностного анализа безопасности (ВАБ) атомных энергетических объектов на стадии проектирования [20] и оценки надежности и безопасности разрабатываемых структурно-сложных систем общей промышленности [21].

Вместе с тем все более актуальными научными и практическими задачами становятся теоретические, методические и программные разработки, направленные на обеспечение комплексной безопасности (надежности, технического риска и ожидаемого ущерба от возможных аварий) различных промышленных системных объектов в процессе их эксплуатации. До настоящего времени методы и средства автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности систем в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения не применялись. Наиболее важными причинами этого являются следующие положения.

1. Из множества существующих технологий автоматизированного моделирования (блок-схем, графов связности, Марковского моделирования, сетевого планирования, деревьев отказов, деревьев событий, и др.) не обоснован выбор наиболее перспективной технологии для эксплуатационного анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения.

2. Большое разнообразие объектов жизнеобеспечения приводит к тому, что для решении задач обеспечения их комплексной безопасности в процессе эксплуатации, наряду с общесистемными вопросами, необходимо учитывать существенные особенности конкретных видов и классов систем, а так же организацию их практического применения и возможные последствия аварий.

Поэтому требуется разработка научно обоснованных общесистемных принципов н специальных подходов к применению технологий и программных средств автоматизированного моделирования комплексной безопасности при эксплуатации объектов жизнеобеспечения.

3. Существующие методы, методики и программные средства автоматизированного моделирования, используемые при проектировании систем, не позволяют учесть ряд важных особенностей конкретных видов и классов эксплуатируемых систем жизнеобеспечения.

Для этого требуется адаптация существующих и разработка новых специальных методов для автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности в процессе эксплуатации систем различных видов и классов и назначения.

4. Отсутствует опыт практического применения технологий автоматизированного моделирования комплексной безопасности в процессе эксплуатации различных объектов жизнеобеспечения.

Для этого необходима разработка специальных методик практического применения методов и средств автоматизированного моделирования, обеспечивающих эффективную работу обслуживающего персонала по предотвращению возникновения отказов и аварий, локализации аварийных ситуаций, минимизацию последствий аварий, оптимизацию распределения средств на реконструкцию системы.

Цель работы - развитие методов и средств технологии автоматизированного структурно-логического моделирования, обеспечивающее возможность ее использования для анализа и управления комплексной безопасностью структурно-сложных технических систем объектов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации.

Объестом исследования настоящей диссертации является одна из наиболее структурно-сложных систем жизнеобеспечения, а именно система водоснабжения и водоотведения (на примере ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга").

Предметом исследования является комплексная безопасность надежность, технический риск и ожидаемый ущерб от возможных аварий) структурно-сложной технической системы водоснабжения и водоотведения (на примере ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга"), в процессе ее эксплуатации.

В качестве главной научной задачи диссертации определена разработка научных подходов, методов и методик автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей комплексной безопасности структурно-сложных систем жизнеобеспечения.

Необходимым условием решения главной научной задачи диссертации является раздельное и совместное рассмотрение составляющих надежности и комплексной безопасности (безотказность, технический риск и ожидаемый ущерб), что соответствует объективным потребностям практики и действующим отечественным и международным нормативно-техническим документам [1], [2], [6],[7], [23]-[27].

Решение главной научной задачи диссертации в настоящем исследовании составляют следующие частные научные и практические задачи:

Решение главной научной задачи диссертации в настоящем исследовании составляют следующие частные научные и практические задачи:

1. Обоснование выбора технологии автоматизированного структурно-логического моделирования в качестве базовой для анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации.

2. Разработка научно обоснованных подходов к применению технологий и программных средств автоматизированного моделирования комплексной безопасности при эксплуатации объектов жизнеобеспечения.

3. Разработка общей структуры программной системы автоматизированного рабочего места (АРМ) оперативного дежурного по управлению комплексной безопасностью в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения.

4. Обоснование возможности применения и разработка требований по адаптации существующих методов и программных средств автоматизированного структурно- логического моделирования к решению задач анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации.

5. Разработка комплекса новых методов для автоматизированного моделирования и расчета специальных показателей комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации:

- учет детерминированной составляющей в логико-вероятностных моделях и показателях комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения;

- моделирование и расчет технического риска объектов жизнеобеспечения;

- моделирование и расчет ожидаемого ущерба объектов жизнеобеспечения.

