Научно-прикладные задачи техносферной безопасности
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Техника безопасности на транспорте
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 123
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-017823-3
ISBN-онлайн: 978-5-16-110826-0
DOI:
10.12737/1882552
Артикул: 776760.01.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
В монографии ставятся и в комплексе решаются следующие задачи: систематизация видов безопасности; формализация структуры и моделей происшествий; унификация понятий «безопасность» и «риск», в первую очередь применительно к техническим системам «защита - объект - субъект - среда»; а также задачи объединения и (или) обобщения алгоритмов расчета показателей безопасности и риска систем на основе вероятностной и возможностной (нечеткой) мер возникновения происшествий и установления границ применения для «объективных» и (или) «субъективных» показателей безопасности и риска технических систем. На типовых примерах рассмотрены способы и результаты решения заявленных задач.
Для студентов, аспирантов и преподавателей технических и технологических вузов и факультетов, а также для широкого круга читателей, интересующихся вопросами техносферной безопасности.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 20.04.01: Техносферная безопасность
- ВО - Специалитет
- 20.05.01: Пожарная безопасность
- Аспирантура
- 20.06.01: Техносферная безопасность
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Ю.В. ЕСИПОВ Б.Ч. МЕСХИ М.С. ДЖИЛЯДЖИ МОНОГРАФИЯ Москва ИНФРА-М 2023
УДК 62-78(075.4) ББК 30н Е83 Есипов Ю.В. Е83 Научно-прикладные задачи техносферной безопасности : моно- графия / Ю.В. Есипов, Б.Ч. Месхи, М.С. Джиляджи. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 123 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/ 1882552. ISBN 978-5-16-017823-3 (print) ISBN 978-5-16-110826-0 (online) В монографии ставятся и в комплексе решаются следующие задачи: систематизация видов безопасности; формализация структуры и моделей происшествий; унификация понятий «безопасность» и «риск», в первую очередь применительно к техническим системам «защита – объект – субъ- ект – среда»; а также задачи объединения и (или) обобщения алгоритмов расчета показателей безопасности и риска систем на основе вероятностной и возможностной (нечеткой) мер возникновения происшествий и установ- ления границ применения для «объективных» и (или) «субъективных» по- казателей безопасности и риска технических систем. На типовых примерах рассмотрены способы и результаты решения заявленных задач. Для студентов, аспирантов и преподавателей технических и технологи- ческих вузов и факультетов, а также для широкого круга читателей, инте- ресующихся вопросами техносферной безопасности. УДК 62-78(075.4) ББК 30н Р е ц е н з е н т ы: Хазов А.Е., доктор технических наук, доцент, ведущий научный со- трудник Центра военно-стратегических исследований Военной акаде- мии Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации; кафедра техносферной безопасности и химии Южного федераль- ного университета ISBN 978-5-16-017823-3 (print) ISBN 978-5-16-110826-0 (online) © Есипов Ю.В., Месхи Б.Ч., Джиляджи М.С., 2022
Предисловие Техносферная безопасность – это направление подготовки специалистов в области охраны труда, обеспечения промышленной безопасности технологи- ческих процессов и производств как в нормальных условиях, так и в условиях чрезвычайной ситуации. Так что же это за специальность «Техносферная безопасность» и что нужно знать в первую очередь? Специалист по техносферной безопасности это обобщенное название про- фессии, к которой относятся такие специалисты, как: – инженер по техническому надзору; – аналитик безопасности и рисков; – инженер по охране труда и технике безопасности; – инженер по промышленной безопасности; – инженер по пожарной безопасности; – инженер по экологической безопасности, – инспектор государственного надзора и контроля; – менеджер по промышленной безопасности; – эксперт по экологической безопасности. Основное место работы – государственные структуры МЧС, санитарно- эпидемиологической службы, государственной инспекции охраны труда и дру- гих организаций, наделенных контрольными и надзорными функциями. Специалисты в области техносферной безопасности востребованы на рынке труда. Это объясняется тем, что во время обучения они получают знания не только в своей области, но и во многих смежных направлениях. Они получают обширные знания мировых стандартов охраны окружающей среды и экологиче- ского законодательства. Благодаря этому выпускники вузов могут трудоустро- иться в десятках разных организаций и учреждений.
Введение В.1. Предназначение «Техносферной безопасности» как учебной дисциплины Техносферная безопасность есть комплексное междисциплинарное направление исследований и многоуровневой подготовки широкого круга спе- циалистов, в настоящее время объединяющее такие сферы, как охрана труда, безопасность в чрезвычайных ситуациях, пожарная безопасность, промышленная безопасность, экологическая безопасность, химическая безопасность, биологическая безопасность, радиационная безопасность, электромагнитная безопасность. С другой стороны, техносферная безопасность это современное направле- ние обучения специалистов, которые получают знания в сфере охраны труда на различных предприятиях, обеспечивают безопасность производственных про- цессов в обычных условиях и при форс-мажорных обстоятельствах. За последние пять – шесть лет ведущие технические университеты РФ из- дали монографии, учебные и производственные пособия, которые посвящены современному изложению и разработке актуальных вопросов техносферной без- опасности и рискологии. И тем не менее, основываясь на ранее изданных нами работах, таких как «Мониторинг и оценка риска», изд. ЛКИ-ЮНЦ РАН, М. 2008, 2011, 2013; и «Модели и показатели техносферной безопасности», изд. ИНФРА-М, М. 2018,2019,2020, в предлагаемой монографии ставятся актуальные, и на сей день, следующие научно-прикладные задачи: 1)систематизация, формализация и уни- фикация: видов безопасности; формализация структуры и моделей происше- ствий; унификация понятий «безопасность» и «риск», в первую очередь приме- нительно к техническим системам «защита – объект – субъект – среда» «ЗОСС»; 2)задача объединения и (или) обобщения алгоритмов расчета показателей без- опасности и риска систем; 3) задача достижения единого понимания и возмож- ности применения «объективных» и (или) «субъективных» показателей безопас- ности и риска.
В.2. «Техносферная безопасность» как научно-прикладное направление Краткий обзор введенных ранее моделей и понятий техносферной безопас- ности [1,4-6]. По способу математического выражения рассматриваются следующие мо- дели: логические, параметрические, вероятностные, возможностные (нечеткие). По характеру исходных данных различают объективные и субъективные модели происшествий в конкретных технических системах (ТС). По способу дедукции применяют объединение и (или) обобщение алгорит- мов расчета показателей безопасности и риска систем. По способу учета краевых условий рассматривают полноту и «неперечис- лимость» событий и происшествий. При этом оценивается граница достоверно- сти соответствия событийного и факторного параметрического моделирования безопасности с позиции интегрального риска систем. Ранее были предложены некоторые способы и примеры построения фак- торного параметрического базиса безопасности (ФПБ) и логического базиса без- опасности (ЛББ) системы на основе параметрических моделей неблагоприятных исходов (НИ) и логических моделей происшествий. В.3. Моделирование в Техносферной безопасности В.3.1. Задачи и результаты Результатами решения поставленной научной проблемы являются: 1) классификация и различение состояний безопасности (опасности) си- стемы; 2) определение асимптотического значения вероятности возникновения происшествия или аварии в системе как основной компоненты риска. Пути решения данной проблемы связаны с решением следующих частных задач: 1) выбор и обоснования лингвистической и множественно-параметри- ческой моделей риска системы «человек – машина – среда» на основе представления предпосылок (термов) происшествий в виде формулы: «воздействие – каналирование – ослабление –восприимчивость – инициирование»; 2) доказательство эквивалентности событийного и множественно-параметрического способов моделирования происшествий в системе: 3) разработка критериев для выявления и ранжирования предпосылок опасности в системе;
4) установление полной логической формы функции связности предпосылок относительно исхода – аварии; 5) вывод зависимостей возможностной меры реализации элементарных предпосылок исходов; 6) разработка метода установления возможностной меры возникновения происшествия (аварии) в системе по нечетким данным её факторной параметрической модели системы; 7) разработка дистанционных способов получения исходных данных, желательно, в стандартной форме, характеризующей, в первую очередь, результаты измерения напряженно-деформированного состояния корпусов элементов, а также параметров механических и тепловых возмущений; 8) установление и обоснование различимости возможностной меры на уровне 10−6 при уровнях различимости 10−3...10−2 нечетких исходных данных о системе; 9) разработка требований к проекту экспресс – экспертизы безопасности (риска) и мониторинга ресурса многофакторной структурно-сложной системы. В.3.2. Частные принципы моделирования опасности На основе моделей происшествия и их исходов были сформулированы сле- дующие частные принципы моделирования опасности в техногенной системе [1,3,4,13,16]: 1. Принцип