Контрольные вопросы

1. В чем состоит основное противоречие современности?

2. Перечислите глобальные экологические проблемы и соответствую- ле индикаторы.

3. В чем состоит сущность проблемы аварийности и травматизма в Цтехносфере?

4. Что представляет собой причинная цепь техногенного происше- гвия?

5. На какие типы следует делить все предпосылки к таким происше- гвиям?

4. Что представляет собой энергоэнтропийная концепция опасностей?

5. Приведите доводы в пользу правомерности данной концепции.

8. Какое содержание вы вкладываете в термин «нежелательный выб- энергии»?

9. Какую (в контексте предыдущего вопроса) энергию следует считать опасной в словосочетании «энергия, накопленная телом человека» —

диетическую, потенциальную, тепловую и почему?

10. Какие наиболее общие классы объективно существующих опасно- ;й вам известны?

11. Что является объектом и предметом системного анализа и модели- эвания опасных процессов в техносфере?

12. Дайте определение используемой здесь категории «безопасность».

13. Что такое «риск» и какими единицами он может измеряться?

91

14. Какой из известных вам принципов обеспечения безопасности является самым радикальным?

15. Перечислите принципы, руководствуясь которыми можно избе­ жать техногенных происшествий.

16. Что является основными методами исследования и совершенство­ вания безопасности техносферы?

17. Какие этапы и задачи можно выделить в программно-целевом пла­ нировании и управлении процессом обеспечения безопасности?

18. Что такое «система обеспечения безопасности» и что в нее входит?

19. В чем состоят цель и главные задачи данной системы?

20. Сформулируйте основные требования к показателям безопасности и качества соответствующей системы.

21. Перечислите известные вам количественные показатели безопас­ ности.

Часть II

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

ПРОЦЕССА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОИСШЕСТВИЙ В ТЕХНОСФЕРЕ

Г ЛАВА 4

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ПРОЦЕССОВ

Общие принципы системного анализа и моделирования слож-к процессов позволяют перейти к изучению тех их особеннос­ти, которые свойственны появлению происшествий в техносфе-С Именно этому и посвящен материал второй части книги, где этветствующие опасные процессы моделируются с помощью аграмм причинно-следственных связей типа «дерево», «граф» и

еть».

Содержание данной главы связано с конкретизацией процесса нстемного исследования опасных процессов путем их формали-аванного представления вначале в виде семантических диаграмм ричинно-следственных связей, а затем и с помощью основан-ых на них знаковых (математических) моделей и машинных ал-эритмов. Цель изучения этого материала связана с подготовкой итателя как к моделированию техносферных происшествий и йстемному анализу полученных при этом результатов, так и к

енке эффективности системных рекомендаций по повышению

зопасности в техносфере.

4.1. Сущность системного подхода к исследованию процессов в техносфере

I Рассмотрение методов системного исследования интересующих ас процессов в техносфере с целью уяснения закономерностей Ьявления и предупреждения возможных там происшествий удобно ачать с анализа накопленного опыта исследования сложных си-гем. Уточнение данных принципов, как и других ранее принятых рнцептуальных положений, соответствует общепринятой науч-"К парадигме, поскольку «нельзя добиться ясности в рассужде-ях, не внеся ее предварительно в опред ел ения»^] Следуя этому бованию, еще раз подчеркнем особенности современных тех-

93

нологических процессов и лишь после этого изложим особеннос­ти реализации на практике ранее выбранного основного научного метода исследования.

| Современная производственная деятельность проявляется, как уже ранее указывалось, в использовании человеком «машины» и существовании связанной с этим опасности (возможности при­чинения ущерба), в том числе и для его здоровья. Поведение лю­дей и техники при работе во многом зависит от выбранной техно­логии и условий рабочей средьг^Лоследняя, в свою очередь, мо­жет изменяться в результате воздействия на нее со стороны двух первых компонентов исследуемой системы, а степень такого из­менения определяется принятой технологией и установленной организацией работ.

Вот почему отклонения в работе технологического оборудова­ния, вызванные конструктивными (производственными) дефек­тами или вредными воздействиями на него извне, необходимо учитывать и компенсировать эксплуатирующему его персоналу. Для облегчения этого используемое оборудование должно быть надеж­ным и эргономичным, т. е. приспособленным к человеку и рабо­чей среде.

Однако довольно часто приходится приспосабливать к технике сам персонал — за счет соответствующего отбора, обучения и воспитания. Если же взаимное приспособление людей и исполь­зуемого ими оборудования не гарантирует предупреждения про­исшествий, то выход ищут в дополнительных организационно-технических мероприятиях по обеспечению безопасности их со­вместного функционирования.

Приведенные данные еще раз подтверждают необходимость представления исЪледуемого объекта как сложной человекомашин-ной системы. Отсюда следует фактическая невозможность рассмот­рения безопасности крупных процессов в целом и вытекающая из этого целесообразность их декомпозиции до отдельных производ­ственных или технологических операций. Такая декомпозиция позволяет отказаться от макроуровневого рассмотрения исследуе­мого объекта (многочеловекомашинных систем) и заменить его микроуровневым, а взаимное влияние отдельных операций (мо­носистем «человек—машина—среда») учесть с помощью допол­нительных взаимосвязей.

Однако даже такое представление рассматриваемого объекта, значительно упрощающее его исследование, не отрицает систем­ного подхода, а, наоборот, делает его применение более конст­руктивным.

Действительно, представленная ранее модель человекомашин-ной системы (см. рис. 3.6) подтверждает ее сложность и необходи­мость признания качественно новым образованием по сравнению с отдельными компонентами и даже их суммой. Все это позволяет

94

понять и предопределенность природы этих компонентов, возможность их познания вне системы, т. е. без учета всех вза-асвязей и взаимозависимостей.

1омимо согласия между логикой поведения исследуемого объекта 1ько что изложенными двумя принципами общей теории сис-можно продемонстрировать и соответствие выявленных ранее . разд. 3.2) закономерностей появления происшествий рассмот-,ш выше (см. разд. 1.2) принципам системной динамики. На-■1ИМ, что некоторые из них указывают на значимость структуры Зратных связей в системе для ее поведения и обусловленных [ проблем. В нашем случае это проявилось, например, в образо-причинных цепей предпосылок, которые вызваны внутри-гемными факторами, в том числе и показанными на рис. 3.4. ^Изложенные соображения свидетельствуют о перспективнос-зыбранного здесь основного метода для системного анализа и мелирования безопасности. Действительно,^системная инже-эия учитывает весь положительный опыт в области изучения эжных систем, базируется на соответствующих принципах их лей теории и динамики. Из этих принципов следует, в частно-что целенаправленность поведения таких систем проявляет-. стремлении к сохранению неизменности на дискретных ин-рвалах времени, обусловленной внутренними причинами, вклю-приспособительную реакцию к внешним воздействующим )рам. (

кибернетики системная инженерия позаимствовала опе-эование понятиями «черный ящик», «положительная и отри-ельная обратная связи», «задержка», «возмущение и устой-вость»; из синергетики — «бифуркация и катастрофы» (вне-1ные резкие изменения состояния системы). Применительно к осматриваемым здесь опасным техносферным процессам неус-швость в поведении человекомашинной системы может ин-апретироваться, например, как появление предпосылок к про-тествиям, вызванных возмущающими факторами, тогда как Зникновение происшествий — как превышение этих факторов ее адаптивными возможностями или запаздыванием с реак-

на них.

[Процедура исследования интересующих нас процессов в чело-эмашинных системах методом системной инженерии в основ-совпадает.сдуже упомянутой выше (см. разд. 1.3)[формулой гапного познания и преобразования действительности: «со­ме—мышление— практика». Однако здесь она должна быть специфичной и конкретной, поскольку касается только ме-эв системного анализа и моделирования техногенных проис-вий.

эт почему^цалее^будем придерживаться более привычной пос-эвательности исследования связанных с ними процессов, вы-

95

раженной следующей трехэтапной комбинацией: а) эмпиричес­кий системный анализ; б) проблемно ориентированное описа­ние^ в) теоретический системный анализ^

/Совокупность только что указанных этапов с их элементами и взаимосвязями может рассматриваться как структура системного анализа и моделирования процессов в техносфере, основанная пре­имущественно на применении гибкой системной методологии про­гнозирования и перераспределения техногенного риск^Данная структура представлена на рис. 4.1. До того как приступить к ее под­робному рассмотрению, заметим, что содержащиеся там этапы олицетворяют первые пять шагов описанной ранее (см. разд. 1.3) обобщенной процедуры, а основное внимание при этом акценти­руется на процессы повышенной опасности.

Э мпирический системный анализ

Сбор статис­тических данных

Анализ и выяв­ление противоречий

И зучение требований руководящих документов

П роблемно ориентированное описание

- Н Формулирование проблемы н-

Определение це­ли исследования

В ыделение объек­та исследования

Уточнение структуры — элементов и связей

Выбор показателей — меры достижения цели

Описание признаков — свойств объекта и ок­ружающей среды

Н азначение критерия — условия достижения цели

Выбор параметров и принятие допущений

В ыбор метода исследова­ния и постановка задач

Т еоретический системный анализ

Р азработка и системный анализ моделей исследуемых

опасных процессов в техносфере, пригодных для:

а) выявления объективных закономерностей появления

аварийности и травматизма; б) прогноза вероятности

Q и ущерба Fot техногенных происшествий. Проверка

полученных результатов на новизну и достоверность

Р ис. 4.1. Структура системного исследования безопасности в техносфере 96

амым первым и довольно важным этапом системного иссле-■шя техносферы считается эмпирический системный анализ ;матриваемых там проблемных ситуаций с обеспечением без-асности техносферы. Он основывается на изучении требований |'сборе статистических данных по аварийности и травматизму, пении несоответствий между желаемым и действительным со-яниями исследуемых опасных процессов, определении состава Явственных факторов — тех свойств человекомашинной систе-I, которые наиболее часто фигурируют в анализируемых данных, j В процессе осуществления рассматриваемого этапа широко ис-тьзуются различные способы сбора и преобразования статис-ческих данных, направленные на повышение информативнос-: изучаемых признаков или снижение их размерности. Наиболее едпочтительны для этого следующие: проверка статистических готез, регрессионные алгоритмы, дискриминантный и фактор-1Й анализы, кластер-процедуры.

Важность данного этапа состоит в его значимости для последу­ющих рассуждений: в случае недобросовестности проведения эм-эического системного анализа возможны так называемые ошиб-третьего рода — неверные выводы при ошибочных исходных едположениях. И наоборот, качественное проведение сбора и работки статистических данных обеспечивает адекватность ото-кения реальности, необходимую для дальнейшего моделиро-■шя, поскольку любые эмпирические данные — следствие объек-вно существующих законов природы и общества.

Следующим (после эмпирического системного анализа) эта-эм служит,! как это показано на рис. 4.1^проблемно-ориентиро-анное описание объекта и цели моделирования — тех опасных ехносферных процессов, которые могут сопровождаться появле-*ем происшествий, а также выявление соответствующих зако-эмерностей и оценка их параметров. Этот этап обычно включает тее четкое формулирование проблемной ситуации, идентифи-Щию связанной с ней человекомашинной системы, уточнение актера ее взаимодействия с внешней средой, определение цели едстоящего моделирования и системного анализа, выбор соот-ствующих показателей и критериев. . При этом подразумевается следующее:

а) выявление сущности противоречий — породивших факто- эв, а также организаций или лиц, заинтересованных в их ликви-

ции;

б) уточнение цели моделирования — определение необходи- для этого изменений, соответствующих методов, показате- гй и критериев;

в) идентификация объекта — уточнение структуры, свойств и Ирактера взаимодействия его элементов, определение учитывав-

и игнорируемых факторов, а также параметров тех из них,

97

которые наиболее существенны для появления и устранения про­исшествий.

I Завершающий этап системного анализа и моделирования кон­кретных процессов в техносфере связан с проведением их теоре­тического системного анализа. Такое исследование должно быть направлено на уточнение представлений об условиях возникнове­ния и предупреждения происшествий при функционировании че-ловекомашинных систем. Основой для выявления подобных усло­вий и использования соответствующих факторов могут служить указанные выше (см. разд. 2.2)\принципы и закономерности пове­дения сложных систем, а также результаты, полученные при про­ведении эмпирического системного анализа аварийности и трав­матизма в техносфере^

I Особое место при проведении теоретического системного ана­лиза техносферы принадлежит моделированию процессов, свя­занных с возникновением там происшествий. Это обусловлено прежде всего неприемлемостью по этическим и экономическим соображениям экспериментального изучения тех аспектов, кото­рые касаются жизни и здоровья людей, значительного ущерба материальным ценностям и природным ресурсам. В этих условиях только моделирование позволяет заблаговременно пополнить пред­ставления об условиях, закономерностях возникновения и пре­дупреждения техногенных происшествий, компенсировать дефи­цит в соответствующих статистических данных^/

["Важным условием успешного завершения теоретического сис­темного анализа опасных техносферных процессов является вы­явление объективных закономерностей возникновения техноген­ных происшествий и априорная оценка соответствующего риска. Подобный прогноз предполагает разработку моделей, пригодных для количественной оценки: а) вероятности появления конкрет­ных происшествий — Q(x); б) величины соответствующего ущер­ба от них людским, материальным и природным ресурсам — 7(т). Что касается окончания всей, представленной на рис. 4.1, про­цедуры, то она должна завершаться проверкой полученных на каж­дой ее итерации результатов на новизну и достоверность. Необхо­димость и особенности такой проверки проиллюстрированы там текстом и линиями со стрелками, указывающими на сведения, нуждающиеся в дополнительном контроле. При этом также пред­полагается, что проведение всей процедуры системного анализа и моделирования процессов техносферы должно осуществляться непрерывно, с периодическим информированием должностных лиц системы обеспечения ее безопасности.

Перед тем как более подробно обосновать особенности форма­лизации и моделирования исследуемых в техносфере категорий, рассмотрим один из способов представления информации, осно­ванный на применении нечетких множеств и теории возможное -

покажем их связь с более привычными нам понятиями. На-ршм, что необходимость в таком подходе указывалась ранее разд. 1.2), где отмечалось, что предметом соответствующей |рии служат объекты с плохо определенными (нечеткими, раз-ши) границами, а важными категориями — лингвистичес-переменные, другие нечеткие величины и функции их при­лежности — к(х). i Уточним, что лингвистические, т. е. вербальные или словесные, гменные используются для характеристики таких предметов или 'Щ свойств, для которых переход от принадлежности к какому-то к непринадлежности наблюдается не скачкообразно, а не-зывно. Примерами же лингвистических переменных являются эщие слова или высказывания на естественном человеку языке: эшая погода», «красивая машина», «удобное рабочее место», а аеткими числами — числительное в выражениях «сорокалетний

шна», «стотонный автомобиль» и т.п. (,. Функции же принадлежности лингвистических переменных едставляют собой множества, количественно выражающие сте­рнь субъективного доверия к приведенным выше и другим им зобным высказываниям или совместимость их с более точными тичественными) признаками. Пример одной из таких функ-для утверждения «молодой человек» (в смысле возраста) по-ан на рис. 4.2 — графиком и аналитическим выражением. Более 5ное знакомство с рассмотренными здесь категориями удобно 8елать, обратившись, например, к работе [16]. Можно показать определенную связь между отдельными поня-теории возможностей и теории вероятностей, а также про-ги некоторые аналогии между ними. Так, понятие «возмож-сть» обычно указывает на меру субъективной уверенности и осматривается иногда как согласованное распределение уверен-— по Т. Байесу. Напротив, категория «вероятность» счита-ся объективной мерой появления случайных событий, а ее зна­ния могут быть статистически или экспериментально подтвер-

				и	1 дляО < х < 25
	\	п(х) = ■			т- для х > 25
				1-	(х + 25)2		-
					5
					-»—

п(х)

1,0 0,75

0,5 0,25

0 0 25 30 35 40 45 50 х, лет

Рис. 4.2. Способы задания функции принадлежности

98

99

Однако некоторые различия между понятиями теории возмож­ностей и теории вероятностей не исключают выбора таких функ­ций принадлежности, при которых маловероятное имеет и малую степень возможности появления. Это связано с тем, что функция принадлежности, например, может интерпретироваться в отдель­ных случаях как плотность вероятности случайной величины.

Просматривается определенная аналогия между некоторыми числовыми характеристиками рассмотренных распределений, на­пример, между наибольшим значением лингвистической перемен­ной или модальным значением нечеткого числа и модой случай­ной величины. Приведенные и другие числовые характеристики могут иногда рассматриваться как квантили тех их значений, ко­торые соответствуют наиболее возможной и наиболее вероятной величинам рассматриваемых переменных.

Нетрудно видеть плодотворность использования указанного выше подхода к представлению данных при решении ряда прак­тически важных задач системного анализа и синтеза безопаснос­ти, допустим, для формализации нечетко определенных свойств человекомашинных систем, более корректного описания самих категорий «опасность», «безопасность» и определения их количе­ственных характеристик. Некоторые из этих подходов будут про­иллюстрированы ниже, а пока обратимся к рассмотрению основ­ных принципов формализации и моделирования рассматривае­мых здесь процессов.