автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Применение нечетких множеств в оценке и прогнозировании опасных ситуаций

Введение.

1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования

1.1. Логико-вероятностный метод.

1.2. Дерево отказов.

1.3. Моделирование деятельности человека-оператора.

1.4. Задачи исследования.

2. Применение теории нечетких множеств при моделировании электроопасных ситуаций

2.1. Обоснование возможности применения теории нечетких множеств при моделировании электроопасных ситуаций.

2.2. Определение показателей элементов логической модели с помощью нечетких чисел (L-R)-типа.

2.3. Учет наличия в логической модели зависимых событий.

2.4. Моделирование электроопасных ситуаций в сети с изолированной нейтралью.

2.5 Моделирование электроопасных ситуаций в сети с заземленной нейтралью.

2.6. Выводы.

3. Математическое моделирование ошибочных действий электротехнического персонала.

3.1. Определение вероятностей ошибочных действий персонала с помощью лингвистической переменной.

3.2. Определение вероятности ошибочного действия электротехнического персонала как функции нечеткой точечной оценки экспертных данных.

3.3. Моделирование ошибочных действий персонала при ведении ремонтных работ в действующих электроустановках.

3.4. Моделирование ошибочных действий персонала при ликвидации аварий в действующих электроустановках.

3.5. Выводы.

4. Практика применения нечетких множеств для прогнозирования электротравматизма и оценки эффективности средств обеспечения электробезопасности

4.1. Определение динамики электротравматизма

4.1.1. Прогноз электротравматизма.

4.1.2. Причины электротравм.

4.1.3. Динамика смертельного травматизма на линиях электропередачи различного напряжения.

4.2. Оценка эффективности средств безопасности с помощью аппарата теории нечетких множеств.

4.3. Методика прогнозирования показателей травматизма.

4.4. Выводы.

Актуальность работы. Статистика травматизма в любой отрасли экономики, в том числе и электроэнергетике, показывает необходимость совершенствования методов оценки и прогнозирования опасных ситуаций. В условиях декларирования опасных участков и производств требования к точности оценок и прогнозов резко возрастают.

Учитывая, что по большинству показателей, определяющих вероятность возникновения опасных ситуаций, статистическая информация либо отсутствует, либо весьма ограничена, появляется необходимость совершенствования существующих методов и методик оценки и прогноза показателей производственного травматизма.

Общеизвестно, что до 90 и более процентов несчастных случаев связаны с так называемым «человеческим фактором».

Статистика в данной области практически отсутствует. Для управления безопасностью в этой области необходима разработка новых подходов, позволяющих определять вероятности тех или иных ошибочных действий персонала.

Повышение точности прогноза, оценок вероятностей возникновения электроопасных ситуаций позволит также наиболее рационально распорядиться средствами, направляемыми на повышение безопасности труда.

Принятые в последнее время Федеральный закон о техническом регулировании и ГОСТ Р 12.0.006-2002 «Общие требования к управлению охраной труда в организации» также свидетельствуют об актуальности данной работы.

Работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки, технологий и техники на период до 2010 года.

Цель работы - создание методики прогнозирования показателей производственного травматизма.

Идея работы - использование нечетких множеств при прогнозировании показателей производственного травматизма в условиях неопределенности, обусловленной недостаточностью или отсутствием статистического материала.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Для снижения уровня неопределенности при моделировании опасных ситуаций в действующих электроустановках должны использоваться нечеткие вероятности структурных элементов, задаваемые в виде нечетких чисел Pj е [0; 1] с треугольным представлением функции принадлежности.

2. Нечеткие вероятности структурных элементов логической модели электропоражения, отражающие ошибочные действия персонала, при отсутствии соответствующих статистических данных, целесообразно определять на основе лингвистического подхода, позволяющего наиболее полно учитывать наличие расхождений в экспертных оценках.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием основных положений теории нечетких множеств, удовлетворительным совпадением результатов аналитических исследований со статистическими данными производственного травматизма.

