CC BY
7
УДК 614.842.8
doi: 10.55287/22275398 2022 4 20
О РАЗРАБОТКЕ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ
Е. В. Гвоздев
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация
Проанализированы существующие подходы по оценке состояния организационных систем, акцентировано внимание на построении логико-вероятностных моделей системы комплексной безопасности, созданной на предприятиях нефтегазового комплекса России. Сформулированы цель и задачи требующие решения. Разработана иерархическая модель для оценки данных статистики возникновения аварий и пожаров, в содержании которой обосновано использование метода анализа иерархий (МАИ). Разработана графовая модель для проверки адекватности полученных результатов при использовании иерархической модели. На выходе решается проблема в получении адекватных результатов оценки состояния системы комплексной безопасности, созданной на предприятиях нефтегазового комплекса России.
Ключевые слова
нефтегазовый комплекс, оценка состояния, система комплексной безопасности, иерархическая модель, графовая модель
Дата поступления в редакцию
04.11.2022
Дата принятия к печати
12.11.2022
Введение
В системе безопасного и надежного развития России важное место занимают предприятия, относящиеся к сфере добычи, переработки, транспортировки и хранения углеводородов, входящие в состав нефтегазового комплекса России (далее НГК), масштабность и важность отраслевого функционирования которых просто неоспорима не только в нашем государстве, но и в любых других странах. Эффективное функционирование предприятий НГК, играет роль в создании исключительных условий для развития и устойчивого роста национальной экономики. Предприятия НГК в настоящее время, относятся к основному стратегическому потенциалу развития мировой экономической системы, их состояние, безопасность, устойчивое функционирование и развитие, играют ключевую роль для выполнения таких значимых для государства функций как защита национального суверенитета и безопасности государства, создания требуемых условий для жизнеобеспечения населения [1].
Указанные выше обстоятельства характеризуются высокой степенью актуальности, автором статьи предлагается обосновать использование рационально-целевой модели развития системы КБ на предприятиях НГК России.
Цель и задачи исследования
Цель представляемой статьи состоит в разработке моделей для проведения оценки состояния системы КБ на предприятиях НГК России.
Для достижения сформулированной цели требуется решить следующие задачи:
1. Разработать модель, оснащенную обоснованным набором средств (методов) оценки данных статистики аварий и пожаров, представляемой ведомственными (отраслевыми) подсистемами (Ростехнадзором и МЧС России).
2. Разработать модель, оснащенную обоснованным набором средств (методов) проверки данных полученных при оценке статистики аварий и пожаров, проанализировать их с точки зрения частоты возникновения аварий и пожаров за оцениваемый промежуток времени.
Общая постановка для решения задач
Для решения представленных выше задач известна реализация следующих возможных подходов.
Первый, который основан на математическом моделировании процессов при оценке состояния организационных систем [2]. В практической деятельности предприятий из-за определенной сложности математических моделей он является малоприменимым.
Второй подход, который основан на построении логико-вероятностных моделей оценки состояния организационных систем [3], он применим через определение показателей причинно-следственных связей, приводящих к возникновению аварий и пожаров, воздействующих на систему КБ предприятий НГК России (рис. 1) [4; 5].
03
г
м О
-I
м
Э СО
Рис. 1. Общий вид структуры, используемой для разработки моделей оценки
1. На основании информации о возникновении пожаров X { , информации об авариях g{ на предприятиях НГК России за временной промежуток требуется сформировать информацию с перечнем невыполненных мероприятий для той подсистемы (ПрБ, ПБ, ОТ), недоработки в которой привели к возникновению аварии или пожара р, .
2. На основании информации с перечнем невыполненных мероприятий для той подсистемы (ПрБ или ПБ), недоработки в которой привели к возникновению аварии или пожара р { , и характеризующей их информации { , рассматриваемой с точки зрения причины возникновения аварии или пожара, требуется разработать модель (группу моделей), позволяющую определить весовой показатель влияния для каждо-
к
I К О н
и
0 и
X
1
ш
о
к ^
<и и о
ш 2 Ш и
ч н
ГО о
О ю
со га ^ &
СО £ ш О
го невыполненного мероприятия общего списка рдалее будут использованы для проведения расчетов в блоках 3 и 4.
3. На основании информации с оценкой весовых показателей влияния для каждого невыполненного мероприятия, входящего в общий список р^, и показателей нанесения ущербов от аварий и пожаров С^1 требуется разработать модель, имеющую возможность получить откорректированный индивидуальный показатель влияния для каждого невыполненного мероприятия, входящего в ранжированный список й / .
4. На основании информации с индивидуальным показателем влияния для каждого невыполненного
Л / мероприятия, входящего в ранжированный список й ^ , с учетом их повторяемости (т. е. частоты невыполнения) 5 I требуется разработать модель, имеющую возможность выделить ту группу причин возникновения аварий и пожаров, которые имеют закономерность повторяться и ¡.
Решение задачи №1
Решение задачи №1 предлагается рассматривать в виде блок-схемы (рис. 2).
Рис. 2. Последовательность ранжирования мероприятий в общем виде
Представленную (см. рис. 1) последовательность ранжирования мероприятий можно описать следующим выражением:
(1)
где рI = 0 (нет /-го нарушения) или р 1 = 1 (есть /-е нарушение);
= (Над (а!) —диагональная матрица искомых весовых коэффициентов (1).
Парные сравнения приводят к записи характеристик сравнений в виде квадратной таблицы чисел, которая называется матрицей.
Сравнивая набор показателей с точки зрения важности, можно получить следующую матрицу:
/ сг11а12а13'"а14\
Л, =
а21а22а23 а31 а32а33
24 34
V
(2)
г/
1ап2апЗ~
Эта матрица обратно симметричная, т. е. имеет место свойство
аи - 1/аи
ч
(3)
Представленному выше описанию во многом отвечает метод анализа иерархий (далее — МАИ), который является методологической основой для решения задач выбора альтернатив посредством их многокритериального рейтингования. МАИ создан американским ученым Томасом Саати, он вырос в настоящее время в обширный междисциплинарный раздел науки, имеющий строгие математические многовариантные обоснования [6].
Автор статьи разработал иерархическую модель оценки состояния КБ на предприятиях НГК (рис. 3), которая позволяет проанализировать все мероприятия, ставшие причинами возникновения совместных событий (аварий и пожаров), рассмотреть их с точки зрения нанесения ущерба объектам защиты (персоналу, зданиям, сооружениям, оборудованию, имуществу и т. д.).
03
г
м О
-I
м
Э СО
Рис. 3. Иерархическая модель оценки состояния комплексной безопасности на предприятии НГК России
В содержании модели (рис. 3) представлена матричная форма получения требуемого результа-
к
I
та, имеющая непосредственное отношение к МАИ, позволяющая получать весовой коэффициент о
и О и
влияния для каждого рассматриваемого мероприятия. Однако иерархическая модель оценки КБ
предприятия НГК России, в ее единственном использовании, не способна представить адекват- 5
ные обоснованные результаты весовых коэффициентов влияния, так как при проведении расчетов х
<и
возможно появление тех причинных мероприятий, которые будут взяты из разных отчетов по авариям, но иметь одинаковый результат весового коэффициента влияния. К Для получения адекватных показателей влияния для каждого мероприятия, подлежащего оце- ^ ниванию, возникла необходимость дополнительно рассматривать все проранжированные с при- ш
менением МАИ мероприятия с точки зрения вероятности их возникновения. ®
О
ш 2 ш и
Решение задачи №2 го о
О ю
Применительно к решению задач по оценке состояния системы КБ на предприятиях НГК ей ™
т
СО £ ш О
России, структура сети представляющей особенности влияния различных элементов (блоков) на выходную характеристику, может представлять вид (рис. 4).
Рис. 4. Структура графа возникновения аварийной ситуации
Вероятности событий в виде отсутствия контроля и привлечения неквалифицированного персонала являются безусловными, остальные — условными, совместное распределение вероятностей можно представить в виде выражения
P(A, B, C, D) = P(A\B)P(B\C, D)P(D)P(C). (4)
Автор статьи разработал графовую модель оценки состояния системы КБ на предприятиях НГК России (рис. 4), построенная на основе байесовской сети доверия (БСД), которая относится к классу вероятностных графических моделей, получивших научное признание в работах Лапласа, Гуда, Райхенбаха. Понятие БСД предложил Джуди Перл в 1986 году, а позднее был предложен и соответствующий аппарат в работах Джуди Перла, Дэвида Шпигельхальтера, Штеффана Лауритцена [7].
Рис. 5. Графовая модель оценки состояния комплексной безопасности на предприятии НГК России
В качестве базовой опоры в содержании предложенной модели (рис. 4) рассматривается фрактальная стратифицированная модель (ФС-модель), составляющая основу одного из подходов к структурированию знаний, называемому фрактальным подходом. Фрактальный подход был предложен в 1990-х годах и представлен в работе [8]. ФС-модель может представляться в различных видах знаний, в которых описываются основные закономерности предметной области, такие как факты, понятия, взаимосвязи, оценки, правила, эвристики и др. [9], в рассматриваемом случае она используется для расслоения (стратификации) причинно-следственных связей с целью выявления факторов, которые сыграли значимую роль для возникновения конечных событий (аварий и пожаров). Таким образом ФС-модель [8}, встроенная в графовую модель (см. рис. 4), является центральным звеном по определению промежуточных событий, которые при благоприятных условиях перерастают в итоговые события (аварии и пожары) приносящие крупные ущербы не только предприятиям НГК, но и любым другим промышленным предприятиям.
