CC BY
11
■ А.С. Ярош // A.S. Yarosh [email protected]
канд. техн. наук, академик МАНЭБ, генеральный директор АО "НИИГД", 650002, Россия, г. Кемерово, пр-т Шахтеров, 14 candidate of technical sciences, academician of MANEB, general director of AO "NIIGD", 14, Shakhterov Av., Kemerovo, 650002, Russia
УДК 614.8:622:658.3
ФОРМАЛИЗАЦИЯ АКСИОМ ТЕОРИИ СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ МФСБ И МФСЖ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИИ
FORMALIZATION OF THE AXIOMS OF THE THEORY OF SYNERGISTIC SECURITY SYSTEMS AND MFSB MFSJ THE LIQUIDATION OF THE ACCIDENT
В статье раскрыты основы синергетического взаимодействия организационных техническо-тех-нологических систем - многофункциональных систем безопасности (МФСБ) на угольных шахтах и организационно-технических систем - военизированных горноспасательных частей - многофункциональных систем жизнеобеспечения(МФСЖ).
Представлена общая и динамическая математическая модель системы МФСБ шахты. Разработана логическая модель получения синергетического эффекта.
Показаны варианты соотношения потенциалов взаимодействия МФСБ и МФСЖ с потенциалом процесса аварии. Определены пути дальнейшего развития теории синергетической безопасности и исследования процесса ликвидации аварий на угольных шахтах при пожарах и взрывах. Formalization of the axioms of the theory of synergetic safety in the interaction of IFSB and IFSJ systems in the liquidation of the accident The article reveals the basics of synergetic interaction of organizational technical and technological systems-multifunctional security systems (IFSB) in coal mines and organizational and technical systems-paramilitary mining and rescue units - multifunctional life support systems(IFSF). The General and dynamic mathematical model OF the IFSB mine system is presented. Developed a logic model to obtain a synergistic effect. Shows the correlation of interaction potentials MFSB and MFSG with potential process accidents. The ways of further development of the theory of synergetic safety and research of the process of elimination of accidents at coal mines in case of fires and explosions are determined. Ключевые слова: АКСИОМА, КОНЦЕПЦИЯ, ТЕОРИЯ, СИНЕРГЕТИКА, СИСТЕМА, ЭЛЕМЕНТ ЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПОТЕНЦИАЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, ПОТЕНЦИАЛ АВАРИИ, СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Key words: AXIOM, CONCEPT, THEORY, SYNERGETICS, SYSTEM, ELEMENT, LOGICAL MODEL, MATHEMATICAL MODEL, INTERACTION POTENTIAL, ACCIDENT POTENTIAL, SYNERGETIC EFFECT.
Вопросами изучения синергии и самоорганизации систем в рамках естественных наук занимались ряд ученых: Г. Хакен [1], А.А.Богданов [2], и др., но точной математической формулы расчета синергетического эффекта при взаимодействии разнородных систем никто не приводит. Общих вербальных определений по синергетическому эффекту - множество. Обобщая определения, можно утверждать, что синергетический эффект это изменение (увеличение или снижение) эффективности деятельности в результате соединения, взаимодействия, интеграции, слияния
отдельных частей в единую систему за счет системного эффекта (свойство эмерджентности1 - качество, свойства системы, которые не присущи ее элементам в отдельности, возникают благодаря объединению этих элементов в единую систему ).
Научное обоснование концепции синергетической безопасности взаимодействия многофункциональных систем, при ликвидации аварий, базируется на общей теории систем и теории синергизма с учетом передовой практи-
1 эмерджентный - англ., emergence - появление нового, А.Н. Булыко. М.,2005, С.825
ки, требующей формирования МФСБ на угольных шахтах.
Согласно теории систем по ряду источников [3,С.46], [4,С.91], общая математическая модель системы МФСБ шахты соответствующая уровню «белого ящика» - имеет вид:(1) :
х^БЛУ (1)
где X, Y - множество возможных значений входов, выходов, состояний системы , соответственно;
Ф - оператор отображения входов в состояние системы;
П - оператор отображения входов и состояний в её выходы.
Подобную модель можно применить при описании МФСБ шахты, с учетом временной фактора - момент времени /., тогда скорректированные элементы модели, примут вид:
х=
,
где х1(() - входные параметры подсистемы аэроэ-газового режима;параметры подсистемы горный массив;
х - параметры подсистемы технологическое оборудование;
х3()) - параметры подсистемы персонал.
,
где у((() - выходные параметры подсистемы аэро-эгазового режима;
у2()) - выходные параметры подсистемы горный массив;выходные параметры подсистемы технологическое оборудование; у3()) - выходные параметры подсистемы персонал.
,
где s((t) - промежуточное состояние подсистемы аэроэгазового режима;
5,.„- промежуточное состояние подсистемы гор-
¿(у
ный массив;
- промежуточное состояние подсистемы технологическое оборудование;
- промежуточное состояние параметры подсистемы персонал.
Тогда скорректированная математическая модель МФСБ шахты, с учетом временного фактора времени, будет иметь вид (2):
Состояние подсистем (количество подсистем п=4) МФСБ по градации функционирования может находиться в т состояниях - (ниже нормы,
норма, выше нормы,(т=3), тогда для каждого состояния существует уровень безопасности (уровень риска), которые необходимо определять количественно, для управления процессом ликвидации аварии.
Состояние системы МФСБ на шахте описывается набором характеристик основных подсистем q .0=(,2.Л)\
д( - характеристика подсистемы аэроэгазового режима;
q2 - характеристика подсистемы горный массив; q3 - характеристика подсистемы технологическое оборудование;
q4 - характеристика подсистемы персонал.
Каждая из д(-ых принимает значения в множестве ()., т.е.: qi € <2;
Множество 5" состояний МФСБ определяется произведением множеств д. (мультипликацией) (3) :
5= Q( х03х 04, (3)
По уровню мультипликации можно судить, при математических вычислениях д. (в коэффициентах, баллах или рейтингах) о уровне безопасности МФСБ.
Вопросам безопасности в аспекте многофункциональных систем, в последнее время привлечено особе внимание не только ученых [5], [6], но и практиков, проводящими регулярно научно-практические конференции по безопасности [7,С.63], [8]. Сложность системных исследований раскрывается теорией системного анализа в трудах ряда зарубежных ученых [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], где описываются свойства систем и синергетические характеристики процессов: нелинейность, диссипативность, фрактальность, аттрактивность, бифуркатив-ность, эмерджентность, саморегулируемость. Для ограничения сложности, предлагается в первом приближении синергетические эффекты, типа: «2+2 = 5» или «2+2 =3», при взаимодействии систем определять следующей логической моделью (4):
и 5,
Я
тах/тт
(4)
Б12- интегрированная система;
5",, отдельные, взаимодействующие системы;
и~ логический знак объединения;
логический знак импликации,(если то); Я , - получаемый синергетический эффект.
тах/тт у 1 11
Обычно под синергетическим эффектом понимается увеличение, т.к. по логике организации, мы к этому стремимся, но при неблагоприятном развитии событий, нельзя исключать и снижение эффективности.
Наличие принципа единоначалия на основе Устава ВГСЧ и Инструкции по ликвидации
аварий, обеспечивает МФСЖ однонаправленность в достижении цели - ликвидации аварии. Данный аспект определяет синергизм системы.
Для повышения эффективности взаимодействия МФСЖ и МФСБ при ликвидации аварий, необходимо для каждой шахты , проводить не только разработку, согласование, утверждение и внесение изменений в ПЛА, но и иметь расчеты конкретных рисков в наиболее опасных позициях, обеспеченные не только вероятностными расчетами рисков, но и прогнозом потенциальных параметров аварий и зон их распространения, что возможно при привлечении научно-исследовательских учреждений. Предлагается следующая матрица действий (см. табл.1), формирующая синергетическое взаимодействие систем МФСБ и МФСЖ при лик-
видации аварии.
Анализ матрицы таблицы 1, показывает, что синергетическое взаимодействие формируется на базе действий ВГСЧ и пожарных расчетов, а так же возможна помощь работников шахты при ликвидации завалов и затоплений. На основе таблицы 1, получена матрица размером т*пА=(а.) , табл.2.
* 1/ тп
Анализ таблицы 2, дает вывод: в формировании синергетического эффекта участвовало 40 взаимодействий , при 14 подсистемах, общее число действий в системе МФСЖА - 58. На основе данного подхода можно планировать оптимальное взаимодействие при ликвидации аварии. Однако, число взаимодействий не дает полноценной оценки потенциала объединенной системы, но если определить эффективность
Таблица 1 - Формирование синергетического взаимодействия систем МФСБ и МФСЖ при ликвидации аварии на шахте
Table 1 - Formation of the synergistic interaction of the systems of the IFSB and IFSH in the event of the elimination of the accident at the mine
Элементы МФСБ
с о о.
о ч:
с га И о
go
ш с
ш J ш
о ч: о
s га J с s га
о ч:
IZ
О ^
ш %
с
И >.
о. га
о ч:
о ю га о.
О)
о ч:
ч: о
Аварии
Р,
ПП
отделения ВГСЧ(В)
В, ПС
В, ПС
ПП
В, П, ПП
ПП
В, Р,
ПП
£ и е
I
ш
S
ш ^
m
медицинские
бригады экстренного реагирования
( М)
М, В
М, В
пожарные расчеты(П)
В,П ПС
ПП, П
В, ПС
В, ПС
В, П
В, П,Р
контрольно-испытательные лаборатории(Л)
А, Л
Г,Л
А, Л
службы депрессионных съемок(Д)
А,Д
А,
Д
^^^ научно-технический журнал № 2-2019
52 вестник
А
О
В
В
В
В
П
Л
Д
Таблица 2 -Матрица действий и взаимодействий между МФСБ и МФСЖ Table 2 - Matrix of actions and interactions between IFSB and IFSF
1 2 2 1 1 1 1 1 3 3 2 3 3 25
0 0 0 0 0 0 2 0 2 0 0 0 0 4
0 0 3 0 2 0 2 2 2 3 1 0 0 17
2 2 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 7
2 0 0 0 0 0 0 2 0 0 1 0 0 5
Общее число действий и взаимодействий МФСЖА 58/40
одного взаимодействия элементов, в каких-либо натуральных измерителях, т.е. оценить количественно каждый вид взаимодействия, и умножить их на общее число взаимодействий - получим общий синергетический эффект. Здесь есть сложность , которую можно минимизировать, если считать по трудозатратам времени, и максимизировать, если считать, как то или иное взаимодействие снизило риск и/или потенциал аварии. В любом случае для количественной оценки синергетического взаимодействия необходимо создание математической модели процесса ликвидации аварии. Основы моделирования эндогенной пожароопасности раскрыты Грицко Г.И., Вылегжаниным В.Н. [16] и др., а для горной промышленности в целом Резниченко А.С., Ашихминым А.А. [17]. Основная задача, состоит в моделировании совместного развития систем (процессов) и процесса аварии.
Аксиоматически, выдвигаются 5 вариантов соотношения потенциала взаимодействия МФСЖА (РМФСЖА) и потенциала процесса ава-
рии (РА) - который также можно представить,и системой, и моделью:
1) РМФСЖА РА процесс аварии в активной стадии (геометрическая прогрессия роста);
2) РМФСЖА < РА процесс аварии расширяется (линейный рост);
3) РМФСЖА = РА противоборство систем (результат неизвестен);
4) РМФСЖА > РА процесс ликвидации аварии стабилизируется;
5) РМФСЖА » РА процесс ликвидации аварии в активной стадии.
Резюмируя можно утверждать, что на основе логических (1), (2) и общих математических моделей (3),(4) и 5-ти аксиом состояний РМФСЖА и РА, для достоверной оценки процесса ликвидации аварий, необходимо создание математических моделей всех подсистем и элементов данного процесса, с акцентом раскрытия наиболее опасных процессов - локализации и ликвидации эндогенных пожаров осложненных взрывами метановоздушной смеси.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хакен Г.Синергетика. М.: Мир 1980. - 405с.
2. Богданов А.А. Тектология: (Всеобщая организационная наука).В 2-х к.: Кн. 1/Ред кол. Л.И. Абалкин (отв.ред) и др./Отд-ние экономики АН СССРИн-т экономики АН СССР - М.:Экономика 1989. -304с.
3. Вовк И.Г., Бугакова Т.Ю.Основы системно-целевого принятия решений. Учеб.пособие: Сибирская государственная геодезическая академия.: Новосибирск.-2010.-118с
4. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П.Основы системного анализа:Учеб.2-е изд., доп.- Томск; Изд-во НТЛ,1997.- 396с.
5. Бабенко А.ГТеоретическое обоснование и методология повышения уровня охраны труда в угольных шахтах на основе риск-ориентированного подхода и многофункциональных систем безопасности: Автореф. дис.докт. техн. наук. Санкт-Петербург, 2017.- 44с.
6. Форсюк А.А.Расширение системы обеспечения безопасности основных производственных процессов : Автореф. дис. докт. техн. наук. Москва, 2000.- 35с.
7. Программа VIII Международная горноспасательная конференция IMRB-2017/УУголь №1-2017,С.63
8. Программа Международной научно-практическая конференция «Подземная угледобыча XXI век.//АО «СУЭК_ Кузбасс., г. Ленинск-Кузнецкий , сентябрь -2018.-33 с.
9. 9.Bertalanffy L.An Outline of General System Theory - British J. For Phil.of Sci. 1950,vol.,№2, 134 - 165.
10. 10.Gharajedaghi J., Ackoff R.L. Toward Systemic Education of System Scientists. System Research,1985.Vol.2.N 1. 21-27.
11. Lewandowski A., Werzbicki A/Theory, Software and Testing Examples in Decision Support System. Working paper WP - 88 - 071, Internationnal Institute for Applied System Analysis, Laxenburg, Austria,1988.
12. Bertalanffy, Ludwig Von. (1968). General System Theory: Foundations, Development, Applications. New York: George Braziller.
13. Checkland, P. (1981). Systems Thinking, Systems practice. New York: Wiley.
14. Corning, P. (1983). The Synergism Hupothesis: A Theory of Progressive Evolution. New York: McGraw Hill.
15. Hinrichsen, Diederich and Pritchard, A.J. (2005). Mathematical Systems Theory. New York: Springer. ISBN 978-3-54044125-0
16. Грицко Г.И., Вылегжанин В.Н. О математической модели прогноза эндогенной пожароопасности //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых ,1973.№3. - С.19-22
17. Резниченко А.С., Ашихмин А.А.Математические методы и моделирование в горной промышленности. Учебное пособие . -2-е изд., стрер.- М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001.-404с.
REFERENCES
1. Haken, G.(n.d.) Synergetics. M.: The World Of 1980. - 405p. [In Russian]
2. Bogdanov, A. A. (1989) Tektology: (General organizational science).In 2 K. the Book. 1 / Ed Col. L. I. Abalkin (resp. ed)and others / Otd-tion of the economy of the USSR.In-t economicial of the USSR. - Moscow, Economy - 304 p. [In Russian]
3. Vovk, I. G.,& Bugakova T. Yu. (2010). Bases of system-target decision-making.Studies'.manual: Siberian state Academy of geodesy.: Novosibirsk.[In Russian]
4. Peregudov, F. I.,& Tarasenko, F. P. (1997). Fundamentals of system analysis:Proc.2-e Izd. extra - Tomsk, Izd-vo NTL. [In Russian]
5. Babenko A. G. (2017). Theoretical substantiation and methodology of increasing the level of labor protection in coal mines on the basis of risk-oriented approach and multifunctional safety systems. dis.Doc.tech. sciences. St. Petersburg [In Russian]
6. (2000). The Expansion of the system of safety of the main production processes: auto. dis.Doc.tech. sciences. Moscow [In Russian]
7. The program of the VIII international mine rescue conference IMRB-2017. (2017). Coal No. 1-2017[In Russian]
8. The program of the International scientific-practical conference " Underground coal mining XXI century. (2018). JSC "Suckubus., Leninsk-Kuznetsky, September -2018 [In Russian]
9. Bertalanffy, L. (n.d.). An Outline of General system Theory - British J. for Phil.of Sci. 1950, vol.No. 2, P.134 - 165.
10. Gharajedaghi, J., & Ackoff, R. L. (1985). Toward Systemic Education of System Scientists. System Research,2.(1), 21-27.
11. Lewandowski A.,& Werzbicki A. (1988). Theory, Software and Testing Examples in Decision Support System. Working paper WP - 88 - 071, Internationnal Institute for Applied System Analysis, Laxenburg, Austria.
12. Bertalanffy, Ludwig Von. (1968). General System Theory: Foundations, Development, Applications. New York: George Braziller.
13. Checkland, P. (1981). Systems Thinking, Systems practice. New York: Wiley.
14. Corning, P. (1983). The Synergism Hupothesis: a Theory of Progressive Evolution. New York: McGraw Hill.
15. Hinrichsen, D. & Pritchard, A. J. (2005). Mathematical Systems Theory. New York: Springer. ISBN 978-3-540-44125-0
16. Gritsko, G. I., & Vylegzhanin, V. N. (1973). On the mathematical model of the forecast of endogenous fire hazard / / Physico-technical problems of mining, 3, 19-22 [In Russian]
17. Reznichenko, A. S.,& Ashikhmin, A. A. (2001). Mathematical methods and modeling in mining industry. Textbook. -2nd ed., sir.- Moscow: Publishing house of the Moscow state mining University. [In Russian]
54
