Введение к работе
Актуальность исследования.
В настоящее время наблюдается значительный рост экономических показателей Российского автопрома (на 77 % за I квартал 2011 г. по сравнению с аналогичным периодом 2010 г.), и вопросы повышения уровня пожаровзрывобезопасности предприятий по производству легковых автомобилей являются весьма актуальными. Это объясняется следующими факторами:
концентрацией пожароопасного сырья и готовой продукции, их способностью гореть, образовывать взрывопожароопасные смеси и загрязнять опасными выбросами атмосферу производственных помещений и соседних территорий;
многофункциональностью производственных цехов с наличием конвейера сборки, совмещенного со складированием рядом с конвейером комплектующих деталей и узлов в сгораемой упаковке;
опережающим развитием объемов многоярусного лакокрасочного производства и многостеллажного хранения, по сравнению с совершенствованием мер предупреждения аварийных и пожароопасных ситуаций;
интенсификацией технологии, ростом единичных мощностей автомобильных заводов, вследствие чего растут и приближаются к критическим горючая нагрузка и возможность образования взрывопожароопасных смесей;
несовершенной технологией сбора и утилизации загрязняющих, в том числе пожароопасных веществ и материалов, попавших в окружающую среду при производстве продукции.
Перечисленные особенности современных объектов по производству легковых автомобилей обусловливают их потенциальную пожарную опасность.
Создание систем и средств противопожарной защиты на предприятиях по производству легковых автомобилей должно осуществляться по следующим направлениям:
предупреждение возможностей появления источников воспламенения при работе технологического оборудования, в том числе электротехнических устройств;
снижение горючей нагрузки в производственных зонах, исключающее образование взрывоопасных концентраций, горючих отложений на оборудовании и строительных конструкциях за пределами аппаратов и технологических помещений;
повышение эксплуатационной надежности элементов и технических средств противопожарной защиты для исключения ложных срабатываний и обеспечения высокого уровня пожаровзрывобезопасности в целом;
^ обнаружение загорания на ранней стадии возникновения, быстрая локализация и ликвидация горения, а также своевременная эвакуация персонала.
Существующие на современных автомобильных предприятиях установки пожарной сигнализации, противодымной защиты, элементы управления установками пожаротушения и инженерными системами, в основном, относятся к различным типам, в т.ч. и к релейному типу. Каждая установка выполнена автономно, связи между установками и с микропроцессорной и вычислительной техникой, в основном, отсутствуют. Это не позволяет создавать системы противопожарной защиты, объединяющие технические средства пожарной и противоаварийной автоматики как единое целое. Отмеченные недостатки ликвидируются при проектировании и внедрении на объектах по производству легковых автомобилей автоматизированной системы управления противопожарной защитой (АСУПЗ).
Значительный вклад в разработку теоретических основ создания, оценки эффективности и надежности АСУПЗ объектов различного назначения внесли российские ученые Топольский Н.Г., Федоров А.В., Бабуров В.П., Бабурин В.В., Блудчий Н.П. и др. Результаты их исследований позволяют разрабатывать общие подходы и теоретические основы автоматизации процесса функционирования систем противопожарной защиты объектов промышленности.
В развитие результатов вышеуказанных исследований, разработанные в настоящей диссертационной работе научно-методические основы позволяют создавать АСУПЗ объектов по производству легковых
автомобилей с учетом особенностей технологического процесса, требований безопасности и эксплуатационной надежности к системам противопожарной защиты данных производств.
Полученные в диссертации результаты в целом составляют научно-методические основы создания автоматизированной системы управления противопожарной защитой объектов по производству легковых автомобилей.
Объектом исследования является система противопожарной защиты производства легковых автомобилей, а предметом исследования -процесс создания и функционирования АСУПЗ.
Целью исследования является повышение уровня
пожаровзрывобезопасности технологического процесса производства легковых автомобилей за счет разработки формализованных методов построения и алгоритмизации АСУ противопожарной защитой.
