автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка и реализация адаптивной системы информационной поддержки управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия

Российская академия наук Институт системного анализа

На правах руко

РЫЖЕНКО Алексей Алексеевич

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОИ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ КРУПНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Институте информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН (г. Апатиты).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, лауреат премии правительства РФ Путилов Владимир Александрович

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Фридман Александр Яковлевич

Официальные оппоненты:

1. д.ф.-м.н., проф. Клименко Станислав Владимирович

2. к.ф.-м.н., в.н.с., Ростопшин Юрий Андреевич

Ведущая организация:

Горный институт Кольского научного цен фа РАН (г. Апатиты)

Защита состоится «?/» 2005 г в н часов на заседании диссертационного

совета № Д.002.086.02 при Институте системного анализа Российской академии наук по адресу: 117312, г. Москва, пр-т 60-летия Октября, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института системного анализа РАН

Автореферат разослан «IЬ » Ои. Г Л Óf>&2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., проф. Пропой А.И.

яТ"

гъзУг^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Проблема контроля над техногенными рисками актуальна для промышленно развитых регионов Россия, в частности, для Мурманской области. Исторически характерной особенностью области является наличие крупных градообразующих предприятий. Эти предприятия являются своеобразными «центрами кристаллизации» регионов, где сосредоточены большая часть промышленности, инфраструктуры, населения. Высокая плотность промышленных объектов и производств, использующих мощные энергетические потоки и опасные вещества, требуют самого пристального внимания к обеспечению в управлении предприятиями максимального уровня промышленно-экологической безопасности. Сегодня проблема усугубляется тем, что в новых условиях хозяйствования в значительной степени ослаблено внимание хозяйствующих субъектов к строгому выполнению национальных и отраслевых нормативно-правовых регламентация производственной деятельности.

Наука о безопасности - развивающаяся область званий. Перед ней стоит множество проблем таких как:

- междисциплинарный характер предметной области;

- многообразие опасных объектов и процессов; недостаточное развитие методик расчета опасностей и рисков и учета их в оценке эффективности предприятий;

- неразвитость средств получения и использования своевременной и достоверной информации о складывающейся на предприятии обстановке.

Вместе с тем, имеется определенный задел, позволяющий начать переход к качественно новому уровню решения задач управления безопасностью - управлению на основе информационных технологий.

Разработка и внедрение информационных технологий в управлении промышленно-экологической безопасностью - одно из приоритетных направлений прикладных исследований. Информатизация управления - актуальный метод повышения эффективности управления промышленно-экологической безопасностью сложных производственных объектов.

На крупном предприятии вопросы обеспечения безопасности труда работников, промышленно-экологической безопасности предприятия, защиты населения региона призваны решать относительно самостоятельные структурные подразделения - отделы техники безопасности, промышленной безопасности, охраны природы, гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций. Однако функционирование этих исполнительных органов не является органической частью общей системы управления предприятием и зачастую рассматривается лицами, принимающими решения, в качестве необходимой (законодательно обусловленной) обузы, принуждающей нести издержки, необходимость которых трудно принять по причине отсутствия должного обоснования целесообразности

управления безопасностью, как необходимой меры

функционирования предприятия. Представляется, что рассмотрение проблемы управления безопасностью в рамках единой концепции системы управления устойчивым развитием предприятия является наиболее перспективным путем снятия остроты указанной проблемы.

Для таких крупных предприятий, каким является, например горно-химический комплекс (ГХК) Мурманской области, можно выделить ряд общих объектов и процессов, являющихся носителями опасности аварий. Задача систематизации и комплексной обработки данных о динамике состояния таких объектов и процессов всегда была и продолжает оставаться актуальной. С другой стороны, каждое предприятие по-своему уникально. Это обстоятельство определяет целесообразность усилий по созданию адаптивной информационной системы поддержки управления, способной учитывать индивидуальную специфику конкретных предприятий.

Актуальность проблемы позволяет дать следующую формулировку цели проведенных исследований и разработок.

Цель диссертационной работы

Совершенствование системы управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий путем внедрения информационных технологий синтеза эффективных мероприятий по устранению предаварийных ситуаций на всех структурных уровнях опасных объектов и реализуемых технологий.

Для достижения поставленной цели (на примере ГХК) решены следующие задачи.

Основные задачи исследования

1. Анализ существующих систем и методов управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий;

2. Разработка требований к структуре системы управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия.

3. Разработка концептуальной модели предметной области для информатизации системы управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий и средств настройки модели, применительно к условиям конкретного предприятия (па примере

гхк);

4. Создание адаптивной среды проектирования автоматизированных систем управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий.

Методы исследования

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

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования Кольского научного центра РАН в период с

2000-2004 гг.: «Информационные технологии ситуационного управления технологическими процессами и безопасностью в промышленно-природных комплексах», Гос. per. Jfe 01.2.003 03819. На базе этих результатов разработано методическое и программно-алгоритмическое обеспечение для создания систем управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий.

научная новизна определяется тем, что рассмотрена и решена проблема автоматизации поиска эффективных мероприятий по выявлению и устранению предаварийных ситуаций на всех структурных уровнях опасных объектов и процессов, что обеспечивает повышение уровня промышленно-экологической безопасности предприятий. Основные аспекты научной новизны следующие:

1. Разработана концептуальная модель предметной области управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия. Отличие модели состоит в интеграции данных и экспертных знаний об изучаемом объекте в единую древовидную структуру.

2. Разработаны средства перехода от декларативного описания структуры объекта и взаимодействия его составных частей к алгоритмической модели передачи и преобразования данных.

3. Разработаны базовые модели программных модулей - исполнителей системы управления промышленно-экологической безопасности крупного предприятия (на примере ГХК).

Положения, выносимые на защиту

1. Концептуальная модель предметной области как средство формализации знаний экспертов в области управления промышленно-экологической безопасностью.

2. Программно-алгоритмическая адаптивная среда проектирования автоматизированных систем управления промышленно-экологической безопасностью предприятия.

3. Практическая реализация системы информационной поддержки управления промышленно-экологической безопасностью ГХК - ОАО «Апатит».

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

Практическая ценность

Внедрение адаптивной среды проектирования позволяет повысить уровень промышленно-экологической безопасности за счет автоматизации процесса синтеза эффективных мероприятий по устранению предаварийных ситуаций для основных уровней структуры опасных объектов и технологических процессов предприятий.

Практическая реализация осуществлена в рамках завершенных хозяйственных договоров:

1 Комплексная опенка устойчивости ОАО "Апатит" к воздействию чрезвычайных ситуаций техногенного, природпого, социального характера и к воздействию первичных и втопичнтл* факторов поражения в военное племя Договпп № 2000/2401 пт 01 (У> ?000г

2. Разработка проекта автоматизированной системы управления промышленной безопасностью (АСУПБ) ОАО «Апатит». Договор № 2002/2401 от 01.01.2002 г.

3. Разработка паспорта безопасности ОАО «Хладокомбинат». Договор № 2005/2402 от 01.05.2005 г.

4. Разработка паспортов безопасности газонаполнительных станций г. Мурманска и г. Апатиты. Договор № 2005/2403 от 11.05.2005 г.

5. Разработка декларации промышленной безопасности базисного склада взрывчатых материалов ОАО «Апатит». Договор № 2005/2403 от 01.05.2005 г.

Научная апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX, X и XII международных конференциях «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, 2001-2002, 2004 гг.), Международной научной школы «Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах» МАБР-2003 (С-Пб., 2003 г.), V Всероссийской школе-семинаре «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Апатита, 2004 г).

По теме получено 2 персональных гранта:

1. Грант № М02-2.1Д-177, Санкт-Петербургский конкурс персональных грантов 2002 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, культуры и искусства, проведенного согласно распоряжению губернатора Санкт-Петербурга от 03.07.2002 №1091-ра «О мерах по поддержке научного творчества молодежи Санкт-Петербурга в 2002 году»;

2. Грант № М04-2.1К-561, Санкт-Петербургский конкурс персональных грантов 2004 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, культуры и искусства, проведенного согласно распоряжению губернатора Санкт-Петербурга от 04.02.2004 №3 «О мерах по поддержке научного творчества молодежи Санкт-Петербурга в 2004 году».

Материалы диссертации использованы при выполнении работ по грантам РФФИ №03-01-96142, тема «Исследование и разработка методов и средств интеграции математических моделей различных классов в комплексную имитационную модель динамики сложной гтриродно-промышленной системы (на примере ОАО «Апатит»)» и №0501-97500, тема «Разработка моделей оценки техногенно-природной безопасности градообразующих предприятий европейского Севера (на примере ОАО «Апатит»)».

