Привет студент

Геолого-географический факультет

Кафедра безопасности жизнедеятельности

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Системный анализ и моделирование процессов в техносфере»

 

 

 

Моделирование и системный анализ процесса обоснования требований к уровню безопасности

 

 

Аннотация

 

Пояснительная записка содержит 32 страницы, 4 рисунка, 4 таблицы, 17 источников.

В данной курсовой  работе приведены принципы нормирования показателей безопасности, выделены социально-экономические издержки, учитываемые при нормировании безопасности в техносфере, а также приведена оптимизация требований к уровню безопасности.

           

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………...4

1 Принципы нормирования показателей безопасности……………………...6

• Приемлемость требований к уровню безопасность……………………...6
• Нормирование уровня безопасности производственного или технологического процесса……………………………………………………………8

• Социально-экономические издержки, учитываемые при нормировании безопасности в техносфере…………………………………………………………...15
  • Ущерб от техногенных происшествий…………………………………..15
  • Затраты на обеспечение безопасности проведения производственных или технологических процессов……………………………………………………..19
• Оптимизация требований к уровню безопасности……………………20
  • Нормирование вероятности проведения производственных и технологических процессов без происшествий……………………………………..20
  • Допустимые потери времени на ликвидацию последствий техногенных происшествий…………………………………………………………..25

4 Пример работы в случае аварии ядерной энергетической установки…...28

Заключение…………………………………………………………………….31

Список использованных источников………………………………………...32

 

 

 

Введение

 

Переход к новым хозяйственным механизмам развития всех технологических и производственных процессов невозможен без полного применения достижений научно-технического прогрес­са, эффективного использования ресурсов, снижения ущерба от аварийности и травматизма. Решение этой грандиозной задачи требует также научно обоснованных подходов к анализу и синтезу всех без исключения отраслей промышленности, сельского хо­зяйства, транспорта и энергетики. В то же время дальнейшее по­вышение энерговооруженности общества, применение новых технологий и материалов ведут к побочным издержкам с серьезным моральным и материальным ущербом.

Системный анализ и моделирование основных процессов в биосфере вообще и в техносфере в частности особенно актуаль­ны на нынешнем этапе развития производительных сил, когда из-за трудно предсказуемых последствий соответствующих вред­ных эффектов поставлено под сомнение само существование че­ловека. Рассматриваемые в настоящей книге вопросы важны для решения данной проблемы, в том числе по причине прошедших катастроф, которые стали следствием обострения противоречий между новыми средствами производства и традиционными спо­собами их использования. Все это свидетельствует о необходимо­сти пере смотра существующих представлений и основанных на них методов организации и обеспечения безопасности произ­водства.

Как показывают статистические данные, за последние 20 лет произошло  56 % (только в 80-е гг. - 33 %) от общего количества наиболее крупных происшествий в промышленности и на транс­порте. Если с 1970 по 1988 г. было зафиксировано 14 природных и техногенных катастроф с ущербом более 1 млрд. долл., то в пери­од 1989-1999 г. - уже 32, а в 1999 г.- 7. [1]

Особенно остро обозначенная проблема стоит в нашей стране, поскольку уровень безопасности проведения производственных процессов в 5 - 10 раз ниже зарубежного. Пожарная безопасность наших морских судов почти в 10 раз ниже мирового уровня, воздушных перевозок - в 8 раз ниже аналогичных показателей веду­щих в этой отрасли государств, автомобильного транспорта ­уступает зарубежному уровню примерно на два порядка или по­чти в 5 раз (в пересчете на один автомобиль).[3]

Сложившаяся кризисная обстановка в вопросах аварийности и травматизма объясняется не только низкой культурой безопасно­сти и технологической недисциплинированностью людей, но и конструктивным несовершенством и большим износом использу­емого промышленного и транспортного оборудования. Считается, что лишь 6 % выпускаемой продукции полностью соответствует существующим требованиям к безопасности. Определенный отрицательный «вклад» В эту проблему внесло совершенно неудовлет­ворительное научное и образовательное обеспечение ее решения.

Несмотря на привлекаемые к теоретическому изучению про­блем безопасности крупные средства, до сих пор не завершена разработка        общей

 

теории безопасности и таких ее важных сфер, как теория национальной и производственно-экологической без­опасности. Следствием этого стали отсутствие соответствующих научных школ, дефицит высококлассных профессионалов в науке и образовании, а также непринятие реальных мер по предупреж­дению техногенных катастроф.

Проводимые в нашей стране исследования по проблемам рис­ка и производственной безопасности страдают из-за ведомствен­ных барьеров, отсутствия единой, скоординированной методоло­гии. Использование разных методик и критериев ведет к неопти­мальным решениям, большим экономическим издержкам и не­избежному в таких случаях риску крупных аварий. С учеными со­лидарны и крупнейшие специалисты в области надежности слож­ныx систем, которые указывают, что именно наличие теорети­ческих, методологических разработок, созданных на их основе инженерных методов позволит разработать меры по обеспечению безопасности еще на этапе их проектирования.

Несомненно, что проблема предупреждения происшествий имеет особую актуальность в атомной энергетике, химической про­мышленности, при эксплуатации вооружения и военной техни­ки, оснащенных мощными источниками энергии, высокотоксич­ными и агрессивными веществами. Недооценка указанных факто­ров приводит к гибели людей, выводу из строя оборудования, загрязнению окружающей среды вредными веществами. Предуп­реждение подобных происшествий и снижение ущерба от них тре­буют целенаправленной работы по изучению обстоятельств их появления, использованию методов системного анализа и моде­лирования потенциально опасных процессов в техносфере.

Краткий обзор техногенных катастроф подтверждает значимость рассматриваемой проблемы для перечисленных сфер деятельно­сти человека. Оказывается, что впервые требования к конструк­тивным критериям надежности и безопасности оборудования са­молетов были установлены по результатам обработки статисти­ческих данных в авиации. Первый опыт использования математи­ческих моделей изменения надежности был накоплен в процессе отработки ракет ФАУ-1, после того как 10 из них взорвались на старте или упали в пролив Ла-Манш. Исследование этих моделей позволило отказаться от бытующего мнения о том, что «проч­ность цепи не слабее прочности худшего звена».

Именно при оценке надежности и безопасности эксплуатации бомбардировщиков Б-52 впервые была обоснована необходимость учета их отказов, в том числе по вине ошибочных действий летчиков. Наконец, именно взрывы межконтинентальных баллистичес­ких ракет в США, опасные инциденты и происшествия на атомных электростанциях потребовали серьезных теоретических иссле­дований и при освоении космического пространства, привели к появлению количественных методов анализа и оценки безопасно­сти, основанных на построении структурных схем надежности и «дерева происшествий».

 

 

1 Принципы нормирования показателей безопасности

 

1. 1 Приемлемость требований к уровню безопасности

 

Отсутствие общепринятых количественных показа­телей и способов их нормирования, контроля и поддержания яв­ляется одним из основных факторов, затрудняющих разработку программ обеспечения безопасности в техносфере. По этой же при­чине при проектировании и изготовлении технологического обо­рудования недостаточно оценивается его опасность, что понижа­ет качество заблаговременной подготовки персонала и эффективность последующей контрольно-профилактической работы по предупреждению аварийности и травматизма на производстве и транспорте.

Положение от части облегчается тем, что были введены вероятностные показатели и предложен ряд способов их предварительной оценки. В сравнении с используемыми коэффициентами частоты К_Ч и тяжести К_Т происшествий они обладают такими достоинствами, как легкость сопряжения с другими производственными показателями, а также возможность контроля их значений на всех стадиях жизненного цикла соответствующих объектов. Включение этих пока­зателей в программы обеспечения безопасности технологических процессов позволит также применить известные методы оптими­зации при установлении, обеспечении и контроле их требуемых значений.

Изменчивость  психологического восприятия риска обуслов­лена в том числе и многогранностью этого понятия, указываю­щего как на возможность (частоту) причинения ущерба, так и на его размеры. Это может приводить к неоднозначному отношению людей к одной и той же величине техногенного риска, если он проявляется каждодневно, но с малым ущербом (как, например, в дорожно-транспортных происшествиях) и единовременно ­допустим, в авиационной или морской катастрофе. Особенно на­глядно это проявилось. В ядерной энергетике, считавшейся до1986 г. чуть ли не абсолютно безопасной и переживающей после известной трагедии глубокий, в смысле общественного отноше­ния, кризис.[2]

Нельзя не отметить и другие сложности, возникающие при определении принципов и способов нормирования безопасности, которые касаются уже того, кто, для кого и когда должен уста­навливать степень приемлемости или неприемлемости безопасно­сти в техносфере. Лучше всего до­верить определение таких норм обществу и самим работникам, поскольку это связано с изъятием у них соответствующих ресур­сов, а стало быть, с ущемлением их прав и других возможностей. Однако и здесь мы наблюдаем несовпадение представлений о при­емлемости техногенного риска, непосредственно работающих на предприятиях промышленности либо транспорта и общества в целом.

С точки зрения их персонала, уровень безопасности должен быть предельно высоким, так как в противном случае работники подвергаются риску гибели или других несчастных случаев. Подобное отношение наблюдается со стороны общества в целом, что связано с недопустимостью происшествий, сопровождающихся ущербом для людей и окружающей природной среды. Сложнее обстоит дело с производственными предприятиями, которые, с одной

стороны, несут расходы на обеспечение безопасности и вынуждены вследствие этого включать их в себестоимость продук­ции, а с другой - обязаны компенсировать ущерб от возможных происшествий.

В этих условиях объяснимы и оправданы попытки установить такие требования к уровню безопасности производственных и тех­нологических процессов, который устраивал бы всех. Приемле­мость таких требований необходимо понимать как вынужденные на конкретных этапах развития общества соотношения между воз­можностью возникновения происшествий в техносфере и реаль­но доступными в это время технико-экономическими возможно­стями их предупреждения и снижения тяжести последствий. Естественно, что определение этих соотношений должно проводиться с учетом ряда особенностей.

Подобные факторы должны учитывать условия, в которых мо­жет ставиться и решаться столь ответственная задача. Нормирова­ние уровня безопасности конкретных процессов, т. е. принятие решения о приемлемости риска, должно рассматриваться как вынужденная мера и одно из заключительных звеньев в реализа­ции, говоря языком теории игр, смешанной стратегии, состоя­щей из следующих (в порядке важности) частных стратегий:

а) уменьшение опасности для общества со стороны созданных        им объектов;

б) сокращение людских и материальных ресурсов, подвергающихся вредному воздействию;

в) снижение возможности появления техногенных происше­ствий;

г) уменьшение тяжести их последствий в случае возникновения.

Нормирование требуемой безопасности в техносфере лучше еще одной альтернативной стратегии – ничего не делать. Последнее допустимо лишь в тех ситуациях, когда необ­ходимость проведения технологических процессов может быть оп­равдана национальными интересами, а ущерб отказа от них соиз­мерим с возможными при этом опасными последствиями. Есте­ственно, что такое отношение возможно при наличии надежных данных о предпосылках к происшествиям с некатастрофическим ущербом обществу.

Можно назвать и другие сложности нормирования техногенного риска, обусловленные большой ответственностью и трудностью количественной оценки его величины, отсутствием в ряде случаев необходимых данных. Однако и изложенные выше аргументы убедительно подтверждают исключительную ответствен­ность и деликатность обоснования требований к уровню безопас­ности конкретных технологических процессов. В самом деле, ведь все перечисленные и другие особенности рассматриваемой зада­чи обусловленным набором самых разнообразных факторов – эти­ческих, юридических, экономических.

В целом же можно утверждать, что приемлемый уровень безо­пасности в техносфере определяется теми издержками, которые готово нести соответствующее общество за обладание ею. Други­ми словами, оптимальность упомянутых выше соотношений за­висит от зыбкого равенства между затратами на обеспечение без­опасности и ценой ущерба от предполагаемых техногенных про­исшествий.

 

Приведенные соображения свидетельствуют, что при обоснова­нии требований к уровню безопасности следует всесторонне учи­тывать как принятую

выше энерго-энтропийную концепцию ава­рийности и травматизма, так и накопленный к настоящему време­ни опыт. Отсюда вытекает необходимость признать объективно су­ществующие в техносфере опасности и научиться их нормировать, с одной стороны, а с другой - оценить на предмет пригодности для этой цели следующие три известных ныне способа:

а) установление приемлемых показателей аварийности и трав­матизма на производстве и транспорте путем приравнивания их величины к частоте возникновения стихийных бедствий или бы­товых несчастных слyгаев;

б) выбор величин показателей безопасности в соответствии с теми  x значениями, которые достигнуты в наиболее благопо­лучных отраслях техносферы;

в) обоснование оптимальных по выбранным критериям коли­чественных показателей безопасности.

Охарактеризуем возможности применения каждого из указан­ныx подходов.

 

1.2 Нормирование уровня безопасности производственного или технологического процесса

 

Нормирование уровня безопасности производственного или технологического процесса первым способом предполагает необ­ходимость в использовании статистических данных о частоте воз­никновения несчастных случаев с людьми как на производстве, так и вне него. К настоящему времени накоплены данные, часть которых приведена в таблице 1.

Допустимые значения частоты или вероятности возникнове­ния происшествий при проведении конкретных процессов могут устанавливаться пропорционально значениям с учетом их специфичности. Так, национальными нормами радиационной безопасности предписано, что риск мгновенной смерти или по­явления ракового заболевания жителя США, проживающего на удалении от 1 до 50 миль от АЭС, не должен превышать одной тысячной доли от суммы всех прочих рисков. В ядерной энергетике Франции допустимая вероятность появления происшествия с не­приемлемыми последствиями не может превышать одной милли­онной для всех ее ядерных реакторов (что соизмеримо с частотой естественных стихийных бедствий), тогда как воз­никновение расчетной аварии за год эксплуатации одного реак­тора должно быть менее вероятно в десять раз.[6]

 

 

 

Таблица 1 – Частота гибели людей при несчастных случаях

 

Фактор и вид несчастного случая	Частота
Авиационные катастрофы и другие происшествия	0,00008
Авария с ядерным реактором	0,0000001
Дорожно-автотранспортные происшествия	0,00024
Падение или удар падающим предметом	0,000106
Опасные факторы пожара и взрыва	0,00004
Опасности работы и отдыха на воде	0,000033
Болезни человека в возрасте до 20 лет	0,006
Стихийные бедствия (молния, ураган, наводнение)	0,0000006
Травмирование при занятиях акробатикой	0,005
Поражающее действие электротока	0,000006

 

 

При использовании второго подхода к обоснованию требова­ний по безопасности уже учитывается накопленный опыт веду­щих отраслей промышленности, а достигнутые в них результаты могут служить нормой для остальных. Например, нормами МА­ГАТЭ  учтены реальные возможности современной ядерной энер­гетики, что проявилось, например, в назначении таких максимально возможных значений вероятности тяжелой аварии на тех же АЭС: 10-4 за год работы одного ныне существующего реактора и 10-5 - для уже строящегося или еще проектируемого.[6]

Известна также попытка применения данного подхода в Великобритании, когда в качестве эталонной частоты смертельных несчастных случаев была предложена так называемая социально приемлемая цена риска, оцениваемая для корпорации «Импери­ал кемикал индастриз» гибелью двух работников за 10 млн чело­векочасов выполнения производственных процессов или величиной ущерба в 200 тыс. фунтов стерлингов.

Это предложение встре­тило сопротивление остальных отраслей промышленности, кото­рые сочли невозможным (по экономическим соображениям) за­конодательное введение столь высоких требований к безопасно­сти. Кроме того, представителями науки и общественности было высказано сомнение в целесообразности нормирования именно величины ущерба вследствие сложности и неэтичности такого подхода.

