Разработка моделей оценки техногенно

Разработка моделей оценки техногенно-природной безопасности градообразующих
предприятий европейского Севера (на примере ОАО "Апатит")1
Яковлев С.Ю., Богатиков В.Н., Исакевич Н.В., Рыженко А.А.
Институт информатики и математического моделирования технологических процессов
Кольского научного центра Российской академии наук (ИИММ КНЦ РАН)
Целями работы в 2007 г. являлись: апробация набора базовых моделей промышленноэкологических опасностей на примере ОАО "Апатит", уточнение области применимости
моделей, обоснование рекомендаций по использованию моделей, определение направлений
дальнейших исследований.
В 2007 году в рамках проекта выполнены следующие работы.
1. Выполнена апробация набора базовых моделей промышленно-экологических
опасностей на примере ОАО "Апатит".
Ранее была построена базовая (первичная или исходная) модель опасности типового
градообразующего предприятия М = (О, Н), где несущее множество О = И U П есть
объединение «источников» и «приёмников» опасностей, Н - подмножество декартова
произведения О X О - есть отношение опасности. В 2007 г. указанная модель была
конкретизирована для ОАО "Апатит" - одного из крупнейших горнодобывающих
объединений Мурманской области, градообразующего предприятия городов Кировск и
Апатиты. Для этого на первом этапе были выявлены основные источники и объекты
возможного воздействия разнородных (техногенных, природных, социальных) опасностей
ОАО «Апатит», иными словами, построено несущее множество О = И U П. Совместное
использование на этом этапе теории алгебраических систем и теории графов позволило
придать базовым моделям, с одной стороны, необходимую научную строгость, а с другой,
наглядность, что имеет теоретическое и прикладное значение. Подчеркнём, что эти модели
могут быть построены при наличии минимальной информации о потенциальных опасностях
предприятия, именно, информации об источниках опасностей и объектах их воздействия в
техносфере, природной и социальной среде. Таким образом, разработаны структурные
базовые моделей основных промышленно-экологических опасностей ОАО «Апатит».
Далее выполнено исследование базовых моделей промышленно-экологических
опасностей ОАО «Апатит», имеющее целью формирование количественных характеристик
опасности элементов и структур, ранжирование элементов по степени опасности,
обеспечение возможности сравнительной оценки альтернативных вариантов структур.
Применение аппарата алгебры логики для исследования структурно-сложных систем
обеспечивает получение нетривиальных и значимых результатов даже при отсутствии
статистически достоверной исходной информации о вероятностях аварий и возможном
ущербе от них. Последнее обстоятельство особенно важно для редких и крупных аварий,
чрезвычайных ситуаций. Таким образом, выполнено исследование базовых моделей с целью
определения количественных характеристик опасности как отдельных объектов, так и ОАО
«Апатит» в целом.
Выделенные элементы ОАО «Апатит» связаны также и другими значимыми типами
отношений. Учёт координатной привязки, рельефа местности существен как для ОАО
«Апатит» в целом (промплощадка занимает территорию 70x30 км), так и для некоторых
опасных объектов предприятия (например, гидротехнических сооружений). Опасные
технологические процессы протекают во времени, предприятие развивается,
1
Исследование выполнено при поддержке РФФИ (проект №№05-01-97500), поддержке в рамках региональной
целевой программы «Развитие науки, научно-технической и инновационной деятельности в Мурманской
области на 2006-2008 гг.» (проект № 1.3.5.)
модернизируется. Поэтому учёт временного фактора важен в оперативном и стратегическом
аспекте. Элементы ОАО «Апатит» встроены в иерархическую организационноуправляющую структуру предприятия, поэтому необходимо принимать во внимание и этот
тип отношений. Далее, выделенные элементы вовлечены в многочисленные технологические
процессы (например, добыча, транспортировка, обогащение), т.е. связаны технологическими
отношениями. Для учёта указанных взаимосвязей базовая модель была дополнена
следующими типами отношений на множестве О: S - пространственные, Т – временные, Org
– организационные, Tech – технологические. В результате обобщённая базовая модель
приняла вид М = (О, Н, S, Т, Org, Tech). Её также можно интерпретировать как набор
моделей, учитывающих определённые типы отношений. Реальные производственные
процессы осуществляются в условиях неполноты и неточности исходных данных о
предметной области. Поэтому о реализации указанных типов (всех или некоторых)
отношений можно говорить в вероятностном смысле. В результате базовая модель
дополняется вероятностными характеристиками взаимосвязей Р(С), где С – тип отношения.
