Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Методы моделирования аварийных ситуаций



На протяжении всего периода развития техносферы отказы, аварии и катастрофы были неотъемлемой частью жизненного цикла технических систем. История развития технических систем неразрывно связана с историей их отказов, разрушений и катастроф. Вместе с тем, на протяжении длительного периода не проводились глубокие исследования закономерностей возникновения аварий машин, конструкций и сооружений. Основная причина этого лежит в традиционной методологии проектирования технических систем. К примеру, если говорить о несущих металлических конструкциях, исторически сложилась концепция проектирования по принципу безопасного ресурса, в соответствии с которой в конструкциях практически не допускалось возникновение трещин за период проектного ресурса, а также не допускалась возможность серьезных разрушений.

Таким образом, авария, разрушение предполагались маловероятными событиями, наступления которых вполне можно было избежать. При этом анализ причин этих событий сводился к указанию главных, по мнению исследователей, факторов без анализа их взаимодействия и взаимовлияния.

По мере усложнения технических систем, условий их функционирования и потенциальной опасности их разрушений, аварий и катастроф возникло понятие сценария аварийной ситуации. Это и аналогичные понятия неоднозначно трактуются разными исследователями и в ряде нормативно-технических документах. Так, известно условное деление аварийных ситуаций на аварии и инциденты и попытка их классификации применительно к определенной отрасли. При этом под авариями и инцидентами понимаются некоторые нежелательные события и их последствия без анализа последовательности развития этих событий во времени, либо с анализом разворачивания во времени только событий – последствий первоначальной аварии.

Анализ современных исследований показывает, что в большинстве случаев в качестве исходного события рассматривается разрушение элементов технологического оборудования, которое приводит к различным опасным последствиям в зависимости от технологии производства. При этом практически никогда не включают условия и последовательность развития повреждений и разрушений в сценарий развития аварийной ситуации.

Известные математические модели причинно-следственных отношений (ПСО) представлены логическими диаграммами событий. Наиболее распространенной моделью является дерево неполадок. В этой модели используется ограниченное количество типов событий (первичное, естественное, нормально ожидаемое и неразложимое конечное события) и несколько логических операций (И, ИЛИ, логические ячейки с условием или суммированием). ПСО в дереве неполадок моделируются последовательным расположением событий в графической структуре, причем не учитывается время между появлением взаимосвязанных событий.

Аналогичный подход реализуется методом анализа причин и последствий. Причинно-следственные диаграммы представляют события в виде схемы потоков. Диаграмма содержит ПСО в виде линий и блоки, описываемые арифметическими или логическими передаточными функциями. При таком подходе в явном виде учитывается фактор времени: время начала и окончания события, временные интервалы между событиями. Кроме того, события на диаграмме характеризуются соответствующими вероятностными распределениями.

Рассмотренные две модели характеризуются тем, что предполагают возможность четко сформулировать понятия событий, входящих в модель. Другими словами, под событием понимается дискретное изменение состояния системы. При этом хорошо разработаны методы количественного анализа с использованием этих моделей.

Особенностями графических схем, позволяющих моделировать динамику сложных социально-экономических систем, являются учет обратных связей между элементами модели, рассмотрение ПСО не только событий, но и количественных зависимостей, описывающих интенсивность процессов. При этом количественные параметры модели неточны и определяются чаще всего субъективно.

Попытка применить формальный математический аппарат терминального моделирования к узлам карьерных экскаваторов не позволила выйти за рамки фактически графических моделей, иллюстрирующих лишь общие закономерности формирования аварий. Довольно ограниченным в этом смысле оказывается и подход, связанный с построением дерева неполадок. Это связано с тем, что в основе терминальных моделей, дерева неполадок и других информационных моделей, по сути, лежат детерминированные представления о характере причинно-следственных связей, элементами рассматриваемых моделей являются события, имеющие четко очерченные временные рамки, характеризующие различные состояния системы.

Применительно к задачам прочности и разрушения в силу сложности процессов деградации конструкционных материалов модели ПСО не разработаны. Вместе с тем, известно применение диаграмм, показывающих возможные состояния системы и переходы между этими состояниями.

Таким образом, известные модели ПСО аварийных ситуаций обладают существенными ограничениями и могут быть эффективно применены для систем, характеризующихся ограниченным количеством состояний, преимущественно скачкообразным переходом из состояния в состояние, каждое из которых характеризуется причиной-событием.

