УДК 519.715
Д.В. Тупиков, В.А. Иващенко РАЗРАБОТКА БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЗРЫВО- И ПОЖАРООПАСНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ
Предложен подход к управлению взрыво- и пожароопасным производством, обеспечивающий своевременное обнаружение возможных причин возникновения пожароопасных ситуаций и их устранения.
Пожарная безопасность, пожароопасная ситуация, автоматизированное управление, система нечеткого вывода, продукционная база правил
D.V. Tupikov, V.A. Ivaschenko ELABORATING THE DATA BASE FOR REAL -TIME CONTROL OF EXPLOSIVE ANF FIRE-HAZARDOUS PRODUCTION FACILITIES
The article presents a new method for controlling explosive and fire-hazardous production facilities. The method helps defining potential reasons for fire-hazardous situations, and using the necessary remedial measures.
Fire safety, situation of fire danger, automatic control, fuzzy inference system, product rule base
Введение
Современные системы пожаротушения характеризуются минимальным временем обнаружения пожара, после которого начинаются действия по его устранению. За промежуток времени с момента возникновения пожара и до его устранения может быть нанесён существенный материальный ущерб предприятию.
Обнаружение возможных причин возникновения пожароопасных ситуаций позволит значительно снизить или исключить случаи возникновения пожара и, соответственно, обеспечить существенную экономию для предприятия. В связи с тем, что система по обнаружению причин возникновения пожароопасных ситуаций должна функционировать в режиме реального времени, необходима ее автоматизация на основе использования математических методов и современных аппаратнопрограммных средств.
1. Описание условий возникновения пожаров
Условия возникновения пожара разделяются на необходимые и достаточные.
К необходимым условиям относится наличие:
— горючего вещества;
— окислителя;
— источника зажигания.
Соблюдение необходимых условий еще не означает, что пожар возникнет. Для его возникновения необходимо соблюдение достаточных условий, которые заключаются в одновременном совмещении горючего вещества, источника зажигания, непрерывного поступления окислителя в зону горения и удаление из нее продуктов горения [1].
Для обеспечения пожарной безопасности производства требуется исключить необходимые условия возникновения пожара путем устранения причин, их порождающих.
Ввиду того, что не все причины могут быть чётко определены и между ними, как правило, невозможно установить точные количественные соотношения, предложен подход к оперативному управлению взрыво- и пожароопасным производством на основе нечеткой базы знаний.
2. База знаний для оперативного управления взрыво- и пожароопасным производством
Ввиду того, что формирование базы знаний основывается на факторах, не поддающихся точной оценке, для управления взрыво- и пожароопасными производствами предлагается использовать систему нечёткого вывода (СНВ).
Построение СНВ сводится к следующим этапам.
Этап 1. На данном этапе осуществляется выбор минимально возможного числа входных и выходных нечетких переменных, необходимых для описания процесса обнаружения пожароопасных ситуаций.
При этом в качестве входных нечетких переменных приняты: температура в помещении, оптическая плотность воздуха, сопротивления проводки и ее изоляции, плотность воздуха в помещении, наличие искры, горючая нагрузка (горючие вещества и материалы, расположенные в помещении), факторы окружающей среды (грозовые разряды), утечка легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ) [2, 3]. В качестве термов входных переменных выступают: «низкий уровень», «средний уровень», «высокий уровень».
За номинальные значения переменных принимаются значения, соответствующие нормативным материалам, а при их отсутствии - мнениям экспертов, компетентных в данной области. В качестве экспертов выступают заведующий складом лакокрасочных материалов и главный инженер Саратовской вагонной части депо.
В качестве выходной нечеткой переменной принята пожарная опасность. Термами выходной переменной являются: «низкая пожарная опасность», «средняя пожарная опасность», «высокая пожарная опасность», «критическая пожарная опасность».
Под низкой пожарной опасностью понимается ситуация, когда все входные переменные находятся в пределах установленных ограничений, при средней пожарной опасности одна или несколько входных переменных выходят за ограничения, при высокой пожарной опасности выполнены два из трёх необходимых условий возникновения пожара, а при критической - все три необходимых условия.
Этап 2. На основании нормативных документов и мнений экспертов определяются функции принадлежности нечетких переменных. Вид этих функций выбирается исходя из простоты их представления и вычисления при условии обеспечения адекватности соответствующей лингвистической переменной, характеризующей исследуемый процесс (рис. 1, 2).
нечетких переменных
Рис. 1. Функции принадлежности нечётких переменных, характеризуемых тремя термами
Для склада лакокрасочных материалов на территории Саратовского вагонного депо численные значения параметров нечетких переменных, характеризуемых тремя термами, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значения параметров нечётких переменных, характеризуемых тремя термами
Наименование переменной Значения переменной
*1 *2 *3
Температура в помещении, ОС 30 100 250
Оптическая плотность 1 2 5
Сопротивление изоляции, МОм 0,3 0,5 1
Сопротивление проводки, КОм 0,5 1 10
Плотность воздуха, кг/л 1,15 1,25 1,35
низкий высокий
*1 Х2 Значения параметров
нечетких переменных
Рис. 2. Функции принадлежности нечётких переменных, характеризуемых двумя термами
Численные значения параметров нечетких переменных, характеризуемых двумя термами приведены в табл. 2.