 

В целом же знакомство с данными двумя подходами свидетель­ствует о сугубо эмпирической сущности такого нормирования и вытекающих из этого недостатков, ограничивающих сферу их при­ложения. Использование для нормирования безопасности в тех­носфере одного лишь опыта и общественного мнения, которые могут формироваться и интерпретироваться по-разному, в зави­симости от существующей или навязываемой людям точек зре­ния, не гарантирует успеха. Вот почему вследствие сию минутной конъюнктуры и психологического давления данные методы теря­ют былую привлекательность и постепенно вытесняются в насто­ящее время более основательными подходами.

Рассмотрим более детально соображения о принципиальной возможности и необходимости реализации на практике третьего из перечисленных способов - обоснования оптимальных значе­ний количественных показателей безопасности. При этом в каче­стве критерия оптимизации будут выбраны суммарные эконо­мические издержки, связанные как с предупреждением возмож­ных происшествий, так и с ликвидацией последствий их появле­ния. С этой целью воспользуемся приведенными на рисунке 1 гра­фиками изменения затрат S на обеспечение безопасности некото­рого объекта и размеров ущерба Y от возможных на нем происше­ствий в зависимости от вариации параметра I, пропорционально­го вероятности их невозникновения. Прокомментируем последо­вательно каждый из этих графиков.

Отмеченное на горизонтальной оси значение показателя I₁ при­ходится к началу эксплуатации конкретного объекта, а величина издержек S(I₁) соответствует затратам на обеспечение его без­опасности к этому моменту (при этом для простоты приня­то, что S(I₁) = 0). В то же время величина выбранного показате­ля I₂ рассматривается ниже как приемлемый для общества в це­лом уровень безопасности фун­кционирования этого объекта, характеризуемый достаточно высокими затратами S(I₂) и предельно низким ущербом Y(I₂). В общем случае уместно предположить о нелинейном и монотонном изменении каждой из функций S(I) и Y(I).

        

Рисунок 1 – Графики зависимостей Y(I), S(I) и R(I)

 

 

Кривой R(I) на этом же графике показано изменение величины суммарных социально-экономических издержек производственного объекта, обусловленных затратами на предупреждение про­исшествий и компенсацию их нежелательных последствий:

                                         R(I) = S(I) + Y(I).                                                      (1)

Как видно из рисунке 1, зависимости R(I),  S(I), Y(I).имеют частные производные, которые удовлетворяют таким неравен­ствам:

 

                                      Y'(I)<0; Y''(I)>0; S''(I)>0  S' (I)>0.                            (2)

поэтому можно утверждать, что существует значение показателя безопасности I*, обеспечивающее соблюдение следующих условий:

 

                                    I₁<I*<I₂; R'(I)_l=1*= S'(I)_1=1* +У'(I) _{1 = 1*}.                       (3)

 

Поскольку величина второй производной функции суммарных издержек R(I) принимает положительные значения на всем диа­пазоне изменения I, то существует такое значение этого парамет­ра I*, которое обеспечивает минимум суммарных затрат R(I*) и, следовательно, является для рассматриваемого производственно­го объекта оптимальным.

Еще одна группа графиков приведена на рисунке 2, с целью иллюстрации возможности нахождения такого уровня безопас­ности конкретной деятельности в техносфере, который мог бы быть приемлем не только с точки зрения производственных пред­приятий, но и общества в целом. Очевидно, что этот уровень должен характеризоваться значением показателя частоты техногенных происшествий, принадлежащим отрезку [I*, I₂]. Для отыс­кания его величины как раз и может быть использован так назы­ваемый коэффициент приемлемости требований общества, оп­ределяемый здесь следующим выражением:

 

                                       к = (I-I*)/(I₂ –I*).                                               (4)

Как видно из приведенного рисунка, здесь сохранена нелинейность и монотонность изменения тех же самых издержек S(к), Y(к), R(к), однако коэф­фициент к изменяется уже в пределах от нуля до единицы, соответствующих значениям предыдущего параметра I₁ и I₂.

 

 

Следовательно, для первой и второй производных от функции У(К) справедливо, что

                                      У'(К) <0, У"(к)>0.                                                 (5)

 

По аналогии можно утверждать, что существует значение коэффициента приемлемости требований вещества К*, удовлетворяющее таким условиям:

 

                              О<к≤ 1 и R'(K _|θ=θ* = S'(K _|θ=θ* +У'(К)_|θ=θ*.                           (6)

 

Поскольку величина второй производной от суммарных издер­жек R"(к)>0, то можно считать, что существует и значение к*, соответствующее их минимуму и определяющее оптимальный, т. е. социально приемлемый, уровень безопасности конкретного про­изводственного или транспортного объекта.

Проанализируем полученные результаты. Найденное значение коэффициента приемлемости происшествий к*, пропорционального вероятности их непоявления за определенный период времени, является действительно оптимальным для каждого технологического объекта или процесса, так как учитывает и интересы производственных предприятий, и интересы общества в целом.

Смещение уровня их безопасности в направлении значения к'= 0 проявится в повышении рентабельности конкретного предприя­тия, хотя и может сопровождаться ростом материального и мо­рального ущерба по причине возможных на нем техногенных про­исшествий. И наоборот, по мере приближения показателей без­опасности к другому граничному значению к'= 1 будет наблюдаться снижение рентабельности данного производства (вследствие повышения себестоимости его продукции), хотя подобная тен­денция и может способствовать снижению там социальной напряженности.

Очевидно также, что повышение рентабельности отдельных производственных предприятий и обеспечение безопасности их персонала будут всегда проявляться как единство и борьба проти­воположностей. Представляется, что общество интуитивно учитывает это при регулировании на практике уровня безопасности отдельных производств и технологий, в том Числе и оптимизируя его по критерию минимума суммарных Социально-экономичес­ких издержек, обусловленных объективно существующими там опасностями.

Наиболее наглядно это может быть подтверждено на примере сопоставления заметно отличающихся между собой уровней без­опасности автодорожных и авиационных перевозок.

И это не спроста. Ведь по экономическим соображениям значи­тельно труднее исключить, например, наезды автомобилей на пешеходов путем полной Изоляции соответствующих коммуника­ций (построить всюду наземные эстакады и подземные перехо­ды) даже в сравнении с оснащением всех авиапассажиров и эки­пажей авиалайнеров теми средствами спасения, которые должны бы гарантировать их спасение в случае возникновения летных про­исшествий.

Однако имеются и не совсем удачные попытки «интуитивной  оптимизации», например, уровня безопасности эксплуатации ядер­ных реакторов. Трагедия Чернобыля - следствие такой крайне неудачной «экономии» на средствах обеспечения безопасности наших АЭС в процесс е их функционирования в штатных и экстре­мальных ситуациях. Это проявилось, в частности, в игнорирова­нии следующих рекомендаций МАГАТЭ, предусмотренных не только для защиты ядерных реакторов от разного рода опасных внешних воздействий, но и для снижения последствий возникно­вения там «расчетных аварий»:

а) закрытие реакторов монолитными железобетонными кол­паками обтекаемой формы - для защиты от падающих летатель­ных аппаратов и ограничения (фильтрации) массовых вредных выбросов из его разгерметизированного корпуса;

б) заблаговременное обустройство саркофага под реактором и оснащение его фундамента детонирующим удлиненным заря­дом - для вынужденного оперативного захоронения реактора в случае тяжелой аварии.

Подобное отношение часто наблюдается и в процессе обеспе­чения безопасности эксплуатации электроустановок, когда в це­лях экономии токопроводящих материалов (меди, алюминия) и средств на установку устройств преобразования и аварийного от­ключения электрического тока отказываются от применения тех­нических средств и способов защиты человека. Например, не ис­пользуют менее опасные (пониженные) напряжения электричес­ких сетей, а также уклоняются от повсеместного применения «за­нуления» нетоковедущих металлических частей электроустановок и электрического разделения цепей.

Можно привести и другие примеры, подтверждающие тот факт, что администрация и организаторы производства, пытаясь мини­мизировать единовременные затраты на предупреждение техно­генных происшествий, заведомо подвергают себя и окружающих риску причинения впоследствии более значительного материаль­ного и морального ущерба. Думается, что все это

 

хорошо известно и читателю, который мог бы привести и другие подобные приме­ры неоправданной экономии средств на сохранение здоровья и жизни людей.

Завершая же рассмотрение принципов нормирования техно­сферной безопасности, хотелось бы еще раз подчеркнуть актуальность и сложность данной задачи, необходимость поиска наибо­лее аргументированных подходов к ее решению. Один из таких путей, развивающий последний из только что изложенных мето­дов оптимизации соответствующих показателей, будет изложен в заключительном параграфе текущей главы.

Однако до того, как проиллюстрировать этот перспективный метод, целесообразно более детально ознакомиться с содержанием экономических издержек, обусловленных объективно существующими в техносфере опасностями.

 

 

2 Социально-экономические издержки, учитываемые

при нормировании безопасности в техносфере

 

2.1 Ущерб от техногенных происшествий

 

Предложенная интерпретация техногенно – производственной опасности как возможности причинения ущерба от аварийности и травматизма, а также знакомство с известными подходами к опре­делению приемлемости соответствующего риска привели к необ­ходимости более пристального рассмотрения содержания ущерба и затрат на его снижение. Потребность в этом также определена зна­чимостью соответствующих издержек и необходимостью их учета в качестве критерия оптимизации или ограничений при решении задачи обоснования требований к уровню безопасности.

Следует отметить, что рассматриваемые здесь суммарные издержки (затраты на предупреждение техногенных происшествий совместно с возможным ОТ них ущербом) составляют заметную долю от совокупных производственных расходов. Считается, что они могут оцениваться более чем в 3 % от проектной  стоимости производственного оборудования и до 10 % от расходов на его эксплуатацию, а в фармакологии, например, эти издержки уже составляют 30-    50 %. Вот почему целесообразно подробнее охарактеризовать каждую из ресурсных составляющих исследуемых издержек.

Что касается ущерба от техногенных происшествий, то в соответствии с принятой ранее концепцией его причинение яв­ляется следствием воздействия соответствующих потоков на незащищенные от них людские, материальные и природные ресур­сы. Как правило, такое непосредственное и разрушительное воздействие приводит к появлению как прямого, так и косвенного ущерба, т. е. ухудшает свойства не только соответствующей чело­векомашинной системы, но и взаимодействующего с ней окру­жения. Здесь ограни­чимся лишь напоминанием о них и последующим учетом каждого компонента рассматриваемых здесь издержек.

Обратим также внимание на слабую структурированность и той части совокупного ущерба от происшествий в техносфере, кото­рая обусловлена издержками очевидцев несчастных случаев и их родственников, а также непроизводительными расходами адми­нистрации соответствующих предприятий. В последнем случае речь идет:

а) о необходимости срочной перестройки структуры произ­водства и транспорта;

б) менее эффективном использовании или перерасходе выделенных для этого ресурсов;

в) ликвидации по­следствий происшествий (нейтрализации вредных веществ, оказании медицинской помощи потерпевшим);

г) представлении соответствующих докладов и отчетов;

д) про ведении расследо­ваний и дополнительных инструктажей по мерам безопасности;

е) страховых, штрафных и других компенсирующих санкциях.

В качестве исходных данных, необходимых для определения плотности оказавшихся ресур­сов, следует учитывать число находящихся в этих зонах людей, количество их недвижимого и движимого имущества, а также абио­тических и биотических природных ресурсов. Напомним, что к последнему их виду обычно относят наземную и водную фауну и флору.

Как следует из приведенных данных, определение количествен­ных параметров ущерба от аварийности и травматизма является актуальной, но в то же время и достаточно сложной задачей. До­полнительно к уже изложенному это объясняется и деликатнос­тью оценки, например, ущерба здоровью людей и природной сре­де, требующей учета большого числа нечетко определенных по природе факторов. Все это существенно затрудняет разработку способов априорной количественной оценки техногенного ущер­ба, а значит, и нормирование последствий возможных происше­ствий.

Более того, анализ приведенных материалов свидетельствует о принципиальной невозможности заблаговременного и точного прогноза величины ущерба от аварийности и травматизма в тех­носфере. Именно это обстоятельство, а также ряд упомянутых ра­нее психологических и этических соображений заставляют исполь­зовать в качестве нормируемого здесь показателя вероятность по­явления техногенных происшествий, а не величину возможно­го от них ущерба. Необходимые же для его измерения единицы будут приведены чуть позже, после уяснения содержания другой составляющей рассматриваемых здесь издержек - затрат на обес­печение безопасности.

Необходимость в затратах на обеспечение безопасности также вытекает из принятой выше концепции о природе производ­ственной опасности и закономерностей возникновения аварий­ности и травматизма. Следуя этим представлениям, такие сред­ства необходимы для сохранения противоестественных с точки зрения законов энтропии термодинамических потенциалов и под­держания соответствующих свойств компонентов человекомашин­ных систем.

Естественно, что затраты на предупреждение техно­генных происшествий будут зависеть от энергоемкости технологических процессов, спектра и объема потребляемых в них ток­сичных и агрессивных веществ.

Для уяснения содержания подобных сложных категорий в системной инженерии чаще всего прибегают к их декомпозиции по каким-либо признакам. Воспользуемся здесь этой парадигмой; при этом в качестве основы для упорядочения исследуемых затрат, как и прежде, будем использовать интерпретацию безопасности в виде функционального свойства человеко-машинной системы. Следовательно, структуру этих затрат можно представить в виде дерева, состоящего из ветвей - компонентов данной системы и листьев - тех затрат, которые необходимы для придания каждому из них соответствующих свойств, а значит, и поддержания за счет этого всей системы в безопасном состоянии.

В форме такого дерева может предстать структура затрат на обеспечение безопасности дорожного движения, т. е. на предупреждение автотранспортных

 

происшествий и снижение ущерба от них в случае появления. Выбор данного вида аварийности и травматизма обусловлен его актуальностью, а также удобством декомпозиции соответствующей человеко-машинной системы. для учета особенностей других производственных и технологических про­цессов в техносфере под названиями отдельных элементов этого дерева приведены и более общие наименования соответствующих факторов.

Знакомство с приведенной структурой подтверждает не только многоаспектность затрат на обеспечение безопасности техносфе­ры, но и возможность их структурирования как по отдельным направлениям (компонентам человеко-машинной системы), так и внутри них. Особенно ярко это проявилось при выделении из об­щих затрат на организацию дорожного движения той части, которая непосредственно идет на предупреждение и снижение тяжести дорожно-транспортных происшествий, за счет поддержания:

а) обученности человека - приобретение и поддержание у водителей и пешеходов соответствующих знаний и навыков;

б) надежности и эргономичности машины - оснащение авто­мобилей безотказными органами управления и устройствами сиг­нализации;

в) комфортности рабочей среды - обустройство дорог сред­ствами разделения и регулирования потоков автотранспорта и пешеходов;

г) безопасности технологии - организация дорожного движе­ния и оказание своевременной помощи пострадавшим в транспортных происшествиях.

 

2.2 Затраты на обеспечение безопасности проведения производственных или технологических процессов

 

Нельзя не обратить внимания и на сложности, связанные с разграничением затрат на организацию производ­ственных или технологических процессов и обеспечение безопасности их проведения. Обоснование соответствующих способов и критериев заслуживает специального исследования; здесь же ог­раничимся констатацией данной проблемы, а также заметим, что некоторые подходы к ее решению будут подсказаны ниже - при рассмотрении способов обеспечения безопасности создаваемых в техносфере объектов.

Что касается исчисления затрат на предупреждение происшествий в техносфере и компенсацию обусловленного ими экономического ущерба, то для этого целесообразно ввести одни и те же денежные или другие эквивалентные им единицы. Как уже отмечалось в качестве универсальной меры подобных издержек лучше всего использовать затраты общества, оцениваемые тем со­циальным временем, которое утеряно или затрачено им на парирова­ние объективно существующих там опасностей. С этой целью наибо­лее целесообразно использовать человеко-дни.

