автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка методического и программного обеспечения экспертизы безопасности взрыво- и пожароопасных объектов в региональной природно-промышленной системе

005538318

На правах рукописи

ЛУЗГАЧЕВА Надежда Валерьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВО- И ПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ В РЕГИОНАЛЬНОЙ ПРИРОДО-ПРОМЫШЛЕННОЙ СИСТЕМЕ

Специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (информационные технологии)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАМБОВ 2013

005538318

Работа выполнена на кафедре «Природопользование и защита окружающей среды» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»)

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ Попов Николай Сергеевич

Егоров Александр Федорович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Компьютерно-интегрированные системы в химической технологии» ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»

Кудинов Юрий Иванович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Информатика» ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»

Ведущая организация

ОАО «Корпорация «Росхимзащита»

Защита состоится 5 декабря 2013 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.07 при ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 160.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ». Автореферат диссертации размещен на официальных сайтах ФГБОУ ВПО «ТГТУ» http://www.tstu.ru и ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан 2 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

Сергей Яковлевич Егоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия с ростом промышленного производства значительно увеличилось и количество техногенных аварий разного масштаба, влекущих за собой человеческие жертвы, материальные потери и экологический ущерб. В настоящее время в Российской Федерации функционирует свыше 3300 объектов экономики, располагающих значительными количествами опасных химических веществ; из них 70% находятся вблизи крупных городов. Вследствие этого в зоне возможного химического поражения оказываются свыше 44 млн человек. По данным МЧС России прямой ущерб от всех видов чрезвычайных ситуаций составляет свыше 100 млрд р. в год, а с учетом косвенного ущерба он может достигать 3% валового внутреннего продукта страны. На государственном уровне проблема экологической безопасности отнесена к приоритетным направлениям «Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года». Ее решение отвечает интересам устойчивого развития экономики, природы и общества. Это направление исследований также закреплено в п.21 Перечня критических технологий Российской Федерации (утвержден Указом Президента РФ №899 от 7 июля 2011 г.).

В нашей стране необходимость решения проблем экологической и промышленной безопасности научно обосновал академик В. А. Легасов Большой вклад в решение задач безопасности с применением кибернетических методов и методологии системного анализа внесли академик В. В. Кафаров и его ученики - профессора В. Л. Перов,

A. Ф. Егоров, В. П. Мешалкин, Б. В. Палюх, Т. В. Савицкая. Оценке уровня риска химических аварий при хранении и переработке боеприпасов посвящены работы

B. М. Колодкина. Развитию теоретических основ экологической безопасности и методов оценки аварийного риска на химических предприятиях посвящены работы профессора В. Г. Горского. Хорошо известны своими работами и зарубежные ученые -Н. Расмуссен, В. Маршалл, Э. Хенли, Д. Химмельблау.

Руководствуясь современной концепцией «приемлемого риска», основу которой составляет принцип «предвидеть и предупредить», безопасность потенциально опасных производств необходимо анализировать и обеспечивать на всех этапах их жизненного цикла: проектирования, строительства, нормального функционирования, реконструкции, консервирования и ликвидации. При этом важнейшая роль в разработке и реализации систем безопасности отведена экспертизе. По ее результатам принимают решения проектанты, строители, специалисты-эксплуатационники, ликвидаторы аварий. Сложность проведения экспертизы в практическом плане заключается в том, что эта сфера деятельности людей относится к категории высокоинтеллектуальных, основанных на глубоких профессиональных знаниях проблемы, где опыт и интуиция экспертов выполняют «сторожевую» и «эволюционную» функции в формировании решений. Однако, выбор экспертов по безопасности опасных промышленных объектов (ОПО) в реальной ситуации оказывается весьма затруднительным по целому ряду причин: отсутствия необходимых знаний об ОПО; сложности состава ОПО; множественности анализируемых переменных состояния; наличия разнородных физико-химических, технологических и иных характеристик ОПО; недостатка информации о внутреннем содержании процессов производства и их функциональных особенностях; индивидуальности каждого конкретного ОПО.

Возможным выходом в такой ситуации является разработка специального методического и программного обеспечения процесса экспертизы и его реализация в виде информационной системы поддержки принятия решений с элементами искусственного интеллекта (экспертной системы).

Настоящее исследование проводилось в соответствии с планами работ по научным проектам:

- пилотного проекта базовой системы обеспечения химической безопасности и социально-гигиенического мониторинга в крупных административно-промышленных центрах, адресованного Управлению по надзору в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, Управлению Верхне-Донского округа и Администрации Тамбовской области.

- программы НИОКР конкурса У.М.Н.И.К. при поддержке «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Договор №3 0т 31.07.2012).

Тематика работы соответствует пунктам 2 - 5, 10, 11, 13 паспорта специальности.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является состояние промышленной безопасности в региональном природо-промышленном комплексе.

Предмет исследования — система принятия решений по вопросам промышленной безопасности на этапах проектирования, анализа или аудита действующих потенциально опасных производств.

Цели и задачи исследования. Цель работы - разработка методики проектирования экспертной системы оценки безопасности ОПО, входящих в состав регионального природо-промышленного комплекса, и ее программная реализация.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены научные задачи:

- анализа современного состояния теории безопасности как науки, ее возможностей при создании систем защиты ОПО от внутренних и внешних угроз;

- формализации базовых понятий теории безопасности, необходимых при разработке экспертной системы;

- описания потенциально опасных природо-промышленных систем (ПО ППС) и региональных природо-промышленных комплексов как объектов экологической безопасности;

- формализации задачи оптимального управления природо-промышленным комплексом на множестве состояний функционирования ОПО;

- проектирования экспертной системы (ЭС);

- программной реализации информационной системы оценки уровня пожаро- и взрывоопасное™ ОПО;

- проверки результатов работы ЭС на чувствительность к методическим погрешностям.

Научная новизна исследования.

1. Задачи экспертизы безопасности потенциально опасных производств решены для класса систем, именуемых природо-промышленными (ППС).

2. Предложена методика синтеза региональной ППС из элементов тропосферы, гидросферы, педосферы и промышленной технологии.

3. Поставлена задача оптимального управления ППС на множестве состояний функционирования ОПО, оценка которых является объектом экспертизы.

4. Проведен семантический анализ базовых понятий теории безопасности, по итогам которого предложено использовать в ЭС их соответствующее математическое описание.

5. Разработана методика проектирования экспертной системы идентификации и оценки безопасности ОПО.

6. Предложена процедура передачи знаний от эксперта в компьютерную программу.

