Основы факторного моделирования безопасности систем вида защита – объект – среда

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ СЛОЖНОГО ОБЪЕКТА

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
а) конечной цели;
б) единства;
в) связности;
г) модульности;
д) иерархии;
е) функциональности;
ж) развития; з) неопределённости.

Причины возникновения аварийной ситуации и аварии
отказ или повреждение средств защиты и безопасности объекта (если они существуют);
изменение стойкости элементов, ухудшение конструктивно – технических и физико – химических свойств материалов;
несанкционированное срабатывание потенциально опасных элементов (ПОЭ) в штатном и нештатном режимах функционирования объекта

Введение факторного параметрического базиса
СМ = { V, F, R }
V = ( vmtl ), где v – зависящее от времени нечеткое значение параметра m вида, m ∈ M, характеризуемого функцией принадлежности μ v ( λ ), и описывающего фактор t вида, t = 1,2,…, tТ, действующего от l = 0,1,2,…, kK источника, причем l = 0 означает внешний источник (окружающую среду), а остальными источниками являются потенциально опасные элементы объекта.

Введение факторного параметрического базиса
СМ = { V, F, R }
F = ( f mtlk ), где f – зависящее от времени нечеткое значение коэффициента ослабления, f ∈ [0,1], описанного функцией принадлежности μ f ( v )∈ [0,1], параметра m вида, представляющего t вид материального фактора, действующего от l источника на вход k ПОЭ

Введение факторного параметрического базиса
СМ = { V, F, R }
R = (r mtk ), где r – в общем случае зависящий от времени нечеткий параметр m вида, описываемый функцией принадлежности μr (λ), представляющий t вид фактора, который воспринимает k ПОЭ.

Определения предпосылок и связности
Назовем предпосылки, источники и их связи в системе, описывающие возможность образования элементарных отказов, причинами или предпосылкам опасности.
Назовем взаимосвязи предпосылок относительно выбранного исхода (аварии или отказа критического ПОЭ) функциями опасности.

Лингвистический уровень описания системы
К предпосылкам отнесём:
1) все элементы объекта – источники потенциальной опасности, называемые далее потенциально опасными элементами (ПОЭ). Учитывается, что ПОЭ обладают способностью образовывать при несанкционированном энерговыделении вторичные факторы, способные нанести ущерб как собственно объекту, так и окружающим его системам (среде);
2) внешние факторы, действие которых на ПОО способно инициировать его элементы к активному отказу;
каналы передачи нерегламентированных факторов, характеризуемые как паразитные и неустранимые.

Лингвистический уровень описания системы
К функциям опасности отнесём:
1) все возможные связи между предпосылками опасности, приводящие (способные привести) к активному отказу хотя бы одного ПОЭ (учитывается дифференциальный аспект связей);
структуру (дерево) связей между предпосылками относительно одного (самого опасного или критического) исхода происшествия (учитывается интегральный аспект связей).

Модель эволюции аварийной ситуации

Лекция 3 Описание факторного параметрического базиса системы
Расширенное описание факторного параметрического базиса
Построение критериев безопасности системы
Факторная параметрическая классификация безопасности сложной системы

Структура взаимодействия компонентов системы

Принцип реализации активного отказа
минимальным алгоритмом активного отказа принята условная последовательность процессов: "воздействие - каналирование - восприимчивость - инициирование"
физические факторы могут проникать к потенциально опасным элементам через конструкцию объекта (паразитно каналировать) и изоляция от них или невозможна, или требует чрезмерных затрат

Принцип параметрического несанкционированного инициирования ПОЭ
Несанкционированное инициирование ПОЭ выполняется при условии превышения входных по отношению к элементам объекта параметров s процессов воздействующих факторов над значениями параметров r процессов их восприимчивости:
s ≥ r → v i ∈ v cr .
где v i и v cr - соответственно параметр (процесс) вторичного фактора и его значение, критичное для окружающей среды (соседних ПОЭ).

Принцип объединения воздействующих факторов
Относительно любого ПОЭ внешние и вторичные факторы объединяются по видам факторов и по видам параметров факторов.
При этом в пределах совпадающих их видов значения параметров алгебраически суммируются.

Универсальный факторный параметрический базис системы. Детализация СМ = { V, F, R }
Виды материальных факторов:
1 – механический (гравитационный);
2 – тепловой (термодинамический);
3 – электрический (электромагнитный);
4 – радиоактивный (ионизационно-корпускулярный);
5 – фононовый (рентгеновское и гамма-излучения);
6 – оптический (волны инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения);
7 – химический (реакции горения, восстановления и др.);
8 – биологический (бактериологические, физиологические реакции и др.);
9 – факторы других видов

Опорное множество видов факторов ОТ
ОТ = (оt),
где о – логическая переменная, o = 0 ∨ 1,
t – номер вида фактора, t ∈ T, T = (1,2,..,tT) - множество номеров факторов,
tT = 9 – установленное здесь количество видов факторов.