Для исследования моделей применялись существующие методы анализа опасностей и
рисков, а также методы теории алгебраических систем. Для иллюстрации полученных
структур использованы взвешенные графы и псевдографы. Таким образом, разработано
обобщение базовых моделей с целью учёта пространственно-временных и организационнотехнологических взаимосвязей выделенных элементов ОАО «Апатит», а также учёта
неопределённости исходных данных.
В результате для ОАО «Апатит» сформирована совокупность моделей,
соответствующая текущей степени изученности и формализованности предметной области.
Эта совокупность является основой для поддержки принятия решений по управлению
промышленно-экологической безопасностью, в том числе позволяет определить направления
дополнительных исследований для пополнения набора моделей, обосновать выбор
рационального уровня безопасности. Итак, выполнено обоснование набора базовых моделей
промышленно-экологических опасностей ОАО «Апатит».
2. Уточнены основные ограничения и допущения базовых моделей, а также их
области применимости.
Для основных вариантов наборов базовых моделей сформулированы ограничения и
допущения, принятые при разработке. Основным ограничением моделей является их
дискретный характер. Отметим также возрастание сложности моделей по мере учёта
значимых для безопасности типов отношений. Построение первоначального (исходного)
набора моделей, а также, хотя и в меньшей степени, его развитие требуют привлечения
экспертных знаний. Однако выполнение этих традиционно трудно формализуемых
начальных этапов исследования существенно облегчается наличием специально
разработанных методик: определения первоначального набора базовых моделей, уточнения
направлений дополнительных исследований, обоснования рационального уровня
безопасности.
Также для основных вариантов наборов базовых моделей конкретизированы области их
применимости. С точки зрения уровня иерархии управления основными объектами, для
которых целесообразно использовать разработанный подход, являются крупные
(градообразующие) предприятия и региональные промышленно-природные комплексы. Для
них характерны разнородность и многочисленность источников и объектов воздействия
потенциальных опасностей. Особенно эффективным представляется применение моделей на
начальных стадиях жизненного цикла потенциально опасных объектов (предпроектная и
проектная стадии).
3. Обоснованы типовые структуры систем поддержки принятия решений по
управлению
промышленно-экологической
безопасностью
градообразующих
предприятий на основе набора базовых моделей.
На начальном этапе (в ходе апробации) уточнены основные цели и задачи управления
промышленно-экологической безопасностью ОАО «Апатит», а также и типового
градообразующего предприятия. Главной целью управления является обеспечение
приемлемого уровня промышленно-экологической безопасности предприятия за счет
принятия более обоснованных и оперативных решений. Соответственно, основные задачи
управления - повышение обоснованности и оперативности принимаемых решений;
обеспечение комплексного и непрерывного управления разнородными опасностями;
сопряжение различных уровней иерархии управления; распределение функций и
координация работ по управлению безопасностью; предоставление лицам, принимающим
решения, всей необходимой информации в максимально удобной форме.
Разработана информационная структура системы поддержки принятия решений
(СППР) по управлению промышленной безопасностью градообразующего предприятия. Эта
структура включает в себя три уровня: первый (верхний) - уровень формирования процесса
управления, второй (средний) - уровень опасных процессов и объектов, третий (нижний) уровень атрибутов (характеристик, направлений и форм работы с информацией) опасных
процессов и объектов. Первый уровень служит для настройки окна СППР или
специализированного автоматизированного рабочего места (АРМ) под конкретную задачу,
функцию или специалиста. На втором уровне осуществляется выбор объекта управления
(подмножество опасных процессов и/или объектов). Третий уровень включает в себя
атрибуты: работу с документами (нормативно-справочная и текущая документация), работу с
данными, этапы управления (мониторинг, оценка, прогноз, рекомендации). На этом (нижнем)
уровне выполняется работа с базами данных и математическими моделями. Такая структура:
позволяет увязать воедино многообразные опасные процессы и объекты и функции
управления ими; обеспечивает настройку процесса управления под конкретную задачу,
функцию или конкретного специалиста; допускает адекватную реализацию в структуре
программного обеспечения СППР.