первопричины происшествия. Предпосылок к критической (аварийной) ситуации на объекте не будет создано, если из окружающей среды не воздействуют опасные и (или) вредные факторы; 2. Принцип учёта полного набора возможностей: 2.1. Рассматривается весь набор (множество) физических факторов и по- тенциально опасных элементов (ПОЭ), которые могут действовать на объект и эти элементы; 2.2. Учитывается весь набор вторичных физических факторов и эффектов, которые могут образоваться вследствие активных отказов опасных элементов; 2.3. Описывается конечное число возможных последовательностей, со- ставленных из фрагментов системы типа: «потенциально опасный элемент – ПОЭ1 – конструкция объекта – защита объекта и элементов – ПОЭ2-.. – крити- ческий ПОЭ объекта – конструкция объекта – окружающая среда», рис.1.1; 2.4. Анализируются и выбираются полные множества параметров воздей- ствия и восприимчивости, которые определяют (способны определять) активный отказ ПОЭ;
3. Принцип возможности активного отказа. Из видов отказа элемента: по- вреждения, поражения, разрушения и тому подобное, с точки зрения опасности выбирается и исследуется вероятный либо маловероятный, но возможный актив- ный отказ; 4. Принцип реализации активного отказа. Самым минимальным алгорит- мом активного отказа принята условная последовательность процессов: "воздей- ствие – каналирование – восприимчивость – инициирование"; 5. Принцип параметрического несанкционированного инициирования ПОЭ. За критерий несанкционированного инициирования ПОЭ принимается условие превышения входных по отношению к элементам объекта параметров s процессов воздействующих факторов над значениями параметров r процессов их восприимчивости: s r v i v cr . (В.1) где v i и v cr – соответственно параметр (процесс) вторичного фактора и его зна- чение, критичное для окружающей среды (соседних ПОЭ). 6. Принцип допущения о неизбежности «паразитного» каналирования. Физические факторы могут проникать к потенциально опасным элементам через конструкцию объекта (паразитно каналировать) и изоляция от них или невозможна, или требует чрезмерных затрат; 7. Принцип инверсионной роли элементов. Потенциально опасные элементы технического объекта рассматриваются как приёмники, так и потенциальные источники физических факторов (вторичных воздействий); 8. Принцип многофакторности. Источники, приёмники и каналы передачи в системе в общем случае могут являться многофакторными; 9. Принцип предопределённости аварийной ситуации, который формулируется следующим образом. В рамках известных представлений эволюция аварийной ситуации может быть представлена как последовательность активных отказов элементов, а с точки зрения глубины безопасности системы – как конечное множество безопасных состояний и переходов между ними до достижения критического ( предельного) состояния объекта и (или) системы в целом; 10. Принцип упрощения по первому производному фактору. Принимается, что наряду с внешними факторами в эволюции происшествия и активных отка- зов элементов в объекте участвуют (могут участвовать) только вторичные фак- торы. Вторичные факторы от вторичных источников (активный отказ элемента, считающегося уже отказавшим), то есть третичные факторы (третичный отказ), не учитываются. 11. Принцип объединения воздействующих факторов. Относительно лю- бого потенциального опасного элемента внешние и вторичные факторы объеди- няются по видам факторов и по видам параметров факторов. При этом в пределах совпадающих их видов значения параметров алгебраически суммируются.
1. ОСНОВЫ ЛОГИЧЕСКОГО И ФАКТОРНОГО ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Способности ничего не значат без возможностей Наполеон Бонапарт 1.1. Введение и описание факторного параметрического базиса безопасности системы В общем виде моделирование, анализ и оценку показателей безопасности и риска любой сложной системы можно выполнить на основе разработанной нами ранее [1,4,5,6] методологии факторного параметрического моделирования. На основе лингвистической модели происшествия [2, 4] «внешнее воздействие ve – каналирование этого воздействия с функцией ослабления f – восприимчи- вость r ослабленного воздействия – отказ или инициирование вторичных воздей- ствий vi элементами и (или) компонентами системы» для конкретно рассматри- ваемой системы С1 производится построение основного факторного параметри- ческого базиса системы ФПБС1: ФПБС1 = { Т, N, M, K, L, W, V1, F1, R1, SM}, (1.1) где Т, N, M, L, K, W – это соответственно множества видов факторов, множества основных (входящих в систему СИ) и производных (созданных на их основе) ве- личин, а также множества источников K и приемников L факторов, действующих (способных действовать) в системе С1; W – общее множество возможных значе- ний воздействующих факторов в данной системе, V1 – множество значений па- раметров воздействий от источников; F1 – множество функций преобразования факторов на пути «источник – приемник»; R1 – множество параметров воспри- имчивости (несущей способности) компонентов системы С1 к действию факто- ров; SM – сигнатура как объединение мер и операций булевой, вероятностной и возможностной алгебр. Причем универсальное множество Т = {t} построено как совокупность следующих видов материальных (физических) факторов: 1 – механический; 2 – тепловой; 3 – электрический (электромагнитный); 4 – химический (реакции горения, восстановления и др.); 5 – фоновый (рентгеновское и гамма–излучения); 6 – оптический (волны инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения); 7 – радиоактивный (ионизационно–корпускулярный); 8 – биологический (бактериологические, физиологические реакции и др.); 9 – факторы других видов, например, психотропные и психофизиологические. Множества параметров N и M есть множества соответственно основных (входящих в систему СИ) и производных (созданных на их основе) величин, которые применяют для построения параметрических моделей вида «воздействие – ослабление – восприимчивость». На основе множества Т = {t} строят «опорное» множество номеров видов факторов
ОТ = (оt), (1.2) где о – логическая переменная, o = 0 1; t – номер вида фактора, t T, T = (1,2,..,tT) – множество номеров факторов, tT = 9 – установленное здесь количество видов факторов. Так, в частности, механический фактор (t = 1) описывается следующими основными видами параметров (единицами СИ): длина, которую обозначим номером n = 1 ; масса, обозначим номером n = 2 ; время, номер n = 3. 1.2. Построение производного факторного параметрического базиса Известно, что производные параметры образуются по алфавиту базовых параметров на основе установленных физических законов и зависимостей. Число производных параметров в принципе может быть сколь угодно большим и определяется природой рассматриваемой системы, степенью её изученности, а также субъективными причинами. Использование системы СИ позволяет выражать любые (производные) параметры любого фактора через основные виды физических величин. Тогда, например, такие параметры как энергия, мощность и плотность мощности, являющие собой параметры любого фактора, представляются следующими размерностями: Дж = м2 ∙ кг ∙ с-2; Вт = м2 ∙ кг ∙ с-3 ; Вт/ м2 = кг ∙ с-3. (1.3) Условно говоря, в описании энергии и мощности любого фактора участвуют виды базовых параметров с номерами 1,2 и 3. Значит, по сочетанию и количественному выражению (размерности) номеров параметров можно формально судить о содержательности любого фактора. Аналогично можно формализовать любой другой производный параметр любого фактора. Например, M1 = { m = 1 – напряжение , размерность, Н* м – 2; m = 2 – тепловой поток q, размерность, кВтм – 2; m = 3 – температура, Т , К; m = 4, количество вещества, n , кгм – 3 ; m = 5, плотность электрического тока, j, Ам – 2 ; m = 6, длительность, , сек}. В ряде случаев, для описания и характеристики техногенных систем достаточно использовать такие упомянутые ранее производные параметры как энергия, мощность и плотность мощности физического фактора. Пронумеруем их переменной m = 1, 2, 3 и выразим логическую переменную om t как элемент нового множества ОМ производных параметров физических факторов, через логическое выражение размерности f( on t), в котором участвуют логические переменные множества ON: o m t = f ( o n t ) .
Например, для энергии, как производного параметра с номером m = 1, применительно к любому фактору это логическое выражение уравнения размерности ( формула (1.3)) принимает вид: f ( o n t ) = o 1 t o 1 t o 1 t o 3 t o 3 t = o m = 1 t . (1.4) Отметим, что при построении функции f (o n t ) используются только те логические переменные, которые выражают целое число раз базовые параметры в уравнении размерности. На основе множества факторов ОТ и нумерации базовых параметров этих факторов построено опорное множество видов параметров ОN = ( о n t ) , (1.5) где о = – логическая переменная n номера основного параметра t вида фактора, n = 1,2,3...9; t = 1,2,3…9. Тогда как опорное множество видов производных параметров есть ОM = ( о m t ) , (1.6) где оmt = – логическая переменная m номера производных параметра t вида фактора, m = 1,2,3...9,; t = 1,2,3…9. Назовем опорные множества ОТ, ОN и ОM полными, если все их логические элементы равны единице: оt = 1, оn t = 1, о m t при t, n, m. Очевидно, что опорные множества ОТ , ОN, ОM удовлетворяют следующему отношению нестрогого включения: N M . (1.7) На основе производных параметров физических факторов введем множество их значений, которое полностью описывает систему «объект – факторы об- становки»: V = ( v m t l k ) , (1.8) где v – значение , v1, производного m вида параметра t вида фактора при его распространении от l вида источника до k вида приемника. Причем l = 0,1,..lL; k = 1,2, ..kK , где lL – количество источников вторичных факторов, l = 0 – номер внешнего источника физических факторов, kK – коли- чество потенциально опасных элементов, как приемников действующих в си- стеме факторов.
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти