Содержание к диссертации
Введение
1 . Исследование основных компонентов и состояний системы «Человек-среда обитания» 7-9
1.1. Система инженерно-экологического обеспечения (СИЗО) 9-10
1.2. Система показателей надежности экосистемы 10-12
1.3. Анализ исследований интенсификации технологических процессов с.-х. производства, структуры и параметров исполнительных механизмов (ИМ) АСУ для объектов АПК 12-14
1.4. Постановка задачи исследований 14-15
2. Разработка программы методики для исследования систем массового обслуживания (СМО), как объектов АПК 15-16
2.1. Моделирование СМО с целью воспроизведения реального процесса функционирования исследуемых автоматизированных систем управления (АСУ) 16-19
2.2. Исследование и разработка основных параметров СМО, используемых на объектах (АПК) 19-22
2.3. Оптимизация потребного количества транспортных средств доставки ИМ на реализационные пункты 22-26
2.4.О некоторых типах СМО, применяемых на объектах АПК.. 26-33
3. Исследование риска поражения людей при авариях на химически опасных объектах 33-34
3.1 Постановка задачи исследования 34-35
3.2. Разработка методики оценки риска при известных исходных данных 36-38
3.3. Оценка риска с учётом изменчивости приземного слоя воздуха и массы разлива СДЯВ 39-42
3.4. Методика оценки возможных убытков предприятия АПК 42-45
4. Моделирование системы для обеспечения безопасности в технологических процессах сельскохозяйственного производства 45-49
4.1.Исследование основных факторов и вредных воздействий, влияющих на КСОПР новой механики и технологий на объектах АПК 49-52
4.2. Разработка методики для повышения качества технологических процессов сельскохозяйственного производства с учетом устойчивого развития объектов АПК 52-56
5. Разработка методики оценки экономической эффективности инвестиций в устройства защиты от вредных выбросов ТЭС 57
5.1.Оценка экономической эффективности инвестиций в реконструкцию 57-58
5.1.1. Определение капиталовложений 58
5.1.2. Определение эксплуатационных расходов 58-59
5.1.3. Определение платы за выбросы 59-60
5.2, Методы оценки экономической эффективности при проектировании устройств ПГО на вновь строящихся станциях ...60-65
6. Разработка алгоритма расчета и оценка опасности возникновения аварий и катастроф вЧС 66
6.1. Критерии оценки эффективности мероприятий по снижению опасности при ЧС 67-73
6.2. Методы оценки степени риска при авариях на объектах АПК...73-75
6.3. Методика оценки риска аварий методами теории надежности 76
6.3.1. Оценка риска аварий 77-83
6.3.2. Статистические и экспериментальные исследования риска аварий на объектах АПК 84-85
6.3.3. Исследование надежности источника теплоэнергии 85-91
6.3.4. Об оптимальном планировании эксперимента при разработки новой техники и технологий на объектах АПК 91-93
Литература ...94-106
Основные сокращения 107-108
Заключение 109-110
- Исследование и разработка основных параметров СМО, используемых на объектах (АПК)
- Оценка риска с учётом изменчивости приземного слоя воздуха и массы разлива СДЯВ
- Разработка методики для повышения качества технологических процессов сельскохозяйственного производства с учетом устойчивого развития объектов АПК
- Методы оценки экономической эффективности при проектировании устройств ПГО на вновь строящихся станциях
Введение к работе
Важнейшими условиями успешного развития сельского хозяйства
является ускорение научно-технического прогресса (НТП),
высокоэффективное использование производственного потенциала и укрепление материально-технической базы сельского хозяйства.
НТП в сельскохозяйственном производстве определяется техническим уровнем, применяемые в АПК машин и оборудования, эффективностью их эксплуатации в условиях сельскохозяйственных предприятий.
Интенсификация сельского хозяйства и последовательное осуществление комплексной автоматизации и механизации неразрывно связаны с разработкой и освоением новых технологий и совершенствованием сельскохозяйственной техники.
При этом главным направлением развития народного хозяйства в целом (и в т. ч. предприятий АПК) является интенсивный переход к рыночной экономике. Это направление предопределяет перестройку всей хозяйственной системы, т. е. отказ от административно-командных методов и переход преимущественно к экономическим методам управления.
Эффективность деятельности предприятий в условиях рыночной экономики зависит во многом от условий, создаваемых в переходный период. Прежде всего, это максимально возможная свобода хозяйственной деятельности, полная ответственность партнёров за результаты хозяйственной деятельности, равноправие фактически всех форм собственности, активизация
деятельности за счет конкуренции предприятий, оказывающих различные виды услуг и производящих сельскохозяйственную продукцию.
Кроме того, техногенная деятельность предприятий АПК неизбежно отрицательно влияет на окружающую природную среду (ОПС), что приводит, в конечном счёте, к заболеваниям населения и снижению качества сельскохозяйственной продукции.
Таким образом, разработка экологически чистых систем с использованием новейшего оборудования и технологий является весьма актуальной задаче.
1. Исследование основных компонентов и состояний системы
«Человек - среда обитания».
Как известно, под системой понимается такая совокупность элементов, взаимодействие между которыми адекватно целям, стоящим перед системой
[7].
Бинарная система «человек-среда» многоцелевая. Одна из целей, стоящих перед данной системой - безопасность, т. е. не нанесение ущерба здоровью человека. При этом каждая система имеет и некоторую чисто технологическую цель, связанную с достижением определённого наперёд заданного результата.
В этом случае перед исследователями и разработчиками систем стоит сложная задача согласования целей и устранения возможных противоречий между ними.
Установлено, что достижение безопасности системы «человек-среда» возможно тогда, когда будут системно учтены особенности каждого элемента, входящего в систему [7].
Перед средой системы, взаимодействующей с человеком, понимается вся совокупность объектов и явлений, описывающих влияние на организм человека.
При этом к компонентам среды относятся как природно-климатические явления, так и искусственные объекты (рис. 1.1)
Рис. 1.1 Классификация компонентов среды. Так как в обычных условиях человек чрезвычайно редко сталкивается с
прекращением воздействия раздражителей на рецепторы, то он не сознаёт этих
воздействий и не отдаёт себе отчёта, насколько важным условиям для
нормального функционирования его мозга является «загруженность»
анализаторов.
Таким образом, на наш взгляд, правильно будет утверждать, что «человек-среда» - это единое понятие. Однако, в целях анализа элементы «человек» и «среда» рассматривается обособленно.
Исследование и разработка основных параметров СМО, используемых на объектах (АПК)
Данные об авариях последних лет свидетельствуют, что несмотря на предпринимаемые усилия в большинстве стран в направлении повышения надежности технологических систем производств, количество аварий на различных объектах имеет тенденцию к значительному росту. Наиболее опасными видами аварий являются аварии на так называемых химически опасных объектах - предприятиях со значительными запасами сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ).
С целью выбора наиболее эффективных способов и средств снижения степени риска поражения людей при авариях необходимо знать, какова опасность в каждом месте города при разных вариантах мероприятий по снижению степени риска. Удобной формой оценки опасности является зонирование города. Для этого на карте города изолиниями выделяют зоны с разной степенью опасности поражения. Такая карта позволяет судить о степени риска поражения людей в каждой точке города. Часто зонирование учитывается как при организации защиты населения, так и при организации градостроительных мероприятий по снижению степени риска. В этом случае законодательно установлены уровни индивидуального риска (вероятности поражения): - пренебрежимо малый (10"); - максимально приемлемый (10"6). При этом пренебрежимо малым риском считается такой уровень, ниже которого нет необходимости проведения каких-либо мероприятий по снижению опасности поражения. Максимально приемлемый риск - это уровень, который нельзя превосходить, каковы бы ни были расходы. Область значений, лежащих между этими двумя уровнями, допускает уменьшение риска на основе компромисса между социальной выгодой и финансовыми возможностями. Когда риск превышает пренебрежимо малый уровень, возникает необходимость снижения опасности, чего можно добиться несколькими способами: - повысить надежность технологического оборудования ближайшего к опасной зоне химически опасного объекта; - вывести этот объект за пределы города; - изменить технологический цикл объекта с целью снижения запасов сильнодействующих ядовитых веществ; - повысить защиту населения и запретить в опасной зоне строительство зданий и сооружений и т. п. Окончательное решение по способу снижения степени риска может быть принято на основе сопоставления затрат ресурсов по каждому из вариантов. Нередко представляет интерес сравнительная оценка эффективности вложения денежных средств в различные аспекты снижения риска. При этом наиболее приемлемым критерием оценки степени риска поражения людей является вероятность поражения в заданной точке города, определяемая с учётом изменчивости параметров приземного слоя воздуха и количества выброшенного СДЯВ в процессе аварии. Одной из наиболее удобных форм представления оценки указанной опасности может служить зонирование города по степени риска. 3.2,Оценка риска при известных исходных данных. Рассмотрим процедуру определения вероятности поражения людей при авариях на объектах АПК при известных данных по скорости и направлению ветра, температуре воздуха, степени вертикальной устойчивости приземного слоя воздуха и количеству выброшенного во время аварии СДЯВ. Как правило, прогноз опасности поражения людей делят на 2 вида: - оперативный; - долговременный. Второй из прогнозов применяют, когда неизвестно, на каком объекте произойдет авария, сколько выльется СДЯВ и какие будут параметры воздушной сферы во время аварии. Результатом долговременного прогноза может быть карта или план с изображением зон разной степени риска. В основе такого прогноза лежит методика определения вероятности поражения людей с учётом изменчивости параметров воздушной среды и количества вылившегося СДЯВ. Тогда как оперативный прогноз применяется, когда авария произошла и известны её место, параметры воздушной среды и количество выброшенного СДЯВ. В задачи этого прогноза входит определение: - размеров зоны поражения; - возможных потерь среди населения. При этом потери определяются по вероятности поражения токсическими веществами. Рассмотрим процесс поражения человека при воздействии СДЯВ ингаляционным путём. Чем больше концентрация токсических веществ v в воздухе, тем больше степень поражения людей при прочих равных условиях. Заметим также, что степень поражения будет тем больше, чем продолжительнее пребывание человека в заражённом воздухе постоянной концентрации СДЯВ.
Оценка риска с учётом изменчивости приземного слоя воздуха и массы разлива СДЯВ
Меры, направленные на повышение безопасности при ЧС, принято делить на 2 категории: - мероприятия, проводимые после возникновения ЧС (т.е. оперативные мероприятия, которые сводятся к защите населения и ликвидации последствий ЧС); мероприятия, проводимые заблаговременно (например, повышение надежности технологического оборудования на потенциально опасных объектах; снижение запасов опасных веществ на объектах; вывод опасного объекта за пределы города; заблаговременные мероприятия по защите населения) .К сожалению, в настоящее время в России основное внимание уделяется оперативным мероприятиям и существенно меньшее -мероприятиям, проводимых заблаговременно [22,90]. Тогда как, исходя из цели достижения наибольшей безопасности, приоритет, на наш взгляд, следует отдавать заблаговременным мероприятиям. При этом главное затруднение на этом пути - ограниченные возможности финансирования. В этой связи важно выявить возможности наиболее эффективного использования денежные средства для снижения степени риска поражения людей и нанесения материального ущерба. Следует отметить, что для некоторых отраслей промышленности и сельского хозяйства они составляют 20.. .25% от общих расходов на создание производства. Известные в настоящее время детерминистические методы оценки опасности дают значение опасности только для одной реализации исходных данных без оценки вероятности характеристик, которые могут изменяться в широких пределах [45,48]. Кроме того, отсутствуют признанные критерии оценки эффективности финансирования мер по повышению безопасности при ЧС (несмотря на развитие теоретических основ системы управления риском, позволяющих оценить эффективность решений в области обеспечения безопасности и определить приемлемый уровень риска). В ряде стран в качестве общей оценки величины ущерба или выигрыша от той или иной деятельности используется средняя ожидаемая продолжительность предстоящей жизни (СОППЖ) и стоимость продления жизни (Безе) [41]. Однако, применение этих критериев затрудняется тем, что СОППЖ по мере увеличения уровня экономического развития асимптотически приближается к некоторому предельному значению, а 5сэс неограниченно увеличивается (в связи с чем, на некотором уровне развития общества любая деятельность по снижению степени риска становится малоэффективной). Сложность и многообразие связей, затруднения в получении исходных данных (в частности, по влиянию финансирования той или иной деятельности на продолжение жизни людей) могут приводить к неадекватным результатам. При этом возникает необходимость в разработке дополнительных критериев, которые позволяли бы сравнительно просто, но с достаточной точностью производить оценку эффективности различных мероприятий по снижению опасности при ЧС. Пусть задано несколько возможных мероприятий по снижению риска и требуется определить рациональные объемы выполнения этих мероприятий. Ограничительным, т.