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе: 1 - в центральных изданиях, 5 - материалы международных конференций, 11 - статьи в сборниках ИИММ. Полученные результаты изложены в 2 отчетах по НИР в ИИММ КНЦ РАН.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (64 наименований). Имеет общий объем 131 машинописных страниц, содержит 30 рисунков, 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается современное состояние принятой к рассмотрению проблемы и актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования. Приводится краткое изложение содержания и основных результатов диссертационной работы, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава. В первой главе анализируются коммерческие и свободно распространяемые пакеты программ различных разработчиков, относящиеся к сфере управления промышленно-экологической безопасностью.

Основная часть пакетов для оперативного анализа состояния безопасности предприятия представляет собой комплекс разнообразных, не связанных между собой, методик, что является их большим недостатком. На данный момент времени разработано множество методик расчета последствий возможных аварий и инцидентов на предприятиях, предназначенных для решения задач мониторинга и прогноза состояния производства. Эта часть сферы управления промышленно-экологической безопасностью является наиболее проработанной. К большинству пакетов прилагается дополнительная справочная система, в которой хранится информация по характеристикам используемых в производстве опасных веществ, требования к рабочим местам персонала и нормативная документация различных типов оборудования. Указанный тип пакетов может бьпъ использован для решения частных постановок задачи управления безопасностью предприятий, поскольку он предназначен для обслуживания отдельных функциональных элементов системы управления. Наиболее близки к предлагаемой системе программные разработки комплексного управления промышленно-экологической безопасностью конкретных типов предприятий, которые представляют около 2% от общего числа программных продуктов. Эти системы выполнены в виде пакетов взаимосвязанных программ, охватывающих основные аспекты управления безопасностью. Как правило, такой тип программного обеспечения имеет распределенную систему управления и рассчитан на иерархическую древовидную структуру объекта управления. К последнему типу можно отнести следующие программные комплексы:

- унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы «Эколог» фирмы

«Интеграл»,

- «Русь Профессионал» научно-производственного предприятия «Авиаинструмент»,

- «Кедр» научно-производственного предприятия «ЛОГУС»,

- «АРМ Эколога» и «ПРО-К» ИТЦ «КЭС»,

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

- комплекс программ (PipeRISK, tHAZARD, ПК ACM СЗМА) ГУЛ «НТЦ «Промышленная безопасность»,

- «НОСТРАДАМУС» ИБРАЭ РАН и др.

Также рассматривались зарубежные аналоги, ориентированные, в основном, на атомную энергетику:

- PSA Professional фирмы Riskspectrum,

- RiskWave (Praise) фирмы US Sandia NL,

- LOSP фирмы US NRC и др.

Основными недостатками программ указанного типа в плане решаемой задачи являются:

- отсутствие возможности синтеза управлений, рекомендуемых для устранения предаварийных ситуаций и последствий аварий,

- отсутствие средств автоматизации согласованности между управлением на самих опасных объектах и действиями субъектов управления предприятием.

Для решения перечисленных выше проблем и создания более совершенной системы управления промышленно-экологической безопасностью предприятия, во второй части первой главы анализируется несколько теоретических подходов. При этом принимается, что критерием эффективности функционирования предприятия является обеспечение рентабельности, а целью каждой функциональной подсистемы системы управления -поддержка этого общего критерия.

Одним из основоположников теоретических аспектов разработки общего критерия функционирования предприятия как открытой системы с внешними и внутренними связями был Рональд Коуз. Его учение продолжено во всех странах мира, в том числе и России. Среди учеников можно выделить Вериникина O.A., КокорееваВ., Курченкова В.В., Малахова С. Интересным ответвлением общей теории стало управление качеством, разработанное Томасом Н. Фишером. Цель подхода - обеспечение конкурентоспособных цен при издержках, позволяющих добиваться стабильной прибыли. Основной решаемой проблемой является управление качеством, которое должно охватывать всю совокупность организационных форм координации действий в области качества. В диссертации предложено использовать такой подход для выявления общего критерия координации действий субъектов управления безопасностью.

Основной задачей системы является создание иерархической древовидной структуры модели, в которой можно отследить взаимосвязь между субъектами и объектами управления. В данном случае, объектами управления являются процессы и опасные объекты крупного предприятия. Для решения проблемы синтеза модели иерархически организованной структуры предметной области, отражающей взаимосвязи субъектов и объектов управления,

использован разработанный д.т.н. А.Я. Фридманом метод интегрированного концептуального моделирования (ИКМ) природно-технических комплексов. Важной особенностью метода ИКМ является возможность интегрального модельного представления 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). Встроенный язык ИКМ представляет собой инструментальную среду сопоставительного анализа эффективности и последствий принятия управленческих решений по изменению структуры объекта, ориентированную на применение картографической информации и экспертных знаний и не требующую программистской подготовки пользователя. Совместное использование описанных выше подходов позволяет в необходимой степени детальности описать структуру управления промышленно-экологической безопасности промышленного предприятия и выработать общий критерий координации управления опасными объектами.

Однако остается неохваченным один аспект - выборка комплекса эффективных мероприятий по выявлению и устранению предаварийных ситуаций. Для решения этой проблемы использован метод, предложенный А.И. Гражданкиным, - имитационное моделирование процесса возникновения и развития аварий в человеко-машинных системах, на основе макроуровневой имитационной модели процесса возникновения аварии в системе "Персонал-Оборудоваяне-рабочая Среда" (ПОрС). Приняты в рассмотрение только наиболее существенные причины аварийности и травматизма ПОрС системы - факторы влияния условий рабочей среды, надежности оборудования, уровня используемой технологии и факторы человека-оператора. Основой имитационного моделирования выбрана логико-лингвистическая модель возникновения происшествия в человеко-машинной системе. В результате работы этой модели оператор получает сведения не только о возможных авариях на различных технологических узлах, но и об эффективных по показателю издержек мероприятиях по их устранению. На основе модели разработана экспертная система /HAZARD, позволяющая произвести анализ состояния одного опасного объекта и предложить эффективное мероприятие по устранению предаварийной ситуации.

Проведенный анализ позволил предложить интеграцию описанных подходов в единую систему в качестве инструментального средства для достижения поставленной цели, что позволяет создать более адекватную модель управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия. Такие информационные системы целесообразно применять на любых предприятиях (в частности, на ГХК) для уменьшения риска и увеличения уровня безопасности, при учете динамического изменения исследуемой среды и оперативной адаптации к изменяющимся условиям. Один из перспективных способов построения адаптивных систем - использование концептуальной модели предметной области (КМПО). В КМПО декларируются объекты исследуемой предметной области и их структура, определяются причинно-следственные связи, существующие между объектами.

КМГГО используется как средство автоматизации всех последующих этапов моделирования управления промьппленно-экологической безопасностью.

Вторая глава посвящена разработке формальной концептуальной модели предметной области управления промышленно-экологической безопасностью.

Анализ источников происшествий на существующих предприятиях позволяет выделить ряд опасных объектов и процессов. Под категорию опасных попадают не только объекты, являющиеся источниками массовых разрушений, но и такие, которые могут быть источниками незначительных инцидентов. Под объектом может пониматься и целый комплекс, и отдельно стоящее здание, и небольшой объект, например, цистерна или труба с опасным веществом. Практически каждый технологический процесс содержит в себе опасные объекты, в виде промежуточных стадий. Иными словами каждый технологический процесс может рассматриваться как рассматриваемый процесс.

Концептуальная модель (КМ) для управления промышленно-экологической безопасностью (УПЭБ) крупного предприятия представлена в виде кортежа:

SynoE = <0, Р, Д Up, Ua OA, Н™, СА>, (1)

где О - множество объектов модели;

0= ^},/ = l,jV0,a =1,2, где i - порядковый номер объекта на его уровне декомпозиции, a -номер уровня дерева объектов, к которому относится данный объект, No - мощность множества объектов.

О = uCfour u(f,sc, (2)

где LEAF - структурно неделимые элементарные объекты, СОМР - составные объекты, состоящие из элементов или составных объектов, GISC - объекты, географически связанные с одним ГИС-элементом.

0 = 0V77u{o1w}, (3)

где О5"7 и {о™"} - два непересекающихся (ОИ7п|о1И7''}=0,) множества объектов: управляемые объекты (0й' = \ i = 1 ,N0>7, ) и объект, содержащий субъектов управления

ГХК. В качестве управляемых выступают опасные объекты, но так как объект управления тоже может быть опасным по определенным признакам, то существует такая функция, при котором Vo б 0,f„: О 0й7.

