CC BY
13Махутов Н.А.
д.т.н., чл.- корр. РАН, гл. н. с ИМАШ РАН
Руденко В.А.
к.т.н., в.н.с. ИМАШ РАН
Грот В.В.
к.т.н., с.н.с. ОАО «НТЦ Промбезопасность»
УГРОЗЫ И РИСКИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ РОССИИ: ИНФОРМАЦИОННЫЙ АСПЕКТ
Ключевые слова: реляционная база данных, механика разрушения, модель, рост трещины.
Keywords: relational database, mechanics of destruction, model, growth of a crack.
1. При создании нового изделия или при значительной модернизации существующего необходимо во многих случаях оценить угрозы и риски, связанные с жизненным циклом проектируемого материального (реального) объекта. Речь идёт как об угрозах внешнему миру со стороны объекта, так и о защищённости объекта от разрушающего влияния внешней среды. Бесспорно также, что в общем случае технологической безопасности необходимо оценить ситуации, связанные и с созданием объекта и с его несозданием.
Для корректного анализа безопасности какого-либо изделия в информационном аспекте необходимо уточнить объём основных понятий, в сумме составляющих информационно-логическую модель (ИЛМ). В данном случае начинаем с понятий «угрозы» и «риски».
Содержание названных понятий принимаем в соответствии с дефинициями и составом словарных гнёзд в классическом словаре по безопасности, вышедшем в сериальном издании «Безопасность России» [1].
Угроза - реальная возможность причинения вреда; возможность наступления опасного сочетания ситуации и состояние взаимодействия объектов, его средств и результатов, которое делает опасность реальной; угроза возникает тогда, когда величина вероятности причинения вреда достигает определённого порогового значения.
Риск - потенциальная опасность получения нежелательных (отрицательных) результатов.
2. Таким образом, можно установить, что анализ данных проблем безопасности необходимо выполнять на основе информации об объектах и их свойствах, параметрах воздействий на объекты и результатах исследования аналогичных чрезвычайных ситуаций на подобных по своей конструкции объектах. В качестве примера показательны аварии на трубопроводах.
Развитие энергетики, в т.ч. атомной, ракетно-космической и авиационной техники, химической промышленности связано с широким использованием трубопроводов высокого (до 10 МПа) и сверхвысокого (до 500 МПа) давления. Это, в свою очередь, ведет к увеличению масштабов, числа и тяжести пожаров, мощности аварийных взрывов и осложнению оперативной обстановки при аварии. Первопричинами могут быть: механические повреждения из-за усталости, химическая и электрохимическая коррозия, эрозия, технологические дефекты, внешние электромагнитные воздействия, ошибочные действия операторов и персонала, террористические акты. Можно предположить, что число угроз трубопроводам со стороны вешней среды, а также внешней среде со стороны трубопроводов будет возрастать.
3. Информационная поддержка анализа названных ситуаций строится в виде справочно- и научно-информационных комплексов задач, опирающихся на базы данных и банки знаний в этой области. В их число входят: БД «Документы-источники», БД «Терминология», БЗ «Экспериментальные методы» и т.д. Особо следует отметить БЗ «Модели», содержащий описания расчётных моделей в механике разрушения. Информационной основой БЗ служит реляционная база данных.
В данном случае ставится задача - разработать форму ввода данных оператором в БД «Модели» таким образом, чтобы она наглядно представляла единицу хранения информации (строку в таблице). Речь идёт о карточках (паспортах), имеющих одинаковый формат и образующих реляционную таблицу. Каждая из этих карт однозначно должна соответствовать одной определённой модели и быть построенной по одной, одинаковой для всех карт структуре. Структурными составляющими являются атрибуты (элементы описания) модели. Таким образом, карта выполняет роль записи в массиве реляционной таблицы, а элементы описания проходят как поля этой записи (столбцы в таблице).
Трудность возникает из-за противоречий между стремлениями разработчиков создать унифицированную систему описания для всех моделей и творческой позицией авторов моделей, которые, конечно, излагали свои идеи моделирования без ориентации на проектирование автоматизированной информационной системы. Также авторы моделей не стремились придерживаться единой для сообщества механиков логики, лексики (терминологии) и полноты изложения материала. Вторая трудность возникает при этом в процессе проектирования формы представления моделей как единиц хранения в базе, т.е. записей, содержащих фиксированное количество, наименование и последовательность полей для каждой записи.
Проиллюстрируем сказанное фрагментом рабочей формы (см. рис), т.е. карточки модели с названиями полей (напечатаны курсивом) и контентом этих полей (помещён в рамки). Содержимое полей представляет собой цитаты из публикации, расположенные в последовательности согласно порядку цитат в тексте документа-источника. Имена полей назначены в первом приближении. Поля для идентификационных номеров, а также остальные детали карточек на рисунке не показаны.
_1. Наименование модели_
_Вероятностные модели роста трещины_
_2. Документ-источник информации_
Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность, Ч. 2, Обоснование ресурса и
безопасности, Новосибирск, «Наука», 2005 г. (стр. 422 - 423)_
_3. Объект моделирования_
_Рост трещины_
_4. Класс модели_
_Процесс_
_5. Опирается на модели_
- дискретная со случайными приращениями в случайные моменты времени,
- непрерывная со случайными приращениями на фиксированные отрезках времени,
_- дискретно-непрерывная со случайными приращениями обоих типов._
_6. Модель оперирует факторами_
а) на микроуровне (структурная неоднородность материала, неоднородность напряжённо-деформированного состояния в локальных зонах на уровне размеров зерна),
б) на макроуровне (неоднородность напряжённо деформированного состояния элементов конструкций, неопределённость формы, размеров и ориентации трещин, рассеяние значений характеристик циклической трещиностойко-
сти материала)._
_7. Определяющие условия_
а) условия необратимости ölt > 0,
б) кинетические условия вида l(t) = L{x, t},
где l - вектор обобщенных координат, характеризующих размеры и ориентацию трещин в конструкции; ölt -вариация вектора по времени t; /(t) — кинетическая функция, определяемая теоретически или экспериментально; х -
вектор базисных переменных, определяющих рост трещин._
_8. Задача моделирования_
Заключается в задании вероятностных характеристик траекторий l(t), адекватно описывающих реальные процессы. Моделирование траекторий можно осуществить на базе моделей теории случайных процессов, эмпирических моделей и вероятностных моделей механики разрушения_
Рис 1.
Рабочая форма описания обобщённого моделирования
Небольшой комментарий к изображённому на рис. 1.
Поле 4. Класс модели: указывается по принятому в БД перечню классов (материальный объект, процесс, событие, явление и т.д. и т.п.).
Поле 5. Опирается на модели: это поле необходимо, чтобы обосновать используемый автором научный аппарат (гипотезы, соотношения и т.д.).
Поле 6. Модель оперирует факторами: перечисляются факторы, характеризующие объект моделирования и внешнюю среду.
Поле 7. Определяющие условия: здесь автор модели фактически даёт механико-математическое выражение сущности данной модели.
Поле 8. Задача моделирования: это поле можно назвать - Цель моделирования.
Список литературы
1. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Словарь терминов и определений. Изд. 2-е дополненное. - М.: МГФ «Знание», 1999. - 368 с.
2. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. Ч. 2. Обоснование ресурса и безопасности. -Новосибирск: Наука, 2005. - С. 422-423.
