Практическое занятие №5 анализ моделей типа «дерево происшествий»

 

Учебные вопросы

1 Общие принципы прогнозирования техногенного риска.

2 Построение «деревьев происшествий» и его исходов.

 

1. Рассмотрим общую, последовательность моделирования опасных процессов в техносфере с помощью диаграмм причинно-следственных связей типа «дерево происшествия» и «дерево событий» – возможных разрушительных исходов конкретных происшествий. При этом будем исходить из ранее рассмотренных объективных представлений о природе опасности и принципах ее системного исследования. В качестве цели такого моделирования примем выявление закономерностей возникновения и предупреждения конкретных происшествий, а главных задач – априорную оценку размеров обусловленного ими техногенного ущерба и выработку оптимальных (но критерию минимума отношения «затраты – эффект») рекомендаций по его снижению.

1 Общие принципы априорной количественной оценки среднего ущерба от техногенных происшествий с помощью диаграмм причинно-следственных связей типа «дерево» включают совокупность итераций, каждая из которых состоит из следующих типов:

- выбор опасного процесса и уточнение цели его моделирования;

- построение моделей типа «дерево происшествий» и «дерево событий» (его исходов);

- проведение качественного анализа моделируемого процесса;

- количественная оценка техногенного риска (величины среднего ущерба), ожидаемого при осуществлении исследуемого процесса;

- обоснование мероприятий по снижению техногенного риска.

Головное событие такого «дерева» представляет собой исследуемую аварию, несчастный случай или катастрофу, а его «ветвями» служат наборы соответствующих предпосылок – их причинные цепи. «Листья» дерева происшествия – исходные события – предпосылки (ошибки, отказы и неблагоприятные внешние факторы воздействия), дальнейшая детализация которых нецелесообразна. Процесс появления конкретного происшествия интерпретируется данной моделью как прохождение некоторого сигнала от каких-либо исходных предпосылок, инициирующих причинную цепь (служащих истоками такого сигнала), к головному событию, являющемуся его сигналом. В качестве промежуточных состояний рассматриваемого дерева применяются предпосылки верхнего и

 

I

K

+

+

+

A

B

C

Д

E

F

G

Происшествие L

X

H

 

 

L – воспламенение паров водорода, выдел. при зарядке АБ;

Н – накопление газа в АЗС (паров водорода);

А – длительный заряд неиспр. АБ;

В – отказ зарядного устройства;

I – отсутствие вентиляции в АЗС;

С – поломка вентиляторов;

Д – закрытые воздуховоды;

К – появление внутри АЗС источника воспламенения;

Е – искрение э/оборудования;

F – пользование в АЗС открытым огнем;

G – курение в АЗС.

Рисунок 10 - Дерево происшествия.

X

H

K

+

+

 

Рисунок 11 - Семантическая модель в форме дерева происшествия

Центральное событие (результат аварии)

H

I

K

 

 

 

Рисунок 12 – Дерево событий

последующих уровней, а узлов – регуляторов потока – логические условия сложения – «или» и перемножения «и», используемые в булевой алгебре.

Подобно дереву происшествия, дерево событий – его исходов (Рис. 12) также имеет одно событие, называемое центральным, и несколько исходящих из него ветвей. В качестве центрального события рассматривается какое-либо происшествие (чаще всего – головное событие соответствующего дерева), а ветвей – сценарии причинения ущерба различным ресурсам, отличающиеся по условиям нежелательного высвобождения, распространения, трансформации, воздействия на них потоков энергии и вещества, высвободившихся в результате происшествия.

В отличие от дерева происшествия, дерево событий – его возможных разрушительных исходов не имеет логических узлов «и» и «или». В сущности, данная семантическая модель представляет собой вероятный граф (многоярусное дерево решений), построенное таким образом, что сумма вероятностей каждого разветвления должна быть равна 1. Иначе говоря, все события каждого уровня должны образовывать полную группу независимых событий.

После этих предварительных рассуждений рассмотрим подробнее особенности реализации вышеназванных этапов прогнозирования техногенного риска, полагая, что под выбором опасного процесса подразумевается определение состава и структуры человеко-машинной системы, используемой на производстве и транспорте, а также уточнение характера взаимодействия ее компонентов между собой и окружающей средой.

2 Практика свидетельствует, что наиболее ответственным и сложным этапом прогнозирования техногенного риска является построение древовидных семантических моделей процессов возникновения происшествий и причинения ими ущерба людским, материальным и природным ресурсам. Сложность заключается в том, что лишь адекватные реальности «деревья» позволят при последующем анализе выявить все существенные предпосылки, количественно оценить как возможность возникновения происшествий, так и ожидаемый от них ущерб. Без этого не мыслим ни сколько-нибудь точный прогноз соответствующего риска, ни выработка оптимальных мероприятий по снижению сопутствующего ему техногенного ущерба.

Для преодоления указанных трудностей и облегчения построения моделей будем использовать способ формализации данной процедуры, основанный на энергоэнтропийной концепции:

- происшествия всегда связаны с нежелательным высвобождением, трансформацией, распространением и губительным воздействием потоков энергии или вещества на различные объекты, оказавшиеся под их влиянием;

- любое происшествие является одновременно и результатом разрушительного выброса накопленного где-то энергозапаса, и следствием цепи соответствующих предпосылок.

Сформируем общие рекомендации, пригодные для моделирования происшествий, а затем – ущерба от них в случае появления. Во-первых, модель должна состоять из одного головного события – собственно происшествия (нежелательного высвобождения вещества или энергии) и множества предшествующих ему предпосылок – ошибок людей, отказов техники и неблагоприятных для них внешних воздействий.

Во-вторых, вструктуру дерева следует включать все те же логически условные и безусловные связи между такими предпосылками, соблюдение которых необходимо и достаточно для возникновения конкретного разрушительного выброса энергозапаса.

Целесообразно использовать не прямую, а обратную последовательность прогнозирования предпосылок и условий, в совокупности приводящих К появлению моделируемых происшествий. То есть не снизу вверх (от исходных ошибок, отказов и опасных внешних воздействий – к головному событию), а наоборот. При этом само головное событие, соответствующие ему предпосылки верхнего и последующих уровней, а также вызвавшие каждую их них причинные цепи необходимо выявлять дедуктивно – на основе знания общих закономерностей возникновения техногенных происшествий и особенностей их проявления в конкретных обстоятельствах.

Основными носителями опасности считать их токсичные и взрывоопасные вещества, источники ионизирующих излучений, движущиеся предметы и сосуды, работающие под высоким давлением. Следовательно, выявление возможных происшествий необходимо увязывать с логикой нежелательного высвобождения их энергии и вещества, т е. с известными законами термодинамики и энергомассообмена.

В свою очередь старение, загрязнение, увлажнение, перегрев или переохлаждение таких элементов по естественным причинам или в результате внешних воздействий нужно учитывать в качестве технических предпосылок к возможным авариям.

Другой важной группой предпосылок к техногенным происшествиям следует считать ошибочные действия, непроизвольно или умышленно допущенные людьми при конструировании, монтаже, техническом обслуживании и ремонте техники. При прогнозировании подобных предпосылок (в том числе трудно предсказуемых несанкционированных действий человека) нужно помнить, что все они могут быть обусловлены:

а) внутренними причинами – отсутствием должностных психологических установок, знаний и навыков;

б) внешними для человека факторами – несовершенством используемых им оборудованием и технологии, высокой напряженностью труда или неблагоприятными условиями рабочей среды.

Принципы контроля и оценки. При построении дерева происшествия целесообразно руководствоваться следующими правилами:

- четче определять условия появления головного события;

- декомпозировать все сложные события – предпосылки;

- уточнять время, место и причины возникновения каждой из них;

- выявлять совместно действующие факторы и разделять их;

- учитывать возможность обратных связей между элементами техники;

- увязывать события - инициаторы причинных цепей с внешними факторами;

- проверять достоверность принятых допущений и используемых исходных данных.

Построение дерева происшествия заканчивается проверкой полноты образующих его событий и связей между ними. В ряде случаев на этом этапе моделирования проводят также дальнейшую формализацию полученной мо­дели – вводят буквенное или цифровое кодирование всех ее элементов. Ис­пользование кодов в качестве индексов событий «дерева», а символов «^», «v» для обозначения их логического перемножения и сложения облегчает в последующем качественный и количественный анализ процесса, модедируемого деревом происшествий.

Особенности построения дерева событий. Эта модель строится от центрального события к ветвям, олицетворяющим многообразные формы и способы причинения ущерба различным ресурсам. В качестве центрального события модели целесообразно рассматривать головное событие дерева происшествия.

При этом следует учитывать как можно большее число тех вариантов аварийного истечения, трансформации, распространения и разрушительного воздействия энергозапаса, которые в последующем могут быть обеспечены информацией о соответствующих параметрах:

- условных вероятностях или относительных частотах их проявления;

- высвободившихся масс вещества или количества энергии;

- площадях зон их распространения и разрушительного воздействия;

- находящихся в них людских, материальных и природных ресурсах.

В отличие от дерева происшествия основным методом прогноза таких вариантов служит не дедукция, а индукция, т.е. воспроизведение всех тех последствий, которые могут иметь место, как не противоречащие объективно существующим законам природы. Каждый исход может рассматриваться не менее, чем на трех этапах:

а) при истечении потоков энергии и вещества, высвободившихся в результате происшествия;

б) в ходе их распространения от источника выброса до ближайших ресурсов, иногда – с учетом возможной трансформации соответствующих по­токов;

в) в процессе поглощения (ингаляции или адсорбции) энергии и вещества с разрушительным эффектом для людских, материальных и природных ресурсов.

Следовательно, дерево исходов (событий) должно состоять из трех уровней:

На первом уровне могут прогнозироваться объемы неожиданно выбро­шенного вещества или количество нежелательно высвободившейся энергии – каждый со своей вероятностью или частотой. Основными учитываемыми параметрами следует считать: накопленные запасы энергии и вещества, в том числе кинетическую и потенциальную энергию человека; возможность ограничения утечки вещества или снижения потенциала энергии предусмотренными для этого приборами безопасности, гидравлическое и электрическое сопротивление каналов утечки и наполняемой потоками среды и т.п.

Второй уровень должен. учитывать особенности неконтролируемого распространения и трансформации высвободившихся потоков энергии и вещества. При этом нужно рассматривать как возможное их преобразование в новой среде (например, мгновенный взрыв, интенсивный пожар или постепенное испарение пролитого сжиженного газа), так и появление новых источников опасности, сопутствующих такой трансформации – токсичных веществ, теплового импульса, избыточного давления и других поражающих факторов. Естественно, что основными учитываемыми характеристиками в этих процессах следует считать свойства высвободившихся потоков энергии и вещества (их взрывоопасность, токсичность, стабильность), а также параметры среды, в которой они распространялись и поглощались различными объектами (плотность, метеоусловия, рельеф местности) и т.д.

На третьем уровне следует прогнозировать ту разрушительную работу высвободившихся потоков и сопутствующих им факторов, которую они могут совершить с объектами, оказавшимися в зоне их воздействия. При этом необходимо учитывать не только непосредственный ущерб, причиненный людям, их имуществу и природной среде, но и косвенный, обусловленный нарушением производственных и естественно-природных связей между ними. Размеры совокупного ущерба определяются с учетом уровней поражающих факторов в соответствующих зонах, плотности и стойкости подвергнутых их вредному воздействию ресурсов, поглощенных ими доз энергии и вещества, своевременности проведения аварийно-спасательных и ремонтно-восстановительных работ.

После построения дерева исходов проверяется полнота рассмотренных вариантов, при этом следует руководствоваться правилами определения и деления понятий на классы, рекомендуемыми формальной логикой и теорией вероятностей для независимых и зависимых событий.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «дерево отказов (происшествий).

2. Что представляет собой построение «дерево отказов»?

3. Перечислите последовательность при построении «дерево отказов».

4. Перечислите причины возникновения аварийной ситуации.

5. С какой целью проводится анализ риска аварийной ситуации и построение «дерево происшествий?