6. Разработка основных методических положений и рекомендаций по практическому применению методов, программных средств и методик автоматизированного структурно-логического моделирования для анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации.

При разработке основных положений диссертационной работы использовались следующие теории и методы: системный анализ, теория сложных систем, теория автоматизированного структурно-логического моделирования, общий логико-вероятностный метод, методы теории вероятностей, алгебры логики, теории надежности и безопасности систем.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что впервые разработан полный и взаимосвязанный комплекс существующих и новых методов и методик автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей комплексной безопасности, впервые обеспечивающие возможность их использования в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения. Все новые методы и методики имеют алгоритмический уровень разработки, соответствуют особенностям различных этапов OJ1BM, и обеспечивают возможность их непосредственного внедрения в программные комплексы технологии автоматизированного структурно-логического моделирования систем.

Научная значимость разработанных методов и методик определяется тем, что в совокупности они являются дальнейшим развитием общего логико-вероятностного метода и технологии автоматизированного структурно-логического моделирования сложных системных объектов и процессов.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные научные результаты диссертационного исследования могут непосредственно использоваться при создании АРМ оперативного дежурного по контролю и управлению комплексной безопасностью в процессе эксплуатации объектов жизнеобеспечения, являющегося составной частью системы поддержки принятия решений (СППР).

Научные и практические результаты, получены по результатам выполнения двух НИР и внедрены в ГУЛ «Водоканал Санкт-Петербурга» (Акт внедрения от 15 февраля 2008 г.).

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечена правильным применением используемых теорий и методов и подтверждена: совпадением результатов моделирования и расчетов тестовых задач с результатами, полученными другими методами и программными средствами; решением контрольных задач автоматизированного моделирования по ключевым точкам, в которых результаты заранее известны и сопоставимы; непротиворечивостью результатов моделирования и расчетов физическому смыслу свойств исследуемых системных объектов; результатами, полученными тремя организациями (ОАО "СПИК СЗМА", ФГУП "СПбАЭП" и ИПУ РАН) при выполнении совместной НИР по сравнительному анализу ПК "АСМ СЗМА" (Россия), ПК " Risk Spectrum " (Швеция) и ПК " RELEX " (США).

Апробация результатов. Основные положения исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры прикладной математики и информационных технологий Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС

России, научно-практическом семинаре» проведенном в рамках. XVI международного форума «Охрана и безопасность» SFITEX 2QQ7* а также на:

Второй международной научно-практической конференции «Технические средства противодействия катастрофам», 2006 г.

Десятой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 2007 г.

- конференции «ТЭК Северо-Запада России. Промышленная и энергетическая безопасность», Санкт-Петербург, 2007 г.

Девятой международной научно-практической конференции «Информационная безопасность - 2007», Таганрог» 200? г.

Третьей Всероссийской конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», 2008 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, включающих одну статью в журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, одно свидетельство на изобретение и одну монографию.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников (102 наименования) и приложений. Содержит 158 страницы основного текста, в том числе 46 рисунков и 16 таблиц. Приложение содержит 30 страниц текста, 1 рисунок и 5 таблиц.

Выводы по главе 3:

1. В результате выполненного исследования разработаны методические положения реализации и практического применения технологии АСМ КБ объектов жизнеобеспечения.

Предложенные методы и методики предназначены для применения в составе систем поддержки принятия решений (СППР) должностными лицами. Учитывая необходимость обеспечения управления безопасностью объектов жизнеобеспечения в реальном масштабе времени специализированная программа системы автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности должна обеспечивать:

- возможность непрерывного обновления показателей, характеризующих объекты;

- распределенную сетевую организацию моделирования и расчета показателей комплексной безопасности множества объектов жизнеобеспечения, как отдельных подсистем, так и системы в целом в реальном масштабе времени ее функционирования;

- оценивать последствия различных аварий и использовать этих результаты для расчета ожидаемого ущерба, значимостей и вкладов элементов;

- решение исследовательских, модернизационных и проектных задач, а также технического обслуживания объектов жизнеобеспечения.

