СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ АВАРИЙ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТОХАСТИЧЕСКИХ СЕТЕВЫХ МОДЕЛЕЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ Российский патент 2020 года по МПК G06F17/00 G06N7/00 B64G1/22 B64F5/00 

Основными показателями безопасности изделий ракетно-космической техники (РКТ) являются вероятности возникновения аварий различных степеней тяжести. Для оценки данных показателей на этапах испытаний изделий РКТ в условиях неопределенности разработан способ, в основу которой положены стохастические сетевые модели возникновения и развития аварийных ситуаций и расчетные соотношения для оценки вероятностей возникновения аварий с учетом видов и объемов выполнения опасных работ [1].

В отличие от разработанного раннее способа оценки уровня безопасности [2], предлагаемый способ не ограничивается рассмотрением предпосылок к аварийным ситуациям при эксплуатации сложной технической системы (исходных опасных событий), а учитывает следующие факторы:

- возможные исходы развития аварийных ситуаций при испытаниях изделий РКТ, различающиеся по степени тяжести последствий;

- влияние элементов системы обеспечения безопасности (конструктивно-технических решений и организационно-технических мероприятий) на вероятности возникновения аварийных ситуаций и аварий при испытаниях изделий РКТ;

- неопределенность исходных данных о вероятностях возникновения исходных опасных событий;

- уровни эффективности конструктивно-технических решений (КТР) и организационно-технических мероприятий (ОТМ) по обеспечению безопасности изделий РКТ;

- объемы выполнения опасных работ на этапах испытаний изделий РКТ. Учет указанных факторов при оценке уровня безопасности изделий РКТ обеспечивается за счет применения стохастических сетевых моделей возникновения и развития аварийных ситуаций. Типовой фрагмент стохастической сетевой модели возникновения и развития аварийных ситуации на этапах испытаний изделия РКТ представлен на фиг. 1.

Символами «С_*» на фиг. 1 обозначены исходные опасные события, способные привести к аварийным ситуациям и авариям на этапах испытаний изделий РКТ.

К исходным опасным событиям, в частности, могут относиться отказы техники, ошибочные (несанкционированные) действия эксплуатирующего персонала, внешние нерегламентированные воздействия, вызванные опасными природными явлениями, техногенными авариями и катастрофами, противоправными действиями, в том числе террористическими актами и криминальной деятельностью, а также - различные возможные сочетания данных событий.

Стрелками в сетевых моделях возникновения и развития аварийных ситуаций обозначаются возможные переходы между опасными событиями, к которым, кроме исходных опасных событий, относятся аварийные ситуации, обозначенные символами «АС_*», и аварии, обозначенные символами «А_*».

На стрелках переходов также отмечены элементы системы обеспечения безопасности испытаний изделий РКТ, к которым можно отнести реализуемые конструктивно-технические решения (КТР) и организационно-технические мероприятия (ОТМ).

Конструктивно-технические решения и организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности представляют собой барьеры безопасности, предназначенные для предотвращения аварийных ситуаций и аварий на этапах испытаний изделий РКТ.

К конструктивно-техническим решениям по обеспечению безопасности изделий РКТ относятся:

- технические средства контроля и диагностики технического состояния потенциально-опасных объектов и испытательного оборудования;

- технические средства обеспечения безопасных условий испытаний изделий РКТ и контроля условий испытаний;

- технические средства (системы) автоматического обнаружения и тушения пожаров, противопожарной защиты;

- технические средства обеспечения взрывобезопасности и электробезопасности;

- технические средства обеспечения безопасности движения;

- технические средства контроля состояния операторов;

- инженерно-технические средства физической защиты;

- технические средства блокировки и аварийной защиты;

- защитные контейнеры;

- транспортно-пусковые контейнеры для ракет;

- защитные устройства пусковых установок;

- средства защиты от несанкционированных действий и несанкционированного применения;

- индивидуальные и коллективные средства защиты;

- технические средства эвакуации персонала, населения, техники из опасной зоны;

- средства локализации и ликвидации последствий аварий и др.