Определены функциональная и организационная структуры СППР. К основным
функциям СППР относятся: сбор и предварительная обработка информации (мониторинг);
регистрация информации, ведение баз данных; наглядное отображение (визуализация)
информации в графическом, а при необходимости и в картографическом виде; анализ и
оценка динамики обстановки; оперативный и долгосрочный прогноз на моделях поведения;
выработка рекомендаций; контроль исполнения; документирование; прием и передача
внешней информации. Разнообразие и специфика опасных объектов и процессов определяют
необходимость выделения в составе СППР специализированных АРМ по выявленным типам
опасностей.
Разработан программный прототип интерфейса типового рабочего места СППР,
иллюстрирующий структуру и функционирование СППР, работу с базами данных, решаемые
задачи.
4. Сформулированы основные направления развития базовых моделей оценки
техногенно-природной безопасности градообразующих предприятий.
Основным теоретическим направлением совершенствования базовых моделей
представляется переход от дискретных к дискретно-непрерывным и непрерывным моделям
промышленно-экологической безопасности. Также перспективным представляется учёт
неопределённости исходных данных не только (и не столько) в вероятностной форме,
требующей достоверной статистики, но и с использованием иных современных методов
учёта неполноты и неточности информации.
Основным прикладным направлением развития разработанного подхода является
создание программного моделирующего комплекса, автоматизирующего основные этапы
оценки техногенно-природной безопасности.
5. Предложенные модели апробированы на примере анализа безопасности
объектов ОАО «Апатит», а также других опасных объектов региона.
Разработаны паспорта безопасности одиннадцати опасных объектов ОАО «Апатит»;
декларации промышленной безопасности базисного склада взрывчатых материалов
ОАО "Апатит", а также Мурманской газонаполнительной станции ОАО "Мурманоблгаз". На
декларации получено положительное заключение экспертизы Ростехнадзора. Разработаны
паспорта безопасности двух опасных объектов ОАО «Апатитская ТЭЦ», ООО «Севрыба»
(г. Мурманск), трёх опасных объектов ОАО «Мурманская ТЭЦ», ООО «Вилия»
(г. Мурманск), ООО «Тангра-Ойл» (г. Мурманск), ОАО «Оленегорский механический завод»,
УМТЭП ЗАТО Снежногорск, нефтебазы «Заполярная» ЗАО «ТТК» (г. Заполярный). Все
паспорта безопасности согласованы Главным управлением МЧС России по Мурманской
области. В ходе анализа риска перечисленных опасных объектов были апробированы
предложенные в данном проекте модели техногенно-природной безопасности.
В настоящее время выполняется разработка паспортов безопасности и планов по
предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов для объектов региона.
ИИММ КНЦ РАН имеет аттестаты аккредитации и заключение о готовности на выполнение
указанных работ, полученные в СЗРЦ МЧС России.
Вывод. Апробация базовых моделей промышленно-экологических опасностей
выполнена на примере крупного горнодобывающего комплекса Мурманской области - ОАО
"Апатит" - градообразующего предприятия городов Кировск и Апатиты. Это позволило
уточнить состав и структуру моделей, обосновать мероприятия по повышению уровня
безопасности ОАО «Апатит», выработать рекомендации по внедрению и развитию базовых
моделей оценки техногенно-природной безопасности градообразующих предприятий. Для
исследований применялись существующие методы анализа опасностей и рисков, а также
методы теории алгебраических систем. Для иллюстрации полученных структур
использованы взвешенные графы и псевдографы.
Предполагаемое использование результатов работы – анализ и оценка техногенноприродной безопасности, создание систем информационной поддержки решений по
управлению безопасностью градообразующих предприятий и регионов. Для конкретного
промышленно-природного комплекса, в зависимости от степени изученности предметной
области, формируется базовый набор моделей. Этот набор служит основой для поддержки
принятия решений по управлению промышленно-экологической безопасностью, в том числе
позволяет уточнить направления дополнительных исследований, обосновать выбор
рационального уровня безопасности, разработать выходные документы в области анализа
промышленно-экологического риска по линии Ростехнадзора и МЧС России (декларации
промышленной безопасности, паспорта безопасности, планы по предупреждению и
ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов).