Введение к работе
Актуальность данной работы обуславливается постоянной проблемой выбора наилучшего (или оптимального) решения, которая ещё больше повышается при управлении процессами, обеспечивающими безопасность, многие из которых являются быстротекущими и многопараметрическими (взрывы, пожары, дорожно-транспортные происшествия, террористические акты и т.д.). В этом случае, и в связи с ограниченными возможностями человека, необходимыми условиями сокращения социально-экономических потерь от указанных событий являются создание «внутри ОСУ», различных автоматизированных систем управления (АСУ, АСУП и АСУТП), автоматизированных систем контроля (АСК) и систем автоматического управления (САУ), «следящих» за тем, чтобы процессы на объектах управления не попадали за границы (уставки) и в аварийные режимы, в т.ч. с учетом «человеческого фактора».
Таким образом, ОСУ техносферной безопасностью (ТБ) административно-территориальных единиц (АТЕ) должны представлять собой макросистемы (МС), в которых функционируют автоматизированные и неавтоматизированные системы управления различными промышленными объектами и службами жизнеобеспечения, «связанные» между собой каналами связи и передачи данных (в т.ч. радиосвязи с передвигающимися объектами, включая определение их координат в АТЕ).
Создание крупных и проблемно-ориентированных систем, а МС ТБ АТЕ являются именно такими, потребовало разработки соответствующего математического аппарата теории оптимального управления, основы которого представлены в работах зарубежных и отечественных авторов: Р.Беллмана, В.Б. Болтянского, Дж. Нэша, Л.С. Понтрягина, Г. Хакена, В.И. Арнольда, И.Пригожина, Н.Н. Моисеева, АА.Колесникова, в т.ч. в области безопасности - Артамонова В.С., Брушлинского Н.Н., Гаврилея В.М., Махутова НА., Микеева А.К., Минаева В.А., Русака О.Н., Топольского Н.Г., Фролова К.В. и других. В то же время в современных условиях возрастает роль «минимаксного» управления, т.е. управления с минимальными потерями и с максимальной эффективностью использования ресурсов при штатных и нештатных ситуациях. Попыток решить указанные проблемы при создании ОСУ немного и все они, как показывает статистика потерь, пока безуспешны. Следовательно, необходимы исследования взаимосвязей и процессов самоорганизации безопасности, экономики и права, т.е. влияния вынужденной организации (законов, стандартов, норм и правил) на их самоорганизацию и на ежегодный уровень социально-экономических потерь в обществе, что явля-
** Complete оответствия (десинхроноза)
T_ PDFCompiete.
Your complimentary use period has ended.
Click Here to upgrade to Unlimited Pages and Exp
и возможности неисполне-
проблема. нахождение условий самоорганизации безо- экономики и права, минимизирующих социально-экономические потери, и разработка на их основе методов, моделей и средств автоматизации управления техносферной безопасностью. В зарубежной и отечественной науке эта проблема мало изучена, что свидетельствует об актуальности темы.
Цели и задачи исследования. Цель диссертации заключается в разработке автоматизированных средств и систем управления техносферной безопасностью АТЕ на основе вероятностно-физических методов анализа существующих ОСУ и синтеза синергетических методов, моделей и средств, обеспечивающих предотвращение и ликвидацию аварий и пожаров на промышленных и жилых объектах, дорожно-транспортных происшествий (ДТП), преступлений, несчастных случаев и чрезвычайных происшествий в АТЕ природного, техногенного и криминогенного характера, сокращающих социально-экономические потери от них. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
провести анализ существующих современных научных методов и подходов к решению проблем техносферной безопасности,
определить и сформулировать основные теоретические и понятийные аспекты диагностики техносферного вреда и его компонентов (пожарного, энергетического, транспортного, экологического и др.),
найти условия самоорганизации процессов обеспечения техносферной безопасности,
синтезировать модели и средства диагностики техносферного вреда и его компонентов,
разработать методологию построения автоматизированной макросистемы макросистему синергетического управления техносферной безопасностью,
осуществить практическую реализацию разработанных методов, моделей и средств автоматизации управления техносферной безопасностью, в т.ч. путем моделирования на статистических данных социально-экономических потерь от пожаров, аварий, дорожно-транспортных происшествий и ЧС природного, техногенного и криминогенного характера.
Объект исследований. Объектами исследований являются промышленные и жилые объекты техносферы, а также население с ОСУ СЖ АТЕ (районов, городов и т.д.), функционирование которых определяет уровень (вероятность) безопасной жизнедеятельности в них.
Предметом исследований являются методы, модели и технологии функционирования промышленных и жилых объектов техносферы, населения и СЖ АТЕ, включающие определение опасностей, процессы их обнаружения и предотвращения, а также модели автоматизированных средств и систем компенсации и подавления опасностей с помощью процессов самоорганизации и управления.
Методы исследования. Основными методами исследования являются системный анализ и системный синтез функционирования промышленных и жилых объектов, субъектов (населения) и ОСУ СЖ в АТЕ, которые представляют собой сложные технические и человеко-машинные системы обеспечения процессов жизнедеятельности в АТЕ. Исследования базируются также на использовании термодинамики, электродинамики, синергетики, хронобиологии, методов аналитического и дискретного моделирования, компьютерных методов обработки информации, теории массового обслуживания и распознавания образов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, строгостью использования математического аппарата, четкостью и ясностью выявляемых физических, химических, биологических, технологических, психологических и социальных эффектов, в т.ч. на многолетней статистике социально-экономических потерь от
Your complimentary use period has ended.
а также согласованностью результатов, полученных
** Complete й,
м ' t ы rur-compwe. ,дов
Click Here to upgrade to Unlimited Pages and Exp
и средств исследования с результатами других ис-
новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
разработан не имеющий мировых аналогов автоматизированный комплекс баро-электро-термо-акустометрии, базирующийся на предложенном автором вероятностно-физическом методе количественной оценки долговечности, устойчивости и опасности твердых материалов, обращающихся в промышленном производстве и в быту, через вектор-функции их жизненного цикла, на которые получены патенты РФ (№ 2324923 от 20.05.2008, № 2343467 от 10.01.2009 и № 2399910 от 20.09.2010), отмеченные дипломом Национальной академии наук пожарной безопасности (23.05.2012);
систематизированы принципы автоматизации и интеграции технологического прогона и приемо-сдаточных испытаний при промышленном производстве электроприборов, позволяющие определять стадии их «жизненного цикла» (с помощью позисторных термозондов, на который получен патент РФ на изобретение № 2060566 от 20.05.1996), базирующиеся на модели их «интеллектуализации», которая поднимает на порядок безопасность электроприборов при эксплуатации и приводит во взаимное соответствие их технический и пожаробезопасный ресурс, превращая их в радиоизвещатели техносферной опасности и навигации (РИТОН), на которых синтезирована автоматизированная система предотвращения и обнаружения происшествий (АСПОП) - пожаров, аварий и взрывов на промышленных и жилых объектах;
впервые предложена модель автоматизированной макросистемы квалиметрии электроприборов (АМСКЭ), которая позволяет дополнить менеджмент качества ИСО 9000, представляя изменение качества электроприборов, как совокупность необратимых потерь надежности, эксплуатационной безопасности и потребительских характеристик;
разработана новая универсальная модель описания и классификации процессов функционирования жилых и промышленных объектов и всех служб жизнеобеспечения АТЕ в четырех проблемно-ориентированных сетевых макроподсистемах: «Профилактика», «Ресурсы», «Происшествия» и «Потери», которая позволяет оптимизировать структуры СЖ и разработать модели управления ими по отклонениям от нормального функционирования, названным нано-, микро- и макроавариями»;
- создана методология моделирования и оценки эффективности функционирования
сложных систем с минимизацией социально-экономических потерь в них, устраняющая
противоречия между научными, техническими, экономическими и правовыми знаниями,
нормами и правилами, путем введения новых понятий - публичного, коллективного и част
ного вреда, которые в единстве с общепринятыми понятиями публичных, коллективных и
частных благ позволяют провести объективацию, изменить показатели и кардинально
улучшить социально-экономическое состояние АТЕ с помощью разработанных систем
адаптивного налогообложения с реинвестиционным механизмом их функционирования;
- предложен новый способ интеграции автоматизированных систем управления объек
тами промышленности, обеспечивающий безопасность технологических процессов
(АСУБТП) в них (на примерах котельной промышленного или коммунального предприятия,
угольной шахты, добычи и использования торфа), базирующийся на методе термомагнит
ной сепарации воздуха на кислород, используемый в техпроцессах, и азот - для предотвра
щения загораний и тушения пожаров, на способ и сепаратор для которого получен патент
РФ на изобретение (№ 2428242 от 10.09.2011);
- впервые получены математические вероятностно-физические, организационно-
технические и биотехнологические модели, которые позволили синтезировать автоматизи
рованную макросистему синергетического обеспечения пожарной безопасности АТЕ
Your complimentary use period has ended. Thank you,
implete.
** COITIP fete Thank you for using о макросистему синергетического обеспечения
^_21__ PDFComp,ete- АТЕ (ГИМСО БД);
совместимости и интеграции совокупности АСУ БТП с макросистемами управления всеми службами жизнеобеспечения АТЕ в геоинформационную макросистему синергетического управления тех-носферной безопасностью (ГИМСУ ТБ), через сетевые макроподсистемы - «Профилактика», «Ресурсы», «Происшествия» и «Потери», путем взаимосвязи их между собой с помощью автоматизированной гибридной вычислительно-связной системы, которая помимо каналов связи и передачи данных каждой СЖ реализует местоопределение, радиоконтроль и радиоуправление объектами и персоналом на территории АТЕ, с лазерным зондированием среды и подстилающей поверхности;
- разработана автоматизированная интернет-технология поддержки принятия реше
ния (алгоритмы и комплексы программ анализа пожарно-энергетического вреда -
и дорожно-транспортно-экологического вреда
в АТЕ -), с помощью которых выполнены расчеты
по Югу России, подтверждающие эффективность их применения.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Метод вероятностно-физического анализа систем управления безопасностью АТЕ (пожарно-энергетической, дорожно-транспортной и т.д.) и синтеза автоматизированных систем обеспечения безопасности.
-
Методика «защитной интеллектуализации» технических средств повышенной опасности (электроприборов, транспорта и т.д.), превращающий их в новые средства технического обеспечения АСУ - в радиоизвещатели техносферной опасности и её навигации, построенные на основе вероятностно-физических методов, моделей и информационных технологий оценки и контроля надежности и опасности промышленной продукции (материалов и изделий из них), использующие вектор-функции жизненного цикла материалов, получаемые баро-электро-термо-акустометрией, в результате применения которых синтезированы:
- автоматизированная макросистема квалиметрии электроприборов,
- автоматизированная система предотвращения и обнаружения происшествий (ава
рий, пожаров, взрывов, ДТП) в АТЕ.
-
Методология проблемно-ориентированной интеграции автоматизированных систем управления в топливно-энергетической промышленности (на примерах ТЭЦ и котельных промышленных и коммунальных предприятий, угольных шахт и торфяников), с помощью программно-технического комплекса диспетчеризации и термомагнитной сепарации воздуха на кислород (парамагнетик), используемый при сжигании топлива, и азот (диамагне-тик), применяемый для предотвращения загораний и тушения пожаров, позволяющая использовать атмосферу для противопожарной защиты техносферы и биосферы, а в «связке» с биофизическими моделями - для защиты атмосферы, биосферы и геосферы от техносферы.
-
Модели и алгоритмы оценки эффективности решения задач управления безопасностью АТЕ, построенные на основе определения публичного, коллективного и частного вреда (пожарно-энергетического, дорожно-транспортного и т.д.), что минимизирует социально-экономические потери в АТЕ от аварий, пожаров, ДТП и т.д., и предоставляет возможность, с помощью статистического анализа временных рядов, получить функции плотности вероятности соответствующих потерь, интегрирование изменений которых дает ретропрогноз эффективности принимаемых решений, а также позволяет оценить затраты по достижению установленного уровня безопасности в АТЕ и осуществить автоматизированное управление финансированием, для достижения указанного уровня с помощью реинвестици-
Your complimentary use period has ended.
