Лабораторная работа № 2

ЛВ-модель риска катастрофы во взрывопожароопасном помещении

Цель работы: построение ЛВ – модели риска катастрофы сложной системы и её оценка и анализ.

Сложная система (СС) может состоять из оборудования, датчиков, компьютеров, программ, инструкций и действий человека. В качестве действий рассматриваются  управление, испытание, ремонт и обслуживание. Рассмотрим построение ЛВ - модели риска СС, в которой элементами риска являются также действия человека. Построение ЛВ – модели риска СС проводится на примере оценки и анализа риска взрыва в аккумуляторном отсеке подводной лодки [2].

Технология работы

1. Постановка задачи анализа системы.

Рассмотрите описанные ниже сценарий взрыва в аккумуляторном отсеке подводной лодки и проведённый анализ возможности его возникновения.

Известно, что для предупреждения взрывов смеси водорода, выделяющегося из аккумулятора, с воздухом, принимается ряд специальных мер. Интенсивность газовыделения аккумуляторной батареи зависит от режима ее использования, срока службы, температуры среды и др. Водород удаляется системой вентиляции или сжигается в специальных приборах. Содержание водорода в атмосфере помещения постоянно контролируется автоматическими и переносными газоанализаторами.

Взрыв обязательно произойдет, если будет достигнута взрывоопасная концентрация водорода из-за отсутствия вентиляции Z ₄ - Z ₇ и контроля за содержанием водорода Z ₁ - Z ₃, а также наличия источника очага воспламенения смеси Z ₈ - Z ₁₀.

Сценарий опасного состояния приведен на рис.12. Составление такого сценария является творческой частью анализа безопасности, наиболее трудной и неформализуемой. В данном случае под опасным состоянием понимается взрыв водорода в помещении, где размещена аккумуляторная батарея. Такой взрыв может привести (и приводил) к гибели персонала и другим разрушениям, т.е. к ущербу большого масштаба.

Философская проблема единственности и полноты при исследовании безопасности ставит два вопроса:

1). Будет ли обеспечено при этом единственное толкование специалистами способов попадания системы в опасное состояние?

2). Будут ли учтены все обстоятельства, способствующие взрыву?

Положительные ответы на эти вопросы могут быть даны за счет организующей роли математики и прагматического установления масштабов исследуемой системы (т.е. учета всех обстоятельств только внутри ограниченного объема и ограниченных ресурсов).

  Z1       Z2     Z3       Z4       Z5     Z6       Z7       Z8  Z9   Z10

Рис. 12. Сценарий опасного состояния

Стремясь получить как можно больше конкретных рекомендаций по активной защите системы от ее попадания в опасное состояние, не следует думать, что это достигается только за счет перебора как можно большего числа инициирующих условий (ИУ). Правильнее будет движение от малого к большому. В данном случае, от минимально учитываемых условий («ядра» системы) к учету дополнительных обстоятельств, добавляемых к «ядру». В рассматриваемом примере к «ядру» системы можно было бы сначала отнести только условия Z ₄ , Z ₅ , Z ₆ , Z ₇ , а затем вспомнить и об остальных Zi. Есть возможность расширительного толкования и ошибок людей (Z ₁) и способов нарушения инструкций (Z ₇). Однако, в конкретных задачах необходимо уметь ограничить круг рассмотрения, чтобы не загромоздить задачу массой деталей.

Конечное событие - взрыв водорода Z₁₉ в аккумуляторном отсеке происходит при достижении взрывоопасной концентрации Z₁₈ и одновременного действия источника зажигания Z₁₆. Взрывоопасная концентрация водорода образуется, если отсутствует вентиляции Z₁₇ и контроль Z₁₄ за концентрацией водорода. Контроль отсутствует по причине ошибки личного состава или отказа газоанализатора Z₁₁. Отказ газоанализатора означает отказ переносных Z₂ или стационарных газоанализаторов Z₃. Причинами отсутствия вентиляции являются ее не запуск вручную Z₇ и автоматикой Z₁₅. Последнее происходит из-за отказа вентилятора Z₆ или из-за отключения системы автоматики Z₁₂. Отключение системы автоматики происходит из-за одновременного отказа автоматики дожигания Z₄ и газоанализатора Z₅. Наличие источника зажигания обуславливается возможным курением личного состава Z₁₀ или наличием какого-либо искрения Z₁₃.Искрение происходит из-за искрения на вентиляторе Z₈ или на шинах батареи Z ₉.

Графический ввод модели исследуемого свойства сложной системы, в виде СФЦ в окно ПК, позволяет автоматизировать введение правил при проведении исследований.

Причины взрыва на самом нижнем уровне дерева событий Z₁ - Z₁₀ называют инициирующими условиями и считают их независимыми случайными событиями. Заметим, явление исследуют "сверху вниз": сначала формулируют опасное состояние (взрыв), а затем определяют его возможные причины. По каждому опасному состоянию системы анализируют отказы ее элементов или цепочек отказов до тех пор, пока не будет найден самый первичный отказ: выход из строя единственного узла или ошибки человека.

При составлении Л-функции опасного состояния (ФОС) математика играет организующую роль. После завершения творческой части исследования разработкой сценария опасного состояния, ФОС можно записать в виде логической матрицы событий Zi. В данном случае построение ФОС выполняется с помощью ПК АСМ в виде СФЦ.

2. Автоматическое построение ФРС.

До начала работы необходимо, как и в лабораторной работе №1, проверить установленный операционной системой вид разделителя десятичной дроби. При работе с ПК АСМ необходимо использовать в качестве разделителя точку. Включение ПК АСМ осуществляется согласно описанию в лабораторной работе №1.

Запустите на исполнение ПК АСМ с помощью ярлыка ПК АСМ2001.1 на рабочем столе компьютера или включением самого исполняемого файла ACM _2001_1. exe, находящегосяв рабочей папке комплекса по адресу C :\ Program Files \ ACM 2001.1\ ACM _2001_1. exe. При запуске на экране монитора появляется окно Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования. С помощью подпункта Новая пункта главного меню Схема откройте окно ввода СФЦ.

После включения ПК АСМ и вызова на экран окна ввода СФЦ, просмотрите статусную строку и проверьте, в какой рабочей папке осуществляется текущее моделирование. Чтобы выбрать и установить по умолчанию другую рабочую папку или сформировать новую, надо включить пункт Схема. Выбор. Создание рабочей папки главного меню. В открывшемся стандартном диалоговом окне необходимо найти нужную папку или создать новую, задав ей собственное имя. Выбранная или созданная папка должна быть обязательно открыта. Затем нажимите кнопку ОК. После этого следует проверить, что в статусной строке прописался правильный адрес.

Следует помнить, что если выбрана готовая СФЦ из папки, но не установлен ее адрес в статусной строке, то все промежуточные данные и файл результатов моделирования rezacm . lst будут сохраняться по адресу, указанному в статусной строке.

Сразу после начала разработки новой СФЦ необходимо задать ее имя. Для этого включите пункт Схема. Сохранить как главного меню, и в откывшемся стандартном окне ввода задайте имя разрабатываемого файла СФЦ. После этого становится доступной для использования быстрая кнопка Сохранить панели инструментов или клавиша F 2.

В открытом окне ввода СФЦ, проведите ввод СФЦ, используя разработанную Л-модель опасного состояния. При графическом построении СФЦ необходимо правильно определить тип узла – функциональный или фиктивный. Функциональные узлы связаны, обычно, с конкретной физической реализацией или определённым действием личного состава. Загрузка графа СФЦ (размещение вершин, рёбер и надписей) производится с помощью кнопок инструментальной панели.

Для ввода функционального узла используйте кнопку панели инструментов Функциональная вершина. После нажатия кнопки курсор устанавливается в желаемом месте поля графического ввода и производится нажатие левой клавиши мыши. При этом, на поле появляется нумерованный функциональный узел. Для ввода следующего узла действия повторяются. Аналогично проведите ввод фиктивных узлов с использованием кнопки панели инструментов Фиктивная вершина.

При необходимости, в ходе ввода или при его завершении, можно поменять положение узлов с помощью кнопки панели инструментов Перемещение вершин.

После завершения ввода узлов СФЦ введите связи между узлами в соответствии со сценарием опасного состояния. Для ввода связей используйте кнопку инструментальной панели “Ребро”. После нажатия кнопки курсор необходимо установить сначала на узел-источник и произвести щелчок левой кнопкой мыши. Затем курсор устанавливается на узел-приёмник и также производится щелчок.

После окончания загрузки, необходимо сохранить файл графа введенной СФЦ под каким либо именем, например, "Авария.sfc". Для этого необходимо включить пункт Схема. Сохранить как.. главного меню и с помощью открывшегося окна сохранить проект под выбранным именем. Вид экрана после завершения построения СФЦ приведён на рис. 13.

Далее, с помощью клавиши Gb.dat (просмотр файла СФЦ) панели инструментов вызывается кодовая таблица СФЦ, которая автоматически формируется в процессе ввода графа СФЦ в ПК АСМ.

Рис. 13. Экран с введённой СФЦ аварии

Кнопкой Записать (расположена на кодовой таблице) запускается процедура сохранение файла Gb.dat. Имя файла Gb.dat изменять нельзя.

На следующем шаге следует ввести и сохранить параметры элементов СФЦ. Для этого с помощью клавиши Harel.dat (просмотр файла параметров) панели инструментов вызывается кодовая таблица параметров элементов исследуемой системы. В столбец «Вероятности событий» необходимо проставить соответствующие значения, а в столбец «Описание событий выходной функции элемента» - записать наименование событий.

По завершению работы с таблицей необходимо нажатием кнопки СФЦ подгрузить введённые значения в файл графа и сохранить файл Harel . dat нажатием кнопки Записать. После этого необходимо еще раз сохранить граф СФЦ, уже с подгруженными в него параметрами элементов (главное меню, пункт Схема. Сохранить как… или быстрая кнопка Сохранить панели инструментов).

3..Проведение моделирование и расчёта характеристик системы.

Моделирование и расчёта характеристик системы проводится после включения пункта главного меню Окно моделирования. Запуск ПК или нажатия клавиши

Рис.14. Вид панели задания параметров вероятностно-временных расчетов

Запуск ПК  панели инструментов. Появляется окно моделирования и расчетов (рис.14).

В окно Ввод ЛКФ, расположенное на странице Моделирование панели параметров, необходимо записать текст критерия. Затем включить переключатели Вывод явной ФРС и Вывод явной ВФ, чтобы в файл результатов r ezacm.lst были записаны в явном виде - логическая ФРС (в данном случае представляет все МСО) и многочлен расчетной вероятностной функции.

Далее следует открыть на панели параметров Расчеты и включить кнопку Статические расчеты. Внешний вид окна моделирования и расчетов изменится, и на ней останется только одно окно вывода диаграмм значимостей и вкладов элементов. После включения клавиши Моделирование и расчет начинается процесс автоматического построения математических моделей, выполнения расчетов, вывод и сохранение результатов.

В ходе этого процесса сначала заработает счетчик в окне Число конъюнкций ФРС, а затем счетчик в окне Число одночленов ВФ. Продолжительность работы этих счетчиков характеризуют затраты машинного времени на выполнение в ПК АСМ этапов логического и вероятностного моделирования. По окончании построения моделей в указанных окнах сохраняются размеры построенных логической и вероятностной функций. Затем выполняются расчеты системных вероятностных характеристик взрыва в аккумуляторном отсеке и на экран монитора выводятся полученные результаты.

Результатами выполнения работы, выведенными на экран монитора, являются:

· Число конъюнкций ФРС – 105;

· Число одночленов многочлена ВФ – 9793;

· Вероятность возникновения взрыва (реализации критерия ):

                                           Рс = 0.088475108816 

4. Просмотр результатов моделирования и расчёта и повторные расчёты.

Для сохранения явных форм логической и вероятностной функций, формируемых ПК АСМ, сеансом моделирования были включены соответствующие переключатели Вывод явной ФРС и Вывод явной ВФ на первой странице "Моделирование" панели управления окна моделирования и расчетов. Поэтому после сеанса моделирования возможен просмотр всех построенных математических моделей взрыва. Просмотр моделей и других результатов можно осуществить двумя способами. Первый способ: нажать кнопку Отчет, расположенную на панели инструментов ПК АСМ. После этого «Окно моделирования и расчетов» исчезает (закрывается Окном ввода СФЦ), и появляется окно с текстом результатов моделирования и расчетов, хранящихся в файле r ezacm.lst.

Второй способ заключается в просмотре самого файла r ezacm.lst, с помощью какого либо текстового редактора. Этот файл располагается в текущей папке моделирования, полный адрес которой записан в статусной строке ПК. В файле результатов размещается более подробная (чем на экране монитора) текстовая и числовая информация о результатах выполненного автоматизированного моделирования и расчетов характеристик исследуемой системы. В частности, для рассматриваемого упражнения в файле r ezacm.lst в явной форме записаны построенные ПК АСМ математические модели - логическая ФРС и многочлен вероятностной функции:

Для восстановления на экране окна Автоматизированного моделирования и расчетов можно снова включить пункт меню Окно моделирования.Запуск ПК или нажать быструю клавишу Запуск ПК  панели инструментов.

Для решения варианта расчёта по другому критерию, характеризующему отсутствие взрыва, необходимо и достаточно:

· открыть в окне Автоматизированного моделирования страницу Моделирование панели ввода параметров, и записать в окне "Ввода ЛКФ" новый критерий y 81;

· нажать кнопку Моделирование и расчет и ввести новый критерий.

· повторить дальнейшие действия, описанные при проведении моделирования выше.

Сохраните результаты, необходимые для отчёта.

Результаты лабораторной работы представьте преподавателю.

Оформить отчёт по лабораторной работе с использованием распечаток отчётов, автоматически формируемых ПУ АСМ и построенной СФЦ, а также требований п.4 «Общих замечаний к выполнению лабораторных работ».