Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Научно-прикладные задачи техносферной безопасности

Покупка
Основная коллекция
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.
5
46
47
Есипов, Ю. В. Научно-прикладные задачи техносферной безопасности : монография / 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. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1882552 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
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