Держкомітет промислової політики України

Науково – виробнича корпорація“

Київський інститут автоматики”

Дудатьєв Андрій Веніамінович

УДК 658.528:001.891.57

Розробка математичних моделей для оцінки та забезпечення безпеки промислових об'єктів

Спеціальність 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор Філинюк Микола Антонович, завідувач кафедри проектування комп'ютерної тех-ніки Вінницького державного технічного університету.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор ГЕРАСИМОВ Борис Михайлович, провід-ний науковий співробітник Наукового це-нтра Київського інституту управління і зв'язку МО України;

- доктор технічних наук, професор ЛИСОГОР Василь Микитович, Вінниць-кий державний технічний університет.

Провідна установа: - Державний технічний університет “Львівська політехніка” Міністерства осві-ти і науки України, кафедра автоматизації теплових та хімічних процесів.

Захист відбудеться “11” жовтня 2000 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.818.01 Науково-виробничої корпорації “Київський інститут автоматики” за адресою: 04107 Київ, вул. Нагірна, 22, корпус 1.

Відгуки на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надіслати за адресою 04107 Київ, вул. Нагірна, 22, НВК “КІА”, вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НВК “Київський інститут автоматики”.

Автореферат розісланий 8 вересня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради к.т.н.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В міру подальшої індустріалізації товариства, проблема оцінки і забезпечення необхідного рівня безпеки промислових об'єктів і складних технічних систем отримує все більшу актуальність. У промислово розвинутих країнах шкода від промислових аварій досягає 15% від національного доходу. Значні промислові катастрофи, крім значної економічної шкоди, як правило, супроводжуються людськими жертвами, а також нанесенням екологічної шкоди. Причому, екологічна шкода, як правило, супроводжується визначеним ланцюжком наслідків, що виявляються насамперед у забрудненні зовнішнього середовища і як слідство нанесенням опосередкованої шкоди здоров'ю людей, які потрапили у зону зараження.

Важливе місце в забезпеченні безпеки займає задача прогнозування наслідків аварій, особливо якщо це пов'язано з масовою поразкою людей. Якісний і своєчасний прогноз наслідків аварійної ситуації дозволить оптимальним чином організувати захисні заходи й у такий спосіб мінімізувати матеріальні витрати на ліквідацію наслідків аварії, людські жертви, а також екологічну шкоду.

Актуальність проблеми забезпечення безпеки промислових об'єктів полягяає в тому, що до потенційно небезпечних об'єктів, під час експлуатації яких може статися той або інший вид аварії з визначеною тяжкістю наслідків, належить дуже широкий спектр підприємств, основна частина яких розташовується в значних населених пунктах і містах або в безпосередній близькості від них. Особливо це актуально для підприємств хімічної галузі і підприємств атомно-енергетичного комплексу, оскільки аварії на таких об'єктах можуть охопити значні території з великою кількістю населення, яке мешкає в зоні можливого зараження. Прикладом цього можуть служити численні аварії на хімічних підприємствах і катастрофа на Чорнобильській атомній електростанції, "жертвами" котрої стали більше сотень тисяч людей, що мешкають на території України, Білорусі і Росії.

Викладене вище дозволяє зробити висновок, що проблема оцінки і забезпечення безпеки промислових підприємств, розробки математичних моделей і інженерних методик, які дозволяють забезпечити безпеку на етапах проектування і експлуатації, в тому числі в разі невизначеності початкових даних, застосування згаданих математичних моделей і методик при створенні АСУ ТП певного призначення є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В даній роботі використані результати, які були отримані у ході виконання двох хоздоговірних тематик. Перша тема – “Розробка автоматизованого тренажера для чергового диспетчера” виконувалась малим підприємством “Центр комп'ютерних технологій та інжинірінга” при Вінницькому політехнічному інституті та ВО “Хімпром”, друга тема 4621 – “Розробка автоматизованої системи оцінки та забезпечення безпеки підприємства”, яка виконувалась Вінницьким політехнічним інститутом та ВО “Іскра” (м. Запоріжжя).

Мета і завдання дисертаційного дослідження. Мета роботи полягає у розробці математичних моделей для автоматизованої системи, яка вирішує задачу оцінки і забезпечення безпеки промислових підприємств як на етапі проектування, так і на етапі експлуатації при відсутності чітких початкових даних. Ця автоматизована система повинна являти собою сукупність математичних моделей, алгоритмів та інженерних методів, які забезпечують використання експертних оцінок, представлених у вигляді лінгвістичних змінних.

Об'єктом дослідження в дисертаційній роботі є небезпечний промисловий об'єкт.

Предметом дослідження є математичні моделі, алгоритми та методики оцінки і забезпечення безпеки промислових об'єктів при невизначених початкових даних.

Для досягнення даної мети були сформульовані та вирішені наступні задачі:

· проведено аналіз способів представлення нечіткої інформації;

· розроблена логіко-ймовірносно-лінгвістична модель для комплексної оцінки безпеки промислових об'єктів;

· розроблена математична модель для оцінки рангу подій;

· розроблена математична модель для оцінки ризику при нечітких початкових даних;

· проведений аналіз характеристик досліджуваного об'єкта;

· розроблена математична модель для прогнозування наслідків аварій на хімічнонебезпечних об'єктах при нечітких початкових даних;

· розроблено критерій для оцінки кваліфікації чергового диспетчера промислового об'єкта.

Розроблені математичні моделі реалізовані в структурі автоматизованої системи управління безпекою виробництва (ВО "Хімпром", м. Вінниця, ВО "Іскра", м. Запоріжжя).

Наукова новизна одержаних результатів.

· Розроблена математична модель для прогнозування наслідків аварій на хімічнонебезпечних об'єктах з виливом (викидом) сильнодіючих отруйних речовин (СДОР) при нечітких початкових даних, що дозволяє отримати більш адекватні наслідки зараження.

· Розроблена математична модель для оцінки ступеня ризику промислових аварій при нечітких початкових даних, що дозволяє отримати розрахунки ймовірних втрат: економічних, соціальних і т.і.

· Розроблений критерій для оцінки кваліфікації оперативного диспетчера на промисловому об'єкті.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблений пакет прикладних програм для комплексної оцінки безпеки промислового об'єкта.

Розроблена автоматизована система для підтримки прийняття рішень при управлінні безпекою об'єкта.

Розроблені моделі і методики впроваджені на Вінницькому ВО "Хімпром", а також на Запорізькому ВО "Іскра" і використовуються при оперативному управлінні безпекою виробництва.

Акти про впровадження і використання приведені в додатку до дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. В публікаціях, які написані в співавторстві, дисертантові належать: розробка логіко-ймовірносно-лінгвістичної моделі, моделі для оцінки ризику подій, математичної моделі для прогнозування наслідків аварії в разі викиду СДОР і критерія для оцінки кваліфікації чергового диспетчера.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи обговорювались на 3-ій Всесоюзній нараді по розподіленим автоматизованим системам масового обслуговування, м. Москва, 1990 р., Міжвузівській конференції-семінарі, м. Іркутськ, 1989 р., міжнародній конференції "Ергономіка в Россії, СНД і світі: “Минуле, Теперішнє, Майбутнє", м. Санкт-Петербург, 1992 р., науково-технічної конференції з міжнародною участю "Приборостроение-93" м. Миколаїв, російській науково-технічній конференції "Автоматизация исследования, проектирования и испытания сложных технических систем", м. Калуга, 1993 р., міжнародній науково-технічній конференції “Приладобудування – 98” м. Вінниця - Симферополь.

Публікації. По матеріалам дисертаційної роботи опубліковано 10 робіт. З них 3 статті в фахових виданнях, 2 статті в науково-технічних журналах та збірниках наукових праць, 1 інформаційний листок, 4 тези доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, 4 додатків та списку літератури – 66 джерел. Основний матеріал викладено на 117 сторінках машинописного тексту, в роботі є 33 рисунки, 17 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі відображені актуальність проблеми, мета і задачі дослідження, наукова новизна отриманих результатів та їх практичне значення, наведені відомості про обсяг та апробацію роботи.

У першому розділі роботи проведено аналіз методів оцінки безпеки і надійності складних систем, особливості структур систем забезпечення безпеки. Показано, що основні методи, які використовуються при рішенні задач оцінки і забезпечення безпеки, є “чисто ймовірносними”.

На основі аналізу реальних виробничих задач і зовнішніх умов, показана доцільність використання теорії нечітких множин, які дозволяють при відсутності чітких чисельних даних отримати комплексну оцінку безпеки об'єкта в цілому і важливості складових елементів. В першій частині обгрунтований вибір методу дослідження і сформульовані мета і задачі дослідження.

У другому розділі розроблена логіко-ймовірносно-лінгвістична модель для комплексної оцінки безпеки складних систем при нечітких вихідних даних. Розроблена математична модель для оцінки ступеня ризику виникнення події. При розробці математичної моделі були накладені наступні обмеження. Події, які впливають на виникнення головної події є невзаємодіючими. Математичні дії, які відповідно виконуються при розрахунках ймовірностей невзаємодіючих подій з урахуванням форми уявлення нечіткої інформації, виконуються відповідно до наступних стверджень.

Ствердження 1.

Якщо подія Т є вихідною по логічній операції "АБО" і ймовірнісна оцінка подана у вигляді трійки чисел, то нечітка ймовірність виникнення події Т визначається за наступними співвідношеннями :

, (1)

де (2)

Ствердження 2.

Якщо подія Т є вихідною по логічної операції "І" і ймовірнісна оцінка подана у вигляді трійки чисел , то нечітка ймовірність виникнення події Т визначається за наступними рівняннями (рис 1, б):

. (3)

В структуру дерева відмови введена вершина для оцінки ризику події і отримана структура дерева ризику відмов, яка є логіко-імовірносно-лінгвістичною моделлю виникнення та розвитку аварії.

Це дозволило одержати більш повну оцінку безпеки події, або усієї системи в цілому з урахуванням потенційно можливих втрат. Концепція "нечіткої ймовірності" відповідно до дерева відмов дозволила утворити основу моделі нечіткого дерева ризика-відмов. Для наміру нечіткої ймовірності виникнення аварійної ситуації було використано логіко-ймовірносну модель уявлення вихідної інформації. Ця оцінка уявлення нечіткої інформації є найбільш прийнятною, оскільки дозволяє в зручній і простій формі формалізувати знання експертів, виражені у формі лінгвістичної оцінки. В якості об'єкта дослідження були обрані хімічнонебезпечний об'єкт (склад для зберігання аміаку) і пожежовибухонебез-печний цех промислового підприємства.

Було здійснено покрокове обчислення нечіткої ймовірності вершинної події.

Намір нечіткої ймовірності виникнення аварійної ситуації привів до наступного результату . Отриманий результат має наступну інтерпретацію: нижня оцінка виникнення аварії =0.56, верхня = 0.96 і середня оцінка, що відповідає лінгвістичній оцінці, = 0.68. У такий спосіб діапазон виникнення аварії знаходиться в межах від 0.56 до 0.96 із найбільш ймовірним значенням 0.68.

Покроковий розрахунок розробленого дерева ризику – відмов наведений в табл. 1.

Таблиця 1.

Покроковий розрахунок дерева ризику – відмов

Вихідна подія Базові події Логічний вентиль Розрахункові формули

А7 Х1, Х2 АБО

А8 Х1, Х2 АБО

А5 В5, А7, А8 АБО

А3 В1, В2, В3, А5 І

А12 Х1, Х2 І

А9 А7, А12 АБО

А6 В5, А7, А9 АБО

А5 В4, А6 АБО

А4 А5, А9, В3, В6 І

А13 В0, В10 АБО

А15 В11, В12 І

А17 Х6, Х7 АБО

А16 В9, В10, А17 АБО

А14 А15, А16 АБО

А22 Х11, Х12 АБО

А21 В15, Х2, Х1, Х2 АБО

А19 Х9, Х10 АБО

А18 А19, Х8 АБО

А20 А18, Х8 АБО

А1 А3, А4 АБО

А2 А13, А14, А21, А20 АБО

Т A1, A2 АБО

Використовуючи покроковий розрахунок дерева висновку ризика-відмов на будь-яку "І-АБО" структуру, отримують математичну модель, яка враховує логічну структуру дерева і кількість його рівнів:

, (4)

де - нечітка ймовірність виникнення події на n-му рівні;

- нечітка ймовірність виникнення і-ї події на n-1-му рівні;

- знаки відповідно до об'єднання і перетину множин;

- знак логічного "АБО";

n - номер рівня висновку ризику;

і = 1 ё к - кількість подій даного рівня.

При оцінці рангу був запропонований наступний підхід.

Нехай:

PT - ймовірність виникнення головної події,

PTi - ймовірність виникнення головної події при повному винятку виникнення події xI.

Тоді, якщо виконується нерівність

,

то можна зробити висновок, що запобігання виникнення події хi зробить більш ефективний вплив на збільшення безпеки, ніж запобігання виникнення події xj. Різниця між PT і PTi називається індексом поліпшення.

Для логіко-ймовірнісної моделі уявлення нечіткої інформації можемо записати, якщо

- ймовірність виникнення вершинної події,

- ймовірність виникнення вершинної події при винятку виникнення Xi події то:

- індекс поліпшення для події Xi.

В даному випадку при дослідженні безпеки промислового об'єкта основною характеристикою є ймовірність виникнення аварії, тому, використовуючи запро-поновану модель, а також поняття рангу подій, пропонується наступна математична модель, яка дозволить аналізувати ранг і індекс поліпшення нечіткої моделі, а також обчислювати ранг події:

, (5)

де — ймовірність виникнення події , при повному винятку події , — ймовірність виникнення події , при повному винятку події .

Для оцінки ризику при нечітких початкових даних був запропонований наступний підхід. Для опису можливих втрат А використовуємо лінгвістичну змінну ("вартість" Т1, D1), а ймовірність виникнення аварійної ситуації q висловимо через лінгвістичну змінну ("частота" T2, D2).

Тут Т1, Т2 - терм множини відповідних лінгвістичних змінних: Т1=("низька", "середня", "велика"), Т2=("низька", "середня", "висока"); D1 і D2 - базові множини відповідних змінних, що описують можливі діапазони зміни значень; D1 = (0,5; 0;...; Amax), D2 = (0; 0,05; 0,1;...; 1), де Аmax максимальний розмір матеріальних втрат.

При використанні описаних вище лінгвістичних змінних усі можливі оцінки ступеня ризику в даному випадку описуються набором типових ситуацій, число котрих дорівнює 9. Типові ситуації описуються з використанням матриці відношень Mijn, елементи якої виражають значення ступеня належності лінгвістичної змінної "вартість" при різних значеннях лінгвістичної змінної "частота", де n - номер типової ситуації. Матриця Mijn має вигляд:

(6)

і позначає наступні експертні висновки: якщо значення лінгвістичної змінної "вартість" "низька", то лінгвістична змінна "частота" буде зі ступенем належності m21 приймати значення "мала", із ступенем належності m23 - "велика".

Використовуючи дані лінгвістичні змінні, оцінку ступеня ризику можна висловити у вигляді:

, (7)

де - нечіткі втрати, задані за допомогою лінгвістичних змінних;

- операція композиції нечітких множин.

Для довільної "І-АБО" структури оцінку ризику виникнення тієї або іншої події пропонується виражати як:

(8)

де l = 1 - m - кількість чинників, що впливають на ризик.

Остання модель лягла в основу інженерної методики, яка забезпечує оцінку ступеня ризику промислових аварій при нечітких початкових даних.

За отриманними результатами досліджень були зроблені висновки стосовно запропонованих математичних моделей, які показали доцільність їх використання.

У третьому розділі проведено аналіз існуючої методики прогнозування наслідків аварійної ситуації у випадку з викидом (виливом) СДОР. Обгрунтована необхідність подальшого розвитку даної методики у випадку прогнозування з нечіткими початковими даними.

На основі проведеного аналізу була запропонована нова методика прогнозування наслідків аварійної ситуації на промислових об'єктах при нечітких початкових даних, яка базується на теорії нечіткого логічного виводу. Розроблена узагальнена математична модель, яка формалізує впливаючі фактори, що описані як лінгвістичні змінні у вигляді розроблених правил нечіткого логічного виводу. Ці правила лягли в основу запропонованої методики для практичного використання при проведенні прогнозування наслідків аварійної ситуації.

Формування правил нечіткого логічного висновку здійснювалося в 2 етапи:

1. Визначення діапазону радіуса можливого зараження у відповідності зі шкалою наслідків аварії на промислових об'єктах і діючою методикою - .

2. Визначення значень впливаючих чинників, які наводять до одержання якогось значення радіуса зони зараження.

Було отримано 5 груп правил, кожна з яких відповідає якомусь значенню параметра . Так, наприклад, 1-а група правил описує можливе логіко-лінгвістичне сполучення впливаючих чинників, які призводять до значення "низьке" ("мале") , відповідно 2-а група – до "нижче середнього", 3-я група – до "середнього", 4-а група - "вище за середнє", 5-а група – "висока". Приклад сполучення впливаючих чинників, які призводять до значення = Н

ЯКЩО х1= Н і х1= ВС і х3=* і s= K АБО х1= H і х2= B і х3=* і S = і3

ТО y= Н.

Можливі сполучення лінгвістичних значень впливаючих чинників, які призводять до типових ситуацій подані в табл. 2.

Символ "*" означає, що визначена змінна може приймати будь-яке значення. У наданій таблиці описані усі можливі комбінації впливаючих чинників , які наводять до одного з можливих значень.

Для одержання найбільше ймовірного значення прогнозування були отриманно логічні рівняння на основі поданих правил нечіткого логічного висновку. При цьому будуть враховуватися тільки рівняння для можливих станів атмосфери: інверсія і ізотермія.

Таблиця 2.

Впливаючі чинники як лінгвістичні змінні

Об'єм викиду СДОР Швидкість вітру Температура повітря Стан атмосфери Радіус зони

Н ВС В * * К ІЗ Н

Н НС НС ВС В ВС * * * ІЗ ІЗ ІЗ НС

НС С Н НС С Н ВС ВС ВС В ВС С ВС * * К К І ІЗ ІЗ С

С ВС Н НС НС С ВС НС ВС НС ВС НС ВС В * НС * * Н * ВС К К К І ІЗ ІЗ ІЗ ВС

С С ВС В НС С В НС С Н С ВС НС С * * Н ВС * * НС * * * * С * К К К К ІН ІН ІН ІЗ ІЗ В

Наприклад, для = НС було отримано наступне логічне рівняння:

(9)

Узагальнюючи отримані логічні рівняння, пропонується математична модель виду:

(10)

де - значення функції належності, які відповідають розрахованому радіусу зони зараження;

- максимальне значення функції належності для радіуса зони зараження при інверсії;

- максимальне значення функції належності для радіуса зони зараження при ізотермії.

Таблиця 3.

Значення радіуса зони забруднення при інверсії

Об'єм викиду Швидкість вітру Температура Радіус зони забруднення

Лінгв. оцінка Лінгв. оцінка Лінгв. Оцінка Лінгв. оцінка Числов. Діапазон, м

Н ВС ВС С 1500-3000

НС ВС * ВС 3000-5000

НС С * В > 5000

С * * В

В * * В

Таблиця 4.

Значення радіуса зони забруднення при ізотермії

Об'єм викиду Швидкість вітру Температура Радіус зони забруднення

Лінгвістична оцінка Числовий діапазон, м

Н В * Н 600

Н ВС * НС 600-1500

Н В * НС

НС ВС * НС

НС ВС * С 500-3000

В ВС * С

НС НС Н ВС

С ВС * ВС 3000-5000

ВС В ВС ВС

НС Н С В >5000

С ВС * В

Запропонована методика, яка формалізована у вигляді таблиці 3 і таблиці 4, дозволяє ефективно провести перший прогноз у випадку відсутності перших вихідних даних. Перевагою даної методики є те, що використання дозволяє заощадити значні засоби за рахунок більш реального прогнозування.

У четвертому розділі розглянута структура автоматизованої системи для управління безпекою промисловим об'єктом “SAFETY”, математичне забезпечення якої показано в табл. 5.

Таблиця 5.

Математичні моделі, використовувані в системі управління

безпекою промисловим об'єктом

Етап оцінки і забезпечення безпеки Використовувані моделі Використовувані вихідні дані Одержувані показники безпеки

Етап проектування Вихідні дані подані ймовірносно-лінгвістичними оцінками Нечітка ймовірність виникнення аварії; ранг елемента, який входить в структуру системи; нечітка оцінка ризику події (можливі втрати)

Етап експлуатації Вихідні дані подані у вигляді лінгвіс-тичних оцінок Нечітка оцінка зони зараження: (радіус, площа)

Етап навчання Моделі викорис-товувані на ета-пах експлуата-ції, проектуван-ня і критерій кваліфікації Вихідні дані вико-ристовувані на ета-пах експлуатації і проектування, час ухвалення рішення Кваліфікація

Запропоновано критерій для оцінки кваліфікації диспетчера з приведенням алгоритму тестування знань диспетчера при прийнятті рішень у випадку аварійної ситуації.

При прийнятті рішень в екстремальних умовах головним чинником, ефективність якого повинна оцінюватися, є час ухвалення рішення за умови його безпомилковості.

За нормативами у випадку виникнення аварійної ситуації час проведення прогнозу наслідків сформованої ситуації для чергового диспетчера визначається інтервалом часу (0; 1,5 хв.). Таким чином, ефективність роботи диспетчера буде оцінюватися за часом, необхідному для ухвалення рішення.

Остаточно отримуємо критерій оцінки кваліфікації диспетчера у вигляді:

(11)

Приведений опис програмного забезпечення, яке ввійшло в структуру автоматизованої оцінки і забезпечення безпеки промислового об'єкта.

На етапі експлуатації оцінюються наслідки аварійної ситуації, які представляються у вигляді плана - мапи на екрані монітора.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

В результаті виконаних досліджень були розроблені математичні моделі та методики, які забезпечують проведення оцінки та забезпечення безпеки промислових об'єктів як на етапі проектування, так і на етапі експлуатації.

При цьому отримані наступні наукові результати:

1. Запропоновано логіко-ймовірносно-лінгвістичну модель для оцінки безпеки досліджуваного об'єкта на етапі проектування.

Новизна запропонованої моделі полягає в тому, що ймовірносна оцінка виникнення аварійної ситуації представляється у вигляді трійки значень (,,L) отриманої за допомогою експертних опитувань, і дозволяє розраховувати нечітку ймовірність виникнення відмови для будь-якої “І – АБО” структури.

Науковою новизною є також запропонована узагальнена математична модель для інтегральної оцінки ризику при нечітких вихідних даних, а також введення вершини для оцінки ризику в структуру дерева відмов. Це дозволило отримати логіко-ймовірносно-лінгвістичну модель виникнення та розвитку аварійної ситуації у вигляді дерева ризику відмов.

Практична цінність матеріалу полягає в тому, що отримані математичні моделі лягли в основу інженерної методики для оцінки та забезпечення безпеки промислових об'єктів на етапі проектування.

2. Розроблена математична модель для прогнозування наслідків аварії з викидом сильнодіючих отруйних речовин при нечітких вихідних даних.

Суть запропонованої методики полягає в тому, що фактори, впливаючі на наслідки аварії, в даному випадку на радіус зони зараження, представляються у вигляді лінгвістичних змінних. Це дозволило отримати результат рішення задачі прогнозування у вигляді лінгвістичної змінної, кожному терму якої відповідає числовий діапазон значень радіуса зони забруднення.

Практична цінність запропонованої методики полягає в тому, що формалізація нечітких висловлювань типу ЯКЩО . . . . ТО у вигляді математичної моделі дозволила розробити нову методику прогнозування наслідків аварійної ситуації при нечітких вхідних даних. Практичне застосування даної методики показало, що отримані результати повністю задовольняють чинним вимогам при прогнозуванні наслідків аварії з викидом сильнодіючих отруйних речовин.

3. Розроблений критерій та методика для оцінки кваліфікації чергового диспетчера.

Практична цінність запропонованого критерію полягає в тому, що за його допомогою може бути здобута якісна оцінка кваліфікації диспетчера, інтерпретована на той чи інший показник якості його роботи.

4. Розроблений пакет прикладних програм, який дозволяє:

а) проводити комплексну оцінку безпеки промислових об'єктів при нечітких вихідних даних;

б) проводити прогноз наслідків аварійної ситуації з виливом або викидом сильнодіючих отруйних речовин.

Запропоновані математичні моделі та пакет прикладних програм втілені на ВО “Хімпром” (м. Вінниця) та ВО “Іскра” (м. Запоріжжя).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дудатьєв А.В., Роптанов В.І. Оцінка ступеня ризику промислових аварій при нечітких вихідних даних // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах (Технологічний університет Поділля, м. Хмельницький). – 1997. – № 2. – С. 171 – 174.

2. Філинюк М.А., Дудатьєв А.В., Роптанов В.І. Комплексна оцінка безпеки хімічнонебезпечних об'єктів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах (Технологічний університет Поділля, м. Хмельницький). – 1998. – № 4. – С. 149-153.

3. Філинюк М.А., Дудатьєв А.В. Аналіз безпеки промислових об'єктів при невизначених початкових даних //Вісник ВПІ. – 1999. – № 6. – С. 20-25.

4. Дудатьев А.В., Козак А.А., Мироненко А.Н. Информационное моделирование прогнозируемых аварийных ситуаций на промышленном объекте // Экономика и коммерция (Электронная техника, серия 9). – 1995. – Вып. 1.- С. 84-88.

5. Дудатьєв А.В., Трофімов В.С. Оцінка безпеки складних систем на етапі проектування. //Учёные записки Симферопольского государственного университета. Спецвыпуск журнала. – 1998. – С. 136 – 140.

6. Ротштейн А.П., Дудатьев А.В., Горбенко А.И. Пакет прикладных программ для оценки безопасности промышленных объектов при нечетких исходных данных //Информационный листок. - Винницкий центр научно-технической и экономической информации, 1994. – 4 с.

7. Ротштейн А.П., Дудатьев А.В. Нечеткий анализ безопасности промышленных объектов //Материалы научной конференции "Эргономика в России, странах СНГ и во всем мире". – С.-Петербург: 1993. – С. d27 – d28.

8. Ротштейн А.П., Дудатьев А.В., Горбенко А.И. Нечеткий анализ безопасности промышленных объектов //Материалы научно-технической конференции с международным участием "ПРИБОРОСТРОЕНИЕ - 93 ". – Николаев: 1993. – C. 19.

9. Ротштейн А.П., Дудатьев А.В. Прогноз последствий химической аварии при нечетких исходных данных //Материалы российской научно-технической конференции "Автоматизация исследования, проектирования, и испытания сложных технических систем ". – Калуга: 1993. – С. 67.

10. Филинюк Н.А., Дудатьев А.В. Применение экспертной системы и экрана коллективного пользования для активизации учебного процесса //Сборник научных трудов. "Деловые игры и методы активного обучения". Часть 2. – Челябинск: 1992. – С. 30 – 31.

Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно.

В роботах, написаних в співавторстві, автору належать: математична модель для оцінки ризику при нечітких початкових даних [1], математична модель і методика для оцінки наслідків аварії з викидом (виливом) сильнодіючих отруйних речовин [2,3], логіко-ймовірносно-лінгвістична модель для отримання показників безпеки досліджуваного об'єкта при невизначених початкових даних [2,3,5].

В цих працях розроблені математичні моделі і методики, які дозволяють вирішити задачу оцінки та забезпечення безпеки промислового об'єкта при невизначених початкових даних з урахуванням кваліфікації диспетчера, який приймає рішення у разі виникнення аварії.

При цьому підвищується достовірність отриманих результатів за рахунок того, що у разі відсутності чітких початкових даних використовується експертні оцінки, представлені з допомогою нечітких множин. Розроблено програмне забезпечення, яке реалізує розроблені математичні моделі і методики.

Анотація

Дудатьєв А.В. Розробка математичних моделей для оцінки та забезпечення безпеки промислових об'єктів. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 — автоматизація технологічних процесів. — Київ: НВК “Київський інститут автоматики”,2000.