** COmDlete нных систем адаптивного налогообложения (пожар-
^ЯттттШ^Ш ортно-экологического и т.д.).
томатизированной макросистемы синергетического
Шобеспечения пожарной (АМСО ПБ) АТЕ с помощью защищаемых положе
ний, что позволяет за счет эмерджентности макросистемы снизить количество пожаров,
гибель, травмы и материальный ущерб от них на порядок и более.
-
Средства и методы проектирования автоматизированной геоинформационной макросистемы синергетического обеспечения безопасности дорожного движения (ГИМСО БД), сформированные с помощью защищаемых положений, позволяющие за счет эмерджентности макросистемы снизить количество ДТП, гибель, травмы и материальный ущерб от них на порядок и более.
-
Метод обеспечения совместимости и интеграции АСУ БТП объектов промышленности и жилого сектора с макросистемами управления всеми службами жизнеобеспечения АТЕ в геоинформационную макросистему синергетического управления техносферной безопасностью (ГИМСУ ТБ) путем взаимосвязи их между собой с помощью гибридной вычислительно-связной системы через проблемно-ориентированные сетевые макроподсистемы - «Профилактика», «Ресурсы», «Происшествия» и «Потери», а также, сосредоточения персонала администрации АТЕ и оперативных подразделений всех СЖ в зданиях-мачтах центров управления силами и средствами (ЦУСС) АТЕ, что позволяет за счет эмерджентности ГИМСУ ТБ поднять вероятность защищённости (безопасности) населения в АТЕ до нормативного уровня по ГОСТ 12.1.004.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что выполненное исследование решает актуальную научную задачу разработки вероятностно-физической методологии анализа и синтеза синергетических структур СЖ, позволяющих повысить уровень техносферной безопасности промышленных и жилых объектов и АТЕ в целом, за счет автоматизации и самоорганизации СЖ и населения. Разработанные модели и методы развивают теоретические основы анализа, синтеза и обработки информации в автоматизированных и интегрированных системах обеспечения безопасной жизнедеятельности на основе системного подхода, синергетики, электродинамики и термодинамики.
Практическая значимость работы. Излагаемые аспекты диссертации развивают методологию практического применения системного анализа и синтеза организационных и интегрированных систем обеспечения безопасности промышленных и жилых объектов, самоорганизующихся в условиях штатных и нештатных ситуаций в АТЕ. Модели, средства и алгоритмы, описывающие автоматизированные макросистемы обеспечения безопасности дорожного движения и пожарной безопасности АТЕ, могут быть использованы при создании районных, городских и региональных систем управления. Программно-технические средства оценки надежности, устойчивости и пожарной опасности материалов и изделий из них можно использовать при их сертификации и экспертизе в лабораториях и центрах Ростехрегулирования, МЧС и Минюста России, а также на объектах промышленности, в НИИ, КБ и при подготовке специалистов в ВУЗах.
Апробация работы. Теоретические и практические результаты, представленные в диссертации, докладывались на 6 научных семинарах, на 9 региональных, 42 Всероссийских и 78 международных конференциях, симпозиумах, форумах и конгрессах, основные из которых: Всесоюз. конф., посвящ. 30-летию НПО «Импульс» (Северодонецк: НПО «Импульс», 1986), ХII Всерос.науч.-практ.конф. «Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ» (Балашиха: ВНИИПО, 1993), II Междунар. конф. «Информатизация систем безопасности - ИСБ 93» (Москва: ВИПТШ, 1993), 6-й и 8-й Междунар. Конф. "Системы безопасности - СБ 97,99"(Москва: МИПБ МВД РФ, 1997 и 1999), Межд.конф. «Современные проблемы национальной безопасности: Россия в ХХI век с миром и согласием» (Ростов н/Д: РЮИ МВД РФ-АПБНД999); 9-15 и 17-20 Между-
._"* Complete СБ 2000-2006 и СБ 2008-2012» (Москва: АГПС МЧС
Your complimentary use period has ended.