В настоящей диссертационной работе принято совместное использование логического и математического аппарата двух методов: построения и анализа дерева неполадок; теории нечетких множеств.

Метод дерева неполадок подразумевает использование логических символов и текстовых блоков для по­строения графа в виде логического дерева, в котором события пред­ставлены в качественной форме. Анализ начинают с объявления нежелательного события и далее продвигаются по схеме конструкции в обратном направлении, чтобы проследить те неисправности в конструкции и ошибки в процессе или в управлении, которые могут привести к отмеченному нежелательному исходу, обычно называемому событием в вершине (дерева). Графическая форма дерева неполадок обла­дает достоинством всех информационных графов, а именно: последовательность событий и комбинаций причин и результатов пред­ставляется исследователю четко и наглядно.

Вершиной дерева неполадок является нежелательное событие, а последовательности событий, которые при их наличии будут вызывать его, образуют ветви дерева. Траек­ториями (путями) неполадок называются последовательности собы­тий, приводящие к нежелательному событию в вершине. Каждая последовательность событий устанавливается исследователем путем логического прослеживания назад по цепи событий с записью тех из них, которые могут быть причиной событий, уже помещенных на граф. Все последовательности начинаются с неблагоприятного со­бытия в вершине.

В настоящей работе развивается подход к моделированию причинно-следственного комплекса аварийности несущих конструкций, основанный на комбинации аппарата нечеткой логики и сценарных диаграмм моделирования аварийных ситуаций, идеологически близких моделям дерева неполадок. Сценарные диаграммы позволяют схематизировать возможные сценарии и траектории реализации аварийных ситуаций, аппарат нечеткой логики дает возможность получения количественных оценок. Достоинством этого подхода является возможность учесть в единой модели все факторы, влияющие на формирование аварий, среди которых могут быть как события различной природы, так и процессы, не имеющие четких начала и окончания, а также физические закономерности и явления. С точки зрения количественных оценок аппарат нечеткой логики позволяет получить наиболее обоснованные выводы в условиях неполных, противоречивых и неопределенных исходных данных.

Сценарная диаграмма представляет собой информационный граф, моделирующий три этапа развития аварийной ситуации (рис. 5.1): деградация параметров технической системы; возникновение критического предельного состояния; развитие повреждений, разрушений и потеря несущей способности. Под критическими предельными состояниями (КПС) будем понимать такие, наступление которых приводит не просто к неработоспособности системы, но инициирует быстрый, неуправляемый и необратимый процесс потери несущей способности (эффект “домино”).

Первый этап (деградация параметров технической системы) является моделью начальной, латентной стадии развития аварийной ситуации. На этом этапе различной протяженности во времени происходит накопление повреждений в конструкции и формирование комплекса внешних факторов, инициирующих возникновение предельного состояния.

Рис. 5.1. Сценарная диаграмма аварийной ситуации

 

Графической моделью первого этапа является древовидная структура, аналогичная дереву неполадок. Отличие заключается в том, что элементами модели могут быть не только события, переводящие систему из одного состояния в другое, но и процессы и явления различной природы (табл.5.1.2).

Второй этап (возникновение критического предельного состояния) характеризует переход системы в состояние, в котором она не может компенсировать нарастание деградационных явлений под влиянием внешних воздействий и внутренних процессов. Как правило, данный этап весьма непродолжителен во времени и инициирует начало третьего этапа.

Табл. 5.1.1


Поделиться:



Популярное:

  1. Case-study (анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ)
  2. IDEF1X - методология моделирования данных, основанная на семантике, т.е. на трактовке данных в контексте их взаимосвязи с другими данными.
  3. Анализ объекта моделирования
  4. Анализ результатов моделирования
  5. Блок отслеживания исключительных ситуаций
  6. Введение. Понятие, роль и этапы математического моделирования в экономике и финансах
  7. Возможности применения математики и компьютерного моделирования в социально-гуманитарных науках. Формирование нового типа мышления.
  8. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ СУЩЕСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ ОБЪЕКТА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
  9. День 20-й. Отслеживание исключительных ситуаций и ошибок
  10. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ
  11. Должностных лиц и специалистов системы гражданской обороны и единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
  12. КАК ИЗБЕЖАТЬ НЕЛОВКИХ СИТУАЦИЙ


Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 1342; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.018 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь