CC BY
5
УДК 614.8.084
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРЕДПРИЯТИЯ
В.Ф. Воскобоев
доктор технических наук, профессор, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск, ул. Соколовская, стр. 1А E-mail: v.voskoboevQamchs.ru
Аннотация. В статье рассматривается модель технологического процесса предприятия, включающего производство продукции, возникновение отходов и обращение с ними. Для этой модели приводится постановка задачи выбора параметров средств контроля технологического процесса, обеспечивающих максимальное значение интегрального индекса безопасности при учёте ограничений на выделенные ресурсы. Предлагается методика решения поставленной задачи. Ключевые слова: безопасность предприятия, интегральный индекс безопасности, технологический процесс, обращение с отходами, параметры средств контроля.
Цитирование: Воскобоев В.Ф. Методика обоснования рациональных параметров технических средств контроля технологического процесса предприятия // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2022. № 4 (55). С. 66 - 72.
Введение
На современном этапе развития техники весьма существенным является использование системного подхода в интересах получения нужного конечного результата. На этой основе строят «петлю качества» и «спираль качества» для обеспечения достижения требуемых значений количественно-качественных показателей продукции [1], в комплексе рассматривают задачу обеспечения безопасности сложных систем [2], формулируют перечни мероприятий по снижению уровня чрезвычайных ситуаций (далее — ЧС) и т.п.
Применительно к технологическим процессам системность при анализе безопасности функционирования предприятия заключается в одновременном учёте влияния как собственно параметров процесса производства, так и процесса обращения с отходами. Напомним, что по ГОСТ 3.1109-82 технологический процесс - это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда, а по ГОСТ 12.3.002-2014 -это совокупность целенаправленных действий по изменению и определению состояния предметов труда. Любой технологический процесс сопровождается отходами, т.е. остатками про-
дуктов или дополнительным продуктом, образующимися в процессе или по завершении определённой деятельности и не используемыми в непосредственной связи с этой деятельностью (ГОСТ 30772-2001). Часть этих отходов может быть газообразными и их удаляют как выбросы, часть - жидкими и их удаляют как сбросы, а остальная часть - твёрдые, которые накапливают (не более шести месяцев), захоранивают или, что происходит значительно реже, утилизируют.
Стоит отметить, что предприятие является собственником своих отходов производства и несёт ответственность за весь их жизненный цикл [3].
В общем случае предприятие может иметь как производственный процесс, так и процесс обращения с отходами, и тогда их надо рассматривать в комплексе. В частном случае предприятие может практически не давать отходы, например, сельскохозяйственное предприятие или порошковая металлургия. Также предприятие может только хранить отходы (полигоны, свалки и пр.) и (или) утилизировать (мусоросжигательные заводы).
В статье представлена формализованная постановка задачи, решение которой позволит обеспечить максимальное значение интеграль-
ного индекса безопасности за счёт выбора параметров средств контроля технологического процесса с учётом ограничений на выделенные ресурсы, а также методика её решения. Сложность решения таких задач обусловлена необходимостью оценки влияния проводимых частных мероприятий на общий показатель эффективности.
Постановка задачи
Рассмотрим технологический процесс, в ходе которого производится определённая продукция, возникают отходы, которые накапливают и хранят в специально оборудованном месте и далее, по возможности, утилизируют. В [4] разработана математическая модель полигонов и, в частности, получено оптимальное время их функционирования и найдена оптимальная площадь.
Технологический процесс предприятия можно представить в виде последовательности трёх этапов:
этап 1 - производство продукции и возникновение отходов;
этап 2 - накопление и (или) хранение отходов;
этап 3 - захоронение и (или) утилизация отходов.
Для обеспечения требуемого уровня безопасности функционирования технологического процесса предприятия (что в определённой степени приводит к снижению риска возникновения ЧС), используют такие мероприятия, как контроль текущего состояния производственного процесса и обращения с отходами.
На каждом этапе используют технические средства контроля, которые характеризуют определённым набором параметров:
Х1 = {хц, з Х2 = {Х2к, к ■■ Х3 = {х3п, п --
■ 1, ..., 7; х\]т1п < х\] < х\]тг 1, ..., К] Х2кт1п < Х2к < Х2кт
1, ..., Ж, ХзПт1п < Хзп < ХзПп
Между множествами Х\ и Х2 возможны следующие соотношения:
Х\ = Х2 - полное совпадение; Х\ П Х2 - частичное совпадение; Х\ П Х2 = 0 - на каждом этапе требуются свои средства контроля.