Click Here to upgrade to Unlimited Pages and Exp
rvrcomp^. межотрасл Программе Минатома и Минобразования ичество» (Москва: МИФИ, 2002); Всерос. науч.-практ. ВТехносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (РГСУ, 2002-2012); VI Междунар.науч.-практ.конф. «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза:ПДЗ-МАНЭБ, 2003); 24-26 науч.-практ. конф.с междунар.участием «Композиционные материалы в промышленности - СЛАВПОЛИКОМ» (Ялта-Киев: УИЦ «Наука, техника, технология», 2004-2006), 1-й и 2-й Межд.конф. "Наука и будущее: идеи, которые изменят мир" (Москва: ГГМ им.Вернадского -Фонд "Наука и будущее», 2004 и 2005); 12-й и 13-й Международной конф. «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Ялта-Киев: УИЦ «Наука, техника, технология», 2004, 2005); 13,14 и 16-й междунар. конф. «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва: ИПУ РАН - 2005, 2006 и 2008); Межд. науч.-практ. конф. «Строительство-2007,2008,2009» (Ростов н/Д: РГСУ, 2007-2009); Междунар. научно-практич. конф «Пожарная и аварийная безопасность» (Иваново: ИГПС МЧС РФ - 2008,2011); XVII Межд.конф. по химической термодинамике в России (RCCT 2009, Казань:РХО им.Д.И.Менделеева); Научно-методич. конф. «Современные информационные технологии в образовании: Южный федеральный округ - СИТО 2009,2010,2011» (Ростов н/Д: ЮГИНФО, 2009-2011); XIV молодеж. конф.-школы с междунар. участием «Современные проблемы математического моделирования» (Ростов н/Д: ЮФУ-2011); Всерос. науч.-практ. конф. «Предупреждение преступлений и административных правонарушений в сфере обеспечения безопасности дорожного движения» (Краснодар: КрУ МВД РФ-2011); 4-й междунар.науч.конф. «Системный синтез и прикладная синергетика» (Пятигорск-Таганрог: ТТИ ЮФУ-2011); European Science and Technology: materials of the international research and practice conference (Wiesbaden, Germany-2012); Russian-Taiwanese Symposium “Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications”(Rostov-on-Don, 2012).
Результаты работы отражены в отчетах ряда госбюджетных НИР, выполненных в рамках Программ Минобразования РФ: Межвузовской НТП 1996-99 г.г. «Качество и безопасность технологий, продукции, образовательных услуг и объектов» (НИР-4.65), в которой соискатель был руководителем; гранта Минобразования РФ (2001-2002г.г.) № ТОО-13.0-2500 «Модель адаптивной системы безопасности дорожного движения с пассивной локацией транспортных средств (рук.- д.ф.-м.н., проф. Денисенко П.Ф) и НИР Межотраслевой НТП с АО «АВТОВАЗ» (2002-2003 г.г.) «Модель оценки и утилизации дорожно-транспортного вреда и система реализации её в автомобиле (проект 02.06.004 - шифр «БАКСАН», рук.- д.т.н., проф. Панич А.Е.), где соискатель был ответственным исполнителем, как и в гранте ЮФУ-2007 «Методы и средства диагностики и испытаний материалов и изделий из них» (№ 05/6-98-рук. к.ф.-м.н. Буйло СИ.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 200 работ, полный список которых приведен в тексте диссертации, в том числе: 4 монографии, 4 патента РФ, 4 заявки на изобретения и 18 публикаций в изданиях, включенных ВАК РФ в Перечень изданий для публикации результатов докторских диссертаций. Более 60 работ опубликовано после защиты кандидатской диссертации, в числе которых 2 монографии, 2 патента РФ, 3 заявки на изобретения и 11 публикаций в ВАКовских журналах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 422 страницах и состоит из введения, шести глав и заключения, содержащих 22 таблицы и 74 рисунка, со списком литературы из 499 источников на 26 страницах и приложением на 35 листах.