Значение работы. Научное значение работы заключается в обосновании: возможности применения теории нечетких множеств для определения вероятностей событий при моделировании электроопасных ситуаций; вычисления вероятностей ошибочных действий электротехнического персонала с помощью лингвистического подхода; приложения нечетких множеств и нечетких отношений к прогнозированию показателей производственного травматизма.

Практическое значение работы заключается в разработке методики прогнозирования показателей травматизма.

Реализация работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы:

• ФГУП «НИИТБчермет» - методика прогнозирования показателей травматизма;

• Южно-Уральским государственным университетом в курсе «Основы электробезопасности» - методика оценки эффективности средств обеспечения безопасности.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены на Первой Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности на пороге третьего тысячелетия» (Челябинск - 2000 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Наука - Производство - Технологии - Экология» (Киров - 2002 г.), научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2000 - 2003 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 100 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков, 16 таблиц, список использованной литературы из 147 наименований.

4.4. Выводы

1. Точность прогноза при применении метода нечетких множеств оказывается достаточно высокой, что не всегда может быть достигнуто при малом ретроспективном периоде другими методами прогнозирования. Применительно к задачам охраны труда это обеспечивает снижение затрат на обеспечение безопасности труда.

2. При малых значениях прогнозируемых показателей безопасности труда возможно возникновение большой относительной погрешности при малых абсолютных отклонениях.

3. Выделение в нечеткой вероятности возникновения опасной ситуации с треугольным заданием функции принадлежности зон «оптимизма» и «пессимизма» позволяет оценить эффективность средств безопасности проектирования, либо обосновать требования к уровню надежности этих средств.

4. На основании обобщения собственных результатов исследований динамики электротравматизма, причин электротравм, смертельного травматизма на линиях электропередачи различного напряжения разработана методика прогнозирования показателей травматизма, основанная на применении аппарата теории нечетких множеств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи прогнозирования показателей травматизма и оценки эффективности средств безопасности, обеспечивающее рациональное распределение ресурсов, направляемых на повышение безопасности труда. На основании выполненных теоретических и статистических исследований можно отметить следующие основные результаты и сделать выводы:

1. Обоснована возможность применения теории нечетких множеств для определения вероятностей тех или иных событий при моделировании электроопасных ситуаций. Показано, что нечеткие вероятности событий целесообразно представлять как непрерывные нечеткие числа (L—R)-типа. Доказано, что арифметические операции над нечеткими числами (L—/?)-типа существенно упрощаются при треугольном задании функции принадлежности.

2. Оценка вероятности возникновения электроопасной ситуации в сети с изолированной нейтралью показала, что использование нечетких чисел позволяет получить диапазон наиболее адекватной оценки вероятности конечного события путем выделения подмножества а-уровня (а — 0,5), при этом для сети

-5 5 напряжением выше 1000 В - это интервал (1,2-10 ; 4,66 -10 ). Для сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В вероятность возникновения электропоражения представляет собой нечеткое множество чисел, приближенно равных 5,7 • 10"4, причем ее наиболее адекватная оценка представляет собой интервал (3,45 • 10"4; 8,05 • 10~4).

3. Определение вероятностей ошибочных действий персонала наиболее целесообразно осуществлять с помощью лингвистического подхода, позволяющего в условиях практического отсутствия статистических данных находить интересующие вероятности. При этом расчет вероятностей тех или иных событий, характеризующихся только наличием субъективной лингвистической информации, значительно упрощается при использовании функции нечеткой точечной оценки данных, представляющих собой интеграл объединения уров-невых подмножеств нечеткого множества субъективных оценок.

4. Определение вероятности электропоражения при ведении ремонтных работ показало, что она имеет значение, приближенно равное 1,13 • 10 5 или несколько меньше и при этом не превышает 1,93 • 10 5 и не менее 3,1 • 10 6. Ликвидация аварий в действующих электроустановках характеризуется малым значением вероятности возникновения электропоражения—2,53 • 10 9.

5. Прогнозирование показателей производственного травматизма с применением метода нечетких множеств имеет более высокую точность при малом ретроспективном периоде, что не всегда может быть достигнуто при использовании других методов.

6. На основе обобщения собственных результатов исследований динамики электротравматизма, причин электротравм, смертельного травматизма на линиях электропередачи различного напряжения разработана методика прогнозирования показателей травматизма, основанная на применении аппарата теории нечетких множеств.

1. Аверкин А.Н. Нечеткие числа в системах искусственного интеллекта и управления. - Тверь: САНИ, 1991. - 11 с.

2. Аверкин А.Н., Нгуен М.Х. Использование нечетких отношений в моделях представления знаний // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. -1989.-№5. -С.20-30.

3. Агейкин Д.И. Представление информации на пультах операторов // Приборы и системы управления. 1974. -№ 1. - С. 12-14.

4. Агейкин Д.И., Кнопов Ю.Т., Кузнецова Н.Н. Системы спорадического контроля //Приборы и системы управления. 1970. - № 4. - 17-19.

5. Алиев Р.И., Церковный А.Э., Мамедова Г.А. Управление производством при нечеткой исходной информации. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 е.: ил.

6. Бабич И.Т., Савенко С.К. Зависимость уровня травматизма от индивидуальных качеств работающих // Безопасность труда в промышленности. -1972. -№ 4. С.22-23.

7. Балинт И., Мурани М. Психология безопасности труда. М.: Профиздат, 1968.-207 с.

8. Баронец В.Д., Гречихин М.А. Модель представления функции принадлежности в экспертных системах // Автоматика и телемеханика. 1992 - № 6. - С.156 - 160.

9. Беляев Л.С. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неопределенности. Новосибирск: Наука - 1978. - 128 с.

10. Беляев Л.С., Крумм Л.А. Применимость вероятностных методов в энергетических расчетах // Изв. АН СССР. Экономика и транспорт.- 1983 № 2 -С.3-11.

11. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир. - 1976. - С. 172 -215.

12. Береговой Г.Т., Тищенко А.А., Шибанов Г.П., Ярполов В.И. Безопасность космических полетов. М.: Машиностроение. - 1977. - 343 с.

13. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки в принятии плановых решений. М: Экономика. - 1976. - 80 с.

14. Бобков А.С., Черкасов А.А. Метод статистического контроля травмобезо-пасности оборудования в условиях массового производства. Проблемы охраны труда: Тезисы доклада 3-ей Всесоюзной межвузовской конференции. - Кишинев: Штиинца. - 1978. - С.30 - 31.

15. Богатырев Л.Л. Управление аварийными режимами энергосистем в условиях неопределенности // Изв.вузов. Энергетика. 1982. - № 5. - С.З - 9.

16. Богатырев Л.Л. Оперативное управление аварийными режимами энергосистем на основе теории нечетких множеств // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1988. - №1. - С. 33 - 43.

17. Бонгард М.М. Проблемы узнавания. М.: Наука. 1967. - 320 с.

18. Бондаренко В.М. Моделирование и аналитическая оценка условий безопасности труда // Безопасность труда в промышленности. 1978. - № 3. -С.42-44.

19. Борисов А.Н., Алексеев А.В., Крумберг О.А. и др. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной. Рига: Зинантне. - 1982. -256 с.

20. Борисов А.Н., Алексеев А.В., Меркурьева Г.В., Слядзь Н.Н., Глушков В.И. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. М.: Радио и связь. - 1989. - 304 с.

21. Борисов А.Н., Крумберг О.А., Федоров И.П. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примеры использования. Рига: Зинантне. - 1990. -184 с.

22. Борисов А.Н., Слядзь Н.Н. Нечеткое доминирование решений в условиях неполной информации // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. -1988. -№5.-С.176- 181.

23. Браун Д.Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности. -М.: Машиностроение. 1979. - 359 с.