К организационно-техническим мероприятиям по обеспечению безопасности изделий РКТ относятся:

- мероприятия по контролю и поддержанию требуемого технического состояния критичных элементов, влияющих на безопасность эксплуатации изделий РКТ, в том числе их потенциально-опасных элементов, средств эксплуатации, средств обеспечения и контроля безопасности, индивидуальных и коллективных средств защиты, эвакуации, локализации и ликвидации последствий аварий;

- мероприятия по обеспечению безопасных условий испытаний изделий РКТ (проведения работ на стационарных рабочих местах);

- мероприятия по обеспечению безопасных условий транспортирования и безопасности движения изделий РКТ;

- мероприятия по обеспечению безошибочности действий личного состава, включая отбор, обучение, отработку навыков, организацию работ, допуск к работам, контроль состояния операторов, контроль проведения опасных работ;

- мероприятия по обеспечению защиты изделий РКТ от внешних нерегламентированных воздействий и актов незаконного вмешательства;

- мероприятия по эвакуации персонала, населения, техники из опасной зоны;

- мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий с изделиями РКТ.

Вероятность возникновенияу-го (j=l,…, J) вида аварии на этапах испытаний изделий РКТ (при выполнении опасных работ) определяется суммированием вероятностей реализации всех возможных s-x путей (s=l,…, S) развития аварийной ситуации, которые могут привести к аварии [3]:

где - вероятность появления исходного опасного события (отказа техники, ошибочного действия персонала или внешнего нерегламентированного воздействия на изделия РКТ), входящего в s-й путь развития аварийной ситуации;

p_sl=1-r_sl - условные вероятности реализации переходов в стохастической сетевой модели возникновения и развития аварийных ситуаций на этапах испытаний изделий РКТ;

r_sl - коэффициент эффективности КТР и ОТМ l-го (l=l,…, L) вида по обеспечению безопасности изделий РКТ.

При наличии исходных данных по коэффициентам готовности элементов системы обеспечения безопасности изделий РКТ и условным вероятностям выявления и устранения опасных факторов работоспособными средствами предотвращения аварийных ситуаций и аварий могут определяться по формуле:

где K_Гsl - коэффициент готовности l-го средства системы обеспечения безопасности;

_{δ sl} - условная вероятность предотвращения аварийной ситуации (аварии), реализующейся по s-ому пути, работоспособным средством (КТР, ОТМ) l-го вида;

Данные по вероятностям возникновения исходных опасных событий и эффективности КТР и ОТМ по обеспечению безопасности изделий РКТ могут быть получены из проектных материалов или на основе статистической оценки по результатам испытаний.

При отсутствии указанных исходных данных могут применяться методы экспертной оценки с использованием шкал, представленных в таблице 1, 2, которые нашли применение в теории безопасности РКТ [4].

В условиях неопределенности принимается допущение о равномерном распределении вероятностей реализации случайных событий на заданных интервалах возможных значений.

В качестве примера на фиг. 2 представлена стохастическая сетевая модель возникновения и развития аварийных ситуаций при транспортировании изделия РКТ на которой указаны:

1. Исходные опасные события:

С_126 - неисправности транспортного средства (ТС);

С_127 - ошибочные действия личного состава при транспортировании;

С_128 - неблагоприятные внешние условия транспортирования;

С_129 - противоправные действия с применением обычных средств поражения по ТС;

С_155 - наезд другого ТС;

С_181 - грозовые разряды в зоне транспортирования;

С_182 - короткое замыкание электрооборудования ТС;

2. Аварийные ситуации:

АС_175 - воздействие обычных средств поражения при транспортировании изделия;

АС_176 - дорожно-транспортное происшествие (ДТП) при транспортировании изделия;

АС_177 - удар молнии при транспортировании изделия;

АС_210 - пожар ТС при транспортировании изделия;

возможные опасные исходы (аварии):

А_146 - взрыв изделия с загрязнением местности;

А_147 - сгорание изделия с загрязнением местности;

А_156 - повреждение изделия при воздействии обычных средств поражения;

А_157 - повреждение изделия при ударе молнии;

А_159 - повреждение изделия при ДТП;

А_211 - повреждение изделия при пожаре.

С использованием выражения (1) получены формулы для оценки вероятностей возникновения аварий с изделием РКТ при транспортировании, представленные в таблице 3.

Интервальные значения вероятностей возникновения аварий определяются с использованием разработанного статистического алгоритма, предусматривающего выполнение следующих процедур [4].

1. Разбиение диапазонов значений случайных аргументов на относительно малые интервалы.

2. Определение вероятностей попадания случайных аргументов в выделенные интервалы и средних значений аргументов на данных интервалах.

3. Формирование массива всех возможных сочетаний значений двух аргументов, входящих в формулу.

4. Определение значений функции (вероятности возникновения исходного опасного события) для каждого сочетания значений аргументов и вероятности реализации данных сочетаний.