Социально-экономический ущерб, вызванный временной потерей трудоспособности персонала из-за несчастных случаев и профессиональных заболеваний, может оцениваться числом че­ловеко-дней, необходимых для лечения и реабилитации постра­давших. Если же следовать   рекомендациям Международной       орга­низации         труда,      то ущерб    от     гибели одного

 

«среднестатистическо­го» человека следует считать равным 6000 - 7500 потерянных об­ществом человеко-дней, тогда как ущерб от увечий; людей, при­ведших к длительной потере ими трудоспособности, рекоменду­ется определять с помощью таблицы 2.[10]

Особо отметим, что предложенная здесь единица уже давно ис­пользуется в расчетах экономической эффективности производствен­ной деятельности людей и имеет эквивалентное денежное выраже­ние. Так, стоимость одного человеко-дня в начале 80-х г. ХХ в. со­ставляла в нашей стране примерно 30 р. Это значение было рас­считано исходя из вклада одного работника в национальный до­ход страны (прибавочной стоимости его труда за вычетом расходов нa потребление, пенсионное обеспечение, воспроизводство рабочей силы) и тогдашней продолжительность жизни.[9]

 

Таблица 2 – Ущерб от стойкой утраты человеком трудоспособности

 

Причина утраты трудоспособности	Степень утраты, %	Ущерб, чел.-дн.
смерть	100	7500
Полная неподвижность	100	87500
Потеря:
всей руки	35	2600
предплечья	30	2250
кисти	25	1860
ноги	20	1500
глаза	15	1125

 

Логично также считать, что социально-экономический ущерб от гибели человека, вывода из строя или повреждения материаль­ных ресурсов будет эквивалентен той недополученной доле прибавочной стоимости, которая при этом теряется производствен­ным предприятием или государством в целом. Следовательно, их издержки от гибели людей на производстве должны исчисляться не тысячами рублей, как это имело место в недалеком прошлом, а миллионами долларов. примерно так и обстоит дело с оценкой стоимости жизни в развитых капиталистических странах; и не в ее ли дешевизне - причина традиционно высокого производствен­ного травматизма у нас?

Примечательно, что упомянутая выше реальная цена челове­ческой жизни, найденная с позиций так называемой теории че­ловеческого капитала, совпадает и с ее оценками другими методами. В частности, с размерами страховых компенсаций за гибель людей, инвестициями общества на снижение риска прежде вре­менной смерти человека и оценками тех выплат, за которые от­дельные лица согласны добровольно подвергнуть себя смертельной опасности. Кроме того, найденная всеми этими способами средняя цена человеческой жизни оказалась прямо пропорциональной размерам валового национального продукта, что

 

подтверждается такими ее значениями: для США - 4,8 млн. долл., для государств Западной Европы - 3,2 и для нашей страны ­0,4-0,5.

Помимо морального аспекта, монетарный подход к оценке стоимости жизни человека страдает    и    явно        выраженной     дискри­минационностью –

зависимостью от возраста и уровня жизни людей, величины риска и степени достоверности его оценки. К тому же если учесть уникальность каждого из нас и несовпадение раз­ных (собственных и чужих) оценок ее степени, то становится по­нятной невозможность чисто экономического решения столь деликатного вопроса. Вот почему при определении техногенного и иного ущерба людским ресурсам предпочтительнее пользоваться человеко-днями, а их денежный эквивалент находить с учетом с приведенных здесь соображений.

В этом случае преодолена проблема и оценки социально-экономического ущерба, связанного с загрязнением окружающей среды и гибелью различных видов биоты. При ее решении следует исходить из принципиальной возможности оценки стоимости природных ресурсов по величине того ущерба, который несут природа и общество вследствие истощения репродуктивных свойств, заболеваний и гибели соответствующих биоособей.

Таким образом,  представляется возможным не только априорно оценивать количественно, но и измерять в одних и тех же человеко-днях как затраты на предупреждение техногенных происшествий, так и возможный от них ущерб материальным, природным и людским ресурсам, что позволяет приступить к решению задачи по обоснованию степени социально – экономической приемлемости соответствующего риска.

При этом могут быть преодолены препятствия, связанные с невозможностью точного априорного определения затрат на предупреждение происшествий в техносфере и ущерба от них. Лучше всего сделать это с помощью приближенных аналитических зависимостей между данными издержками и количественными показателями безопасности.

 

 

 

3 Оптимизация требований к уровню безопасности

 

3.1 Нормирование вероятности проведения производственных и технологических процессов без происшествий

 

Рассмотрим возможность реализации последнего из подходов применительно к нормирова­нию вероятности проведения производственных и технологиче­ских процессов без происшествий в течение установленного вре­мени τ. Выбор вероятности P_δ(τ). В качестве предложенного там показателя частоты их непоявления I оправдан ее большей (по сравнению с другими показателями) приспособленностью для нормирования характеристик системы обеспечения безопасности.

Более того, использование нормативных значений P_δ(τ) позволяет усовершенствовать процедуру обеспечения и контроля степени их удовлетворения на различных этапах жизненного цикла рассматриваемых процессов - за счет применения изложенных методик априорной и апостериорной оценки уровня их безопасности.

При решении рассматриваемой задачи критериями оптимизации и ограничениями будут служить показатели: ожидаемые средние затраты на обеспечение безопасности проводимых работ M_τ[S], математическое ожидание ве­личины ущерба от аварийности и травматизма М_τ[Y] и ожидае­мые средние потери времени проведения производственного или технологического процесса по причине происшествий M_τ[Z1. Выб­ранные показатели всесторонне характеризуют исследуемую сис­тему как некоторую организацию и поэтому полу­чают все большее применение в целях ее дальнейшего совершен­ствования их эквивалентом в известном смысле является риск социально-экономического ущерба от происшествий, широко применяемый в отечественных и зарубежных публикациях.

Использование перечисленных количественных характеристик также обосновано тем, что представляемые ими издержки состав­ляют заметную долю в общих расходах на производство и указы­вают на степень достижения цели, стоящей перед совершенствуемой здесь системой. При этом в качестве критерия оптимизации будут применены хотя и важные, но не всегда критичные эконо­мические издержки от объективно существующих опасностей ­сумма M_τ[S1 и М_τ[Y], тогда как в качестве ограничения – средние задержки времени работ M_τ[Z], недопущение которых в ряде слу­чаев более значимо, а иногда и абсолютно необходимо.

С учетом сделанных замечаний содержательная постановка за­дачи нормирования безопасности создаваемого производственного процесса может быть сформулирована следующим образом найти такое значение вероятности Ро(т.) безопасного (без проис­шествий) проведения данного процесса (эксплуатации конкрет­ного образца либо комплекса технологического оборудования) в течение заданного времени, при     котором       обеспечивается

 

минимум суммы средних затрат M_τ[S]и ущерба M_τ[Y], а средние ожи­даемые задержки M_τ[Z]за это время не превысят допустимого значения Т_∂ (P_δ).

Более строгая постановка задача может быть выражена следующей системой математи­ческих выражений:

 

R(P_δ)→max

M_τ[Z(P_δ)]≤ Т_∂ (P_δ)                                                                                               (7)

0≤ P_δ (τ)

 

       Первое слагаемое целевой функции R(P_δ) =  M_τ[S]+ M_τ[Y] пред­ставляет собой затраты, необходимые при создании и эксплуатации производствен­ного (технологического)    оборудования для обеспечения его на­дежности и эргономичности, оснащения техническими и техно­логическими средствами защиты. В последующем в эти затраты будут включены расходы на отбор, обучение и воспитание персонала, создание комфортных условий рабочей среды, внедрение других организационно-технических мероприятий по предупреждению аварийности и травматизма.

Анализ известных экономических исследований по безопасности и соображений показывает, что раз­меры затрат M_τ[S(P_δ)]  находятся в существенной зависимости от вероятности P_δ(τ), однако точное аналитическое определение функции S[P_δ(τ)] в настоящее время затруднено. Логично утверждать, что данная зависимость может быть представлена следующим дoстаточно универсальным выражением:

            

                           S[P_δ(τ)] =S₀ + [∂S(P_δ)/∂ P_δ]∆P_δ,                                                    (8)

 

где S₀ - доля исходных затрат, необходимых для создания системы обеспечения безопасности разрабатываемого производственного процесса;  

       ∂S(P_δ)/∂ P_δ  и ∆P_δ - величина приращения этих затрат, зависящая от прироста вероятности P_δ; и размеры этого прироста соответственно.

Для определения правой части последней аналитической зави­симости был исследован характер изменения включенных туда затрат при варьировании вероятности P_δ(τ). Оказалось, что повы­шение требуемой вероятности невозникновения происшествий связано обычно с ростом затрат S[P_δ(τ)], причем его интенсив­ность ∂S(P_δ)/∂ P_δ  резко возрастает по мере приближения вероятно­сти P_δ(τ) к единице. Это обусловлено тем, что обеспечение совер­шенно безопасных процессов современного энергоемкого произ­водства, предусматривающее а) абсолютную безотказность и эр­гономичность оборудования, б) совершенно безопасные техно­логические режимы его использования по назначению, в) пол­ное исключение ошибок персонала и опасных воздействий рабо­чей среды, требует (при нынешних технологиях) неоправданно высоких, практически бесконечных затрат S[P_δ(τ)].

В то же время логично предположить, что при уменьшении величины нормируемой здесь вероятности непоявления проис­шествий Р8(,) значение этих затрат также будет монотонно умень­шаться. При этом можно допустить, что по

 

мере приближения значения P_δ(τ) к другому граничному (нулевому) значению вели­чина S[P_δ(τ)] будет стремиться к некоторой константе S₀, не обя­зательно равной нулю.

Приведенные результаты указывают на возможность более точ­ной аппроксимации неявно заданной правой части уравнения (8) выражением, удовлетворяющим условию:

 

lim S[P_δ(τ)]→∞

lim S[P_δ(τ)]→S₀                                                                                               (9)

 

Не исключая других аналитических функций, обеспечивающих справедливость системы (9), рассмотрим для примера возможность аппроксимации затрат на предупреждение аварийности и травматизма при проведении конкретного процесса таким выра­жением:

 

S[P_δ(τ)]= M_τ[S] =С P_δ(τ) / [1 - P_δ(τ)],                                                              (10)

 

где С - параметр, величина которого может быть принята неиз­менной на некоторых интервалах времени, определенных уровняем принятой в эти периоды технологии обеспечения безопасно­сти рассматриваемого процесса.

В последующем будет показано, что значение введенного в выражениеe (10) параметра С - пропорционально расходам, необходимым для повышения уровня безопасности использова­ния соответствующего оборудования на один процент. Величина данного параметра выражается в единицах измерения затрат на обеспечение безопасности (человеко-днях или эквивалентных им по стоимости денежных единицах).

Второе слагаемое целевой функции задачи (7) - М_τ[У] оп­ределяется суммой прямого и косвенного ущерба (размерами люд­ских, природных и материальных ресурсов, выведенных из строя или поврежденных в результате происшествий, а также затратами на про ведение расследований, внеплановых инструктажей и других, обусловленных данными инцидентами мероприятий по восстановлению нарушенных производственных связей). К сожа­лению, полученное не может быть ис­пользовано для расчета подобного ущерба заблаговременно, так как содержит ряд заранее неизвестных параметров, таких, как k, С_M^K   и Y_j.

Учитывая сложность априорного представления зависимости У[P_δ(τ)] для ее аппроксимации может быть использован средний ущерб У от одного техногенного происшествия на конкретном производстве. Его значение, выражаемое также в человеко-днях или денежном исчислении, будет определяться типом технологического процесса и особенностями его проведения: энергоемкос­тью применяемого оборудования, составом взаимодействующих с ним сил и средств, последствиями возможных происшествий. Размеры же среднего ущерба Y от однотипных происшествий в соответствующей отрасли также могут быть приняты в первом при­ближении независимыми от вероятности их возникновения.

 

Такое допущение будет справедливо для всех тех производствен­ных процессов, которые имеют достаточно высокую безопасность проведения на сравнительно небольших интервалах времени. Дело в том, что анализ статистических данных о техногенных происше­ствиях подтверждает отсутствие какой-либо корреляции между величиной среднего ущерба от появления, например, какого-либо несчастного случая     или     аварии и их частотой либо

вероятностью возникновения.

Данный факт может быть, по-видимому, объяснен чисто психологически. Как свидетельствуют результаты соответствующих исследований, только при реальной возможности (значительной вероятности появления происшествий) люди начинают готовиться к ним заблаговременно и принимать меры к снижению возможного ущерба в случае их появления.

На основании принятых допущений и предположений значе­ние второго слагаемого целевой функции системы уравнений (7) может быть определено по следующей формуле:

 

                  М_τ[У] = У[1 - P_δ(τ)],                                                           (11)

 

где У - средние размеры ущерба от одного техногенного проис­шествия конкретного типа (катастрофы, аварии, несчастного слу­чая) при про ведении рассматриваемого процесса.

Заметим, что данное выражение является частным случаем классического расчета математического ожидания случайной ве­личины, так как получается заменой случайных переменных   или на их усредненные оценки.

Входящая в ограничение рассматриваемой задачи величина ожидаемых средних задержек процесса M_τ[Z(P_δ)] может быть оп­ределена аналогичным образом - как приближенная оценка ма­тематического ожидания соответствующей случайной величины. Такое допущение обусловлено одной и той же природой эконо­мического ущерба и такой его разновидности, как задержек работ по причине техногенных происшествий. Если принятое допуще­ние справедливо, то можно записать, что имеет место такое ра­венство:

 

M_τ[Z] = Z[1 - P_δ(τ)],                                                                                         (12)

 

где Z - средние потери времени проведения конкретного про­цесса вследствие возникновения одного техногенного происшествия.

С учетом принятых уточнений математическая постановка за­дачи по обоснованию требований к уровню безопасности разра­батываемого технологического объекта или процесса принимает следующий вид:

 

 

C P_δ(τ)/[l-  P_δ(τ)] + У[1 -  P_δ(τ)]→  min;

1-  P_δ(τ) ≤ Т_доп (P_δ)/Z,                                                                                       (13)

0< P_δ(τ)≤1

 

где Т_доп - допустимые задержки времени, необходимого для уст­ранения последствий возможных происшествий.

Анализ системы (13) показывает, что это постановка зада­чи условной оптимизации, содержащая структурное и смысловое ограничения. Она может быть решена классическим методом по­иска экстремума с последующей проверкой полученного реше­ния на соблюдения этих ограничений. В ней предполагается, что правая часть   первого       (структурного)     ограничения к

оптимизируемому параметру, Т_доп(Р_δ)/ Z, не может быть больше единицы, поскольку трудно вообразить, чтобы при нормировании уровня безопасности заведомо допускалось появление одного и более происшествий, т.е. соблюдалось неравенство Т_доп(Р_δ) >Z .

Вот почему для поиска искомого параметра необходимо взять первую производную по Рв(т) от целевой функции и приравнять полученное выражение нулю. Выполнение данных операций приводит после несложных преобразований к такому квадратному алгебраическому уравнению

 

YР_δ²(τ) – 2YР_δ(τ) + Y - С = 0,                                                             (14)

 

решение которого дает следующее аналитическое выражение оп­тимизируемой вероятности:

                 Р_δ(τ) = 1-, C<Y.                                                         (15)

 

- соотношение между ожидаемыми средними затратами Mt[ S] и возможным средним ущербом М,[У], при котором справедливо условие С/У≤1, может быть получено из формул (12.10) и (12.11) после подстановки значений

 

                 С = M_τ[S][1 - Р_δ(τ)]/ Р_δ(τ)                                                    (16)

и Y = M_τ[Y]/[1 - Р_δ(τ)]в условие С/ Y≤ 1, получается неравенство, определяющее область допустимых значений параметров С и У

 

                 С/У= [1- Р_δ(τ)²/ Р_δ(τ)М_τ [У]<1.                                                    (17)

 

Укажем, что данное условие при реально наблюдаемых на прак­тике значениях Р_δ(τ) трансформируется в более очевидное:(0,01... 0,3)M_τ[S]≤М_τ[У].

Рассмотренная здесь задача обоснования оптимальной по сум­марным издержкам вероятности выполнения производственно­го процесса без происшествий проиллюстрирована на рисунке 3, где линиям соответствуют близкие к наблюдаемым на производ­стве и транспорте параметры: 1 - M_τ[S] при С = 30; 2 - М_τ[У] при У = 1400; 3- M_τ[S]+ М_τ[У]; 4 - Q_доп(т) = Т_допР_δ / Z; M_τ[S]= 3 М_τ[У]. На кривой 3 графика хорошо видно наличие минимума в суммарных издержках от объективно существующих в техносфере опасностей.

 

 

 

3.2 Допустимые потери времени на ликвидацию последствий техногенных происшествий

 

Значение вероятности Р_δ(τ), соответствующее этому минимуму, а также прямые 4 и 5 - структурные ограничения, определяющие допустимые потери времени на ликвидацию последствий техногенных происшествий, как раз и указывают на область возможных значений этой вероятности. Поясним, что второе ограни­чение получено из выражения при наихудшем для конкретного процесса условии: 0,33 M_τ[S] = М_τ[У].

Вот почему в реальных ситуациях использования результатов решения данной задачи необходимо руководствоваться следующими правилами. Если полученное значение P_δ (τ) удовлетворяет структурному ограничению рассматриваемой задачи (находится внутри области допустимых значений), то найденное решение является требуемым. В случае невыполнения этого условия опти­мальное значение нормируемой здесь вероятности определяется исходя из предъявленных ограничений к допустимым задержкам Z и Т_доп Р_δ(τ) ,

Укажем  способ приближенного оценивания параметров С, Т_доп Р_δ(τ), У и Z, необходимых для обоснования требований к уровням безопасности разрабатываемых процессов, который основан на использовании статистических данных по аналогичным работам. Для определения входящих в эти параметры оценок Р_δ(τ) и М, [S] могут быть применены сведения о частоте И последствиях происшествий, а также затратах на их предупреждение. В предпо­ложении о малой изменчивости параметра С на отдельных этапах развития конкретных отраслей техносферы его оценка может быть рассчитана по зависимости (16):

 

С = M,[S][1- Р_δ(τ)]/ Р_δ(τ),                                                                                (18)

 

где М, [ s], Р_δ(τ) - соответственно оценки средних затрат на предупреждение происшествий на аналогичных процессах и веро­ятности их непоявления. 

Размеры среднего ущерба от происшествия У, а также вели­чина средних задержек времени работ по этой же причине Z оп­ределяются для конкретных производственных и технологических процессов, по следующим зависимостям:

 

Y =    Z =                                                                    (19)

 

где l - число типов происшествия (авария, несчастный случай, катастрофа), возможных при проведении исследуемых процессов;  - средний материальный ущерб;   - средние потери времени в результате появления там одного происшествия j-го типа.

Входящая в ограничение системы (13) величина Т_доп Р_δ(τ) определяется следующим образом. При известных значениях за­держек Z в процессе выполнения аналогичных работ ее можно рассматривать как долю  той величины - утраченного социаль­ного времени: Т_доп Р_δ(τ)-5. Z . Отсюда следует, что для достигнутых на аналогах значений Р_δ(τ) ограничение к величине допустимых задержек времени про ведения разрабатываемого процесса может определяться из такого соотношения:

 

1- Р_δ(τ) ≤ Т_доп(Р_δ )/Z'                                                                                        (20)

 

Проверка работоспособности изложенного выше подхода к нор­мированию уровня техносферной безопасности осуществлена на примере технологического

про­цесса, выполняемого бригадой из двух человек с помощью авто­крана типа КС-3572. При этом были использованы его реальные параметры и статистические данные о происшествиях при пере­ грузочных работах [6]. Предполагалось также, что размеры среднего ущерба и средних задержек времeни- от одного происшествия при этих работах составили у = 660 и Z =12 чел.-дн., а предельно допустимые потери времени Т_доп(Р_б) от аварийности и трав­матизма за весь период эксплуатации автокрана (Т = 7 лет) нe могли превышать 10 чел.-дн.

Определение затрат на обеспечение безопасности данного процесса проводилось с учетом:

а) стоимости таких технических и технологических средств защиты, как

ограничитель грузоподъем­ности, тормозные устройства, средства блокировки от чрезмерной нагрузки и указатели опасных напряжений, угла крена и ма­невра;

б) затрат на обеспечение запаса прочности силовых элементов автокрана, техническое освидетельствование и обслуживание перечисленных узлов, отбор и обучение эксплуатирующего персонала технике безопасности.

Все рассмотренные выше компоненты затрат на предупреж­дение аварийности и травматизма учитывались в человеко-днях, стоимость каждого из которых была принята равной 100 р. В ито­ге оказалось, что расходы на обеспечение безопасности автокра­на при его создании и эксплуатации в течение 7 лет составили 80 чел.-дн.[8]

На основе имеющихся статистических данных о количестве происшествий при аналогичных перегрузочных работах был оце­нен параметр потока происшествий W_пр = 4,8· 10^-4 l/ч. При выб­ранной интенсивности работ, равной 360 перегрузкам в год, и длительности одной из них Т = 20 мин общая продолжительность функционирования рассматриваемой человеко-машинной систе­мы за 7 лет составила τ = τ_kw_к^пр Т = 0,33 · 360 · 7 = 840 ч.

Приведенные только что данные позволили рассчитать не только вероятность невозникновения происшествий за это время выпол­нения работ: Р_б (τ) = ехр - (ω_рτ) = ехр - (0,0004 : 840) = 0,668, но и значение введенного выше параметра затрат С = 80(1 - 0,668)/0,668 = 40 Чел.-дн. В соответствии с Формулой (12.15) найден­ным оценкам С и у соответствует значение вероятности P_δ(τ) = 1- √40/660 = 0,754, а возможный средний ущерб за это время составил: м,[у] = (1 - 0,754)660 = 162 чел.-ДН.

Проверка полученных результатов на соответствие ограниче­ниям задачи (13) осуществлена путем контроля справедливос­ти условий (17) и (20). Подстановка значений соответствую­щих оценок в смысловое и структурное ограничения соответственно дала С / У= 80(1 - 0,6682)/162· 0,668 = 0,41 < 1 и 1 - 0,754<5/7, или, иначе: 0,246<0,714. Эти неравенства позволили сделать вы­вод о возможности использования значения P_δ(τ = 7 лет) = 0,754 в качестве оптимального уровня безопасности рассматриваемых работ, точнее - экономически приемлемого при принятых предположениях.

Результаты расчета вероятности P_δ(τ), полученные по формуле (15) для реально возможных значений параметров С и статис­тических оценок У, представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Оптимальные значения вероятности Pδ(τ)

 

С, усл. единиц	Величина среднего ущерба Y (условные единицы)
	660	1010	1400	2000	2980	4340
10	0,877	0,991	0,992	0,993	0,994	0,995
20	0,826	0,860	0,881	0,900	0,920	0,993
30	0,787	0,828	0,854	0,878	0,900	0,917
40	0,754	0,801	0,831	0,859	0,885	0,910
50	0,725	0,778	0,812	0,842	0,871	0,910
60	0,699	0,757	0,793	0,827	0,859	0,883
70	0,675	0,737	0,777	0,813	0,847	0,873
80	0,652	0,719	0,761	0,800	0,837	0,865
90	0,631	0,702	0,747	0,788	0,827	0,856
100	0,611	0,685	0,732	0,776	0,816	0,850
110	0,591	0,670	0,719	0,765	0,808	0,842
120	0,579	0,655	0,707	0,755	0,800	0,833
130	0,556	0,641	0,695	0,745	0,790	0,827
140	0,540	0,627	0,684	0,735	0,783	0,821
150	0,524	0,614	0,679	0,726	0,776	0,813
160	0,508	0,590	0,662	0,717	0,768	0,808
170	0,492	0,578	0,652	0,708	0,761	0,803
180	0,478	0,566	0,641	0,700	0,755	0,798
190	0,463	0,555	0,631	0,692	0,747	0,790
200	0,450	0,544	0,622	0,684	0,741	0,786
210	0,436	0,533	0,613	0,676	0,735	0,781
220	0,423	0,523	0,604	0,668	0,728	0,774
230	0,410	0,512	0,595	0,661	0,723	0,770
240	0,397	0,502	0,586	0,654	0,715	0,765
250	0,384	0,490	0,577	0,646	0,710	0,759

 

Примечание. Предлагаемые значения P_δ(τ) от появления хотя бы одного из происшествий типа катастрофа, авария, несчастный случай за время выработки гарантийного ресурса используемого оборудования.

Анализ приведенных выше данных показывает, что требуемые значения вероятности невозникновения техногенных происшествий должны увеличиваться по мере роста среднего ущерба от каждого из них или снижения величины параметра С.

 

4 Пример работы в случае аварии ядерной энергетической установки

 

Рассмотрим пример. Допустим, что ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) включает первый контур (рисунок  3), состоящий из реактора 1, парогенератора 2, главного циркуляционного насоса (ГЦН) 3 и главных циркуляционных трубопроводов 4, заполненных теплоносителем –водой (в процессе работы реактора вода получает высокую наведенную радиоактивность). В парогенераторе вода охлаждается и, отдав теплоту теплоносителю второго контура, возвращается ГЦН в реактор для охлаждения твэлов. Перегрев оболочек твэлов и их разрушение можно рассматривать как катастрофу. Поэтому все ЯЭУ снабжены системами аварийного охлаждения активной зоны реактора –САОЗ, которые обеспечивают отвод теплоты из активной зоны в случае разгерметизации циркуляционного контура и потери теплоносителя САОЗ включает насосы низкого (ННД) 17и 18 высокого (НВД) 9 и 10давления, гидроаккумулятор (ГА) 23, в котором вода находится под давлением азота 24, и баки запаса воды и раствора борной кислоты 13 и 16. Условно примем следующий порядок работы САОЗ при большой разгерметизации циркуляционного контура сначала работает САОЗ высокого давления (ВД), состоящая из НВД и необходимой арматуры, затем работает САОЗ низкого давления (НД) – ГА и ННД В процессе эксплуатации ЯЭУ при возникновении «малых» течей допускается временная работа без аварийной остановки, при этом происходит автоматическая компенсация теплоносителя (работают компенсаторы, барботер) или принимаются другие срочные меры к локализации течи и устранению загрязнений помещения радиоактивностью.[17]

Рисунок 3 – Примерная схема – вариант аварийного охлаждения зоны ядерной энергетической установки: 1 – реактор; 2 – парогенератор; 3 – главный циркуляционный насос (ГЦН); 4 – главный циркуляционный трубопровод.

 

Задаем потенциально возможное чепе, ведущее к катастрофе –отказ САОЗ. Находим все компоненты системы, которые могут привести к отказу САОЗ. Перечень компонентов Xi, дан в таблице 4. Устанавливаем логические связи и строим дерево причин (рисунок 4). Общая формула чепе «отказ САОЗ» имеет вид:

 

 

В этом выражении Хi одновременно являются наименованиями отказов и их индикаторами, которые принимают значение: 1 –чепе произошло и 0–отсутствие чепе.

 

Таблица 4 – Перечень компонентов САОЗ ЯЭУ

 

Номер компонента и индекса	Компонент	Наименование отказа Х\
САОЗ ВД
5	Задвижка	Закрыта
6	Обратный клапан	Закрыт
7	Задвижка	Закрыта
8	Задвижка	Закрыта
9	Насос высокого давления	Не работает
10	Насос высокого давления	Не работает
11	Задвижка	Закрыта
12	Задвижка	Закрыта
13	Емкость	Нет воды
14	Задвижка	Закрыта
САОЗ НД
24	Азот гидроаккумулятора	Нет давления
23	Емкость гидроаккумулятора	Нет воды
22	Обратный клапан	Закрыт
21	Обратный клапан	Закрыт
20	Обратный клапан	Закрыт
19	Задвижка	Закрыта
18	Насос низкого давления с запорной арматурой	Не работает
17	Насос низкого давления с запорной арматурой	Не работает
16	Емкость	Нет воды
15	Задвижка	Закрыта

 

 

 

Рисунок 4 – Дерево причин потенциального чепе – отказа САОЗ ЯЭУ

 

Дерево причин показывает, что критическими компонентами являются 5, 6, 13, 14, 15, 16, 19,20, 21, 22, 23, 24, так как отказ одного из них достаточен для того, чтобы вызвать катастрофу.

 

 

 

Заключение

 

В заключение хотелось бы подчеркнуть необходимость внедрения в практику рассмотрен­ных выше подходов к нормированию безопасности в техносфере. Как представляется, это будет способствовать улучшению управ­ления процессом ее обеспечения за счет усовершенствования про­цедуры предъявления требований к разрабатываемым производ­ственным процессам, более рационального использования ресур­сов, повышения юридической и материальной ответственности за безусловное соблюдение предъявленных нормативов.

Полученные здесь результаты подтверждают также необходи­мость и принципиальную возможность решения первой задачи программно-целевого планирования и управления совершенство­ванием безопасности. Подходы к решению других задач процесса обеспечения, контроля и поддержания заданных подобным обра­зом показателей безопасности рассматриваются ниже.

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Котляревкий В. А., Аварии и катастрофы: предупреждение и ликвидация последствий / В. А. Котляревский и др. - М.: Изд-во «Ассоциация строительных вузов», 1995. - 320 с.
2. Ньюстад Ф. Т., Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей / под ред. Ф. Т. Ньюстада и Х. Ван Допа. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 351 с.
3. Бейкер У. Р., Взрывные явления. Оценка и последствия / / У. Р. Бейкер, П.Н. Кокс, П. Уэстайн, Дж. Кулеш, Р. Стрелоу; Пер с англ. под ред. Я. Б. зеЛЬДОВ.\1ча, Б. У. Гельфанда. - М.: Мир, 1986. - 780 с.
4. Белов П. Г., Методологические аспекты национальной безопасности России. - М.: ФЦНТПП «Безопасность», 2001. - 300 с.
5. Белов П. Г. Моделирование опасных процессов в техносфере. - М.: Изд-во АГЗ МЧС, 1999. - 124 с.
6. Белов П. Г. Теоретические основы системной инженерии безопасно­сти. - М.: ГПНТБ «Безопасность», 1996 - 426 с.
7. Новый подход к оценке стоимости биотических компонентов эко­систем / / В. Н. Большаков, Н. С. Корытин, Д. В. Кряжимский, В. М. Ши­марев// Экология. - 1998. - NQ 5. - С. 339-348.
8. Браун ДБ. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности: Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1979. - 359 с.
9. Введение в математическое моделирование / Под ред. П. В. Трусова. М.: Интермет инжиниринг, 2000. - 336 с.
10. Венmцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, мето­дология. - М.: Наука, 1980. - 208 с.
11. Гайкович А.И. Основы теории проектирования сложных техничес­ких систем. - СПб: МОАИНТЕХ, 2001. - 432 с.
12. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной сре­ды, тяжести и напряженности трудового процесса: Руководство Р2.2.755­99. - М: Госкомсанэпидемнадзор РФ, 1999. - 12 с.
13. Научно-методические аспекты анализа аварийного риска / / В. Г. Гор­ский, Г.А.Моткин, В.А.Петрунин, Г.Ф.Терещенко и др. - М.: Эконо­мика и информатика, 2002. - 320 с.
14. ГОСТ 11.005-74. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров экспоненциального распределения и распреде­ления Пуассона. - М.: Изд-во стандартов, 1974.
15. Губинский А. И, Надежность и качество функционирования эргати­ческих систем. - Л.: Наука, 1982. - 270 с.
16. Дюбуа Д, Прад А. Теория возможностей / / Приложения к представ­лению знаний в информатике: Пер. с франц. - М.: Радио и связь, 1990. ­288 с.
17. Белов С. В., Безопасность жизнедеятельности // С. В. Белов – М: Выс. шк., 2004.- 606 с.

     Скачать: Annotaciya.doc
kursovaya-po-sist-analizu-oformlennaya.doc
ramka.docx