CC BY
7слой груза не будет полностью уложен. После чего операция опускания стола с грузом повторяется. Уровень укладки груза остается постоянным. Это обеспечивается установкой пружин растяжения с определенными жест-костями и их расположением в конструкции. Когда слои уложены, электропогрузчик снимает сформированный пакет и осуществляет дальнейшую транспортировку груза. Тормоз отключается, тормозные колодки разжимаются, и пустая платформа поднимается до начально установленного уровня укладки груза. Остается решить задачу рекуперации энергии после снятия груза.
В связи с этим несомненный интерес представляет разработка новых подходов при конструировании подъемных платформ, в которых полностью отсутствуют затраты энергии, а сами платформы остаются в традиционном исполнении со свойственными им габаритными характеристиками.
Одним из таких вариантов является использование в стабилизационных платформах пружин растяжения или пружин сжатия.
В последнем случае можно использовать потенциальную энергию, накопленную в пружинах, в различных средствах рекуперации энергии.
Список литературы
1. Жавнер М.В. Методы расчета и проектирования исполнительных устройств робототехнических систем на базе пружинных механизмов: Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук: 05.02.05/ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. -СПб: 2003. - 18 с.
2. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. и др. Манипуляционные системы роботов. - М.: Машиностроение, -1989. 472 с.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА И РИСКА АВАРИИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ С ОТРАЖЕНИЕМ ВЛИЯНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ
И ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ
Поленин Владимир Иванович
доктор военных наук, профессор, Военный учебно-научный центр ВМФ, г. Санкт-Петербург
Потехин Александр Алексеевич кандидат военных наук, Военный учебно-научный центр ВМФ, г. Санкт-Петербург
Ребенок Юрий Станиславович
MODELING OF TECHNICAL RISK AND THE RISK OF AN ACCIDENT STRUCTURALLY COMPLEX OBJECTS WITH REFLECTION OF THE ADVERSE IMPACT AND THE AFFECTING FACTORS
Polenin Vladimir, doctor of military Sciences, Professor, Military educational and scientific center of the Navy, St. Petersburg Potekhin Alexander, candidate of military Sciences, Military educational and scientific center of the Navy, St. Petersburg Ребенок Yuri
АННОТАЦИЯ
В статье решается актуальная задача системного анализа в области логико-вероятностного моделирования функционирования структурно-сложных технических систем с применением программных комплексов «АРБИТР» и ПК АСМ 2001. Решение задачи состоит в создании модульных структурных схем функционирования элементов, с использованием которых облегчается сборка структурных схем функционирования структурно-сложных объектов и систем в целом.
Ключевые слова: структурно-сложные объекты и системы; структурные схемы; неблагоприятные и поражающие факторы; логико-вероятностные модели и методы; показатели надежности, эффективности и риска. ABSTRACT
The article addressed an urgent task of systems analysis in the field of logical and probabilistic modeling of the functioning of structurally complex technical systems with the use of software systems "ARBITRATOR" and PC ACM 2001. The solution to the problem is to create a modular block diagrams of elements functioning with the use of which facilitates the Assembly of the block diagrams of the functioning of structurally complex objects and systems in General. Keywords: structurally complex objects and systems; the structural scheme; and adverse effects; logical-probabilistic models and methods; reliability, efficiency and risk.
1. Устойчивость как структурное качество систем Ниже рассматривается структурное представление свойства устойчивости применительно к техническим системам, поскольку его элементы имеют определения, установленные ГОСТ.
Устойчивость - способность системы в процессе изменений, вызываемых различными причинами, сохранять свойства работоспособности и/или безопасности.
Устойчивость технических систем является комплексным качеством, включающим в себя следующие составляющие структурные свойства [5]:
- надежность (безотказность);
- стойкость (условная живучесть);
- живучесть (полная);
- технический риск.