Таблица 2
Значения параметров нечётких переменных, характеризуемых двумя термами
Наименование переменной Значения переменной
*1 *2
Наличие искры 0 1
Горючая нагрузка 0 1
Г розовые разряды 0 1
Утечка ЛВЖ и ГЖ 0 1
Этап 3. На основе нормативных документов и мнений экспертов формируется полная база знаний, содержащая 3888 продукционных правил:
1. Если температура в помещении - «низкий уровень», оптическая плотность - «низкий уровень», сопротивление изоляции - «низкий уровень», сопротивление проводки - «низкий уровень», плотность воздуха - «средний уровень», наличие искры - «низкий уровень», горючая нагрузка - «низкий уровень», грозовые разряды - «низкий уровень», утечка ЛВЖ и ГЖ - «низкий уровень», то «низкая пожарная опасность».
2. Если температура в помещении - «средний уровень», оптическая плотность - «низкий уровень», сопротивление изоляции - «низкий уровень», сопротивление проводки - «низкий уровень», плотность воздуха - «средний уровень», наличие искры - «низкий уровень», горючая нагрузка - «низ-
кий уровень», грозовые разряды - «низкий уровень», утечка ЛВЖ и ГЖ - «низкий уровень», то «низкая пожарная опасность».
1900. Если температура в помещении - «высокий уровень», оптическая плотность - «высокий уровень», сопротивление изоляции - «средний уровень», сопротивление проводки - «средний уровень», плотность воздуха - «средний уровень», наличие искры - «низкий уровень», горючая нагрузка -«низкий уровень», грозовые разряды - «низкий уровень», утечка ЛВЖ и ГЖ - «низкий уровень», то «высокая пожарная опасность».
3888. Если температура в помещении - «высокий уровень», оптическая плотность - «высокий уровень», сопротивление изоляции - «высокий уровень», сопротивление проводки - «высокий уровень», плотность воздуха - «высокий уровень», наличие искры - «высокий уровень», горючая нагрузка -«высокий уровень», грозовые разряды - «высокий уровень», утечка ЛВЖ и ГЖ - «высокий уровень», то «критическая пожарная опасность».
Полнота предложенной базы знаний гарантирует получение результата для всех возможных сочетаний факторов, определяющих возникновение пожара.
Этап 4. Поиск управляющих воздействий, обеспечивающих предотвращение пожароопасных ситуаций на основе нечеткого вывода.
3. Результаты применения нечеткого вывода на предложенной базе знаний
Нечеткий вывод осуществляется с помощью СНВ (рис. 3). В качестве инструментальной среды ее реализации использован пакет программ Fuzzy Logic Toolbox Matlab 7.11.0.584 (R2010b) (рис. 4).
Гшшвые ашяды
Рис. 3. Схема нечеткого вывода с помощью СНВ
П Rule Viewen BsM знаний_ГТІ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Рис. 4. Результат работы пакета программ Fuzzy Logic
На основе визуальной информации оператор оценивает возможность пожара и предотвращает причины его возникновения.
Заключение
Разработана база знаний для оперативного управления взрыво- и пожароопасным производством, которая положена в основу построения системы нечеткого вывода, позволяющей обеспечить 136
снижение риска возникновения пожара за счёт анализа возможных причин его возникновения в режиме реального времени.
Данный подход может быть положен в основу прогнозирования возникновения пожароопасных ситуаций на взрыво- и пожароопасных производствах, что позволит реализовать своевременные мероприятия по их предотвращению.
Описанный подход является универсальным в смысле использования его на взрыво- и пожароопасных производствах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кашолкин Б.И. Тушение пожаров в электроустановках / Б.И. Кашолкин, Е.А. Мешалкин. М.: Энергоатомиздат, 1985. 114 с.
2. Раскатов В.М. Машиностроительные материалы / В.М. Раскатов, В.С. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс. М.: Машиностроение, 1980. 514 с.
3. ГОСТ 53362-2005. Безопасность лакокрасочных материалов: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 июля 2005 г. № 193-ст. М., 2005.
Иващенко Владимир Андреевич -
доктор технических наук, профессор кафедры «Системотехника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Vladimir A. Ivaschenko -
Dr. Sc., Professor
Department of Systems Engineering
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Тупиков Дмитрий Владимирович -
аспирант кафедры «Системотехника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Dmitry V. Tupikov -
Postgraduate
Department of Systems Engineering
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Статья поступила в редакцию 15.05.13, принята к опубликованию 15.09.13