Описание каждого фактора совокупностью параметров
В физике принята стандартная система единиц измерения физических величин (система СИ), с помощью которой выражают основные и производные виды параметров.
Так, в частности, механический фактор (t = 1) описывается следующими основными видами параметров (единицами СИ): длина, которую обозначим номером n = 1 ; масса, обозначим номером n = 2 ; время, номер n = 3.
Использование системы СИ позволяет выражать любые (производные) параметры любого фактора через основные виды физических величин.

Описание каждого фактора совокупностью параметров
Такие параметры как энергия, мощность и плотность мощности, являющие собой параметры любого фактора, представляются следующими размерностями:
Дж = м2 ∙ кг ∙ с-2; Вт = м2 ∙ кг ∙ с-3 ; Вт/ м2 = кг ∙ с-3
Условно говоря, в описании энергии и мощности любого фактора участвуют виды базовых параметров с номерами 1, 2 и 3. Значит, по сочетанию и количественному выражению (размерности) номеров параметров можно формально судить о содержательности любого фактора.
Аналогично можно формализовать любой другой производный параметр любого фактора.

Опорное множество видов параметров ОN
ОN = ( о n t ) ,
где о = 0 ∨ 1 - логическая переменная n номера основного параметра t вида фактора, n = 1,2,3...9; t = 1,2,3…9.
Назовем опорные множества ОТ и ОN полными, если все их логические элементы равны единице: оt = 1, оn t = 1, при ∀ t, n.
Причем ΟΤ ⊂ ΟN – условие вложенности

Описание факторного параметрического базиса системы
Введем множество S в общем случае нечетких параметров факторов, непосредственно действующих на входы (на конструкцию) ПОЭ объекта,
S = ( s m t l k ) , где s m t l k = v m t k * f m t l k
для ∀ m ∈M, t ∈T, l ∈(0,1,…,kK), k∈K.
Введем множество В нечетких пересечений параметров воздействия и восприимчивости
B = (bmtlk), где bmtlk = smtlk ∩ rmtk
для ∀ m ∈M, t∈T, l∈(0,1,…,kK), k∈K

Дополненная совокупность множеств ДСМ
ДСМ = {V, F, R, S, B}.
Если на ДСМ задать операции, которые с позиции происшествия описывают связи источников и их предпосылок между собой, и назвать это объединение базисом множеств, то на основе такого базиса достижимо выражение всех возможных причин и предпосылок опасности.

Введение и описание булевых подмножеств и операций для параметрического и булевого базисов
OV={ovmtl}, ov = 0∨1; OV↔V, при vmtl >0, ovmtl=1;
OF={ofmtlk}, of = 0∨1; OF↔F,при fmtlk >0, ofmtlk=1;
OS={osmtlk}, os =0∨1; OS↔S, при smtlk >0, osmtlk=1;
OR={ormtk}, or = 0∨1;OR↔R, при rmtk >0, ormtk=1;
OB={obmtlk}, ob=0∨1;OB↔B, при bmtlk >0, obmtlk=1.

Введенные подмножества предназначены
Для выявления причин и связей происшествий в системе по следующим признакам:
1) по совпадению видов факторов воздействия и восприимчивости;
2) по совпадению видов параметров этих факторов;
3) по пересечению значений этих параметров.

Сигнатура (совокупность операций) ФПБ
Операции алгебры множеств;
Операции пересечения множеств:
OB = OS ∩ OR → obmtlk = osmtlk ∧ ormtk
B= S ∩ R →bmtlk = smtlk ∩ rmtk при s > r: b =1; при s ≤ r: bmtlk = 0, для∀ m, t, l, k;
Операция алгебраического умножения элементов множества S
S = F * V→ fmtlk  vmtl = smtlk .

Факторный параметрический базис системы
Введенные множества и операции над ними представляют собой выраженные в универсальной форме факторный параметрический базис системы “ ПОО – СМЗ – ОВФ”:
ФПБ = 〈V, F, R, M, T, L, K, SM 〉 ,
где SM – совокупность операций алгебры множеств и операций

Классы безопасности системы и их критерии идентификации
1 Абсолютно безопасная система Объект не содержит ПОЭ, V i = ∅
2 Потенциально безопасная система ПОЭ объекта не восприимчивы к действию НФ T =∅
3 Относительно безопасная система ПОЭ восприимчивы к НФ, но конструкция и защита исключает их действие
4 Потенциально опасная система Альтернатива классу 3: условия для отказа ПОЭ существуют, но отказ критического ПОЭ невозможен