Для множеств Х\, Х2, Х3 предложены следующие соотношения:
параметры контроля 1-го этапа;
- параметры контроля 2-го этапа;
- параметры контроля 3-го этапа.
Х\П Хз = 0; Х2 П Хз = 0.
В настоящее время для каждого из этапов имеются средства контроля, параметры которых характеризуются следующими значениями
х\л € Х\,3 = 1,...,.];х^2П € Х2, к = 1,..., К;хзп € Хз,п = 1,..., N.
Такое предположение означает, что структура каждого технического средства контроля задана.
Безопасность каждого этапа характеризуется интегральным индексом безопасности Ф^ при этом для всего технологического процесса справедливо выражение
з
Ф = ^Фг. (1)
г=1
Предполагается, что индексы безопасности каждого этапа зависят от соответствующих параметров, т.е.
Ф1(Ж1,- ,3 = 1,...^)]Ф2(Х2к, к = 1,...,К)-,Фз(хз п,П = 1,...,Ж).
Повышение безопасности функционирования технологического процесса связано с совершенствованием характеристик элементов множеств Х\, Х2, Х3. Это эквивалентно увеличению значений интегрального индекса безопасности каждого этапа.
Предположим, что изменение параметров множеств Х\, Х2, Х3 на величину Аху, Ах2к, Ах3п сопряжено с затратами Асу, Ас2к, Ас3п, т. е. для улучшения параметра на величину Ажу требуются затраты Асу и т.д.
Следует отметить, что безопасность 1-го этапа технологического процесса зависит от многих факторов, основными из которых являются: технология производства, используе-
мое оборудование: механизмы, машины, аппараты, агрегаты и т.п., используемые материалы, полуфабрикаты и вещества, система автоматического регулирования, квалификация персонала и многое другое. При решении данной задачи значения этих факторов считаются заданными и неизменными.
Для повышения уровня безопасности функционирования рассматриваемого технологического процесса выделяется ресурс с0. Тогда задача по достижению максимального значения индекса безопасности сводится к выбору таких наборов АХ* АХ* АХ|, при которых
Ф* = Ф1 (АХ*) • Ф2(АХ2*) • Ф3(АХ3*) =
при условиях
тах Ф1 (АХ1) • Ф2(АХ2) • Фз(АХз) (2) (ДХьДХ2,ДХз }
АХ1 = {Ажу ,3 = 1,...^};
(3)
Е
дх *
АХ2 = {Ах2к ,к = !,.., К};
АХ3 = {Ахзп, п = 1,...,Х};
Аслз + Е Ас2к + Е А^п < со
(4)
(5)
(6)
ДХ*
ДХ*
Методика решения
Следуя [5], выберем в качестве интегрального индекса безопасности значение Ф в следующем виде
Ф = Ф + • Ф -
(7)
Ф+ =
ехр ^-ехр ^- ^П^=1 ^
— ехр(-1)
ехр \—ехр(—1)} — ехр(—1)
ехр [—ехр(—1)} — ехр
=
—ехр[ — VII
ехр [—ехр(—1)} — ехр(—1)
(8)
(9)
где значение Ф+ соответствует случаю, когда значение Ф возрастает с возрастанием входящих в него нормированных параметров х3, со-
нормированных параметров хт убывают.
В общем случае для рассматриваемых этапов технологического процесса имеет место соотношения
<х>1 = Ф1+ • Ф 1_ ; Ф2 = ф2+ • Ф2-; Фз = фз+ • фз-.
Если в каком-то наборе Х1: Х2, Хз присутствуют только параметры, при которых имеет место либо соотношение (8), либо (9), то соответствующий множитель принимают равным единице.
(10)
Решение задачи (2) (6) представим в виде блок-схемы последовательных операций (рисунок 1).
Рисунок 1 Блок-схема решения задачи достижения максимально возможного значения интегрального индекса безопасности с учетом ограничений на ресурсы
В блоке 1 определяется состав параметров каждого этана. Для каждого из выбираемых параметров множеств Х^ Х2, Хз:
определяется диапазон измерений < ху < Хътах, V = 1, ..., 7 + К + при этом надо иметь ввиду, что диапазон измерений выбирают так, чтобы измеряемая величина находилась в последней трети шкалы этого диапазона;
осуществляется нормировка каждого параметра но правилу
л
XV —
ИЛИ
V
XV —
если хТ
. =0;
ггп '
(11)
(12)
для каждого приращения параметра Аху оценивается значение Ас
устанавливается характер влияния каждого параметра на значение интегрального индекса безопасности. Это дает возможность в дальнейшем получить конкретные значения вида (8) или (9) и использовать их при расчетах как начальных значений интегральных ин-
дексов безопасности по каждому этапу и для всего технологического процесса, так и получаемых улучшенных значений этого индекса после проведения соответствующих мероприятий. Частично эта задача решена, поскольку в [6] доказано, что решающий вклад в ошибки первого и второго рода вносит среднеквадра-тичеекая погрешность измерения.
В блоке 2 в общем случае вычисляются начальные значения Ф°+; Ф°+; Ф°~; ®з+; <Х>з_; Ф°.
В блоке 3 конкретизируется структура выражения вида (7) на основе уточнения состава 12з 1+ 1_
либо приравниванию каких-то элементов (10) единице.
Далее на основе уточненного выражения вида (7) вычисляют частные производные
<9Ф
у'и = = 1,...^ + К + N. (13)
В блоке 4 осуществляется ранжирование всех полученных значений частных производных (13) по правилу:
^тах ^тгп
X
V
Ху
У1 = тахуъ; > уУ+1,У = 1,...,,] + К + N
(14)
По существу, полученный ряд значений представляет собой последовательность убывающих величин, каждая из которых представляет собой значение частных производных (13).
Очевидно, что выбор больших по абсолютной величине значений этого ряда будет при-
водить к большему значению интегрального индекса безопасности. Вместе с тем выбор количества элементов ряда ограничен имеющимися ресурсами.
В блоке 5 с учётом выбранных элементов у,и вычисляется значение ^^ С0 - ^^ В блоке 6 проверяется условие
< Со| П |Со — ^Сь < тгпсУ^ .
(15)
Невыполнение указанного условия по причине невыполнения любой составной части выражения (15) означает остановку процесса дальнейшего улучшения характеристик технических средств. Переход к очередному значению индекса V (выбор следующего параметра для проведения мероприятий по его улучшению) возможен, если условие (15) выполняется. При выполнении условия (15) осуществляют переход к операциям блока 3, в котором учитывают проведённые изменения выбранного ранее параметра с уточнением выражения вида (7). Далее выполняют вычисления производных и последующие операции в блоках 4,5, 6, После того, как будет исчерпан возможный ресурс, в блоке 7 осуществляют расчёт значений (7), (8), (9) с учётом полученных изменений параметров элементов множеств Х^ Х2, Х3 и их сравнения с начальным уровнем. В результате выполненных расчётов могут быть определены следующие величины:
- начальные значения интегрального индекса безопасности как для каждого этапа, так и технологического процесса в целом;
- значения интегрального индекса безопасности как для каждого этапа, так и для всего технологического процесса после проведения мероприятий по улучшению характеристик технических средств контроля;
- затраты, связанные с улучшением пара-
метров технических средств контроля каждого этапа технологического процесса.
Заключение
Предлагаемый подход к оценке уровня безопасности функционирования технологического процесса позволяет:
- оценить текущее значение интегрального индекса безопасности как всего процесса, так и его составных частей (производственного процесса и процесса обращения с отходами);
_ ПОЛуЧИТЬ оценки интегрального индекса безопасности после совершенствования параметров технических средств контроля как в целом для технологического процесса, так и для его составных частей;
_ количественно оценить достигнутый эффект от проведённых мероприятий по совершенствованию параметров технических средств контроля;
- выделить параметры технических средств, совершенствование которых обеспечивает максимальное значение интегрального индекса безопасности при учёте ограничений на выделенные ресурсы;
- оценить затраты на совершенствование параметров технических средств контроля для каждого из трёх этапов технологического процесса предприятия.
Литература
1. Аристов О.В. Управление качеством. Учебник. - М.: Инфра-М. 2009. 239 с.
2. Северцев Н.А. Безопасность и защита сложных систем. - М.: Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН. 2014. 213 с.
3. Обращение с отходами на предприятии: порядок учёта, правила накопления, отчётность / / EcoStandard.journal. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https: //j ournal .ecostandardgroup. ru/есо/praktikum / obr ashchenie-s-otkhodami-na-predpriyatii-poryadok-uchyeta-pravila-nakopleniya-otchyetnost/ (дата обращения: 20.09.2022).
