Оценка безопасности при исследовании систем управления

Как показано, параметр «безопасность» является одним из трех (затраты, эффект, безопасность) несравнимых между собой параметров эффекта любой операции или системы. В этом контексте при исследовании систем управления должна быть исследована ее подсистема управления безопасностью/10/.

Кроме того, повышенные риски исследовательской деятельности требуют уделять особое внимание проектированию безопасности при экспериментальных исследованиях систем управления.

Известно определение безопасности как защищенности от чрезмерной опасности.

Должна исследоваться безопасность оборудования, персонала, а также внешних объектов.

Ниже будем рассматривать только безопасность человеко-машинных автоматизированных производственных систем для элементов внешней среды.

Безопасность производственного оборудования определяют (ГОСТ 12.0.002-80) как свойство сохранять безопасное состояние при выполнении заданных функций в определенных условиях в течение установленного времени.

Оценкой безопасности системы управления называют сравнение результатов анализа безопасности с приемлемыми значениями, заключение о пригодности оцениваемой системы по этому параметру/1/. Важно учитывать в процессе оценки безопасности, что события безопасности и опасности составляют полную группу событий, то есть сумма вероятностей этих событий равна единице. Это позволяет формулировать понятие безопасности в терминах противоположного понятия - опасности.

Известны предложения оценивать безопасность (или опасность) следующими параметрами/1,10/:

1) вероятностью появления катастрофических и аварийных последствий;

2) временем срабатывания защитных устройств;

3) электрической прочностью изоляции;

4) механической прочностью строений;

5) радиусами постоянных уровней разрушений, остаточных деформаций. Нетрудно убедиться, что ни один из названных параметров не отражает возникающей реальной опасности. Это объясняется тем, что ни один из этих критериев не покрывает и не может быть отнесен ко всей цепи событий, которая приводит к реализации потенциальной опасности.

Представляется естественным предложить оценивать опасность системы, операции как вероятность нанесения ущерба, превышающего определенную допустимую норму.

Эта вероятность нанесения ущерба, превышающего определенные нормы, одному типовому объекту - элементу внешней среды P(U) может быть найдена как произведение вероятностей: отказа Р(О); условных вероятностей обнаружения отказа Р(Об/0) при фиксированном периоде времени контроля и прекращения функционирования системы (или операции), нахождения уязвимых элементов среды в некоторой зоне (окрестности Q) отказавшей системы или зоне ее конечных (терминальных) положений Р(ОБЮб) при обнаружении отказа в течение рассматриваемого интервала времени и прекращении функционирования; нанесения недопустимого ущерба этим элементам среды при нахождении их в некоторой окрестности Q отказавшей системы или зоне ее конечных (терминальных) положений P(U/OB):

P(U)=P(0) • Р(Об/0) • Р₀(ОБ/Об) - Р₀(U/ОБ)+

+Р(0) • (1-Р(Об/0)) • Р_но(ОБ/Об) • Рно(U/ОБ),

где: Р₀(ОБ/Об), P₀(U/OB), Р_но(ОБ/Об), P_HO(U/OB) - названные выше вероятности для случаев обнаружения и необнаружения

отказа, соответственно.

В общем случае:

Р₀(ОБ/Об)≠Р_но(ОБ/Об); Р₀(U/OБ)≠Р_но(U/ОБ).

Это связано с тем, что в случае обнаружения отказа и прекращения функционирования отказавшего объекта появляется возможность изменить ход операции, состав и мощность поражающих факторов, возникающих в результате отказа.

Предложенный показатель - вероятность нанесения недопустимого ущерба - включают в состав критерия выбора наилучшего варианта системы и(или) операции.

Исследование безопасности может выполняться в зависимости от степени структурированности этой подзадачи либо в рамках запрограммированного решения, либо в рамках незапрограммированного решения.

При запрограммированных исследованиях задача прогнозирования и оценки безопасности может решаться в соответствии с нижеследующим алгоритмом.

Алгоритм проектирования и оценки целевой эффективности систем обеспечения безопасности может включать/1/:

1) анализ особенностей конструкции системы или операции с точки зрения обнаружения возможных источников появления поражающих факторов различной физической природы;

2) проведение опроса специалистов по аналогичным операциям и системам, разработка перечня возможных отказов и соответствующих им поражающих факторов;

3) разработку имитационной модели соответствующего процесса или объекта;

4) статистическое моделирование (метод Монте-Карло)возможных отказов с целью найти распределение параметров при появлении отказа. Можно рекомендовать представлять в этом случае объект моделирования, как «черный ящик» (кибернетический подход), на одном из входов которого имеется неизвестный отказ (При этом ставится и решается задача нахождения возможного наихудшего (в конкретной ситуации) варианта последствий отказа на выходе объекта моделирования.);

5) исследование особенности схемы и методик измерения параметров объекта управления, оценка времени запаздывания данных в каналах передачи, точность измерений и др. (Важно помнить, что при допусковом контроле различных параметров отказ проявляется либо за различное время, либо с различной вероятностью. При этом определяют некоторое подмножество параметров, контроль которых позволяет: во-первых, обеспечить полноту контроля объекта, во-вторых, - достичь максимума вероятности обнаружения отказа при заданном фиксированном времени контроля.);

6) исследование известных, синтез новых способов прекращения функционирования отказавшей системы;

7) моделирование операции или функционирования системы с имитацией появление различных по своим причинам отказов в различные детерминированные или псевдослучайные моменты времени. При этом моделируются как сам отказ, так и срабатывание подсистемы контроля (обнаружения отказа), прекращение функционирования для каждого из принятых методов. По результатам такого моделирования в зависимости от целей исследования строят «зону» конечных (терминальных) состояний и(или) положений или зону действия поражающих факторов;

8) «привязку» этой «зоны» к месту функционирования системы или выполнения операции. При этом оценивают, «накрывает» ли она элементы среды. При отрицательном результате («не накрывает») считают, что операция или функционирование безопасны. Используемые при этом подсистемы обнаружения отказа и прекращения функционирования признаются эффективными. Процесс проектирования и оценки безопасности заканчивается. В противном случае выполняют следующие операции;

9) статистическое моделирование функционирования симитацией псевдослучайных отказов (Для каждого вариант а подсистемы обнаружения отказа и прекращения функционирования строят двухмерную (или с большим числом измерений)гистограмму плотности распределения конечных точек функционирования f^Wk(x,z).);

10) вычисление вероятности недопустимого ущерба (поражения, банкротства и т. п.) каждому из элементов среды«накрываемых» зоной. При этом может быть использована известная формула теории вероятностей:

где: - тип элемента среды;

- номер элемента среды данного типа в своем подмно:

- номер поражающего фактора; - площадь зоны, для которой появление поражающего фактора с номером w и максимально возможной интенсивностью приводит к недопустимому воздействию на элементы среды с условной вероятностью не ниже заданной P³(U/OB) (то есть окрестности гарантированного поражения).

Так как непрерывная двухмерная плотность вероятности нахождения точек терминальных положений в рамках настоящей методики заменяется гистограммой, то записанный выше интеграл равен произведению соответствующих площади и постоянной плотности распределения, определяемой с использованием гистограммы.

Приведенная выше методика справедлива как для вариантов обнаружения отказа объекта с последующим прекращением функционирования, так и для варианта не обнаружения отказа. В последнем случае разница состоит в том, что операции, связанные с обнаружением отказа, не моделируют. При этом гистограмма двухмерной плотности вероятности нахождения точек терминальных положений, естественно, отличается от той, которая имеет место при обнаружении отказов;

11) оценку безопасности, которая может проводиться:

- путем сравнения величины вероятности со значением, признанным предельным допустимым;

- путем сравнения величины среднего числа объектов, подвергшихся недопустимому воздействию, со значением этой величины, признанным предельным допустимым.

Если оценка безопасности производится по максимально допустимому уровню вероятности недопустимого ущерба любому из элементов среды, то сравнивают вероятность с заданной. Если эта вероятность ни для одного из объектов не превышает заданного значения, то функционирование системы или исследование признают безопасными, а если превышает, то функционирование признают опасными.

Аналогично производится оценка безопасности путем сравнения величины среднего числа объектов, подвергшихся недопустимому воздействию, со значением этой величины, признанным предельным. В случае превышения этого предела функционирование признается опасными и неопасными - в противном случае.

Оценка опасности может проводиться по этим обеим параметрам одновременно. В этом случае функционирование считается опасным, если имело место превышение хотя бы по одному из параметров;

12) в случае признания функционирования, исследования опасными предстоит: внести изменения в проект обеспечения безопасности; эвакуировать элементы, вероятность поражения которых наиболее высока; признать повышенный риск оправданным из экономико-организационных соображений (признать наличие «фактора удовольствия»). Выбор варианта действий остается за лицом, принимающим решение.

Поиск по сайту: