"Научный аспект №1-2019" - Технические науки

К вопросу о разработке интеллектуальных средств для системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях

Мухамедов Роман Наилевич – студент-магистрант Аэрокосмического института Оренбургского государственного университета.

Аннотация: В статье рассматриваются вопросы, связанные с разработкой интеллектуальных средств для системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях на базе экспертной системы.

Ключевые слова: Интеллектуальные средства, экспертная система, база знаний, структурная схема, модульная структура.

Развитие и увеличение производства, как правило, несет определенные риски. В частности, это приводит к возрастанию рисков для здоровья людей и окружающей среды. На различных промышленных предприятиях производятся, обрабатываются, хранятся и транспортируются немалые количества взрывоопасных веществ, многие из которых обладают высокой токсичностью и способны при определенных условиях вызвать массовые отравления людей и животных, а также заражать окружающую среду.

Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций является одной из важнейших задач. Поэтому поводу был издан указ президента РФ, от 6 мая 2018 г. №198 «Об Основах государственной политики Российской Федерации в области промышленной безопасности на период до 2025 года и дальнейшую перспективу» [1]. Поэтому технологии управления безопасностью отнесены к числу важнейших пунктов, на которых в первую очередь должны быть сфокусированы научные исследования.

Своевременное оповещение и качественное управление процессами системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях позволяет уменьшить их количество и масштабы, что в свою очередь ведет к уменьшению травматизма среди населения и пагубного влияния на окружающую среду.

На государственном уровне в различных странах мира была утверждена концепция приемлемого риска. Суть концепции приемлемого риска заключается в том, чтобы максимально огородить население и окружающую среду от различных вредоносных факторов, не выходя из принятых границ (параметров).

Так впервые, концепция приемлемого риска, была принята в Нидерландах в 1985 г. в качестве государственного закона. Согласно ему, вероятность смерти в течение года для индивидуума от опасностей, связанных с техносферой, больше 10^-6 считается недопустимой, меньше 10^-8 – пренебрежимой. Область приемлемого риска, исходя из экономических и социальных причин, соответствует диапазону 10^-6–10^-8.

В России Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» были также определены границы приемлемого риска [2]. Согласно ГОСТ 12.1.010 – 76 и ГОСТ 12.1.004 – 91 [3, 4], вероятность воздействия опасных факторов взрыва и пожара на людей в течение года не должна превышать 10^-6 на человека.

С целью уменьшения рисков аварий на промышленных предприятиях, был предложен комплекс мероприятий, который включает в себя:

Предварительный анализ систем предупреждения аварий на промышленных предприятиях может позиционироваться при помощи блок-схемы, представленной на рисунке 1 [5]:

Рисунок 1. Блок-схема анализа систем предупреждения аварий.

На этапе планирование работ и идентификации опасностей, могут быть даны предварительные рекомендации по уменьшению опасностей аварий с оценкой их достаточности, либо выводы о проведении более детального анализа опасностей и оценки риска аварий.

Оценка риска аварий может содержать качественные и количественные характеристики основных опасностей возникновения и развития аварий, а в отдельных случаях аварии могут исчерпываться только получением отдельных показателей.

Установление степени опасности аварий на объектах повышенной опасности и определение наиболее опасных составных частей объекта повышенной опасности рекомендуется использовать для разработки обоснованных рекомендаций по снижению риска аварий на объектах повышенной опасности, которые могут иметь организационный или технический характер.

Оперативное управление процессом предупреждения и ликвидации аварий базируется на использовании математических моделей и методов математического моделирования.

Важным действием является установление приоритетности выполнения мероприятий решения, что определяется, в основном, временем развития и увеличения аварии до момента начала воздействия на конкретный объект и окружающую среду (Т_чс).

Т_чс=t_раз+t_увл (1)

где t_раз - время развития аварии;

t_увл - время увеличения до момента начала воздействия на объект и окружающую среду.

При отсутствии дефицита времени на оповещение, защиту, сбор комиссии по чрезвычайной ситуации (КЧС), выработку сценария действий и принятие решения, само решение является результатом коллективной работы руководителя (ЛПР) и комиссии по ЧС и достаточно эффективно при реализации. Это возможно при условии, когда

Т_чс˃t_{оповещения}+t_защита+t_{сбор КЧС}+t_{принятие решений} (2)

где Т_{чс -} время наступления ЧС;

t_{оповещения} - время, необходимое для оповещения персонала и населения;

t_защита - время, необходимое на выполнение мероприятий по защите персонала и населения;

t_{сбор КЧС} - время, необходимое на сбор членов КЧС;

t_{принятие решений} - время, необходимое на выработку и принятие решения.

При внезапном возникновении ЧС реализуются условия, когда

Т_чс˂t_{оповещения}+t_защита+t_{сбор КЧС}+t_{принятие решений} (3)

то есть, нет времени на организацию оповещения и защиты, сбор комиссии и выработку коллективного решения. В этих условиях реальное значение имеет опыт и уровень профессиональной подготовки руководителя и его личные качества, например, психологическая устойчивость в условиях ЧС [6].

Основную роль в такой ситуации может сыграть наличие экспертной системы (ЭС) с имеющейся базой знаний. Она необходима, обеспечивать не только оперативное и полное оповещение об опасности, но и предлагать в кратчайшие сроки варианты защиты и наиболее эффективные меры по предупреждению аварий на промышленных предприятиях.

В статье предлагается концепция такой экспертной системы. Структура ЭС для предупреждения аварий на промышленных предприятиях имеет модульную структуру, при которой, каждая отдельная подзадача реализуется отдельным модулем. Это не только повышает гибкость, но и позволяет со временем дополнить возможности всей системы.

Структурная схема ЭС предупреждения аварий на промышленных предприятиях представлена на рисунке 2 и включает наиболее важные блоки.

Рисунок 2. Структурная схема ЭС предупреждения аварий на промышленных предприятиях.

Блок базы знаний – накоплены и отображены различные виды аварий, связанные с авариями на промышленных предприятиях. Данный блок помогает оператору найти уже существующее описание способа решения аварийной ситуации. Ярким примером базы знаний может служить работа С.И. Вальчика, где база знаний представлена в виде предоставлении информации о возможных сценариях ликвидации аварий и критериев принятия решений [7, с. 114].

Блок входных параметров – задаётся название работы, год выполнения, наименование объекта исследования, эксплуатирующая организация, тип объекта выбранного для анализа, цель анализа, определяются критерии безопасности (а именно границы приемлемого и недопустимого риска, которые устанавливают допустимые (приемлемые) уровни воздействий опасных факторов на персонал, население, окружающую среду и уровни вмешательства при авариях различного рода).

Таблицы нормативных документов – определяются распространяющиеся на анализируемый объект требования нормативных документов, которые рекомендуют для рассмотрения с одной стороны общий перечень опасных событий, а с другой выделяют для определения вероятности отказа элементы сложно-технической системы.

Блок формирования перечней – формируется полный перечень элементов сложно-технических систем, где содержатся опасные вещества, хранящиеся или используемые на промышленных предприятиях. Перечень элементов сложно-технических систем, должен отображать следующие характеристики: вероятность возникновения, масса, агрегатное состояние, вышедших опасных веществ и др.

Блок расчета вероятности отказа элементов – определяются связи событий отказов при помощи логических операций, и выполняется расчёт вероятности отказа систем безопасности вследствие внутренних причин.

Блок построения графической модели безопасности – производится построение «деревьев отказов». Таблицы отказов – представляют собой взаимосвязанные между собой таблицы. Данные таблицы заполняются в процессе проведения анализа риска аварий и используются в качестве хранилища основных результатов исследования уровня безопасности рассматриваемого объекта.

Блок расчета последствий аварий – проводится оценка общего экономического ущерба от реализации аварий, который определяется через сумму ущербов, наносимых населению, объектам техносферы (предприятиям, фирмам и т.п.) и окружающей среде.

Блок классификации аварий – производится определение уровня тяжести последствий аварий в соответствии с требованиями международных и национальных документов, выполняется построение матрицы риска аварий.

Блок коррекции и заключения – проводится сопоставление степени риска указанных аварий с выработанными критериями безопасности, определяемыми допустимым для эксплуатации объекта уровнем опасности, и формируется множество корректирующих мероприятий, осуществление которых позволит достичь требуемого уровня безопасности объекта.

В рамках предлагаемой концепции создание ЭС планируется на основе реляционной базы данных Access при помощи программ визуализации. Программная среда управления ЭС должна обладать интуитивно понятным интерактивным интерфейсом для взаимодействия с базой данных.

В ходе реализации концепции создания ЭС решены следующие задачи:

• проведён анализ существующих систем предупреждения аварий на промышленных предприятиях;
• выявлены основные недостатки существующих систем предупреждения аварий на промышленных предприятиях;
• предложены пути интеллектуализации для системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях;
• разработана структурная схема системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях.

В дальнейшем предстоит решить следующие задачи:

• разработать графический интерфейс для системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях;
• разработать алгоритм и таблицу программирования для системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях;
• провести экспериментальные исследования разработанной модели и сделать вывод об эффективности применения интеллектуальных средств для системы предупреждения аварий на промышленных предприятиях.

Список литературы