Дисертація присвячена розробці математичних моделей для оцінки та забезпечення безпеки промислових підприємств, зокрема хімічнонебезпечних об'єктів. В диссертації запропоновані математичні моделі, які забезпечують рішення задачі оцінювання та забезпечення безпеки як на етапі проектування, так і на етапі експлуатації при нечітких початкових даних. На їх основі запропоновані нові методики визначення основних показників, які впливають на загальну безпеку, такі як: ймовірність виникнення аварії, ранг події, чуттевість системи, ризик події, наслідки аварії, кваліфікація чергового персоналу.

Розроблені математичні моделі і методики покладені в основу автоматизованої системи керування безпекою промислового об'єкта.

Ключові слова: безпека промислового об'єкта, нечітка множина, лінгвистична змінна, ймовірність виникнення події, ризик, ранг подій, кваліфікація.

Abstract

Dudatiev A.V. Development of mathematical models for an estimation and security of safety chemically of dangerous objects. — the Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science for a speciality 05.13.07 — automatization of industrial processing.

The thesis is devoted to development of mathematical models for an estimation and safety of the industrial plants in particular chemically of dangerous objects. In a thesis the mathematical models which are offered ensure the problem solution of an estimation and safety, as on an operation phase at fuzzy data. The new procedures of definition of the basic exponents initial offered on their basis which influence blanket safety, as: probability of accident origin, are event rank, event hazard, accident consequence, qualification of the duty personnel.

Designed mathematical models are put in a basis of the automized control system of safety of industrial object.

Key words: safety of industry object, fuzzy set, linguistic variable, probability of event origin, event rank, hazard, qualification.

Аннотация

Дудатьев А.В. Разработка математических моделей для оценки и обеспечения безопасности химически опасных объектов. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 —автоматизация технологических процессов — Киев: НПК “Киевский институт автоматики”,2000.

Диссертация посвящена разработке математических моделей для оценки и обеспечения безопасности промышленных предприятий, в частности химически опасных объектов. В работе рассмотрены известные методы оценки надежности и безопасности сложных систем, в том числе промышленных предприятий. Анализ рассмотренных методов показал, что их применение не всегда возможно в связи с частичным или полным отсутствием исходной информации о надежности элементов, входящих в состав системы или вероятностях возникновения различных событий, влияющих на безопасность системы в целом.

Для решения задачи оценки и обеспечения безопасности промышленного объекта при нечетких исходных данных было предложено использовать аппарат теории нечетких множеств. Этот аппарат в достаточной степени позволяет экспертные оценки, выраженные в лингвистической форме, формализовать для дальнейшей обработки.

Для решения задачи оценки безопасности промышленных объектов была разработана логико-вероятностно-лингвистическая модель возникновения и развития аварии, которая позволяет получить наиболее важные показатели безопасности исследуемого объекта, такие, как вероятность возникновения аварии, риск аварии, ранг события, влияющего на возникновение аварии. Была предложена также математическая модель оценки чувствительности исследуемого объекта при нечетких исходных данных.

На этапе эксплуатации при возникновении аварийной ситуации важным показателем является оценка последствий аварии. В работе было предложено решение задачи прогнозирования последствий аварии с выбросом сильнодействующих ядовитых веществ при нечетких исходных данных. Была предложена математическая модель и на её основе методика, позволяющая по экспертным лингвистическим оценкам о влияющих факторах определить прогнозируемые величины, такие, как радиус зоны заражения.

В работе также предложен критерий для оценки квалификации дежурного диспетчера, являющегося важным звеном в системе управления безопасностью.

Для оценки адекватности предложенных методов было проведено сравнение эквивалентности нечетких множеств ( экспертных данных и рассчитанных ), а также сравнение результатов прогнозирования последствий аварии при четких исходных данных с результатами полученными по предложенной методике. Сравнение результатов показало адекватность предложенных методов.

Ключевые слова: безопасность промышленного объекта, нечеткое множество, лингвистическая переменная, вероятность возникновения события, ранг события, риск, квалификация.

Підписано до друку 28.08.2000 р. Формат 29.7ґ42 ј

Наклад. 100 прим. Зам. № 2000-071

Віддруковано в комп'ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького державного технічного університету.

м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 93. Тел.: (0432) 44-01-59