Для достижения поставленной цели решены следующие научные задачи:
комплексный анализ пожаровзрывоопасности технологического процесса производства легковых автомобилей как объекта автоматизации, включающий: статистическую оценку опасности пожаров, взрывов и аварий; установление их причинно-следственных связей; анализ технологических особенностей автомобильного производства; моделирование аварийных ситуаций и определение категории производства в соответствии с принятыми сценариями; оценка риска современного автомобильного производства;
аналитическая оценка особенностей газовыделения на ранней стадии возникновения возможного пожара в производственных и складских помещениях объектов автопрома с определением основных характерных газовых компонентов и предложением способов их автоматизированного контроля и формализованного описания обобщенной структуры АСУПЗ;
анализ статистических данных о работоспособности систем автоматической противопожарной защиты (АППЗ) на промышленных объектах;
- разработка обобщенной марковской модели процесса технического
обслуживания и ремонта систем автоматической противопожарной
защиты и исследование их поведения с восстановлением в течение
среднего времени бездействия в зависимости от уровня диагностики;
- разработка алгоритмов контроля и диагностики состояния АСУПЗ
и синтез с их использованием пакетов прикладных программ для
предприятий по производству легковых автомобилей;
разработка обобщенной структуры АСУПЗ технологического процесса производства легковых автомобилей и входящих в нее функциональной, организационной структур и структуры комплекса технических средств;
разработка формализованного описания и алгоритмизация информационного и программного обеспечений, включающих информационную и алгоритмическую структуру АСУПЗ, порядок классификации и кодирования информации, организацию сбора и передачи информации, организацию внутримашинной и внемашинной баз, а также разработку алгоритмов задач верхнего, нижнего уровней управления и поддержки межуровневого обмена АСУПЗ завода по производству легковых автомобилей.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Пожарная безопасность в Российской Федерации на период до 2012 года», в рамках «Комплексной программы по созданию автоматизированных систем управления пожарной безопасностью объектов различного назначения для отраслей народного хозяйства на 2005-2010 и последующие годы» и в соответствии с планами научной деятельности Академии Государственной противопожарной службы МЧС России.
Основные методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, моделирования и оптимизации АСУ; расчетные методы прогнозирования динамики распространения полей концентраций газов; методы теории надежности, теории графов, теории марковских цепей, теории вероятностей и математической статистики, а также теории дифференциального исчисления.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем:
-определены тенденции и получены прогнозные оценки динамики состояния показателей эффективности функционирования систем автоматической противопожарной защиты на промышленных объектах;
-получены новые результаты аналитической оценки особенностей газовыделения на начальной стадии возникновения возможного пожара в помещениях объектов автопрома с определением основных характерных
газовых компонентов и предложением способов их автоматизированного контроля;
-предложена обобщенная марковская модель процесса технического обслуживания и ремонта систем АППЗ и получены результаты ее исследования в случае отказа с восстановлением в течение среднего времени бездействия в зависимости от уровня диагностики;
-разработаны алгоритмы контроля, диагностирования и информационной поддержки состояния системы АППЗ и с их использованием произведен синтез пакетов прикладных программ.
-получена обобщенная структура АСУПЗ автомобильного производства, включающая: общесистемные решения, формализованное описание и алгоритмизацию организационной, функциональной, информационной, технической структур АСУПЗ, а также структуры программного обеспечения с представлением алгоритмов решения задач верхнего и нижних уровней управления.