24. Будзко И.А., Левин М.С. Особенности оптимизационных задач энергетики и методов их решения // Электричество 1981. - № 3. - С.ЗО -31.

25. Буралков А.А., Щуцкий В.И. О вероятностной оценке уровня электробезопасности // Электричество. № 2. - 1982. - С. 16 — 20.

26. Введение в эргономику / Г.М.Зараковский, Б.А.Королев, Медведев В.И., Шлаен П.Я. М.: Советское радио. - 1974. - 352 с.

27. Веников В.А., Оруджев Ф.Д. Размытое подобие нечетко заданных процессов в электрических системах // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. -1983 № 2. - С.26 - 32.

28. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио. - 1972. -475 с.

29. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Физматгиз. - 1962. - 372 с.

30. Воропай Н.И., Шутов Г.В. Нечеткие множества при оценке динамических свойств электроэнергетических систем // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1982. - № 5. - С.41 -51.

31. Вышинская Н.Я. Формирование многофакторной модели электротравматизма. Безопасность жизнедеятельности: Сборник научных трудов. -Челябинск: ЧГТУ, 1992. - С.29 - 32.

32. Галактионов А.И. Основы инженерно-психологического проектирования, АСУТП. М.: Энергия. - 1978. - 240 с.

33. Гвоздик А.А. Решение нечетких уравнений // Изв.АН СССР. Техническая кибернетика. 1984. - № 5. - С. 176 - 183.

34. Глотова Н.В. Методика формирования основных характеристик средств обеспечения электробезопасности и разработка на ее основе устройстваконтроля сопротивления заземления. Дис. . канд. техн. наук. - Челябинск. - 1997. - 115 с.

35. Гражданкин А.И. Экспертная система оценки техногенного риска опасных производственных объектов /7 Безопасность жизнедеятельности. 2002. -№ 2. -С.6- 10.

36. Гордон Г.Ю., Вайнштейн Л.И. Электротравматизм и его предупреждение. М.: Энергоатомиздат. - 1986. - 256 с.

37. ГОСТ 12.1.009-76. Электробезопасность. Термины и определения. —М.: Изд-во стандартов. 1983. - 5 с.

38. ГОСТ 12.1.019-79 (СТС ЭВ 4830084). Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. М.: Изд-во стандартов. - 1979. -4 с.

39. ГОСТ 12.0.004-90. ССБТ. Организация обучения безопасности труда. Общие положения. М.: Изд-во стандартов. - 1991. - 8 с.

40. Дородницын А.А. Проблема математического моделирования в описательных науках // Кибернетика. 1983. - № 4. - С.6 - 10.

41. Дьяков А.Ф. Надежная работа персонала в энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 1991.-224 с.

42. Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей. Приложения к представлению знаний в информатике. М.: Радио и связь. - 1990. - 228 е.: ил.

43. Егоров К.В. Аспекты инженерной деятельности. М.: Изд-во МЭИ. -1980. - 85 с.

44. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. М.: Недра, 1987. - 96 с.

45. Ежкова И.В., Поспелов ДА. Принятие решений при нечетких основаниях.1.// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1977. - № 6. - С. 3 - 12.

46. Ежкова И.В., Поспелов Д.А. Принятие решений при нечетких основаниях.1. // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1978. - № 2. - С.6-18.47,48,49,50,51.52,53.54,55.58.

47. Закревский А.Д. Логические уравнения. Минск.: Наука и техника. 1975. - 173 с.

48. Зигель А., Вольф Д. Модели группового поведения в системе человек-машина. М.: Мир. 1973. - 261 с.

49. Катаев-Смык Л.А. Надежность и быстродействие человека-оператора при стрессе // Надежность и быстродействие ЧМС. Изд-во Ростовского университета. - 1983. - С.114 - 125.

50. Кини Р.Л. Размещение энергетических объектов. М.: Энергоатомиздат. -1983.-320 с.

51. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Радио и связь. - 1981. - 56 с.60