CD
Заключение 05
Разработана новая иерархическая модель, оснащенная обоснованным набором средств (методов) оценки данных со статистикой аварий и пожаров, представляемой ведомственными (отрасле- О выми) подсистемами (Ростехнадзором и МЧС России).
Разработана новая графовая модель, оснащенная обоснованным набором средств (методов) проверки данных, полученных при оценке статистики аварий и пожаров, имеющая возможность проанализировать их с точки зрения частоты возникновения аварий и пожаров за оцениваемый промежуток времени.
Использование представленных моделей для проведения оценки состояния системы КБ на предприятиях НГК России, позволят на практике решать проблему по снижению ущерба от аварий и пожаров в системе КБ данных предприятий, т. е. решать проблему, имеющую важное социально-экономическое значение для России.
специальности «Математические методы в экономике» / Н. В. Гринева ; Н. В. Гринева ; Федеральное
Библиографический список
1. Махутов, Н. А. Анализ рисков и обеспечение защищенности критически важных объектов
нефтегазохимического комплекса: учебное пособие / Н. А. Махутов, В. Н. Пермяков, Р. С. Ахметханов, ^
и др. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. — 560 с. X
к о
2. Гринева, Н. В. Экономико-математическое моделирование: математическое моделиро- н
вание микроэкономических процессов и систем : учебное пособие для студентов, обучающихся по ®
s
X
гос. образовательное учреждение высш. проф. образования «Финансовая акад. при Правительстве щ
Российской Федерации» (Финакадемия), Каф. мат. моделирования экономических процессов. — О
Москва: Финакадемия, 2008. — 103 с. — ISBN 978-5-7942-0589-3. *
Ч
3. Деревянский, В. Ю. Оценка причин аварийности и травматизма логико-вероятностным 'щ и структурно-вероятностным методами / В. Ю. Деревянский // Пожарная и техносферная без- 5
о
ш 2
4. Gvozdev, E. (2020). On the probability determination of the reliability of a technosphere object ¡¡i ^
^ н
under hazardous influence. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 869, 052043. ^ о
со ro ^ %
со £ ш О
опасность: проблемы и пути совершенствования. — 2019. — № 3(4). — С. 54 - 62.
https://doi.org/10.1088/1757-899X/869/5Z052043.
5. Gvozdev, E.V. (2020). Methodology for the synthesis of an adaptive integrated security system at a regional life support enterprise. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. https://doi. org/10.18322/PVB.2020.29.02.6-16.
6. Саати, Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий: пер. с англ. — М.: «Радио и связь», 1993. — 320 с.: ил.
7. Фильченков, А. А. Меры истинности и вероятностные графические модели для представления знаний с неопределенностью / А. А. Фильченков // Тр. СПИИРАН. — № 4 (23). — 2012. — С. 254 - 295.
8. Массель, Л. В. Фрактальный подход к структурированию знаний и примеры его применения / Л. В. Массель // Онтология проектирования. — 2016. — Т. 6, № 2 (20). — С. 149 - 161.
9. Massel, L.V. Fractal approach to constructing ontological knowledge space // L.V Massel // Proceedings of 3rd Russian-Pacific Conference on Computer Technology and Applications (RPC). — 2018. — P. 1 - 5.
ABOUT DEVELOPING OF MODELS FOR ASSESSING THE STATE OF THE INTEGRATED SECURITY SYSTEM AT THE ENTERPRISES OF THE OIL AND GAS COMPLEX OF RUSSIA
E.V. Gvozdev
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Abstract
The existing approaches to assessing the state of organizational systems are analyzed, attention is focused on the construction of logical and probabilistic models of the integrated security system created at the enterprises of the oil and gas complex of Russia. The purpose and tasks requiring solutions are formulated. A hierarchical model has been developed to evaluate the statistics of accidents and fires, the content of which justifies the use of the hierarchy analysis method (MAI). A graph model has been developed to verify the adequacy of the results obtained when using a hierarchical model. At the exit, the problem is solved in obtaining adequate results of assessing the state of the integrated security system created at the enterprises of the oil and gas complex of Russia.
The Keywords
oil and gas complex, condition assessment, integrated security system, hierarchical model, graph model
Date of receipt in edition
04.11.2022
Date of acceptance for printing
12.11.2022
Ссылка для цитирования:
Е. В. Гвоздев. О разработке моделей для оценки состояния системы комплексной безопасности на предприятиях нефтегазового комплекса России. — Системные технологии. — 2022. — № 4 (45). — С. 20 - 26.