5. Определение диапазона возможных значений функции (вероятности) и разбиение его на малые интервалы.

6. Определение относительной доли результатов расчетов, попавших в каждый из выделенных интервалов (плотности распределения числа, являющегося произведением случайных величин).

7. Определение интервала на шкале, представленной в таблице 1, в который укладываются интервальные значения вероятностей аварий при выполнении опасной технологической операции с изделиями РКТ.

Вероятности возникновения j-го (j=l,…, J) вида аварии за период проведения испытаний изделий РКТ определяется с учетом планируемых объемов выполнения опасных работ по формуле:

где - вероятность возникновения аварийной ситуации (аварии) j-го вида при выполнении i-й опасной работы;

I_j - количество видов опасных работ за период проведения испытаний изделий РКТ, в ходе выполнения которых возможна аварийная ситуация (авария) j-го вида;

N_i - количество проводимых опасных работ i-го вида за период проведения испытаний изделий РКТ.

Требования к вероятности возникновения аварий изделий РКТ считаются выполненными при условии:

где - верхняя интервальная оценка вероятности возникновения аварии j-го вида при доверительной вероятности, равной β;

- требуемое значение вероятности возникновения аварии j-ro вида.

При невыполнении данного условия необходимо реализовать дополнительные меры (КТР, ОТМ) по повышению безопасности изделий РКТ.

Таким образом, разработан способ оценки вероятностей аварий изделий ракетно-космической техники с использованием стохастических сетевых моделей развития аварийных ситуаций.

Источники информации

1. Богданов Ю.В., Ульянов С.В. Метод оценки вероятностей аварий ракетного комплекса и ущерба от них в условиях неопределенности // Журнал «Двойные технологии», N1 (62) 2013, с. 50-56.

2. Решение о выдаче патента на заявку на изобретение №2016152577/11(084228) от 29.12.2016 г. (RU 2016 152577) «Способ оценки уровня безопасности сложной технической системы», МПК B64G 1/00 (2006.01), приоритет: 29.12.2016 г., авторы: Богданов Ю.В., Ульянов С.В., Несмачный С.В., патентообладатель «Федеральное государственное учреждение «4 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства Обороны Российской Федерации.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2006. - 575 с.

4. Ульянов С.В. и др. Разработка методов оценки и подтверждения показателей надежности и безопасности изделий РКТ в процессе отработки в условиях малых (единичных) объемов наземных и летных испытаний. // 4 ЦНИИ Минобороны России, 2017.

5. Волков Л.И. Безопасность ракетных и ракетно-космических комплексов. - М.: Изд-во СИП РИА, 2002. - 136 с.

Изобретение относится к способу оценки вероятностей аварий изделий ракетно-космической техники с использованием стохастических сетевых моделей возникновения и развития аварийных ситуаций. Для реализации способа на основе опыта испытаний изделий РКТ разрабатывают модели возникновения и развития аварийных ситуаций, возможных на этапах испытаний, с использованием которых рассчитывают данные показатели безопасности, сравнивают с требуемыми значениями и, в зависимости от результатов сравнения, определяют необходимость реализации дополнительных мер обеспечения безопасности определенным образом. Обеспечивается получение более достоверных оценок показателей безопасности изделий РКТ в условиях неопределенности исходных данных и дефицита статистической информации по аварийным ситуациям и авариям. 2 ил., 3 табл.

Способ оценки вероятностей аварий изделий ракетно-космической техники с использованием стохастических сетевых моделей возникновения и развития аварийных ситуаций, заключающийся в том, что на основе опыта испытаний изделий РКТ разрабатываются модели возникновения и развития аварийных ситуаций, возможных на этапах испытаний, с использованием которых рассчитываются данные показатели безопасности, сравниваются с требуемыми значениями и, в зависимости от результатов сравнения, определяется необходимость реализации дополнительных мер обеспечения безопасности, отличающийся от существующих тем, что учитывает: возможные исходы развития аварийных ситуаций при испытаниях изделий РКТ, различающиеся по степени тяжести последствий; влияние элементов системы обеспечения безопасности, неопределенность исходных данных о вероятностях возникновения исходных опасных событий; уровни эффективностей конструктивно-технических решений и организационно-технических мероприятий по обеспечению безопасности изделий РКТ; объемы выполнения опасных работ на этапах испытаний изделий РКТ, что позволяет получить более достоверные оценки показателей безопасности изделий РКТ в условиях неопределенности исходных данных и дефицита статистической информации по аварийным ситуациям и авариям.