Практическая ценность и значимость работы заключается в следующем;
разработаны и защищены патентом Российской Федерации на полезную модель технические решения по созданию автоматизированной системы управления противопожарной защитой пожароопасных производственных объектов [5];
разработаны алгоритмы и компьютерная программа автоматизации контроля концентрации взрывопожароопасных сред в воздухе рабочей зоны потенциально опасных производств, которые защищены свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ [1;6];
разработана методика оценки уровня автоматизации технического обслуживания системы противопожарной защиты промышленного объекта [8] и произведен расчет уровня автоматизации для базового и предлагаемого вариантов защиты;
осуществлен синтез пакетов прикладных программ для автоматизации технического обслуживания систем противопожарной защиты промышленного предприятия и разработаны предложения по их применению в составе программного обеспечения АСУПЗ [3,7];
разработаны предложения по применению обобщенной модели процесса технического обслуживания и ремонта автоматических систем противопожарной защиты для использования в исследованиях поведения АСУПЗ и расчетной оценки показателей эксплуатационной надежности [2, 7, 10];
- разработаны технические решения по структуре комплекса технических средств автоматизированной системы управления противопожарной защитой и представлены предложения для практического применения в составе технического обеспечения АСУПЗ [4,9,12].
Результаты диссертационного исследования составляют научно-методические основы для проектирования АСУПЗ объектов автопрома.
Реализация результатов работы. Представленные в диссертации результаты исследований нашли практическое применение на промышленных объектах, в научных исследованиях и в учебном процессе: на заводе по производству легковых автомобилей ОАО «Автофрамос» группа «Рено» (г. Москва) реализованы: методология комплексного подхода к обеспечению пожаровзрывобезопасности объектов автопрома; принципы организации технического обеспечения, предложения по созданию алгоритмов и программного обеспечения АСУПЗ; алгоритмы контроля и диагностики состояния АСУПЗ, а также пакеты прикладных программ для технического обслуживания подсистем АСУПЗ;
на заводе по производству легковых автомобилей ОАО "Фольксваген-групп" (Калужская область) использованы при разработках: технических решений по повышению информативности средств пожарной сигнализации и контроля довзрывоопасных концентраций; исходных данных для проектирования АСУПЗ;
в научных исследованиях Академии ГПС МЧС России при проведении научно-исследовательских работ по планам Академии;
в учебном процессе Академии ГПС МЧС России при подготовке специалистов.
На защиту выносятся:
прогнозные оценки динамики состояния показателей эффективности функционирования систем автоматической противопожарной защиты на промышленных объектах;
результаты аналитической оценки особенностей газовыделения на ранней стадии возникновения возможного пожара в производственных и складских помещениях объектов автомобильной промышленности с определением основных характерных газовых компонентов и предложением способов их автоматизированного контроля;
обобщенная марковская модель процесса технического обслуживания и ремонта систем АППЗ и результаты ее исследования для
системы АППЗ с восстановлением в течение среднего времени бездействия в зависимости от уровня диагностики;
алгоритмы контроля, диагностирования и информационной поддержки состояния системы АППЗ и результаты синтеза с их использованием пакетов прикладных программ;
обобщенная структура АСУПЗ автомобильного производства, включающая: общесистемные решения, формализованное описание и алгоритмизацию организационной, функциональной, информационной и технической структур АСУПЗ;
структура программного обеспечения АСУПЗ автомобильного предприятия с представлением алгоритмов задач верхнего и нижних уровней управления.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, достигнута за счет применения апробированных математических методов; корректности исходных математических положений, обоснованности принятых допущений, репрезентативности статистических данных; значительного объема аналитических и экспериментальных исследований; согласованности полученных результатов с известными данными исследований в смежных областях.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы отражены в выступлениях, обсуждены и получили одобрение на международных, российских и региональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе: международных научно-практических конференциях «Интерполитех-2010» в рамках XIII Международной выставки средств обеспечения безопасности государства - Москва, Всероссийский выставочный центр (ВВЦ) (2010 г.) и «Системы безопасности» - Москва, Академия Государственной противопожарной службы МЧС России (2009, 2010 гг.).
Публикации. По тематике диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 10 научных статей, 4 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК России, 2 доклада на конференциях, получены патент РФ на полезную модель и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (182
наименования) и 18 приложений на 55 стр. Основное содержание работы изложено на 194 стр. машинописного текста, содержит 41 рисунок и 16 таблиц.