4. Гарелина С.А., Глубокое МЛ?.. Латышенко К.П., Мазаник А.И. Экологический риск и оптимальное время функционирования полигонов твёрдых коммунальных отходов / / Безопасность труда в промышленности. 2022. № 6. С. 20 - 26.
5. Воскобоев В.Ф., Рыбаков А.В., Иванов Е.В., Сорокин А.Ю. К задаче формирования интегрального индекса безопасности функционирования технических систем // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2022. Т. 11. № 3 (59). С. 204 - 209.
6. Гарелина С.А., Латышенко К.П., Мазаник А.И. К вопросу снижения ущерба техногенных чрезвычайных ситуаций на промышленных объектах // Сборник научных трудов Академии. Проблемы развития гражданской обороны и защиты населения. - Химки: ФГБВОУ ВО «Академия гражданской защиты МЧС России», 2021. С. 93 - 98.
METHODOLOGY OF SUBSTANTIATION OF RATIONAL PARAMETERS OF TECHNICAL MEANS OF CONTROL OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF
THE ENTERPRISE
Viktor VOSKOBOEV
doctor of technical sciences, professor,
senior researcher research center
The Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk, st. Sokolovskaya, building 1A
E-mail: v.voskoboevQamchs.ru
Abstract. The article considers the model of the technological process of the enterprise, including the production of products, the occurrence of waste and waste management. For this model, the problem of selecting the parameters of the process control tools that ensure the maximum value of the integral safety index when taking into account the restrictions on the allocated resources is formulated. The method of solving the problem is proposed.
Keywords: enterprise safety, integral safety index, technological process, waste management, parameters of controls.
Citation: Voskoboev V.F. Methodology of substantiation of rational parameters of technical means of control of the technological process of the enterprise // Scientific and educational problems of civil protection. 2022. № 4 (55). S. 66 - 72.
References
1. Aristov O.V. Quality management. Textbook. - M.: Infra-M. 2009. 239 s.
2. Severtsev N.A. Security and protection of complex systems. - M .: Computing Center. A. A. Dorodnitsyna RAS. 2014. 213 s.
3. Waste management at the enterprise: accounting procedure, accumulation rules, reporting // EcoStandard.journal. [Electronic resource]. Access mode: https: ¡¡i ournal .ecostandardgroup .ru/есо/praktikum / obr ashchenie-s-otkhodami-na-predpriyatii-poryadok-uchyeta-pravila-nakopleniya-otchyetnost/ (date of access: 20.09.2022).
4. Garelina S.A., Glubokov M.V., Latyshenko K.P., Mazanik A.I. Ecological risk and optimal operation time of solid municipal waste landfills // Safety of labor in industry. 2022. No. 6. S. 20 - 26.
5. Voskoboev V.F., Rybakov A.V., Ivanov E.V., Sorokin A.Y. On the problem of forming an integral safety index for the functioning of technical systems // XXI century: results of the past and problems of the present plus. 2022. Vol. 11. No. 3 (59). S. 204 - 209.
6. Garelina S.A., Latyshenko K.P., Mazanik A.I. On the issue of reducing the damage of technogenic emergencies at industrial facilities // Collection of scientific works of the Academy Problems of development of civil defense and protection of the population. - Khimki: The Civil Defence Academy of EMERCOM of Russia, 2021. S. 93 - 98.
Редакция вынуждена, с прискорбием сообщить, что к моменту выхода этой статьи в свет ушел из жизни ее автор, Воскобоев Виктор Федорович, Заслуженный деятель науки Российской Федерации, докт,ор технических наук, профессор.
Вся жизнь Виктора Федоровича была связана с организацией и проведением, научных исследований, в интересах повышения, обороноспособности нашего государства.
Последние 25 лет жизни он посвятил работе в Академии гражданской защиты МЧС России. Благодаря его неутомимой энергии и неиссякаемой тяге к научной деятельности в Академии получила свое дальнейшее развитие научная школа, теории надежности и эксплуатации сложных технических систем, были заложены основы для создания научной школы повышения, устойчивости экономики и систем жизнеобеспечения в условиях чрезвычайных ситуаций и военных конфликтов.
Много сил и частичку своей, души, Воскобоев Виктор Федорович, вложил в своих учеников, активно и результативно ра,бот,а,л, в диссертационном совет,е Академии, помогал молодым ученым и состоявшимся педагогам, познавать мир науки.
Светлая память о Викторе Федоровиче навсегда останется в наших сердцах.