- обеспечивать согласованное функционирование АРМ должностных лиц различных звеньев управления.

2. Необходимым условием решения данной проблемы является разработка методических и организационных вопросов эффективного применения новой информационной технологии и программных. В разработанных методических рекомендациях раскрыты основы современной технологии автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей надежности и безопасности структурно-сложных и высокоразмерных технических систем, которые включают в себя: общий логико-вероятностный метод анализа структурно-сложных систем; специализированные программные комплексы, в которых автоматизированы процессы построения логико-вероятностных моделей и расчета показателей надежности и безопасности технических систем большой размерности и высокой структурной сложности; методики постановки задач, использования программных комплексов автоматизированного моделирования и применения результатов оценки надежности и безопасности объектов жизнеобеспечения.

3. Разработанные методические основы разработки и обоснования планов повышения комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения, которые основаны на том, что из исходного плана выбираются наиболее значимые (по положительным вкладам) отдельные или группы элементы и подсистемы, для которых существует реальная возможность проведения работ по увеличению их безопасности. При этом учитываются как значения положительных вкладов выбираемых элементов в уменьшение показателя ожидаемого ущерба системы в целом, так и существующие ограничения (технические, организационные и экономически) на проведение необходимых работ. Для всех выбранных элементов и подсистем определяются реально достижимые значения увеличиваемых параметров безопасности выбранных элементов или структурные решения, направленные на увеличение надежности подсистем.

Для выбранных вариантов подготавливаются новые исходные данные (новые значения параметров надежности элементов или предлагаемые варианты изменения структур подсистем), которые вводятся в ПК АСМ и выполняется моделирование и расчет новых показателей безопасности усовершенствованной системы, положительных и отрицательных вкладов элементов. На основе анализа полученных результатов оценки ожидаемого ущерба системы (после реализации рассматриваемого варианта ее модернизации), возможны два вида принимаемых решений:

- если полученные результаты не удовлетворяют разработчика, то на их основе повторяется пункт 1 настоящей методики (продолжается доработка плана мероприятий по повышению безопасности системы);

- если полученные результаты удовлетворяют разработчика, то приступают к его реализации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе выполнена разработка научно обоснованных общесистемных принципов и специальных подходов к применению технологий и программных средств автоматизированного моделирования комплексной безопасности при эксплуатации систем жизнеобеспечения, что позволяет учитывать особенности их функционирования и существенно расширить возможности ранее разработанных методов, методик и программных средства автоматизированного моделирования. Полученные результаты обеспечивают адаптацию существующих специальных методов для автоматизированного моделирования и расчета показателей комплексной безопасности в процессе эксплуатации систем различных видов и классов и назначения.

В диссертационной работе выполнена разработка специальных методик практического применения методов и средств автоматизированного моделирования, обеспечивающих эффективную работу обслуживающего персонала по предотвращению возникновения отказов и аварий, локализации аварийных ситуаций, минимизацию последствий аварий, оптимизацию распределения средств на реконструкцию систем жизнеобеспечения.

Цель научного исследования, состоящая в развитии методов и средств технологии автоматизированного структурно-логического моделирования, обеспечивающих возможность ее использования на предприятиях промышленности для анализа и управления комплексной безопасности структурно-сложной технической системой объектов жизнеобеспечения в процессе эксплуатации, достигнута.

Главная научная задача, состоящая в разработке научных подходов, методов и методик автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей комплексной безопасности структурно-сложных технических жизнеобеспечения, выполнена.

К основным научным результатам относятся:

1. Методы и методики автоматизированного структурно-логического моделирования комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения, включающие в себя: общесистемные принципы и специальные подходы к применению технологии и программных средств автоматизированного структурно-логического моделирования для моделирования и расчета показателей комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации; требования по адаптации существующих методов и программных средств автоматизированного структурно-логического моделирования к решению задач анализа комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации; комплекс новых методов и методик автоматизированного моделирования и расчета специальных показателей комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации.

2. Основные методические положения и рекомендации по реализации и практическому применению разработанных методов и методик для обеспечения комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения в процессе их эксплуатации, включающие в себя: проект общей структуры программного комплекса автоматизированного рабочего места оперативно дежурного по обеспечению комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения (АРМ ОД КБ) и рекомендации по его практическому применению; проект методических рекомендаций по автоматизированному структурно-логическому моделированию и обеспечению комплексной безопасности объектов жизнеобеспечения на различных стадиях эксплуатации.

Дальнейшие исследования следует продолжить в направлении применения методов автоматизированного структурно-логического моделирования для формирования планов корпоративного развития и оптимизации расходов на создание и модернизацию) систем жизнеобеспечения.

1. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1990.

2. Федеральный закон. О промышленной безопасности опасных производственных объектов. М.: НТЦ Госгортехнадзора РФ, 1999.

3. Можаев А.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. СПб. БИТУ, 2000.

4. Федеральный закон "О техническом регулировании" от 27.12.2001, №184-ФЗ. Принят ГД ФС РФ 15.02.2002.

5. Основные требования к системам управления промышленной безопасностью в организациях, эксплуатирующих опасные производственные объекты. Утверждены Наблюдательным советом СУПБ Ростехнадзора России. Решение бюро от 05.05.2004 № 41.

6. Алексеев А.А., Борзенков C.JI, Полозов В.А. Методологические аспекты управления риском на основе стандарта API 581. // Журнал "Безопасность труда в промышленности", №5, 2008, с.65-70.

7. Risk Spectrum. Руководство по теории. // Техническая документация к программному комплексу фирмы By Relcon АВ.

8. Гусаров АЛ, О некоторых проблемах безопасности н путах их решения, // Сборник материалов научно-практического семинара, проведенного в рамках XVI международного форума «Охрана и безопасность» SFITEX 2Q07 „ с.78-84.

9. Можаев А.С. Общий логико-вероятностный метод анализа надежности структурно сложных систем. Уч. пос. Л.:ВМА, 1988.

10. Викторова B.C., Кунтшер X., Петрухин Б.П., Степанянц А.С. Relex -программа анализа надежности, безопасности, рисков. // "Надежность", №4(7), 2003, с. 42-64.

11. Relex программа анализа надежности, безопасности, рисков. Компания Relex Software Corporation (США).

12. Ершов Г.А., Козлов Ю.И., Солодовников А.С., Можаев А.С. Оценка безопасности атомных энергетических объектов на стадии проектирования. // Журнал "Тяжелое машиностроение", № 8/2004, М.: ООО "Дом печати "Столичный бизнес", 2004.- С. 33-39

13. Нозик А. А. Оценка надежности и безопасности структурно-сложных технических систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб.: СПИИРАН, 2005.

14. Фетисов В.А. Функциональное проектирование сложных систем. СПб, ЛИАП, 2002.

15. ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.

16. ГОСТ Р 51901-2002 (МЭК 60300-3-9:1995). Управление надежностью. Анализ риска технологических систем. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002.

17. ГОСТ Р 51901.14-2005 (МЭК 61078:1991). Менеджмент риска. Метод структурной схемы надежности. М.: Стандартинформ, 2005.

18. ГОСТ Р 51901.13-2005 (МЭК 61025:1990). Менеджмент риска. Анализ дерева неисправностей. М.: Стандартинформ, 2005, 11 с.

19. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (Приказ Миннеро № 229 от 19.06.20003 г., РД 34.20.50195, приказ Ростехнадзора РФ от 01.08.2006 г. № 738).

20. Гусаров А.А. Адаптивная модель функционирования комплексной системы безопасности критически важного объекта крупного мегаполиса // Вопросы оборонной техники. Технические средства противодействия терроризму. 2006 г. Вып. 11-12.

21. Основы государственной политики в области обеспечения безопасности населения РФ и защищенности критически важных и потенциально опасных объектов от угроз техногенного, природного характераи террористических актов. Утвержденные Президентом

22. Российской Федерации 28 сентября 2006 г. № Пр.-1649.

23. Гусаров А.А., Шумилов Н.И. Комплексная безопасность и защита информации в условиях большого города. Монография «Безопасность большого города». Под ред. Э.И. Слепяна. Изд. Сергея Ходова, 2007 г.с.24 28.

24. Международный стандарт МЭК 61025: 1990 Анализ диагностического дерева отказов (FTA).

25. Международный стандарт МЭК 61078: 1991 Методика анализа надежности. Метод блок-схем надежности.

26. Можаев А.С. Общий логико-вероятностный метод анализа надежности сложных систем. Уч. пос. JL: ВМА, 1988.

27. Можаев А.С. Учебно-методическое пособие по автоматизированному структурно-логическому моделированию ВОТС на персональных ЭВМ. СПб.: ВМА, 1991.

28. Можаев А.С. Учет временной последовательности отказов элементов в логико-вероятностных моделях надежности. // Межвузовский сборник: "Надежность систем энергетики". Новочеркасск: НПИ, 1990, с.94-103.

29. Можаев А.С., Алексеев А.О., Громов В.Н. Автоматизированное логико-вероятностное моделирование технических систем. Руководство пользователя ПК АСМ версии 5.0. СПб.: БИТУ, 1999.

30. Можаев А.С., Алексеев А.О., Сорокин Р.П. Методика автоматизированного логико-вероятностного моделирования систем. (Программный комплекс "ПК АСМ, версия 5.0"). СПб.: ВМА, 1999. -121с.

31. Можаев А.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. СПб. ВИТУ, 2000.

32. Можаев А.С., Ершов Г.А, Татусьян О.В. Автоматизированный программный комплекс для оценки надежности систем. (ПК ACMNEW, версия 2.01) СПб.: ВВМИУ им. Ф.Э. Дзержинского, 1994.

33. Надежностные характеристики оборудования фирмы "HONEYWELL". // Для установки каталитического риформинга ЛЧ-35-11.1000 на ООО ПО "Киришинефтегазоргсинтез". СПб.: 2000.

34. Гусаров А.А. Охранное телевизионное устройство. Авторское свидетельство на изобретение №1700764.

35. Перовская Е.И., Фетисов В.А. Основы гибкой автоматизации. Будапешт, БТУ, 1996.

36. Фетисов В.А. Основы системного анализа. JL, ЛИАП, 1991.

37. Гусаров А.А. Особое мнение производителя./ Техника связи №12006.

38. Общие правила взрывобезопасности химических производств и объектов. Утверждены Министерством по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь 28 июня 1996 г. Минск: 1996 г.

39. Парфенов Ю.М. Надежность, живучесть и эффективность корабельных электроэнергетических систем. Уч. пос. JL: ВМА, 1989.

40. ПБ 09-170-27 Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 22.12.97г. №52.

41. ПБ 09-170-97. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожарных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств Безопасность труда в промышленности, 1999, №2, с.49-53.

42. Программный комплекс Risk Spectrum вероятностного анализа надежности и безопасности систем. Разработан Шведской фирмой Relcon АВ. Форма исходной структурной схемы системы дерево отказов. Данные получены из Internet, сайт http://www. riskspectrum.com.

43. Проект "РИСК" код для вероятностного анализа безопасности. Отраслевой центр Минатома России по расчетным кодам для АЭС и реакторных установок. Москва, 2003. Данные получены из Internet, сайт: http://www.ocrk.miatom.ru/rus/progects /risk/risk.htm.

44. Раимов М.М. Расчет надежности с помощью алгоритма ортогонализации. Алгоритм N151. В кн.: "Сборник алгоритмов и программ", Вып.7. Л.: ВМА, 1979.

45. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка надежности с использованием графов. М.: Радио и связь, 1988.

46. РТМ 36.22.15. Система противоаварийной защиты взрывоопасных химико-технологических производств. Пособие для проектирования. М.: Ассоциация "Монтажавтоматика", Предприятие «Норма-СА», 1998.

47. Рябинин И.А. Концепция логико-вероятностной теории безопасности технических систем. Судостроительная промышленность. Серия: Системы автоматизации проектирования, производства и управления. Вып.21, 1991, с.15-22.

48. Рябинин И.А. Логико-статистический метод исследования надежности сложных технических систем. // В сб. "Основные вопросы теории и практики надежности". М.: Советское радио, 1971.

49. Рябинин И.А. Надежность и безопасность сложных систем. СПб.: Политехника, 2000.

50. Рябинин И.А., Грек Б.В., Борисов С.С. Поиск минимальных сечений отказов структурно-сложных технических систем. // В кн.: "Сборник алгоритмов и программ", Вып.8. Алгоритм №186. Л.: ВМА, 1982.

51. Рябинин И.А. и др. Процедура расчета надежности структурно-сложных систем логико-вероятностным методом с учетом энергетических характеристик элементов. Алгоритм N149. В кн.: "Сборник алгоритмов и программ", Вып.7. JL: ВМА, 1979, с.167-178.

52. Рябинин И.А., Парфенов Ю.М. Исследование структурной надежности сложных технических систем с помощью ЭВМ. Методика 3616 для СМ-4. Л.: ВМА, 1978.

53. Рябинин И.А., Парфенов Ю.М. Надежность, живучесть и безопасность корабельных электроэнергетических систем. Учебник. СПб.: ВМА, 1997.

54. Рябинин И.А., Парфенов Ю.М., Юрлов Ю.Е. Процедура получения функции работоспособности технической системы путем построения деревьев орграфа. Алгоритм №148. В кн.: "Сборник алгоритмов и программ", Вып.7. Л.: ВМА, 1979, с.155-166.

55. Рябинин И. А., Черкесов Г.Н. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем. М.: Радио и связь, 1981.

56. Софиев А.Э., Гинесин В.Г., Хвилевицкий Л.О. Экспертиза безопасности средств и систем автоматизации технологических процессов. // "Безопасность труда в промышленности", №4, 2002, с.5-9.

57. Федеральный закон. О промышленной безопасности опасных производственных объектов. М.: НТЦ Госгортехнадзора РФ, 1999.

58. Хенли Э.Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984.

59. Черкесов Г. Н., Можаев А.С. Логико-вероятностные методы расчета надежности структурно-сложных систем. // В кн. Надежность и качество изделий. М.: Знание, 1991, с.34-65.

60. Швыряев Ю.В. и др. Вероятностный анализ безопасности атомных станций. Методика выполнения. М.: ИАЭ им. И.В.Курчатова, 1992. -266с.

61. Гусаров А.А. и др. Разработка общей логико-вероятностной модели оценки безопасности предприятий водоснабжения и водоотведения. Отчет о НИР. СПб.: ГУЛ «Водоканал Санкт-Петербурга», 2007 г.

62. Ястребнецкий М.А. Надежность технических средств в АСУ технологическими процессами. М.: Энергоиздат, 1982.

63. Mozhaev A.S. Theory and practice of automated structural-logical simulation of system. International Conference on Informatics and Control (ICI&C97). Tom 3. St.Petersburg: SPIIRAS, 1997, P.l 109-1118.

64. Викторова B.C., Кунтшер X., Петрухин Б.П., Степанянц А.С. Relex -программа анализа надежности, безопасности, рисков. // "Надежность" №4(7), 2003, с. 42-64.

65. Risk Spectrum. Руководство по теории. // Техническая документация к программному комплексу фирмы By Relcon АВ.

66. Risk Spectrum Professional. Руководство пользователя. // Техническая документация к программному комплексу фирмы By Relcon АВ

67. Гусаров А.А. О применении методов автоматизированного моделирования в задачах оценки комплексной безопасности объектов критической инфраструктуры. // Материалы Третьей Всероссийскойг I

68. Гусаров А.А., Печеневский Ю.А. Защиту критически важных объектов под государственный контроль. // Научно-образовательный журнал «Жизнь, безопасность, экология». 2007 г. № 3 4 с. 8- 12.

69. Гусаров А.А. Проблемы безопасности в ведомственных и корпоративных сетях связи и пути их решения.// Научно-образовательный журнал «Жизнь, безопасность, экология». 2007 г. № 3 4 с. 12-17.

70. Гусаров А.А. Защита информации в сетях связи. // «Защита и безопасность». Научно-технический и военно-политический журнал, №2, 2007 г., с.14- 16.

71. Гусаров А.А., Таразевич С.А., Хохлов Г.Г. Защита информации в ведомственных и корпоративных сетях связи. // Известия Южного федерального университета. Тематический выпуск «Информационная безопасность». Таганрог, 2007 г., с. 155 — 161.

72. Гусаров А.А. Безопасность государственных информационно-телекоммуникационных систем. //Техника связи, №2 2007 г., с. 12 — 15.

73. Техническое описание АПС НЗК «Циклон». СПб: ЗАО «ТЕЛРОС».