Без внешних поражающих воздействий
Структурная надежность
(безотказность)
---
При внешних поражакЗ^их воздействиях \
Поражающее воздействие
Стой- _ Живу-
щ кость честь4
41
Устойчивость (сохранение работоспособности)
Условная эффективность
Г
----------^------ч
1. ГОСТ 27.002-89 «НадежнойУь в технике. N Основные понятия. Термины^^пределения».
2. О промышленной безопасности опасных производственных объектов. Федеральный закон. // В сборнике документов «Декларирование промышленной безопасности опасных производственных объектов». Серия 27, вып. 3. М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность» при Госгортехнадзоре России, 2003.
3. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. // Нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр. Выпуск 10. М.: ГУЛ «НТЦ ПБ» Госгортехнадзора России, 2001.
.0 Ч О с
Условный ущерб
Реальная эффективность
-Я-
й1
¡1 <1
Риск = ожидаемый ущерб, тяжесть последствий
Рисунок 1. Структурное представление свойства устойчивости
Риск аварии - мера опасности, характеризующая возможность случайного возникновения аварий и отказов системы с различными уровнями последствий.
Технический риск - вероятность возникновения аварии вследствие отказов элементов системы, с последствиями определенного уровня (класса) за определенный период функционирования.
Ущерб от аварии - потери (убытки), вред окружающей среде и производственной сфере вследствие достоверного возникновения аварии (поражающего воздействия) данного вида.
Ожидаемый ущерб - математическое ожидание величины ущерба от возможных аварий (поражающих воздействий) за определенное время.
Расчет показателей структурных свойств осуществляется на математических моделях структурно-сложных систем, особенностями которых являются отражение взаимосвязей элементов и событийный характер.
2. Постановка задачи
Одной из важных задач системного анализа структурно-сложных объектов является задача создания модульных структурных схем функционирования элементов, с использованием которых облегчается сборка структурных схем функционирования структурно-сложных объектов и систем в целом. В частности, именно на такой подход к созданию структурных схем функционирования структурно-сложных объектов и систем ориентирован программный комплекс «АРБИТР» [2], реализующий информационную технологию ОЛВМ [3, 4].
Другая важная задача системного анализа функционирования структурно-сложных объектов состоит в создании таких структурных схем функционирования элементов и систем, которые комбинированно отражали бы
влияние одновременно всех основных обычно учитываемых факторов и свойств и позволяли бы вычислять системные характеристики систем одновременно по всем основным обычно интересующим показателям, в частности, по показателям риска.
К числу обычно учитываемых факторов и свойств технических систем относятся техническая безотказность элементов системы, воздействие внешних неблагоприятных факторов, стойкость элементов к этому воздействию и характер аварийных отказов (с развитием или без развития аварии). К числу обычно интересующих показателей для технических систем и опасных производственных объектов (ОПО) относятся показатели устойчивости их функционирования и риска (ожидаемого ущерба), связанного с воздействием неблагоприятных внешних факторов.
Следует отметить, что при применении известных сетевых методов и программных комплексов, использующих логико-вероятностные методы, например, RELAX, Risk Spectrum и др., решение задачи создания единых моделей, учитывающих как нормальные условия функционирования, так и внешние неблагоприятные и поражающие факторы, является недоступным. Дело в том, что в этих методах и программных комплексах реализован неполный базис логических операций, с помощью которых представляются логические функции. В соответствующих классических в блок-схемах и в деревьях отказов логико-вероятностных моделей такой базис включает только две логические операции «И» и «ИЛИ». Эта часть функций алгебры логики охватывает класс так называемых монотонных логических моделей устойчивости систем.
Именно так обстоит дело с решением задачи прогнозирования риска опасных производственных объектов (ОПО) в условиях гипотетических повреждений в примере
аварии хранилища горюче-смазочных материалов [1, 5]. Здесь модель аварии, вызванной разрушением (или поражением) хранилища горюче-смазочных материалов,
представляется с помощью дерева событий (рис. 2), причем совершенно отдельно от модели функционирования самого объекта в нормальных условиях эксплуатации.
Ликвидация аварии
Выброс горючего гг5 хранилища
©
pl=lJ0
Факельное горение струи (7) р5=05
С мгновенным воспламенением
(Т) рЗ=0Я Разрушение соседнего оборудования
Эффекта "домино"нет
(7) р<5=0.1
□гненнвй шар
(7) р2=0Л5 Разрушение соседнего оборудования
Ликвидация аварии
Нет воспламенения (V) р7=0.77778
(V) р4=0.473б8 Отсутствие источника
Без мгновенного воспламенения Пожар пролива
(Т) р8=02
Воспламенение
Ж
100 ve 1000 ye
250 ye
1000 ye 100 ye
100 ye
250 ye
1 '_' к1 ±'_' т.± '_' г-
с Горение или
взрыв облака
Рисунок 2. Дерево событий сценария возможных вариантов развития аварии
II 1000 уе
Однако в области системных исследований, связанных с управлением реальным функционированием объектов, актуальной является задача комплексного учета влияния неблагоприятных и поражающих факторов непосредственно на моделях текущего функционирования объектов.
Для решения такой задачи наиболее подходящим методом является Общий логико-вероятностный метод, использующий функционально полный набор логических операций «И», «ИЛИ» и «НЕ» (инверсия), позволяющий реализовать все функциональные возможности основного аппарата моделирования - алгебры логики.
Желательно, чтобы модульные структурные схемы функционирования элементов технических структурно-сложных объектов и систем были структурно подобными, отличаясь лишь смысловыми характеристиками событий. Стандартизация, как приведение к единой системе эталонов, и унификация, как приведение эталонов к минимальному числу типовых форм, также относятся к числу основных задач системного анализа.
Первым этапом решения этой задачи является создание событийных унифицированных модульных схем функционирования отдельных элементов, отражающих влияние неблагоприятных и поражающих факторов.
Полагая основные положения ОЛВМ известными, схемы функционирования целесообразно представлять сразу в виде схем функциональной целостности (СФЦ),
тем более, потому, что графически они полностью совпадают со схемами функционирования в форме ориентированных графов. Технология объединения СФЦ отдельных элементов в СФЦ структурно-сложных систем является известной [3, 4].
3. Модульная схема функционирования элемента технической системы с комбинированным учетом влияющих факторов Для наглядности схемных разработок рассмотрим схему функционирования элемента, под которым для примера будем понимать функционирование топливного трубопровода в агрессивной (опасной) среде (рис. 3). Наличие опасности аварийного развития событий - стандартная характеристика опасных производственных объектов (ОПО). Все вершины СФЦ представляют собой определенные события.
Учет первого фактора.
В функциональной вершине 2 задается вероятность воздействия внешнего неблагоприятного фактора.
Пусть вершина 2 - событие воздействия по трубопроводу, по каким-либо причинам, внешнего неблагоприятного фактора, например, ударное. Вероятность его появления, как вероятность неблагоприятного стечения обстоятельств, считаем известной, она определяется расчетным путем по условиям функционирования элемента Р(у2)=0.1.
Полный риск
Рисунок 3. СФЦ функционирования элемента технической системы с комбинированным учетом влияющих факторов
Учет второго фактора.
Функциональная вершина 3 характеризует нестойкость трубопровода к воздействию внешнего неблагоприятного фактора. Тогда прямой выход у3 будет соответствовать проявлению трубопроводом свойства нестойкости или аварийного отказа, а инверсный выход у"3 - проявлению трубопроводом свойства стойкости.
Пусть стойкость трубопровода характеризуется определенной и известной вероятностью Рс=0.4. Вероятность нестойкости 1-Рс=0.6 задается в функциональной вершине 3.
Проявление свойства стойкости у"3 с вероятностью Р(у"3)=1-[Р(у2)(1-Рс)]=1-0.10.6=0.94
формально соответствует функционированию элемента в нормальных условиях. Наступает событие 5 устойчивости элемента к воздействию внешнего неблагоприятного фактора.
Учет третьего фактора.
В функциональной вершине 1 задается вероятность безотказной работы элемента.
Формально, при сохранении нормальных условий функционирования элемента (вершина 5) и проявлении им свойства безотказности (вершина 1) наступает событие нормального функционирования или состояние полной устойчивости элемента (прямой выход у1 к вершине 7). В противоположном случае наступает событие технического отказа (инверсный выход у"1 к вершине 9).
Учет четвертого фактора.
В функциональной вершине 4 задается вероятность аварийного отказа элемента без развития аварии.
Если проявляется свойство нестойкости трубопровода к воздействию внешнего неблагоприятного фактора и наступает аварийный отказ (событие у3 с переходом к вершине 6), то могут иметь место два исхода, представленных вершиной-событием 4:
- прямой выход - событие у4 повреждения и отказа
трубопровода без развития аварии, например, при
таком типичном следствии удара по трубопроводу, как его смятие и, вследствие этого, утрата транспортной пропускной способности; - инверсный выход - событие у"4 повреждения и отказа трубопровода с развитием аварии, например, вследствие разрушения оболочки трубопровода. Произведение в вершине 8 событий у3 нестойкости трубопровода к удару и у4 смятия оболочки трубопровода с утратой транспортной пропускной способности представляет собой наступление события у8 аварийного отказа трубопровода без развития аварии.
Произведение в вершине 10 событий у3 нестойкости трубопровода к удару и у"4 разрушения оболочки трубопровода с развитием аварии представляет собой наступление события у10 аварийного отказа трубопровода с развитием аварии. Соответственно, вероятность наступления события у10 представляет собой вероятность риска развития аварии, а в произведении на сумму материального ущерба (с учетом тяжести последствий) - полный риск аварии согласно ГОСТ.
Смятие и разрушение оболочки трубопровода как следствия его нестойкости к удару, могут быть изучены и оценены в вероятностной мере, например, по потенциальной частости их наступления в эксперименте или по соотношению показателей устойчивости к смятию и разрушению, полученных методами теории сопротивления материалов.
Пусть смятие и разрушение оболочки трубопровода наступают в соотношении 4:1, тогда выходам вершины 4 соответствуют вероятности Р(у4)=0.8 и Р(у"4)=0.2.
Свойства-события 3 - нестойкость трубопровода к удару, как условие возникновения повреждения трубопровода, и 4 - характер повреждения, являются независимыми между собой. Тогда вероятности наступления событий у8 аварийного отказа трубопровода без развития аварии и у10 аварийного отказа трубопровода с развитием аварии будут представлять собой произведения этих вероятностей:
Р(у8)=Р(у3)-Р(у4)= Р(у2)-(1-Рс)-Р(у4)=0.1-0.6-0.8=0.048; Р(у10)=Р(у3Н1-Р(у4)]= Р(у2И1-РсН1-Р(у4)]=0.1Ю.6^(1-
0.8)=0.012.
Далее, событие у8 отказа без развития аварии и технический отказ у"1 трубопровода по физическому смыслу однородны и потому могут быть объединены в
вершине-событии 9, характеризующем полный риск отказа без развития аварии. Вероятность его наступления
Р(у9)=1-[1-Р(у"1)Н1-Р(у8)]=1-(1-0.0694И1-0.048)=0.1140688.
Наконец, сочетание полного риска отказа без развития аварии (у9) и риска развития аварии (у10) приводят к понятию полного риска (у11) с вероятностью:
Р(уИ)=1-[1-Р(у9)Н1-Р(у10)]=1-(1-0.0694Н1-0.088)=0.1512928.
Адекватность представленной схемы понятиям и состояниям полной устойчивости и полного риска и корректность ее логической реализации подтверждаются тем, что эти состояния-антиподы образуют полную группу событий, и сумма их вероятностей удовлетворяет условию нормировки (равенства единице).
4. Пример формирования СФЦ структурно-сложного
объекта с помощью модульной схемы функционирования элемента технической системы с комбинированным учетом влияющих факторов Ниже приводится пример части схемы системы выгрузки ГСМ из танков (рис. 4). Требуется составить СФЦ этой системы с помощью рассмотренной выше модульной схемы функционирования элемента технической системы.
Приемник
Танк
Рисунок 4. Схема системы выгрузки ГСМ из танков
Система состоит из танка, трубопровода, насоса, двух клапанов и приемника ГСМ.
Используя модульную СФЦ (см. рис. 3) последовательно для всех элементов системы, получим СФЦ функционирования системы в целом (рис. 5).
Нестойкости к внешнему неблагоприятному фактору приняты различными для клапанов и насоса.
Этим демонстрируется возможность индивидуального или группового подхода к учету каждого из влияющих факторов по всем элементам структурно-сложной системы.
Достоверность итоговой СФЦ и результатов моделирования подтверждается выполнением условия нормировки, а именно, равенства единице суммы показателей устойчивости (вершина 11) и полного риска (вершина 17). Выводы
1. Решена одна из важных задач системного анализа структурно-сложных объектов с применением логико-вероятностного метода моделирования - задача создания модульных структурных схем функционирования элементов, с использованием которых облегчается сборка структурных схем функционирования структурно-сложных объектов и систем
в целом. Результаты решения задачи ориентированы на информационную технологию ОЛВМ [4, 5], реализованную в программных комплексах ПК АСМ 2001 и «АРБИТР» [2].
2. Модульные структурные схемы отвечают требованиям унификации по отношению к комбинированному отражению влияния одновременно всех основных обычно учитываемых факторов и свойств, в частности, воздействия неблагоприятных и поражающих факторов.
3. Разработанные модели обеспечивают возможность расчета показателей, характеризующих свойства структурно-сложных технических систем -надежность, устойчивость, эффективность, живучесть и риск [5].
4. Полученные результаты обеспечивают реализацию принципа доступности методов и технологии ОЛВМ для широкого круга пользователей и способствуют объективизации системных исследований структурно-сложных опасных производственных объектов.
Рисунок 5. СФЦ системы выгрузки ГСМ из танков
Литература
1. Автоматизация процессов борьбы за живучесть корабля, судна // Коллективная открытая монография. - СПб: Координационный совет НП «ИАП БЖКС». - 2014.
2. АРБИТР, Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности систем (ПК АСМ СЗМА) базовая версия 1.0 / Автор Можаев А.С. Правообладатель ОАО «СПИК СЗМА». // Свидетельство об официальной регистрации № 2003611101. - М.: РОСПАТЕНТ РФ, 2003.
3. Поленин В.И., Рябинин, И.А., Свирин С.К., Гладкова И.А.. Применение общего логико-вероятностного метода для анализа технических, военных организационно-функциональных систем и вооруженного
противоборства // Монография, научное издание / Под ред. А.С. Можаева. - СПб: СПб-региональное отделение РАЕН, 2011. - 416 с.
4. Поленин В.И., Можаев А.С., Гладкова И.А. Общий логико-вероятностный метод моделирования сложных систем // Монография, научное издание -Германия, Саарбрюкен, Palmarium Academic Publishing. -2015. - 688 с.
5. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов // Нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр. Выпуск 10. М.: ГУП «НТЦ ПБ» Госгортехнадзора России, 2001. - 60с.
ЭЛЕКТРОПРИВОД НАМОТОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Полякова Лариса Юрьевна
кандидат техн. наук, доцент, филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау Туктарова Дина Азатовна
студентка филиала ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»
вг. Кумертау