7. Разработан метод оценки «устойчивости» принятых штрафных баллов за отклонение характеристик ОПО от нормативов средствами имитационного моделирования.

Практическая значимость исследования.

Разработано методическое обеспечение экспертизы безопасности взрыво- и пожароопасных объектов в региональной ППС.

Создано программное обеспечение экспертной системы идентификации и оценки безопасности ОПО.

Проведено комплексное обследование двух потенциально опасных производств Тамбовской области в целях сбора и обработки информации и разработки сценария для проведения экспертизы безопасности.

Разработана инструкция по использованию рекомендаций компании Dow в экспертизе ОПО.

Апробация работы.

Программное обеспечение экспертной системы было апробировано на двух спирт-заводах ОАО «Талвис», названных в диссертации «новым» и «старым».

Предложены меры по снижению уровня их пожаро- и взрывоопасности.

Дана оценка экономической целесообразности принятых мер по повышению техногенной безопасности производств.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе шесть статей в журналах из перечня ВАК и одна монография.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 132 наименований и 4 приложений. Диссертация содержит 224 страницы текста, 61 рисунок и 23 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель работы, поставлены задачи, решение которых позволяет достичь цели исследования.

В первой главе содержится критический анализ современного состояния теории безопасности как науки на предмет поиска путей ее применения в классе потенциально опасных природо-промышленных систем. Принцип «безопасность через развитие» отмечен в качестве ведущего принципа разработки и реализации стратегии устойчивого развития России.

Анализ методологических особенностей теории безопасности показал, что они тесным образом связаны с системным подходом, теорией устойчивости, теорией катастроф, теорией управления, теорией надежности и теорией вероятностей (см. рис. 1). Ядром симбиоза знаний этих теорий стала теория безопасности, предназначенная для решения научных задач:

— анализа устойчивости и структурной целостности объектов исследования;

— изучения условий стабильности процессов и свойств материалов, определяющих жизнеспособность объектов исследования;

— моделирования поведения объектов исследования в условиях неопределенности и чрезвычайных ситуаций;

7. Теория искусственного, интелекта/

6. Теория вероятносте!

4. Теория управления

Рис. 1. Формирование области знаний теории безопасности как науки

- синтеза систем защиты объектов исследования от возникновения в процессе их функционирования критических состояний и нежелательных режимов работы с разрушительными или тяжелыми последствиями как для самих объектов, так и для их окружения.

Одно из продуктивных направлений развития фундаментальных исследований в теории безопасности должно быть связано с созданием информационных систем поддержки принятия решений с элементами искусственного интеллекта в сфере безопасности ОПО и экспертных систем оценки безопасности ОПО.

В главе I также установлено, что на сегодня теория безопасности обладает недостаточно совершенным понятийно-терминологическим аппаратом, использование которого весьма затруднительно при решении практических задач. Семантический анализ таких базовых определений как «безопасность», «промышленная безопасность» и «пожарная безопасность» привел к заключению о том, что они расплывчаты; существующие в них различия носят ведомственный характер и не способствуют пониманию того, каким образом «диагностировать» безопасность объектов, и, тем более, как ее обеспечивать. Например, в законе РФ «О безопасности» № 2446-1 от 5.03.1992 г. дано определение безопасности как состояния защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от внутренних и внешних угроз. Поводом для критики в этом определении является следующее:

1. Под «состоянием» обычно понимается мгновенное отображение характеристик объекта в текущий или заданный момент времени. В реальности эти состояния постоянно меняются, т.е. мы всегда имеем дело с процессом. Зная характеристики этого процесса, можно прогнозировать его поведение в будущем.

2. Фраза «жизненно ...личности, общества и государства» становится конструктивной лишь в случае задания конкретных значений «параметров», обеспечивающих безопасность этих трех объектов (например, нормативов ПДК, предельных силовых нагрузок, сроков службы оборудования и т.д.).

3. Неясно, что понимать под словами «состояние защищенности» и как это состояние определять на практике, чем оно отличается от других возможных состояний -безразличия, нечувствительности или незащищенности от внутренних и внешних угроз. Другими словами, в указанном определении нет и намека на некую «границу» защищенности и на необходимость ее определения.

Логика семантического анализа термина «безопасность» показана на рис. 2.

Эта логика позволила выявить необходимость в знании состава и уровня внутренних и внешних угроз; в количественном выражении границ интересов личности, общества и государства через принятые для этого нормативы; в проверке условия «защищенности» через сравнение текущего состояния объекта с «критическим» или

Рис. 2. Смысловой анализ термина «безопасность»

граничным (нормативным). Все пространство состояний объектов необходимо разбить на два непересекающихся подмножества состояний типа: «защищенное» и «незащищенное», с ясно определенной границей между ними. Только в таком случае возможно использование определения «безопасность» для решения практических задач.

Учитывая недостатки и в других терминах теории безопасности, в диссертации предложено математическое описание понятий «безопасность», «угроза», «риск» и «инцидент», что делает их однозначными, конструктивными в инженерном плане, и они могут использоваться при проектировании систем защиты, конструировании ЭС и т.д.

Во второй главе предложена методика сопряжения элементов региональной при-родо-промышленной системы и проводится ее анализ как объекта защиты от опасностей и угроз. На рисунке 3 приведена структура системы обеспечения региональной технико-экономической безопасности, в которой важнейшее значение имеют блоки IV и V. Их рассмотрение относится к основным целям диссертации.

Рис. 3. Система обеспечения региональной безопасности

В формализованном виде модель региона представим в виде шестерки множеств: <5ппс,И5ппс), Я,УА, Vй, Vя >, где 5ппс> И^ппс) - соответственно множества ППС в регионе и внутренних связей; Я -множество операторов соединения Зппс; УА> УН ~ множества активных, пассивных и нейтральных контактов. Оператор I? имеет вид

с областью определения на множестве Кх. и областью значений на множестве

п

Ку^ , сопоставляющей _/-му входному контакту г'-го элемента е-й выходной контакт

«=о

5-го элемента = (0, п).

Структуру ПО ППС представим в виде соединения промышленной Бп и экологической 5Э подсистем (рис. 4). В состав 5П входят ОПО.

Рис. 4. Структура ППС

На рисунке Хп, Хэ и - соответственно входные, а Уп, Уэ. '¿т и 2уэ - выходные переменные. В записи 5[|пс символ ° означает операцию последовательного соединения подсистем, а О - операцию замыкания обратной связи.

В главе П рассмотрены характерные особенности нового класса потенциально опасных природо-промышленных систем.

Допуская функциональное описание подсистем и 5Э, в диссертации показано, что модель Л'ппс можно записать в виде:

Уп = иП, , г£э); гул = ^(/г)(гп, ип, г^,

. у* =Ф1(Ю(иэ,гэ, г^, уэ); Уэ=®2Ш"э>гэ,гш,УэУ, (1)

гта =Ф3(Ь)(мэ. гэ< гул- г^э); гуЭ =Ф4(й)(иэ, гэ, гуп, гуЭ),

где иэе иэ , гэ е Лэ - соответственно управляемые и наблюдаемые входные переменные в 5Э; ипе ии , гпе /?п - управляемые и наблюдаемые входные переменные в 5П; Уэ и Уэ ~ соответственно абиотические и биотические выходные переменные в 8Э;

гш , уп - выходные переменные в 2уЭ и г^э _ выходные абиотические и биотические переменные в 5Э, воздействующие на 5П-

Задача оптимального управления ПО ППС в условиях частичных разрушений ОПО ставится следующим образом: будем считать заданным конечное множество Н возможных альтернативных структур ОПО, входящих в состав ,5П. Смена состояния /¡ей в ОПО приводит и к смене операторов /^(й), Г2(й), Ф]((г)...Ф4(И), описывающих поведение З'ппс-

Будем считать, что иэ, гэ, ип, гп, у£, у® , гул, уп, 2уЭ , 2уЭ принадлежат к конечномерным векторным евклидовым пространствам иэ, Лэ, 1/п, /?п> У-з , , , Кп, ' ¿п соответственно. Систему планово-технических требований и ограничений на технологические параметры и управляющие воздействия определим в виде

Р(ги,уп,ип)>0-, 0(гга)>0; Е (у£, , гэ) > 0, (2)

ипе ип(гп)с[/п, иэ е иэ(гэ) с 1/э.

Будем считать, что каждому элементу множества Я альтернативных структур 5'ппс поставлена в соответствие мера р(И) - вероятность появления структуры йе Я. Определим частную целевую функцию как отображение:

£>:Упх£/пхЯпхКэАхКэвх{/э Ь, (3)

где Ь — множество, в общем случае упорядоченное отношением « > ».

Обозначая частную целевую функцию при фиксированном /геЯ в виде ()к (ип, иэ, гэ), имеем

Сл("п."э.'п) = (2(Уп' "п. Гп> Уэ> Уэ, иэ). (4)

Целевую функцию J, численно оценивающую эффект действия управлений ып, иэ с учетом вероятности различных альтернативных структур, можно представить в виде

Дкп, мэ, гп)=£&(Мп, мэ, га)р{Ь) . (5)

ын

В таком случае задачу управления 5Ппс сформулируем следующим образом.

Для заданных гп и гэ найти такие значения управляющих воздействий

мп е мп(гп) £ ^п и "э е иэ0э)Е^э , при которых для каждого Ле Я выполняются условия и ограничения (1), (2), и для всех мпе [/п и мэе , при которых для каждого Ле Я справедливы (1), (2), имеет место

J(lln\ иэ\ гп)>7(мп, мэ, гп). (6)

Оценка вероятностей р{И) позволяет найти оптимальные управляющие воздействия, при которых достигает максимума ожидаемое и усредненное по вероятности возникновения альтернативных структур ОПО значение целевой функции. Значения р(К) находятся в результате проведения экспертизы ОПО.

Третья глава посвящена созданию экспертной системы (ЭС) оценки техногенных опасностей на этапах проектирования, анализа и аудита ОПО. Основой для методики создания ЭС являются исходные данные, гипотезы и эмпирические правила.

В диссертации предложено ввести оператор отражающий смысл работы ЭС. Он имеет следующее отображение:

Е8:ХхМхР(Х,ЩхЕ^>1, (7)

где Х- множество данных; N - множество знаний; Р(Х, АО - множество правил, процедур или операций с базами данных и знаний; 5 - множество факторов неопределенности, влияющих на качество работы ЭС; I - множество итоговых оценок, выводов или резолюций эксперта, понятных пользователю ЭС; х - знак декартова произведения.

Действие оператора ЕЕ заключается в отображении множества возможных состояний ОПО, характеризуемых упорядоченными наборами данных и знаний, в множество экспертных оценок. Знания задаются в виде продукционных правил <ЕСЛИ (условие) ТО (действие);», функций принадлежности, функциональных зависимостей. Оператор ЕБ обеспечивает перенос опыта эксперта в компьютерную программу. Поэтому способ конструирования следует рассматривать как методику проектирования экспертной системы.

Экспертную систему оценки уровня пожаро- и взрывоопасное™ объектов сконструируем следующим образом. Образуем вектор х, компоненты которого характеризуют объекты экспертизы О, из опросного листа, составленного на предварительном этапе работы с ОПО. Компоненты вектора х могут быть количественными или качественными.

Для учета свойств вектора х разобьем его на три подвектора: х = х[х1:х2':х3]. И пусть компоненты Х[ характеризуют свойства ОПО, способные увеличить размер убытков при наступлении неблагоприятного события, компоненты х2 характеризуют свойства, увеличивающие вероятность возникновения пожара или взрыва, а х3 - энергетические потенциалы горючих или взрывчатых веществ. Так, например, для ;-й компоненты X] х, -реакция окисления, а хм - температура смеси. Для к-й компоненты х2 хк - давление, превышающее атмосферное, а хм — наличие смотрового стекла в аппарате. Для у'-й компоненты х3 X] - количество горючей смеси конкретных веществ, а х^ - объем взрывоопасного газа. В плане конструирования ЕБ х - это факты или данные, необходимые при описании состояния безопасности объекта экспертизы.

Структуру оператора ЕЗ представим в двухзвенном виде: штрафной функции (ШФ) за отклонения переменных х от нормативных значений и результирующей функ-

________ ______ции (РФ), интерпретирующей значения

I ___ "[ | штрафов в составе экспертного заключения

—► (см. рис. 5).

X 1 ШФ у ь РФ

1 *

I I Выдвигаем гипотезу о том, что штраф-

I______Е.§_______, ной функцией объекта экспертизы О,,

г = 1, к , является функция

Рис. 5. Структура оператора Ев -

yi=gi(x^,x2,...xm), 1 = 1, к,

где - реакция эксперта на значения компонент х1,х2,...хт вектора х. Функция # многих переменных обычно нелинейная. В окрестности «рабочей точки экспертизы» М (точка М - это своего рода граница, от которой не должны отклоняться действительные значения характеристик объекта О,) функцию g можно аппроксимировать линейной моделью при малых отклонениях независимых переменных. Если g является аналитической, тогда в окрестности точки М с координатами Х= (Х^ Х2,... Хт)она может быть разложена в ряд Тейлора:

Значения р „

' Эх.

/=1 "х

С*,-*;)- (В)

м

у = 1, л, ¡' = 1 ,т, являются не только коэффициентами пе-

м

редачи информации, вычисляемыми по частным производным, но также и правилами работы с фактами и знаниями Р(Х, ЛГ) в (7), поскольку Лх, это факты нарушений, а функция g несет в себе знания о том, как их интерпретирует эксперт.

Итак, при малых отклонениях вблизи М система уравнений линеаризованной модели действий эксперта в векторной форме имеет вид

Ду = РДх, (9)

где матрица Р является Якобианом.

Если аналитический вид функции g неизвестен, то тогда возможно ее задание в табличной форме, либо с помощью правил продукции искусственного интеллекта.

Результирующую функцию в структуре оператора £5 построим на основе эвристического правила, отвечающего цели рассматриваемой экспертной системы.

Таким правилом может быть аналог закона действующих масс. В итоге, меру опасности конкретного элемента процесса в ОПО представим в залиси

п к

/ = Ау'Х^2' (10)

¡=1

где ^Ду! и ^ Ау} - суммы штрафных баллов, наложенные экспертом за нарушение

предписанных нормативов компонентами векторов х, и х2 соответственно; Я - количественная мера опасности химического вещества в ОПО.

Структурная схема спроектированной ЭС показана на рис. 6.

Рис. 6. Архитектура экспертной системы

Основной проблемой построения ЭС является процедура передачи знаний от некоторого информационного источника (эксперта) в компьютерную программу. Выделим четыре категории потенциально опасных элементов ОПО У: «=1: «точечные» лингвистические переменные я1; I = 2: «пространственные» переменные х2^:, с, Т|); г = 3: «нестационарные» переменные

г = 4: «распределенные» лингвистические переменные л4(с, с, г), г), являющиеся обобщением объектов г = 1, 2, 3.

Последовательность экспертизы объектов О, показана на рис. 7. Инженер по знаниям разрабатывает и реализует сценарий интерактивной работы с экспертом (с помощью опросников, интервьюирования, мозгового штурма и других

приемов). По этому сценарию все объекты О,, г = 1 ,к последовательно анализируются экспертом в целях сообщения о них полезных для ЭС знаний - например свойств и отношений с другими объектами.

о,

Сценарий работы с экспертом

Интерпретация

Экспертиза свойств и отношений объектов

Экспертное заключение

Рис. 7. Организация процедуры считывания знаний эксперта

По результатам экспертизы выдается заключение, смысловые элементы которого инженер по знаниям формализует в виде, удобном для работы компьютера (продукционные правила, функции принадлежности).

Процедуру передачи знаний от эксперта в компьютерную программу ЭС формализуем следующим образом:

1. Вводится класс объектов О,,, i = 1, к .

2. Определяется категория объектов 1= 1, 2, 3, 4.

3. Организуется процедура ознакомления эксперта с объектами х в соответствии со сценарием.

4. Оформляется протокол экспертизы.

5. Выбирается вид функции принадлежности цх, адекватный результатам экспертизы.

6. Разрабатывается алгоритм обработки приобретенных знаний.

С применением разработанных методик создан программный комплекс с необходимыми элементами экспертной системы, названный FnEI Shield, позволяющий производить идентификацию и оценку пожаро- и взрывоопасное™ ОПО. Программа предназначена для систематизации работы инженерно-технического персонала, занятого обеспечением безопасности предприятия. Экспертная система может быть использована и агентствами по страхованию промышленных рисков.

Система обладает интуитивно понятным интерфейсом и компонентом, объясняющим принятые ею решения. Фрагмент работы с системой на этапе выбора общих опасностей процесса приведен на рис. 8. На заднем плане - поле отчетов, справа - объяснительный компонент системы. Предусмотрена работа программы в режимах: «клиент» и «эксперт». Первый позволяет пользоваться готовой системой для оценки уровня опасности ОПО. Режим «эксперт» позволяет вносить изменения в принцип расчета показателей опасности и добавлять характеристики новых опасных химических веществ из имеющихся баз данных в Интернете.

.Индекс опасности Фзктсоы доверия | Итоговый анализ

В. Эндотермическая

| Общие опасности процессе Особые опасности процесса} | ОсобьЕешасногто гроцессэ{2) > А. Экзотерминеская химическая'реакция (степень. экзстермичностй)' I химическая реакцая 5||| Шфзф ОДОпркнцмзяся да любого |||! i|§| эндотермического процесса i ||i протекающего з реактор«. Заметам, те» г 1L wi этот штраф уштребшктсх только х М реакторам, Когда вхедаая акгргзш для i;||j JH эняотгрмичгсЕого HpoStscca i !:= !|i| ■обеспгчтаяся.сжигашш та?рдого_ !i;|j sW жидкого иш: газообразного топлива, ;§i ¡Ы штраф увеянчиваетс* во 0,40. i ii:' is ¡1 Т3рзв!?ры включает: ® Е у - Зильшчзшю (гфоглтаззнда i ~ й! ф S нагрев материала заа выаедейм ь§1| ш\ другого |Ц| ||| Она еоычзо тревуо штрафа V®- Я[. Mi • Элгирслаз-разйвйгвгвояов' {Щ sfe| лссредстзом: эаеклричесяого шка^Он lift Я! rpsSyet штрафа 0;Ж Lllix sfif разложгшг оелгщих можда наjkaes f^j фа температуру. яаалениекша. s||J ¡аталишор. Штраф сосйамя в эгщ Р ^ с-г.-чае 0 20 m зжзпрттсхого

1И: -Слабая^ЗО}-;^ лт'.ж • ;>. .жгй;: ;: .:.' .•:: \ В. Энаотермическая химическая реакция |

■ * . / >„< » // > * V > ■ • 1 - Реакция протекает без- прямого нагрева пламенем (0,201 | ; 2-Реакция протекает с прямым нагревом пламенем (0,40) § ; 1 ! Г] В&а^ег.&а хранятся, нз еггля-зж* без сисге-«^^: | | О. Процессные единицы внутри помещения или огороженные извне................................. ......; \ : 0§Ъ:"ггл ыЛОСУИ с-СО П ,'¿1 ; \ а ; :: : Ь: ^гг^Оо -"«зн^ яящыао ^оъп^уе^у^'- мгхен^ческзз ; ! I '............................ ........................... .....................................................................................................; | | Е/Доступ, подход ; оста)

| < Зона имеет достаточное количество лодиэдс® «а случай пож^а {0 00) > ▼ | | Г: Дренаж и контроль утечек | :| ! < Матерная -обрабда^е^ет« яри температуре даже точки вспышки {0 003 > * \ :! .............. | Г - [ 1 I 1 .......... .........:....... 1 лтраф

о •> j 0 §3 ССй: Q ПО

Е. Досгу«,аожсд 6Д0-(Ш 8,05

Дренаж и контроль: утечек 0,25 - 0 50 0,00

Рис. 8. Окно выбора «общих опасностей» процесса

Четвертая глава посвящена применению разработанной экспертной системы к решению задач безопасности промышленных предприятий. В этой главе приведены результаты обследования двух спиртовых заводов Тамбовской области: «старого» и «нового», производительностью 3000 и 10000 дал/сут спирта ректификата соответственно. Потенциально опасными объектами этих заводов являются спиртохранилища, отделения ректификации, подработачные отделения и зернохранилища. Проведен анализ уровня опасности этих объектов для каждого предприятия, сформирован пакет анализа опасностей, представляющий совокупность отчетных форм для каждого ОПО и итоговую расчетную таблицу для всего предприятия. Приведен сравнительный анализ уровней опасности для спиртохранилищ и отделений ректификации (табл. 1).

1. Сравнение степени опасности спиртзаводов по основным показателям

Спирто-хранилище (100 т/сут) Спирто-хранилище (30 т/сут) Браго-ректификационное отделение (100 т/сут) Браго-ректификационное отделение (100 т/сут)

Категория опасности легкий промежуточный промежуточный промежуточный

Оценка опасности 56,24 114,8 99,76 118,56

Фактор опасностей процессной единицы 1,90 7,175 4,3 7,41

Фактор доверия к системе контроля потерь 0,36 0,83 0,34 0,72

Фактор ущерба 0,42 0,64 0,58 0,63

Ценность площади экспозиции, млн. р. 0,5 3 25 13

Площадь

экспозиции, м2 651 2552 2058 2803

Базовая стоимость, млн р. 0,21 1,92 14,5 8,19

Действительная стоимость, млн р. 0,11 1,61 4,93 5,88

Количество дней простоя 30 30 60 60

Потери от остановки производства, млн р. 40,5 13,5 81 27

Фактор опасности спиртохранилища нового предприятия снижен почти в 3,5 раза, а для брагоректификационного отделения - почти в 2 раза. Новый завод имеет также большее доверие к базовым защитным и профилактическим характеристикам, которые позволяют предотвратить и снизить опасность инцидента. Такое доверие отличается в 2 раза.

Такая разница показателей объясняется отсутствием потенциально опасных стеклянных элементов в аппаратах, установкой современных средств контроля и управления, а также наличием современной системы пожаротушения.

Методом имитационного моделирования проведена оценка погрешностей, которые могут возникнуть вследствие ошибок проектировщиков и неправильного назначения штрафов. Эти значения по всем категориям случайным образом генерировались в диапазоне ±30% от номинальных. Коэффициенты вариации для этих условий не превысили 11%, что свидетельствует о достаточной устойчивости системы.

Разработанная информационная система применима для поиска оптимального комплекса мероприятий по уменьшению уровня опасности предприятия с учетом его экономических возможностей. Пример поиска для спиртохранилища «старого» завода показан в табл. 2.

В результате проведенных исследований была получена оценка пожаро- и взрывоопасное™ для этого объекта. Она составила 114,8, что соответствует категории промежуточной степени опасности. Такое значение индекса получено из-за штрафов, назначенных за следующие факторы опасностей:

1) переработка и транспортировка материалов - 0,85;

2) ограниченные доступ и подход - 0,2;

3) температура выше точки воспламенения - 0,5;

4) объем хранения - 0,4;

5) коррозия основных аппаратов — 0,1;

6) наличие стеклянных смотровых окон в мерниках - 1,5.

2. Характеристики мероприятий по уменьшению опасности

Мероприятия Оценка опасности К,, р. Z„ р./год Ф„ р./год

1. Не проводятся 114,8 0 0 0

2. Уменьшение объема хранения в 2 раза 113,6 0 0 0

3. Продувка инертом 108 30 000 0 4200

4. (2)+(3) 106,6 30 000 0 4200

5. Охлаждение спирта 98,4 50 000 18 000 25 000

6- (2)+(5) 96,76 50 000 18 000 25 000

7. Удаление смотровых стекол 65,6 80 000 0 11 200

8. (3)+(7) 59,04 110 000 0 15 400

9. (2)+(3)+(7) 57,4 110 000 0 15 400

Ю. (5)+(7) 49,2 130 000 18 000 36 200

11.(2)+(5)+(7) 47,56 130 000 18 000 36 200

Анализ возможных вариантов снижения уровня опасности в табл. 2 показывает, что возможно уменьшение штрафа за температуру спирта в хранилище (п. 3), за объем хранения (п. 4) и наличие смотровых окон в мерниках (п. 6). Использование остальных пунктов не представляется возможным в существующих условиях производства. Обозначения вида (2) + (3) соответствуют одновременному проведению мероприятий (2) и (3). Заметим, что одновременная реализация мероприятий (3) и (5) нецелесообразна, так как они изменяют величину штрафа в одной категории (температура выше точки воспламенения).

Для принятых вариантов рассчитаны значения уровня пожаро- и взрывоопасно-сти, указаны ориентировочные затраты: капитальные вложения (К,, р.), текущие затраты на эксплуатацию хранилища (г,-, р./год) и приведенные затраты (Ф„ р./год, Ф; = + К{ Ен, Еи = 0,14). Варианты мероприятий отсортированы в порядке уменьшения индекса опасности.

Значения рисков и затраты на реализацию вариантов мероприятий по снижению уровня опасности из табл. 1 показаны на рис. 9. Заслуживают внимания варианты, при которых значение уровня опасности соответствует легкой (1 - 60) и умеренной (61 - 96) категориям опасности. Этому условию удовлетворяют варианты (7) - (11). Варианты (5) и (6) не соответствуют общей концепции снижения риска при увеличении затрат, что свидетельствует об их нецелесообразности.

1 23456788 10 и' Я - затраты

Рис. 9. Диаграмма: риски и затраты для рассматриваемых вариантов защиты

Пары вариантов ((10)—(11)) и ((9)-(8)) отличаются друг от друга тем, что в одной из них предусмотрено уменьшение объемов хранения в два раза, которое несущественно влияет на уровень опасности, но ограничивает деятельность предприятия. Эти варианты могут рассматриваться как эквивалентные.

Таким образом, в рассмотрении остаются три разумные альтернативы, варианты (7), (8) и (10), которые образуют множество Парето. В дальнейшем выбор оптимального варианта зависит от конкретных значений разрешенного риска Лд и допустимых затрат.

Предлагаемый метод позволяет получать количественные оценки риска, обоснованно выбирать мероприятия по предотвращению опасностей, которые были бы приемлемы по эффективности и по стоимости для потенциально опасного производства.

Основные выводы и результаты работы:

1. Проведенный обзор современного состояния теории безопасности выявил необходимость создания методического и программного обеспечения экспертизы ОПО.

2. Семантический анализ основных терминов позволил выявить недостатки понятийного аппарата теории безопасности и произвести их математическую формализацию в целях использования при построении экспертной системы.

3. Потенциально опасная природо-промышленная система представлена в виде двух взаимодействующих подсистем: промышленной (с содержанием ОПО) и экологической. Разработанная методика синтеза ППС из набора элементов позволяет построить модель ППС регионального уровня. Поставлена задача оптимального управления ПО ППС с учетом ее альтернативных состояний функционирования, связанных с возможными инцидентами в ОПО.

4. Разработана методика конструирования ЭС в области оценки уровня опасности ОПО на основе оператора ES, исходных данных, гипотез и эмпирических обобщений.

5. Разработана методика передачи знаний от эксперта в информационную систему по четырем категориям объектов.

6. С использованием ЭС проведены обследования двух промышленных предприятий, предложены мероприятия по уменьшению уровня опасности. Их реализация позвола снизить уровень опасности «старого» ненового» спиртовых предприятий на 50 и 35% соответственно.

7. Методом имитационного моделирования проведено исследование чувствительности оценки степени опасности ОПО к возможным методическим ошибкам.

8. Решена задача оптимизации комплекса мероприятий по уменьшению уровня опасности ОПО с учетом его экономических возможностей.

В приложениях приведены справки о внедрении результатов диссертационного исследования, договор на выполнение НИОКР по программе У.М.Н.И.К от 2012 г., а также вспомогательные материалы, не вошедшие в основной текст диссертации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии:

1. Попов, Н. С. Оценка уровня пожаро- и взрывоопасное™ промышленных объектов. Методика. Программа. Примеры : монография / Н. С. Попов, В. А. Лузгачев, Н. В. Лузгачева. - Тамбов ; М.; СПб.; Баку ; Вена : Нобелистика, 2009. - 104 с.

Статьи в журналах из перечня ВАК:

1. Попов, Н. С. Методологические основы теории безопасности / Н. С. Попов, Н. В. Лузгачева, А. Хайри // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2010. - № 10 - 12(31). - С. 10 - 28.

2. Попов, Н. С. О некоторых результатах семантического анализа терминов теории безопасности / Н. С. Попов, Н. В. Лузгачева, В. А. Лузгачев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2010. - № 4 - 6(29). -С. 30-38.

3. Попов, Н. С. Формализация базовых понятий теории безопасности / Н. С. Попов, Н. В. Лузгачева // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2010. - № 10 - 12(31). - С. 29 - 37.

4. Попов, Н. С. Процедура передачи знаний в сфере техногенной безопасности от эксперта в компьютерную программу / Н. С. Попов, Н. В. Лузгачева, А. Хайри // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2011. - № 2. -С. 304-312.

5. Попов, Н. С. Методика построения схемы взаимодействия элементов в приро-до-промышленных системах / Н. С. Попов, Н. В. Лузгачева // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2011. - № 2(33). - С. 52 - 63.

6. Попов, Н. С. К методике конструирования экспертной системы оценки промышленной безопасности / Н. С. Попов, Н. В. Лузгачева // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - № 1. - С. 43 - 51.

Прочие публикации:

1. Лузгачева, Н. В. Обоснование уровня безопасности промышленного объекта с учетом экономических возможностей / Н. В. Лузгачева, Н. С. Попов // Международная научная конференция ММТТ-24 : сб. тр. - Саратов, 2011. - Т. 4. - С. 37 - 39.

2. Попов, Н. С. Исследование чувствительности оценки индекса пожаро- и взрывоопасное™ к погрешностям штрафных баллов / Н. С. Попов, В. А. Лузгачев, Н. В. Лузгачева // Международная научная конференция ММТТ-23 : сб. тр. - Саратов, 2010.-Т. 4.-С. 10-11.

3. Лузгачева, Н. В. Экспертная система поддержки принятия решений в области техногенной безопасности / Н. В. Лузгачева // Решение региональных экологических проблем : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов, 2011. - С. 154 - 157.

4. Лузгачева, Н. В. Разработка автоматизированной системы анализа опасностей предприятия спиртовой промышленности с использованием методики компании DOW CHEMICAL / Н. В. Лузгачева, Н. С. Попов // Инновационные проекты по экологической и промышленной безопасности : П Молодежный форум в рамках Ш Междунар. науч.-техн. конф. «Безопасность. Технологии. Управление». - Тольятти, 2009. -С. 120- 126.

5. Лузгачева, Н. В. Способ передачи знаний об опасном промышленном объекте от эксперта в компьютерную программу / Н. В. Лузгачева, Н. С. Попов // Планета - наш дом: сб. ст. Междунар. молодежная науч. конф. - Алчевск, 2011. - С. 102 - 107.

6. Кунь Юэ. Экономическое обоснование выбора уровней безопасности опасных промышленных производств / Юэ Кунь, Н. В. Лузгачева, Н. С. Попов И Энергетика: экология, надежность, безопасность: тр. XI Всерос. студенческого науч.-техн. семинара : в 2 т. Т. 2. Теплоэнергетическое, экологическое и гуманитарное направления. - Томск, 2009. - С. 393 - 397.

7. Лузгачева, Н. В. Представление понятий «безопасность» и «риск» в аналитическом виде / Н. В. Лузгачева // Дальневосточная весна - 2011 : материалы 11 науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Комсомольск-на-Амуре, 2011. - С. 95 - 99.

Подписано в печать 31.10.2013. Формат 60x84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 484

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Тел. 8(4752) 63-81-08; E-mail: izdatelstvo@admm.tstu.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВО- И ПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ В РЕГИОНАЛЬНОЙ ПРИРОДО-

ПРОМЫШЛЕННОЙ СИСТЕМЕ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (информационные технологии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Н.С. Попов

Тамбов 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ БЕЗОПАСНОСТИ..................................................................................................10

1.1 Анализ современного состояния теории безопасности как науки..........10

1.2 Недостатки существующего понятийно-терминологического аппарата теории безопасности при построении экспертных систем............................37

1.3 Математическая формализация базовых понятий теории безопасности44

1.4 Стратегия и тактика в решении региональных задач экологической и промышленной безопасности............................................................................54

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ...........................................................................................57

ГЛАВА 2. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРИРОДО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ КАК ОБЪЕКТ ЗАЩИТЫ ОТ ОПАСНОСТЕЙ И УГРОЗ.................................58

2.1 Понятие природо-промышленных систем.................................................58

2.2. Природо-промышленные системы как объекты экологической безопасности.......................................................................................................61

2.3 Методика сопряжения элементов ППС регионального уровня..............64

2.4 Постановка задачи управления ППС в условиях реализации опасностей .............................................:................................................................................78

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ...........................................................................................80

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ТЕХНОГЕННЫХ ОПАСНОСТЕЙ И ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ....................81

3.1 Методика конструирования экспертной системы оценки промышленной безопасности.......................................................................................................81

3.2 Выбор руководства по оценке состояний потенциально-опасных производств.........................................................................................................91

3.3 Процедура передачи знаний от экспертов по техногенным опасностям в компьютерную систему.....................................................................................94

3.4 Разработка и описание программной реализации информационной системы оценки уровня пожаро- и взрывоопасности...................................104

3.4.1 Разработка функциональной модели информационной системы...107

3.4.2 Разработка базы данных......................................................................114

3.4.3 Разработка клиентской части..............................................................122

3.4.4 Программная реализация информационной системы......................131

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.........................................................................................140

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ К ОЦЕНКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВ........................141

4.1 Оценка состояния пожаро- и взрывоопасное™ «старого» спиртзавода «Новолядинский».............................................................................................141

4.1.1 Спиртохранилище................................................................................142

4.1.2 Брагоректификационное отделение...................................................149

4.1.3 Итоговый анализ риска технологии Новолядинского спиртзавода «старого»........................................................................................................157

4.1.4 Анализ мер по уменьшению индексов пожаро- и взрывоопасности .........................................................................................................................164

4.2 Оценка состояния пожаро- и взрывоопасности «нового» Новолядинского спиртзавода (мощностью 10000 дал/сутки).....................167

4.2.1 Спиртохранилище................................................................................167

4.2.2 Брагоректификационное отделение...................................................173

4.2.3 Итоговый анализ риска технологии Новолядинского спиртзавода (мощностью 100 т/сут спирта).....................................................................178

4.2.4 Анализ мер по уменьшению уровня пожаро- и взрывоопасное™.. 184

4.3 Сравнение степени опасности спиртоводочных предприятий..............185

4.4 Чувствительность оценки пожаро- и взрывоопасное™ к погрешностям штрафных баллов.............................................................................................188

4.5 Оптимизация уровня безопасности промышленного объекта с учетом экономических возможностей.........................................................................191

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.........................................................................................195

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................196

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................................................197

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.............................................................................................210

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.................................................................................................220

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.................................................................................................221

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.................................................................................................224

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия во всем мире наблюдается тенденция к росту числа крупных техногенных аварий и катастроф и увеличению тяжести их последствий. Особую обеспокоенность вызывает и резко возросшая угроза террористических актов и диверсий, нацеленных на опасные промышленные объекты, содержащие токсичные, горючие и взрывоопасные вещества, высвобождение потенциала которых способно привести к большому количеству человеческих жертв и значительным материальным потерям.

К категории потенциально опасных производств относятся практически все химические объекты, предприятия нефтяной и газовой промышленности. При определенных условиях, возникающих из-за нарушения требований регламента, технологические процессы таких производств выходят в аварийные режимы с последствиями различной степени тяжести.

В настоящее время в России функционирую примерно 3300 объектов экономики, располагающие значительными количествами опасных химических веществ. Их суммарный запас на предприятиях оценивается в 1 млн. т. В крупных городах с населением свыше 100 тыс. человек и вблизи них сосредоточено свыше 70% предприятий химического профиля, нефтеперерабатывающих и металлургических производств. В зонах возможного химического поражения находится свыше 44 млн. человек.

Аварии, сопровождаемые взрывами и пожарами, приводят не только к разрушению промышленных объектов и зданий жилой застройки, но и к поражению людей продуктами горения, ударной волной и тепловым излучением, нанося природе и обществу значительный ущерб. По данным МЧС России на предприятиях химической промышленности происходит до 200 пожаров в год, из них 5% - с летальными исходами. За период с 2004 по 2009 гг. в стране произошло 1218 пожаров, в результате которых погибло 77 человек, а прямой материальный ущерб оценивается в 1,5 млрд. руб.

Основными причинами техногенных аварий чаще всего являются неудовлетворительное техническое состояние оборудования, нарушение требований к проведению опасных производственных операций, несоблюдение технологической дисциплины, неудовлетворительная организация пуско-наладочных работ, просчеты в проектировании.

В Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 г., утвержденной указом Президента Российской Федерации от 12 мая 2009 г., №537, выделено одно из главных направлений реализации стратегии на среднесрочную перспективу — это обеспечение технологической безопасности. А к числу его первоочередных задач отнесены: обновление

• парка технологического оборудования и технологий производства на потенциально опасных объектах и объектах жизнеобеспечения; разработка системы принятия превентивных мер по снижению риска террористических актов и уменьшению последствий чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера и ряд других.

Руководствуясь современной концепцией «приемлемого риска», основу которой составляет принцип «предвидеть и предупредить», безопасность потенциально опасных производств необходимо анализировать и обеспечивать на всех этапах их жизненного цикла: 1 - проектирования; 2 -строительства; 3 - нормального функционирования; 4 - реконструкции; 5 -консервирования и 6 - ликвидации.

Так на 1-ми 4-м этапах акцент в обеспечении безопасности делается на «канонические» характеристики производства: выбор безопасных технологий и оборудования,, коррозиестойких конструкционных материалов, надежных крепежей и уплотнений, планов безопасного размещения цехов и складов, обоснование достаточности средств пожаротушения, защиты персонала и т.п. На 2-м этапе система безопасности производства связана с контролем за строительно-монтажными и пуско-наладочными работами,

• проверками соответствия используемых материалов и оборудования проекту и т.д. На 3-м этапе задачи безопасности обеспечивают автоматизированные

системы контроля и предупреждения выхода процессов в аварийный режим, диагностики и обнаружения неисправностей, сигнализации отклонения переменных состояния от регламента, блокировок нештатных ситуаций и т.п. На 5-м и 6-м этапах система безопасности связана с реализацией проектов по остановке технологических процессов, уничтожению отходов производства и демонтажу вспомогательного оборудования, а также по зачистке территории, рекультивации земель и т.д. На завершающем этапе жизненного цикла производство осознается не самостоятельным объектом экономики, а элементом природо-промышленной системы (ППС), каковым оно и является в действительности. При этом проблема техногенной безопасности оказывается частью более общей проблемы обеспечения экологической безопасности ППС.

На всех шести этапах жизненного цикла производства важную роль в разработке и реализации систем безопасности играет экспертиза. По результатам экспертизы принимают решения проектанты, строители, специалисты, КИПиА, ликвидаторы аварий.

В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [69] (ст. 13) экспертизе промышленной безопасности подлежат:

- проектная документация на строительство, расширение, реконструкцию, техническое перевооружение, консервацию и ликвидацию опасных производственных объектов (ОПО);

- технические устройства, применяемые на ОПО;

- здания и сооружения на ОПО;

- декларации промышленной безопасности и иные документы, связанные с эксплуатацией ОПО.

Правила проведения экспертизы ОПО утверждены постановлением Госгортехнадзора России от ,6.10.1998 г., №64, ПБ03-246-98. Они определяют требования к порядку ее проведения, оформлению и утверждению заключения.

Сложность проведения экспертизы в практическом плане заключается в том, что эта сфера деятельности людей относится к категории высокоинтеллектуальных, основанных на глубоких профессиональных знаниях проблемы, где опыт и интуиция экспертов выполняют «сторожевую» и «эволюционную» функции в формировании решений. Однако, выбор экспертов по безопасности ОПО в реальной ситуации оказывается весьма затруднительным по целому ряду причин:

- отсутствие необходимых знаний об ОПО;

- сложности состава ОПО;

- множественности анализируемых переменных состояния;

- наличия разнородных физико-химических, технологических и иных характеристик ОПО;

- недостаток информации о внутреннем содержании процессов производства и их функциональных особенностях;

- индивидуальность каждого конкретного ОПО.

В этой связи возникает задача разработки методического и программного обеспечения процесса экспертизы и их реализации в виде информационной системы поддержки и принятия решений с элементами искусственного интеллекта (экспертной системы). Ее создание отвечает интересам устойчивого развития экономики, природы и общества, и является актуальной научной и практической задачей.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является состояние промышленной безопасности в региональном природо-промышленном комплексе.

Предмет исследования - система принятия решений по вопросам промышленной безопасности на этапах проектирования, анализа или аудита действующих потенциально опасных производств.

Цели и задачи исследования. Цель работы - разработка методики проектирования экспертной системы оценки безопасности ОПО, входящих в

состав регионального природо-промышленного комплекса, и ее программная реализация.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие научные задачи:

- анализа современного состояния теории безопасности как науки, ее возможностей при создании систем защиты ОПО от внутренних и внешних угроз;

- формализации базовых понятий теории безопасности, необходимых при разработке экспертной системы;

- описания природо-промышленных систем и региональных природо-промышленных комплексов как объектов экологической безопасности;

формализации задачи оптимального управления природо-промышленным комплексом на множестве состояний функционирования ОПО;

- проектирования экспертной системы (ЭС);

- программной реализации информационной системы оценки уровня пожаро- и взрывоопасности ОПО;

- проверки результатов работы ЭС на чувствительность к методическим погрешностям.

Научная новизна исследования.

1. Задачи экспертизы безопасности потенциально опасных производств решены для класса систем, названных природо-промышленными (1111С).

2. Предложена методика синтеза региональной ППС из элементов тропосферы, гидросферы, педосферы и промышленной технологии.

3. Поставлена задача оптимального управления ППС на множестве состояний функционирования ОПО, оценка которых является объектом экспертизы.

4. Проведен семантический анализ базовых понятий теории безопасности, по итогам которого предложено использовать в ЭС их соответствующее математическое описание.

5. Разработана методика проектирования экспертной системы идентификации и оценки безопасности ОПО.

6. Предложена процедура передачи знаний от эксперта в компьютерную программу.

7. Разработан метод оценки «устойчивости» принятых штрафных баллов за отклонение характеристик ОПО от нормативов средствами имитационного моделирования.

Практическая значимость исследования.

- Разработано методическое обеспечение экспертизы безопасности взрыво- и пожароопасных объектов в региональной 1111С.

- Создано программное обеспечение экспертной системы идентификации и оценки безопасности ОПО.

- Проведено комплексное обследование двух потенциально опасных производств Тамбовской области в целях сбора и обработки информации и разработки сценария для проведения экспертизы безопасности.

- Разработана инструкция по использованию рекомендаций компании Dow в экспертизе ОПО.

Апробация работы.

- Программное обеспечение экспертной системы было апробировано на двух спиртзаводах ОАО «Талвис», названных в диссертации «новым» и «старым».

- Предложены меры по снижению уровня их пожаро- и взрывоопасности.

- Дана оценка экономической целесообразности принятых мер по повышению техногенной безопасности производств.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе шесть статей в журналах из перечня ВАК, и одна монография.

ГЛАВА 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ

БЕЗОПАСНОСТИ 1.1 Анализ современного состояния теории безопасности как науки Эффективность экономического развития государства и состояния систем его промышленной, экологической, энергетической, социальной и иных видов безопасностей находятся во взаимосвязи друг с другом: чем эффективнее экономика, тем изобретательнее технологии ее защиты, а чем совершеннее «охранный комплекс», тем стабильнее протекают в государстве все жизненно важные процессы. Вместе с тем безопасность как свойство или качество систем жизнеобеспечения государства относится к затратным категориям, в связи с чем приходится признавать приоритет экономического развития перед планированием мер безопасности \ В таком случае формулу «безопасность через развитие» надо рассматривать в качестве ведущего принципа разработки и реализации стратегии устойчивого развития России [65].

Этот принцип позволяет предположить, что ценность знаний по организации систем безопасности общества и государства в условиях роста глобальной экономики, глобальных климатических изменений, глобального дефицита энергоресурсов будут непременно возрастать из-за возникновения новых угроз и, как следствие этого, из-за необходимости поиска и применения новых теоретических и прикладных методов решения задач безопасности природы и общества, создания научно-обоснованных технологий защиты объектов хозяйства страны от внутренних и внешних угроз.

По мнению авторов работ [22, 44, 93] своими корнями учение о безопасности восходит к мыслителям древности - Аристотелю, Гиппократу, Парацельсу, Агрипиду, Галену, Плинию и другим. История этого �