Р = {р.\п=Щ. (4)

где Р - процессы, происходящие внутри системы, Np - мощность множества; Р- <TNNER, INTRA, INTER>, где INNER - внутренние, все входные и выходные данные относятся к одному объекту, INTRA - связываются объекты одного уровня, не подчиняющиеся друг другу, INTER связываются объекты разного уровня, между объектами и подобъектами.

Функциональные типы процесса: pro - производитель (меняет тип данных и количество),

tra - преобразователь (не меняет тип данных, только количество, например, трансформаторные подстанции сети),

buf - буфер (не меняет тип данных, вносит запаздывание, например, граншортные

средства, линии электропередач, хранилища),

bra - разветвитель (передача данных в нескольких направлениях).

Все процессы разбиваются на две группы, соответствующие объектам (3):

р = рупирупр (5)

где Р177 - процессы, принадлежащие управляемым объектам, Р"7' - процессы, принадлежащие объекту, содержащему субъектов управления.

D-k\t-Wé. (6)

где D - потоки данных между объектами и процессами;

D ^<Var, Par> Vor =<Res, Adj>, (7)

где PAR - строковые константы, VAR - числовые значения, над ними можно выполнять определенные математические операции. RES - количественные характеристики, ADJ -настроечные параметры функций (критериев) качества функционирования элементов КМ УТТЭБ. Отдельную категорию (категорию GIS) составляют графические характеристики объектов концептуальной модели, непосредственно вычисляемые средствами ГИС. UpcP*B(Res) - отношение, процесс и порождающие его данные, UocOxB(Res) - отношение, объект и порождающие его данные, ОЛаОхВ(Р) - отношение, объект и порождающий его процесс. Н™ - отношение иерархии процессов внутри Ош>, которое можно представить в виде:

H^"'QPymxB'(pcycl (8)

где Рсув - процессы уровня субъектов управления, Рут - процессы уровня технологических процессов (см. рисунок ниже).

CA = {RAOO. Г(А), Vhu Z}, (9)

где Сл - характеристики аварии, RA(Y) - риск аварии, У=<У^ Ypaa> - величина

фактического и возможного ущербов от аварии, Р(а) = (л)}, i = 1, N^ - вероятность аварии, VHl - универсальная балльно-лингвистическая оценка i-го фактора влияния, 2 е {г,},г, е {z^z^} - набор мер безопасности по устранению фактического и возможного ущербов, стоимостью г каждое.

Модель атрибутов в концептуальной модели УПЭБ образуется кортежем:

Aymg-<N, Т, п, Е Г„ t, tB Тк /*„>, (10)

где N =z(np, Nq" , N™T T = (tpJ™ J™f - множества имен и типов процессов, управляемых объектов, объектов субъектов управления и ресурсов соответственно. Е = (ер,Е™,Ef ,ЕГ), - множества имен и типов исполнителей

процессов, управляемых объектов, объектов субъектов управления и ресурсов соответственно.

Набор функций, описывающий элементы модели УПЭБ: п = {пР,п™,г>™,п,),т№пР-.Р-*Ир-, п™:0уп-+и™-, п™-.б"1'^ И™\

> = {>„'о & :Оуп -+Т™; :Оупг ->Т™; ¡Г:П-+ТГ.

Управление промышленной безопасностью крупного предприятия (на примере ГХК) фактически осуществляется на трех уровнях (см. рисунок ниже):

Объект, содержащий субъекты управления крупного предприятия (0УПР)

Главное управление (Р™7)

Т 1

Уровень субъектов управления (1^ув)

1Г

Уровень технологических процессов (Р*777)

1

Управляемые объекты (0й7) 1 г

Уровень управляемых объектов (О™, 0й)

Компоненты опасных объектов, факторы риска (СГ°, О36, СТ4*)

Схема управления промышяенно-экологической безопасностью крупного предприятия

1. Уровень управляемых объектов (принадлежит ОУП(3)).

Включает в себя два типа объектов: объекты, порождающие аварии (О™) и объекты в зоне воздействия происшествий, которые не могут быть источником аварий (О38):

О^О"4^", ОПАпОзв=0, 0™=^}/ = й^Г, 0ЗВ = ] = , (И) где ЛГ- мощности одноименных множеств.

Процессы, принадлежащие управляемым объектам, разделяются на два типа, соответствующие объектам (11): ^«ГиЛ^ Рш ■

I ; *

Характеристики аварии С а (9) принадлежат только объекту (РА (11), следовательно:

Далее рассматривается классификация по основным составляющим Опа (11) и по их функциональной принадлежности.

Опасные объекты предприятий

О™ представимы (11) содержит в себе два компонента: персонал (О™1") и оборудование (0й*). Все факторы риска так или иначе связаны с этими составляющими. Особым классом выделяются объекты, участвующие в

обороте опасного вещества, тогда добавляется еще один фактор - вещество (0"°). Для

определения типов классификаторов необходимо рассмотреть каждый компонент и принцип его функционирования более подробно. В основе каждого подобъекта находится процесс, задачей которого является - на основе множества входных данных получить текущее состояние подобъекта.

На вход объекта О*9* поступает два типа данных: характеристики тестирования и медосмотров. Обрабатывающие их процессы: проверка знаний и прохождение медосмотров соответственно. Выходные данные каждого процесса передаются к процессу управления правами, где они обрабатываются и переходят в тип данных - текущее состояние персонала на объекте.

На вход объекта (У6 поступают характеристики оборудования, которые обрабатываются процессом определения изношенности оборудования. На выходе процесса -степень изношенности, передающаяся процессу определения работоспособности оборудования.

Данные от объектов О"** и 0я* поступают к СрА, где анализируются и, в зависимости

от ситуации, производится поиск эффективных мероприятий. Процесс выбора мероприятий описывается ниже. Такой тип объекта, где учитывается только технологический процесс, относится к классу О1"":

О™ с О4" х 0ой. (12)

Бели к объекту 0й" добавить СГ°, в котором процесс обрабатывает входные характеристики вещества и передает на выход данные о текущем состоянии вещества на объекте, то класс О*" (12) превращается в класс Cf:

0°'я0трсха*х0т°=(Утх(Г°. (13)

При построении модели использована классификация на основе функций объектов (на примере ГХК). В состав типичного ГХК входят следующие объекты: 0°к - обогатительные комплексы, of3* - объекты, содержащие агрессивные химически опасные вещества, О*780

- пожаровзрывоопасные объекты, О®" - объекты, содержащие взрывчатые материалы, Ojf^

- гидротехнические сооружения, О/*"*1 - рудники, - цеха и участки, Огх - здания и сооружения, тогда, учитывая (12,13):

CT = Of°B uOf° kjO?" kjO^ J =

где Ni - мощности одноименных множеств.

Для перехода от класса к его элементу используются функции исполнителей: fm -+В(0'ж)хВ(0**')хВ(ОаУ)хВ(Ох),

fm : Cf ~> 5(0^) х Biß"10) х В(0Ш) х 5(0^). (14)

На этом же уровне иерархии структуры опасных объектов и процессов расположены объекты, попадающие в зону поражения, но не являющиеся опасными О38. Для объектов такого типа необходимо учитывать три фактора: персонал, оборудование, используя экономический показатель. При поражении типичного объекта наверх, к уровню технологических процессов, передаются только количественные данные возможного и фактического ущерба (9) и текущее состояние объекта.

Функции управления этого уровня заключаются в прогнозировании различных аварий или инцидентов и выработке эффективных мероприятий по их устранению, в пределах одного опасного объекта (см. описание главы 3), Предложения по эффективным мероприятиям передаются объекту От>, на уровень технологических процессов.

Объект 0УПР включает три последовательных уровня процессов: уровень технологических процессов, уровень субъектов управления и уровень главного управления (см. рис. выше):

рыт =рУт^рСУВ и^гуп^ рсув = урсув> ргт = у^итг

' J

Каждый верхний уровень процессов является управляющим для нижнего, что считается необходимым свойством организационной структуры (8). Но на каждом уровне существует ряд характерных особенностей и переменных, законов и принципов, с помощью которых и описывается поведение системы. Таким образом, каждый уровень абстрагирования есть страта, а система уровней процессов объекта ОУПР стратифицирована. Важным фактором при взаимодействии уровней процессов являются наборы характеристик аварий СА(9), принадлежащие каждому из них: иурпг с Р*7"" х В^) £ ир.

В ходе исследования концептуальной модели были исследованы процессы обмена информационными ресурсами между уровнями.

2. Уровень технологических процессов (принадлежит О*™").

От С?" поступают сигналы «снизу-вверх». Все технологические процессы разбиты на определенные группы, соответствующие типам опасных объектов. Каждый технологический процесс получает данные о текущем состоянии типизированных объектов, а также варианты эффективных мероприятий для улучшения состояния. Вариант комплекса эффективных мероприятий выбирается следующим образом: либо для некоторого объекта утверждается один из вариантов, им предложенный, либо определяется один вариант для группы объектов, либо разрабатывается свой вариант. Далее возможны два сценария подтверждения выбора. Если подобная ситуация происходила в прошлом, и ответ на запрос к уровню субъектов управления заранее известен, то список мероприятий переводится в указания и отправляется вниз к От. Иначе он передается по дереву вверх к уровню процессов, содержащему управляющие структуры.

3. Уровень субъектов управления (принадлежит О*77').

Содержит в себе иерархию субъектов управления ГХК. К Оупр поступают сигналы «снизу-вверх» от различных технологических процессов. В один запрос могут включаться

как все процессы, так и выборочные Частота запросов устанавливается именно на этом уровне, по следующему правилу: чем чаще поступают запросы поиска эффективных мероприятий снизу, тем чаще начинается общий опрос состояния сверху. Каждый пакет содержит в себе описание технологического процесса и список предложенных эффективных мероприятий по улучшению ситуации в целях повышения безопасности. Каждый субъект рассматривает все варианты и разрабатывает готовые указания по эффективным мероприятиям. При этом помимо вариантов «снизу», используются нормативные и законодательные документы, возможности совместных действий с другими субъектами управления и свои варианты эффективных мероприятий. Список эффективных мероприятий утверждает главное управление, используя глобальный критерий. Результаты отправляются управляющими сигналами «сверху-вниз» к уровню технологических процессов.

Во второй главе разработана и исследована древовидная иерархическая концептуальная модель управления промышленно-экологической безопасностью предприятием, ориентированная на применение в целях определения состояния опасных объектов и процессов и выработки эффективных мероприятий по устранению предаварийных ситуаций. Учтены факторы, влияющие на процесс принятия решения для установления уровня опасности объекта или технологического процесса. Далее рассматривается процесс выбора эффективных мероприятий и программно-алгоритмические исполнители КМ УПЭБ крупного предприятия.

Третья глава разбита на две части. Первая посвящена описанию процесса выбора эффективных мероприятий на разных уровнях иерархии управления.

Выбор эффективного мероприятия или мероприятий (9) осуществляется в три последовательных этапа:

1. Анализ факторов, влияющих на текущую предаварийную ситуацию. Для каждого из них рассчитываются универсальная балльная и лингвистическая («очень низко», «низко», «средне», «хорошо»... - всего 10 разрядов-оттенков) оценки (Ун!)-

2. Поиск функциональной зависимости между оценками факторов опасности и вероятностью аварии р(а).

3. Экспертный выбор эффективных вариантов из существующего набора мер безопасности, внедрение которого снижает риск аварии либо максимально, либо до допустимого (при определенном количестве средств) уровня.

На уровне управляемых объектов за выбор эффективных из существующего набора мероприятий отвечает процесс оценки и прогноза состояния безопасности объекта. Исходными данными для выбора являются результаты работы предыдущих блоков: текущее состояние персонала, оборудования и вещества (12, 13) Данные подставляются в модели расчета последствий аварий и определения балльно-лингвистической оценки Vn¡. Для определения и балльной, и лингвистической оценки используется заранее установленная схема критериев ПОрС системы. Добавляются данные о внешних условиях и физические параметры объекта. Полученные результаты передаются процессу анализа прецедентов, где

на основе имитационной модели процесса возникновения аварии в ПОрС системе, определяется вероятность аварии:

(15)

Затем рассматриваются различные сценарии мероприятий для устранения фактических (Yßa) и возможных (]^ою) предаварийных ситуаций:

|z } j1*» = {"'k^wW ^

И/»» = {->УрсиwV-i где {zj - набор мер безопасности стоимостью г каждое.

Далее осуществляется выбор мероприятий из существующего списка. Основным критерием эффективности является максимальное снижение риска или снижение риска до допустимого значения:

AR. (У) -» max,Z -» min,

<17>

где Ra(Y) - риск аварии, т - возможных вариантов, Y - случайная величина ущерба от аварии, ÄjJ" - допустимый (заданный) уровень риска аварий, Z^ - фиксированные средства, z - стоимость.

Итоговым значением контроля критерия качества является стоимость осуществления мер безопасности. Учитывая предыдущие критерии (15-17), получаем итоговый экономический:

Z = Yz, -»min,

" (18)

где fej} - набор мер безопасности, т - возможных вариантов, ZWn - фиксированные средства, z - стоимость. Далее список предлагаемых мероприятий передается объекту 0У7Л.

На уровне технологических процессов объекта Cfmp, на основе полученных данных составляется общая картина текущего положения для каждого технологического процесса. Учитывая все предложенные варианты снизу, на основе уровневых критериев, выбираются наиболее приемлемые для данной ситуации (15 - 18). Они сравниваются с базой нормативов и отбираются только те, которые лежат в рамках стандартов:

{С}еМ={СГ} 09)

гДе {СГ} и {СГ} " минимальная и максимальная допустимые границы эффективных мероприятий.

Затем, из своей базы комплексных мероприятий, в пределах одного технологического процесса, выбираются наиболее эффективные, используя критерии (15-17). Все полученные сведения собираются и анализируются по общему критерию (18). Итоговые варианты мероприятий передаются уровню субъектов управления.

Каждый субъект управления собирает все пакеты со всех технологических процессов, находящихся в его компетенции, и по критериям (15-18) выбирает наиболее приемлемый из

предложенных вариантов, сравнивает предложения с нормами и законами с целью отбора только тех, которые лежат в рамках стандартов (19), затем выбирает наиболее эффективные мероприятия из своей базы комплексных мероприятий (15 -18). Полученный список сравнивается с уже составленным списком и выбирается комплекс эффективных мероприятий который утверждается в главном управлении.

Во второй части третьей главы рассмотрены средства хранения данных в полученной системе, а также основные алгоритмы обработки и представления этих данных. Вначале описаны все типы данных и системы, управляющие ими, затем особенности преобразований данных и знаний в процессе работы системы и ходе логического вывода.

В зависимости от текущего состояния объекта (набор переменных, полностью описывающих его функционирование) происходит дальнейшее управление действиями системы для функционирования опасных объектов и технологических процессов. Для определения состояния используется база правил следующего типа:

ЕСЛИ Р1 [&Р2...] ИЛИ Р1 [&Р2], ТО г1[&г2...], ИНАЧЕ 81[&82...], (20)

где: Р1 - текущие значения исходных данных: персонал, оборудование и вещество.

Щ - частота опроса для текущего состояния, устанавливается уровнем субъектов управления.

2к - поиск и выбор эффективных мероприятий.

в1 - нормальный ход работы (сбор, обработка и хранение данных).

Все правила хранятся в общей системе баз данных (БД).

В результате, получена концептуальная модель управления промышленно-экологической безопасности (УПЭБ) крупного предприятия. Рассмотрены основные компоненты управления и их взаимосвязи. Разработан метаязык, с помощью которого специалист (оператор) может настроить систему УПЭБ конкретного предприятия.

Четвертая глава посвящена описанию применения предложенного подхода и разработанных на его основе программ для моделирования управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия.

На основе разработанного подхода реализованы и апробированы две системы управления промышленной безопасностью ГХК Первая представляет собой пилотный вариант автоматизированного рабочего места специалиста по управлению промышленной безопасностью горно-химического комбината ОАО «Апатит». Проведение комплексного анализа опасных объектов и процессов ГХК является основной решаемой задачей системы. Исходными данными служат характеристики персонала, параметры оборудования, текущее состояние вещества и др. Результат работы - оценка состояния безопасности опасных объектов и процессов. Также система предлагает комплекс мероприятий по предотвращению предаварийных ситуаций и возможных последствий аварий или инцидентов. На уровне интерфейса, можно изменять структуру дерева опасных объектов и процессов, а также их внутренние настройки и установки.

Вторая система позволяет провести комплексную оценку устойчивости ОАО «Апатит» к воздействию чрезвычайных ситуаций техногенного, природного, социального характера, а также к нозлейстпито первичных и вторичных факторов поражения в военное время. Исходными данными служат характеристики всех опасных объектов в пределах одного ГХК. В результате работы системы оператор (эксперт) получает следующую информацию: из всего списка объектов выделяются только те, которые могут вызывать наиболее опасные чрезвычайные ситуации (относятся к классу факторов поражения). Список выбранных объектов классифицируется по представленной выше методике, и разбивается на группы опасных объектов. На основе информации об опасных объектах составляются опасные технологические процессы, и проигрываются различные сценарии аварий и катастроф. Результаты расчетов последствий передаются оператору.

Помимо основных систем, описанных выше, адаптивная среда используется для некоторых частных, например, при паспортизации опасных объектов. Внедрение выше перечисленных продуктов позволило специалистам в области промыпшенно-экологической безопасности повысить коэффициент оперативности и прогнозирования безопасности ГХК, что существенно повлияло на уровень совершенствования автоматизации процесса управления комплексом в целом. За счет прогнозирования предаварийных ситуаций, управляющие структуры предприятием могут принт решение об их ликвидации, что повышает уровень промышленной безопасности.

Акты о внедрении систем и отзывы приложены к диссертации.

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

В приложения вынесены схемы структуры управления промышленно-экологической безопасностью ГХК, а также примеры интерфейса разработанных систем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе разработана и формализована концептуальна* модель управления промышленно-экологической безопасностью (УПЭБ) крупного предприятия. Основными регулируемыми параметрами в модели являются количественные характеристики процессов проявления потенциальных опасностей. Это позволило объединить разнородные (промышленные, природные, социальные) компоненты опасностей и заложить основы для создания интегрированных региональных систем поддержки принятия решений по управлению безопасностью.

В ходе работы получены следующие результаты: Разработана концептуальная модель предметной области в процесса управления. Разработана и исследована иерархическая древовидная концептуальная модель по управлению промышленно-экологической безопасности крупного предприятия (на примере горно-химического комплекса), состоящая из трех множеств элементов -объектов, процессов и информационных ресурсов (данных). Множества опасных

объектов и технологических процессов классифицированы по различным признакам и параметрам. Каждое из них имеет свой базовый набор характеристик, но может пересекаться с другими группами. На основе полученной классификации построена единая структура, модифицирующая иерархию УПЭБ крупного предприятия. Верхний уровень - дерево субъектов управления (классифицирован на примере ГХК), нижний -уровень конкретных опасных объектов. Иерархия объектов отражает их организационные взаимоотношения между опасными объектами и субъектами управления ими. Каждому объекту приписывается набор процессов, имитирующих преобразование набора входных ресурсов в выходные.

Разработана система проектирования. На основе полученной в ходе работы концептуальной модели разработана адаптивная среда проектирования АРМ специалистов по УПЭБ, в основе которой находится система правил преобразования состояния объекта. Используя возможности встроенного метаязыка, оператор (эксперт) может перенастроить базовый вариант системы под конкретное предприятие. Апробация адаптивной среды. Результаты диссертационной работы реализованы и внедрены в виде программных систем, специализированных для решения следующих задач: автоматизация рабочего места специалиста по УПЭБ ГХК ОАО «Апатит»; автоматизация комплексной оценки устойчивости ГХК ОАО «Апатит».

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Проектирование информационного обеспечения (базы данных) управления безопасностью горно-химического комплекса / С.Ю. Яковлев, Н.В. Исакевич, A.A. Рыженко и др. // Управление безопасностью природно-промышленных систем. -Апатиты: изд. КНЦ РАН, 2000. - Вып. III. - С. 26-38.

2. Яковлев С.Ю., Рыженко A.A., Исакевич Н.В. О применении методов системной динамики для моделирования безопасности природно-промышленных комплексов // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Материалы IX международной конференции / Под ред. Архиповой Н.И и Кульбы B.B. - М.: РГГУ, 2001. - С. 352-354.

3. Рыженко A.A., Яковлев С.Ю., Исакевич Н.В. Проектирование функционального программного обеспечения для автоматизированного управления промышленно-экологической безопасностью градообразующего предприятия. // Информационные технологии в региональном развитии: прикладные аспекты и решения. / Под ред. Путилова В .А., Апатиты, изд-во КНЦ РАН, 2002, - С. 23-29.

4 Яковлев С.Ю., Рыженко A.A., Исакевич Н.В. Информационная модель управления промышленной безопасностью горно-химического комплекса И Проблемы управления безопасностью сложных систем- Мат. X межд. конф., дек. 2002 г., Москва Ч. 2 - М.: РГТУ- Издательский дом МПА-Пресс - С. 146-149

5. Яковлев С.Ю., Рыженко A.A. Концептуальная модель системы поддержки принятия решений по управлению промышленно-экологической безопасностью градообразующего предприятия II Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах: Труды международной научной школы МАБР-2003. - СПб: Изд-во СПбГУАП, 2003. - С. 424-430.

6. Рыженко A.A. Информационная технология проектирования software для управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий // Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах: Труды международной научной школы МАБР-2003. - СПб: Изд-во СПбГУАП, 2003. - С. 502-507.

7. Яковлев С.Ю., Рыженко A.A., Исакевич Н.В. Оценка устойчивости пожаровзрывоопасных объектов (на примере объектов ОАО «Апатит») // Управление безопасностью природно-промышленных систем. - Апатиты, 2003. - Вып.IV. - С.29-32.

8. Рыженко A.A. Программный прототип автоматизированного рабочего места специалиста по управлению промышленной безопасностью // Управление безопасностью природно-промышленных систем - Апатиты, 2003. - Bbm.IV. - С.24-24.

9. Рыженко A.A. Обзор Интернет-ресурсов информационной поддержки управления промышленной безопасностью // Информационные технологии в региональном развитии. - Апатиты, 2003. - Вып.Ш. - С. 100-103.

10. Рыженко A.A., Яковлев С.Ю. Автоматизированное проектирование рабочих мест специалистов по промышленной безопасности. // Прикладные проблемы управления макросистемами: V Всероссийская школа-семинар. - Апатиты, 2004. - С.43-46.

11. Рыженко. A.A. Структура опасных объектов горно-химического комплекса // Информационные технологии в региональном развитии. - Апатиты, 2004. - Вып. IV. - С. 122-126.

12. Рыженко A.A. Анализ подходов к исследованиям в области промышленной безопасности // Управление безопасностью природно-промышленных систем. - Апатиты, 2004. - Вып. V.-C. 18-23.

13. Рыженко A.A. Программная система учета аварий и инцидентов на предприятии II Управление безопасностью природно-промышленных систем. - Апатиты, 2004. - Вып. V. -С. 27-29.

14. Рыженко A.A. Обзор существующих программных разработок в области промышленной безопасности II Управление безопасностью природно-промышленных систем. - Апатиты, 2004. - Вып. V.-С. 30-31.

15. Рыженко A.A., Рыженко Н.Ю. Компьютерная реализация методик расчета последствий аварий для некоторых типов опасных объектов // Управление безопасностью природно-промыпшенных систем. - Апатиты, 2004. - Вып. V. - С. 32-34.

16. Яковлев С.Ю., Рыженко A.A., Ржевский Б.Н., Натаров О.В. Проект автоматизированной системы управления промышленной безопасностью горно-химического комплекса. -«Безопасность труда в промышленности», 2004. - С. 44-47.

I

i

*

Автореферат

РЫЖЕНКО Алексей Алексеевич

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОЙ СИСТЬМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛРННО-ЭК0Л01 ИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ КРУПНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

1 ехнический редактор Каржавина С И

11одиисано к печати 17 10 2005

Формат бумаги 60x84 1/16 Бумаг а офсетная Печать офсетная Уел печ л 1 2 Уч -изд л 1 Уел краско -от 1,2 Заказ №4 Тираж 100 экз Бестатно

Издательство Пефозаводского государственного университета 185640, Пегрозаводск, пр Ленина, 33

Отпечатано подразделением оперативной полиграфии КФ ПетрГ'У 184200, Апати гы, Мурманская область, ул Космонавтов, 3

Нол/ченс 3 1 Г';с

Введение.:.

Глава 1. Описание предметной области.

1.1. Предметная область, моделируемая среда.

1.1.1. Влияние законодательного фактора на управление безопасностью предприятия

1.1.2. Влияние экономического и социального факторов на безопасность предприятия

1.1.3. Использование информационных технологий для решения поставленных задачМ

1.2. Обзор существующих программных разработок в области промышленно-экологической безопасности

1.2.1. Анализ основных направлений автоматизации УПЭБ.

1.2.2. Анализ разработанных систем информационной поддержки.

1.3. Обзор теоретических подходов к области промышленно-экологической безопасности.

1.4. Выбор способа построения адаптивной среды для принятия решений в сфере управления безопасностью предприятия.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка формальной концептуальной модели предметной области по управлению промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия

2.1. Структура предметной области. Описание компонентов для управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия.

2.2. Формализация области управления промышленно-экологической безопасностью ГХК.

2.2.1. Конструирование КМ УПЭБ.

2.2.2. Модель атрибутов.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Система выбора эффективных мероприятий. Программные модули модели.

3.1. Выбор эффективных мероприятий из комплекса допустимых.

3.2. Программно-алгоритмическое моделирование исполнителей КМ УПЭБ ГХК.

3.2.1. Принципы работы адаптивной среды.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Описание исполнителей КМПО. Обзор реализованных программ на основе КМГ10.

4.1. Основные элементы реализуемых систем.

4.2. Примеры разработанных программ на основе КМПО

Актуальность работы

Проблема контроля над техногенными рисками актуальна для промышленно развитых регионов России, в частности, для Мурманской области. Исторически характерной особенностью области является наличие крупных градообразующих предприятий. Эти предприятия являются своеобразными «центрами кристаллизации» регионов, где сосредоточены большая часть промышленности, инфраструктуры, населения. Высокая плотность .промышленных объектов и производств, использующих мощные энергетические потоки и опасные вещества, требуют самого пристального внимания к обеспечению в управлении предприятиями максимального уровня промышленно-экологической безопасности. Сегодня проблема усугубляется тем, что в новых условиях хозяйствования в значительной степени ослаблено внимание хозяйствующих субъектов к строгому выполнению национальных и отраслевых нормативно-правовых регламентации производственной деятельности.

Наука о безопасности - развивающаяся область знаний. Перед ней стоит множество проблем таких как: междисциплинарный характер предметной области;

- многообразие опасных объектов и процессов; недостаточное развитие методик расчета опасностей и рисков и учета их в оценке эффективности предприятий;

- неразвитость средств получения и использования своевременной и достоверной информации о складывающейся на предприятии обстановке.

Вместе с тем, имеется определенный заделы, позволяющий начать переход к качественно новому уровню решения задач управления безопасностью - управлению на основе информационных технологий.

Разработка и внедрение информационных технологий в управлении промышленно-экологической безопасностью - одно из приоритетных направлений прикладных исследований. Информатизация управления - актуальный метод повышения эффективности управления промышленно-экологической безопасностью сложных производственных объектов.

На крупном предприятии вопросы обеспечения безопасности труда работников, промышленно-экологической безопасности предприятия, защиты населения региона призваны решать относительно самостоятельные структурные подразделения - отделы техники безопасности, промышленной безопасности, охраны природы, гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций. Однако функционирование этих исполнительных органов не является органической частью общей системы управления предприятием и зачастую рассматривается лицами, принимающими решения, в качестве необходимой (законодательно обусловленной) обузы, принуждающей нести издержки, необходимость которых трудно принять по причине отсутствия должного обоснования целесообразности управления безопасностью, как необходимой меры повышения эффективности функционирования предприятия. Представляется, что рассмотрение проблемы управления безопасностью в рамках единой концепции системы управления устойчивым развитием предприятия является наиболее перспективным путем снятия остроты указанной проблемы.

Для таких крупных предприятий, каким является, например горно-химический комплекс (ГХК) Мурманской области, можно выделить ряд общих объектов и процессов, являющихся носителями опасности аварий. Задача систематизации и комплексной обработки данных о динамике состояния таких объектов и процессов всегда была и продолжает оставаться актуальной. С другой стороны, каждое предприятие по-своему уникально. Это обстоятельство определяет целесообразность усилий по созданию адаптивной информационной, системы поддержки управления, способной учитывать индивидуальную специфику конкретных предприятий.

Актуальность проблемы позволяет дать следующую формулировку цели проведенных исследований и разработок.

Цель диссертационной работы

Совершенствование системы управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий путем внедрения информационных технологий синтеза эффективных мероприятий по устранению предаварийпых ситуаций на всех структурных уровнях опасных объектов и реализуемых технологий.

Для достижения поставленной цели (на примере ГХК) решены следующие задачи.

Основные задачи исследования

1. Анализ существующих систем и методов управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий;

2. Разработка требований к структуре системы управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия.

3. Разработка концептуальной модели предметной области для информатизации системы управления промышленно-экологической: безопасностью крупных предприятий и средств настройки модели, применительно к условиям конкретного предприятия (на примере ГХК);

4. Создание адаптивной среды проектирования автоматизированных систем управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий.

Методы исследования

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

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых но планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования Кольского научного центра РАН в период с 2000-2004 гг.: «Информационные технологии ситуационного управления технологическими процессами и безопасностью в промышленно-природных комплексах». Гос. per. № 01.2.003 03819. На базе этих результатов разработано методическое и программно-алгоритмическое обеспечение для создания систем управления промышленно-экологической безопасностью крупных предприятий. научная новизна определяется тем, что рассмотрена и решена проблема автоматизации поиска эффективных мероприятий по выявлению и устранению предаварийных ситуаций на всех структурных уровнях опасных объектов и процессов, что обеспечивает повышение уровня промышленно-экологической безопасности предприятий. Основные аспекты научной новизны следующие:

1. Разработана концептуальная модель предметной области управления промышленно-экологической безопасностью крупного предприятия. Отличие модели состоит в интеграции данных и экспертных знаний об изучаемом объекте в единую древовидную структуру.

2. Разработаны средства перехода от декларативного описания структуры объекта и взаимодействия его составных частей к алгоритмической модели передачи и преобразования данных.

3. Разработаны базовые модели программных модулей - исполнителей системы управления промышленно-экологической безопасности крупного предприятия (на примере ГХК).

Положения, выносимые на защиту

1. Концептуальная модель предметной области как средство формализации знаний экспертов в области управления промышленно-экологической безопасностью.

2. Программно-алгоритмическая адаптивная среда проектирования автоматизированных систем управления промышленно-экологической безопасностью предприятия.

3. Практическая реализация системы информационной поддержки управления промышленно-экологической безопасностью ГХК - ОАО «Апатит».

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

Практическая ценность

Внедрение адаптивной среды проектирования позволяет повысить уровень промышленно-экологической безопасности за счет автоматизации процесса синтеза эффективных мероприятий по устранению предаварийных ситуаций для основных уровней структуры опасных объектов и технологических процессов предприятий.

Практическая реализация осуществлена в рамках завершенных хозяйственных договоров с ОАО «Апатит»:

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

2. Разработка проекта автоматизированной системы управления промышленной безопасностью (АСУПБ) ОАО «Апатит». Договор № 2002/2401 от 01.01.2002 г.

3. Разработка паспорта безопасности ОАО «Хладокомбинат». Договор № 2005/2402 от 01.05.2005 г.

4. Разработка паспортов безопасности газонаполнительных станций г. Мурманска и г. Апатиты. Договор № 2005/2403 от 11.05.2005 г.

5. Разработка декларации промышленной безопасности базисного склада взрывчатых материалов ОАО «Апатит». Договор № 2005/2403 от 01.05.2005 г.

Научная апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX. X и XII международных конференциях «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, 2001-2002, 2004 гг.), Международной научной школы «Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах» МАБР-2003 (С-Пб., 2003 г.), V Всероссийской школе-семинаре «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Апатиты, 2004 г).

По теме получено 2 персональных гранта:

1. Грант № М02-2.1Д-177, Санкт-Петербургский конкурс персональных грантов 2002 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, культуры и искусства, проведенного согласно распоряжению губернатора Санкт-Петербурга от 03.07.2002 №109Гра «О мерах но поддержке научного творчества молодежи Санкт-Петербурга в 2002 году»;

2. Грант № М04-2.1К-561, Санкт-Петербургский конкурс персональных грантов 2004 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, культуры и искусства, проведенного согласно распоряжению губернатора Санкт-Петербурга от 04.02.2004 №3 «О мерах по поддержке научного творчества молодежи Санкт-Петербурга в 2004 году».

Материалы диссертации использованы при выполнении работ по грантам РФФИ №03-01-96142, тема «Исследование и разработка методов и средств интеграции математических моделей различных классов в комплексную имитационную модель динамики сложной природно-промышленной системы (на примере ОАО «Апатит»)» и №05-01-97500, тема «Разработка моделей оценки техногенно-природной безопасности градообразующих предприятий европейского Севера (на примере ОАО «Апатит»)».

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе: 1 - в центральных изданиях, 5 - материалы международных конференций, И - статьи в сборниках ИИММ. Полученные результаты изложены в 2 отчетах по НИР в ИИММ КНЦ РАН.

Общие выводы по оценке устойчивости

Наибольшую опасность представляют аварийные ситуации, приводящие к взрыву одного или нескольких резервуаров. Наиболее уязвимыми местами являются склады нефтепродуктов. Наиболее опасной ЧС является взрыв нескольких резервуаров в результате внутреннего или внешнего воздействия.

Далее система вырабатывает комплекс мероприятий. Результаты представлены ниже.

Рекомендуемые мероприятия

Таким образом, наиболее опасной аварией является взрыв резервуара (резервуаров). Для исключения возможности взрывов, пожаров необходимо соблюдение следующих условий:

1. Постоянная работа автоблокировок и сигнализаций, предупреждающих о возможной поломке агрегатов и несчастных случаях с обслуживающим персоналом.

2. Наличие ограждения на всех движущихся и вращающихся частях оборудования.

3. Максимальная герметизация всех мест пылеобразования, снабжение их местными отсосами, удаление пыли из цехов принудительной вентиляцией.

4. В помещениях, связанных с возможностью выделения в рабочую зону взрывопожароопасных газов, должны быть предусмотрены установки газоанализаторов для контроля содержания этих газов в воздухе рабочей зоны.

5. На всех рабочих местах должны быть первичные средства пожаротушения,

6. Все электрооборудование должно быть заземлено, за исправностью изоляции установлено тщательное наблюдение.

7. При перепуске электродов необходимо соблюдать крайнюю осторожность, избегая замыкания фазы на металлоконструкции.

8. При ремонтных работах необходимо пользоваться электробезопасным переносным освещением с напряжением до 12 В.

9. После окончания работы следует тщательно привести в порядок свое рабочее место.

10. Площадки.и переходы должны быть ограждены перилами.

11. Мокрая уборка помещений складов не допускается.

12. Ремонт и чистка оборудования допускается лишь после того, как снято напряжение, вывешены предупредительные плакаты, произведена очистка подлежащих ремонту аппаратов от продукта, газа, пыли. Аппарат перед началом работ должен быть тщательно провентилирован.

13. В специально отведенных местах производства должны быть установлены шкафы для хранения аварийного запаса противогазов, а также шкафчики или аптечки, снабженные набором медикаментов и предметов оказания первой помощи пострадавшим во время аварии.

14. Для нужд пожаротушения каждый объект должен быть оснащен необходимым количеством пожарных водоемов и гидрантов.

15. Должно осуществляться круглосуточное дежурство пожарного расчета, оснащенного всеми техническими средствами, необходимыми для локализации очага загорания па объекте.

16. Для нужд первичного пожаротушения на территории предприятия должны находиться пожарные посты, укомплектованные в соответствии с требованиями Правил пожарной безопасности РФ.

17. В насосных станциях, на железнодорожных эстакадах, на автоматизированных станциях налива нефтепродуктов в автоцистерны должно применяться оборудование, электроустановки, средства связи и сигнализации, освещение, рубильники и выключатели во взрывозащищенном исполнении. Аппаратура и оборудование, предназначенные для питания и управления электродвигателей, должны быть установлены вне взрывоопасных зон. Для аварийного отключения электродвигателей по месту установлены кнопки во взрывозащищенном исполнении, освещение выполнено светильниками во взрывозащищенном исполнении, зануление электрооборудования выполнено отдельной жилой кабеля, в осветительных цепях -отдельным проводником.

18. Насосные станции светлых нефтепродуктов должны иметь легко сбрасываемые

2 3 элементы (остекление обычным оконным стеклом) общей площадью 0,03 м на 1 м объема здания. Прокладка кабеля в насосных должна быть осуществлена по кабельным конструкциям, в коробах, по стенам и другим строительным конструкциям, в полу, в трубах.

19. При выполнении работ на территории резервуарных парков, железнодорожных эстакад, автоматизированных станций налива в насосных станциях должны применяться инструменты только из материалов, исключающих искрообразование.

20. Должна применяться система заземления транспортных средств и молниеотводов; для молниезащиты предусмотрен контур заземления с общей величиной сопротивления 0,5 Ом в любое время года.

21. Должен осуществляться постоянный контроль состояния противопожарного оборудования автоцистерн.

22. Должно быть предусмотрено дежурство пожарного расчета при проведении всех сварочных работ на территории объектов.

23. Резервуары с нефтепродуктами должны быть снабжены такими устройствами, обеспечивающими пожаровзрывобезопасность, как предохранительные и дыхательные клапаны, уровень заполнения должен контролироваться при помощи информационно-измерительной системы.

24. Производственные и вспомогательные здания должны быть оснащены автоматическими пожарной и охранной сигнализациями.

25. Нефтебаза должна располагать запасом пенообразователя 10 т.

Мероприятия, направленные на повышение безопасности объектов: внедрение компьютеризации системы управления процессом налива нефтепродуктов; разработка и внедрение комплекса организационно-технических мер по обеспечению безопасности от диверсионно-террористических акций.

Помимо основных систем, описанных выше, адаптивная среда используется для некоторых частных, например, при паспортизации опасных объектов. Внедрение выше перечисленных продуктов позволило специалистам в области промышленно-экологической безопасности повысить коэффициент оперативности и прогнозирования безопасности ГХК, что существенно повлияло на уровень совершенствования автоматизации процесса управления комплексом в целом. За счет прогнозирования предаварийных ситуаций, управляющие структуры предприятием могут принять решение об их ликвидации, что повышает уровень промышленной безопасности.

Акты о внедрении систем и отзывы приложены к диссертации.

Заключение

В диссертационной работе разработана и формализована концептуальная модель управления промышленно-экологической безопасностью (УПЭБ) крупного предприятия. Основными регулируемыми параметрами в модели являются количественные характеристики процессов проявления потенциальных опасностей. Это позволило объединить разнородные (промышленные, природные, социальные) компоненты опасностей и заложить основы для создания интегрированных региональных систем поддержки принятия решений по управлению безопасностью.

В ходе работы получены следующие результаты: Разработана концептуальная модель предметной области и процесса управления. Разработана и исследована иерархическая древовидная концептуальная модель по управлению промышленно-экологической безопасности крупного предприятия (на примере горно-химического комплекса), состоящая из трех множеств элементов -объектов, процессов и информационных ресурсов (данных). Множества опасных объектов и технологических процессов классифицированы по различным признакам и параметрам. Каждое из них имеет свой базовый набор характеристик, но может пересекаться с другими группами. На основе полученной классификации построена единая структура, модифицирующая иерархию УПЭБ крупного предприятия. Верхний уровень - дерево субъектов управления (классифицирован на примере ГХК), нижний -уровень конкретных опасных объектов. Иерархия объектов отражает их организационные взаимоотношения между опасными объектами и субъектами управления ими. Каждому объекту приписывается набор процессов, имитирующих преобразование набора входных ресурсов в выходные. Разработана система проектирования. На основе полученной в ходе работы концептуальной модели разработана адаптивная среда проектирования АРМ специалистов по УПЭБ, в основе которой находится система правил преобразования состояния объекта. Используя возможности встроенного метаязыка, оператор (эксперт) может перенастроить базовый вариант системы под конкретное предприятие. Апробация адаптивной среды. Результаты диссертационной работы реализованы и внедрены в виде программных систем, специализированных для решения следующих задач: автоматизация рабочего места специалиста по УПЭБ ГХК ОАО «Апатит»; автоматизация комплексной оценки устойчивости ГХК ОАО «Апатит».

1. Селин B.C., Козьменко С.Ю., Селин И.В. Методические подходы к формированию управленческих решений на промышленном предприятии. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2003.- 115 с.

2. Емельянов С.В., Олейник А.Г., Попков Ю.С., Путилов В.А. Информационные технологии регионального управления. М.: Едиториал УРСС, 2004. - 400 с.

3. Рыженко А.А. Обзор существующих программных разработок в области промышленной безопасности // Управление безопасностью природно-промышленных систем. Апатиты, 2004. - Вып. V. - С.30-31.

4. Simon Н.A. The New Science of Management Decision. N.Y.: Harper and Row Publishers, 1960.

5. Ложе И. Информационные системы. Методы и средства / Пер. с фр. М.: Мир, 1979.-632 с.

6. Федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.12.94 № 68-ФЗ.

7. Федулов Г.В., Акимов В.А., Корнейчук Ю.Ю. О терминологии в сфере защиты населения от чрезвычайных ситуаций // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 2001. - Вып.4. - С.200-214.

8. Яковлев С.Ю., Ржевский Б.Н. О терминологии в области промышленной безопасности // Горный журнал. 2000. - №2. - С.55-56.

9. Журавлев В.П., Пушенко С.Л., Яковлев A.M. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие. М.: Изд-во АСВ, 1999. - 376 с.

10. Методические рекомендации по организации и проведению работ по оценке и прогнозированию социально-экономических последствий чрезвычайных ситуаций. М.: ВНИИ ГОЧС, 2001.

11. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС. Кн. 1, 2. М.: ВНИИ ГОЧС, 1994.

12. Путилов В.А., Фильчаков В.В., Фридман А.Я. CASE-технологии вычислительного эксперимента. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1994.Т.1 - 249 с. Т.2. - 169 с.

13. Яковлев С.Ю., Гринберг И.Н., Ржевский Б.Н. Декларирование безопасности промышленных объектов Мурманской области // Безопасность труда в промышленности. -1998. -№6. -С.35-36.

14. Опыт разработки декларации безопасности промышленных объектов / С.Ю.Яковлев. В.Н. Богатиков, М.А. Легашов и др. // Горный журнал. 1999. - №7. -С.77-78.

15. Особенности идентификации, декларирования, экспертизы и страхования опасных производственных объектов ОАО «Апатит» / Б.Н. Ржевский, Е.В. Каретников, С.Ю. Яковлев, М.А. Драновский // Безопасность труда в промышленности. 2002. - №12.- С.6-8.

16. Путилов В.А., Фридман А.Я., Прикладные АСНИ: технология автоматизированного проектирования // Методы и средства вычислительного эксперимента. Апатиты: Изд. КНЦ АН СССР, 1990. - С.34-38.

17. Опыт декларирования безопасности хранилища хлора / В.Н. Богатиков, А.Ф. Егоров, И.П. Карначев, Т.Ю. Савицкая // Управление безопасностью природно-промышленных систем. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1998. - Вып.1. - С.44-47.

18. Опыт разработки декларации безопасности промышленных объектов / С.Ю. Яковлев, В.Н. Богатиков, М.А. Легашов и др. // Горный журнал. 1999. - №7. -С.77-78.

19. Путилов В.А., Фридман А.Я. Декомпозиция и оптимизация в задачах моделирования комплексных технологий // XXIV Всесоюзная школа по автоматизации научных исследований. Тезисы докладов: Изд. КНЦ АН СССР, Апатиты, 1990. С.72-73.

20. Особенности идентификации, декларирования, экспертизы и страхования опасных производственных объектов ОАО «Апатит» / Б.Н. Ржевский, Е.В. Каретников, С.Ю. Яковлев, М.А. Драновский // Безопасность труда в промышленности. 2002. - № 12.- С.6-8.

21. Методика оценки последствий аварий, на пожаровзрывоопасных объектах М.: ВНИИ ГОЧС, 1994.

22. Акимов В.А. Основы анализа и управления риском в природной и техногенной сферах. В.А. Акимов, В.В. Лесных, Н.Н. Радаев. М.: Деловой экспресс, 2004. - 352 с.

23. Фишер Т. Координация управления качеством в свете теории трансакционных издержек // Проблемы теории и практики управления. 1999. - № 3.

24. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. Пер. с англ. / Под ред. И.Ф.Шахиева. М.:Мир, 1973.

25. Путилов В.А., Фридман А.Я., Ченосов С.Б. Иерархическое представление имитационных моделей комплексных технологий // Технология проектированияпрограммных и аппаратных средств вычислительных систем. JL: Изд.о-ва «Знание», 1990. - С.25-27.

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

27. ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: Издательствово стандартов, 1997. 15 с.

28. ГОСТ 24.701-86. Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения. М.: Издательство стандартов, 1987. 17 с.

29. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. Госгортехнадзор России, 2001. // Безопасность труда в промышленности. -2001. №10. - С.40-50.

30. СофиевА.Э., Гинесин В.Г., Хвилевицкий И.О. Экспертиза безопасности средств и систем автоматизации технологических процессов. // Безопасность труда в промышленности. -2002. №4. - С.5-9.

31. Фридман А.Я., ЧеносовС.Б. Средства организации и проведения вычислительного эксперимента по моделированию динамики сложных систем. // Вычислительный эксперимент в задачах прогнозирования. Апатиты: Изд. КНЦ АН СССР, 1994. - С. 140-149.

32. Черкесов Г.Н., МожаевА.С. Логико-вероятностные методы расчета надежности структурно-сложных систем. В кн. Надежность и качество изделий. М.: Знание, 1991, С.34-65.

33. МожаевА.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. СПб. ВИТУ, 2000. 145 с.

34. Рябинин И.А. Логико-вероятностная теория безопасности и ее возможности. // Труды Международной Научной Школы «Моделирование и анализ безопасности, риска и качества в сложных системах» (МА БРК 2001). СПб.: Издательство ООО «НПО «Омега», 2001, С.23-28.

35. ГОСТ 27.310-95. Межгосударственный стандарт. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. М.: Издательство стандартов, 1997. 12 с.

36. Безопасность», МИБ СТС. 1996.

37. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. Киев: КМУ ГА. 1997. 426 с.

38. Гражданкин А.И., Федоров А.А. К вопросу об оценке риска при декларировании промышленной безопасности опасных производственных объектов // Безопасность жизнедеятельности.' 2001. - №4. - С.2-6.

39. Гражданкин А.И. Опасность и безопасность // Безопасность труда в промышленности. 2002: - № 09.

40. Гражданкин А.И., Дегтярев Д.В., Лисанов М.В., Печеркин А.С. Основные показатели риска аварии в терминах теории вероятностей // Безопасность труда в промышленности. 2002. - № 7. - С.35-39.

41. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 03-418-01). Серия 03. Выпуск 10 / Колл. авт. М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» Госгортехнадзора России, 2001. - 60 с.

42. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

43. Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах: Сборник документов. Серия 27. Выпуск 2 / Колл. авт. М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» Госгортехнадзора России, 2001. - 224 с.

44. Гражданкин А.И. Разработка экспертной системы оценки техногенного риска и оптимизации мер безопасности на опасных производственных объектах: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2001. - 34 с.

45. Бузгалин А.В. Нечто о теореме Коуза, трансакционных издержках и пределах частной собственности: (Теорет. игра). М.: Экон. демокр., 1992. -21 е.- (Третий путь; Эссе 4).

46. Вереникин А.О. Трансакционные издержки в рыночной экономике // Вестн. Моск. ун-та. Сер.6, Экономика. 1997. - № 3. - С.52-64.

47. Коуз Р. Институциональная структура производства: Лекция лауреата Нобелев. премии в обл. экон. наук за 1991 г. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер.5, Экономика. 1992. - Вып.4. - С.86-95.

48. Коуз Р. Проблема социальных издержек // Коуз Р. Фирма, рынок и право. М., 1993.-С.87-169.

49. Курченков В.В. Трансакционный подход к анализу процесса формирования рыночных структур в российской экономике // Экономика стр-ва. 1995. - № 2. - С.6-8.

50. Малахов С. В защиту либерализма: (к вопросу о равновесии трансакционных издержек и издержек коллективного действия) // Вопр. экономики. 1998. - № 8. - С. 114-123.

51. Малахов С. Трансакционные издержки в российской экономике // Вопр. экономики. 1997. - № 7. - С.77-86.

52. Фишер Т.М. Координация управления качеством в свете теории трансакционных издержек: Ст. из Германии. // Пробл. теории и практики упр. 1999. - № 3. - С.62-67.

53. Шастико А.Е. Трансакционные издержки: содержание, оценка и взаимосвязь с проблемами трансформации // Вопр. экономики. 1997. - № 7. - С.65-76.

54. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. М., Наука. Физматлит. 1996.

55. Трахтенгерц Э.А. Особенности построения системного программного обеспечения в распределенных системах автоматизации проектирования сложных технических объектов. АиТ №11,- 1994.

56. Трахтенгерц Э.А. Компьютерный анализ в динамике принятия решений. Приборы и системы управления. № 1, - 1997, - С.49-56.

57. Трахтенгерц Э.А. Построение распределенных систем группового проектирования. АиТ, № 9. - 1993, - С.154-174.

58. Схема опасных объектов крупного предприятия (на примере ГХК)