е. дисциплинирующим, условием здесь может выступить количество денежных средств, выделяемых на данном этапе проведения мер. В качестве показателя эффективности можно использовать величину потерь среди населения. Заметим, что оптимальным будет решение, при котором указанный показатель примет минимальное значение [70]. При этом возможные потери среди населения - случайная величина, зависящая от ряда других случайных величин. Так, например, при авариях на химически опасных объектах величина потерь зависит от количества вылившегося при аварии СДЯВ, а также от г, направления и скорости ветра, степени вертикальной устойчивости и температуры приземного слоя воздуха. Поэтому величину возможных потерь целесообразно выражать математическим ожиданием, т.е. средневзвешенной по вероятности величиной потерь. Поскольку заранее трудно определить, какая сумма денежных средств для указанных целей будет выделена, то в качестве критерия следует выбирать такой показатель эффективности, который решил бы эту задачу, причем независимо от выделяемых средств. Величина потерь среди населения M(N) монотонно уменьшается с увеличением затрат. Следовательно, с позиции данного критерия, чем больше затраты на проводимые мероприятия, тем лучше. Другим критерием может служить стоимость проводимых мероприятий. Этот критерий, наоборот, требует, чтобы стоимость была бы как можно меньше. Таким образом, требования этих критериев противоречат друг другу и не позволяют прийти к окончательному решению. В нашем случае, при выборе критерия мы будем исходить из того, что денежные средства выделяются на повышение безопасности при ЧС лоэтапно. При этом на каждом этапе происходит определенное снижение степени риска. Задача заключается в том, чтобы на каждом этапе достигался наибольший эффект использования денежных средств, выражающийся в наибольшем количестве предотвращенных потерь.
Разработка методики для повышения качества технологических процессов сельскохозяйственного производства с учетом устойчивого развития объектов АПК
Рассмотрим альтернативный подход с привлечением модели, учитывающей некоторые физические процессы, полагая, что авария на взрывоопасном объекте возникает в результате накопления элементарных повреждений у при достижении некоторого предельно-допустимого износа М.
При этом процесс накопления повреждений фиксируется функцией износа г) (t). Принимаем, что отказ наступает при условии л (t)3 i, и количестве элементарных повреждений г=М/у. Для объектов с высокой однородностью начального качества (обеспечивается жестким контролем качества материалов и технологии производства, что обычно реализуется при изготовлении труб, сосудов, резервуаров и газгольдеров) расчет вероятности отказа (аварии) возможен с использованием модели монотонно стареющих систем, т.е. накапливающимися повреждениями, на основе гамма распределения времени Т функционирования; где Г(г) - гамма-функция; X = у 1 dM[Tj(t)]fdt-скорость износа Для целых значений г гамма-функция Г(/-)=(г-1)! При этом X - средняя скорость износа и функция распределения, т.е. гамма распределения, имеет следующий вид: В случае 1=1 выражение (6.19) соответствует плотности экспоненциального распределения (мгновенный выход из строя при однократном повреждении). Один из методов [12] определения параметров X и г основан на данных о времени безотказной работы т; для N однотипных объектов. Тогда средняя для т и дисперсия ST2 времени безотказной работы вычисляются по формулам: При этом значения искомых параметров определяем из соотношений: Прогноз аварийности объектов, эксплуатируемых после истечения срока службы, возможен и на основе распределения Вейбулла: Важнейшими условиями успешного развития сельского хозяйства является ускорение научно-технического прогресса (НТП), высокоэффективное использование производственного потенциала и укрепление материально-технической базы сельского хозяйства. НТП в сельскохозяйственном производстве определяется техническим уровнем, применяемые в АПК машин и оборудования, эффективностью их эксплуатации в условиях сельскохозяйственных предприятий. Интенсификация сельского хозяйства и последовательное осуществление комплексной автоматизации и механизации неразрывно связаны с разработкой и освоением новых технологий и совершенствованием сельскохозяйственной техники. При этом главным направлением развития народного хозяйства в целом (и в т. ч. предприятий АПК) является интенсивный переход к рыночной экономике. Это направление предопределяет перестройку всей хозяйственной системы, т. е. отказ от административно-командных методов и переход преимущественно к экономическим методам управления. Эффективность деятельности предприятий в условиях рыночной экономики зависит во многом от условий, создаваемых в переходный период. Прежде всего, это максимально возможная свобода хозяйственной деятельности, полная ответственность партнёров за результаты хозяйственной деятельности, равноправие фактически всех форм собственности, активизация деятельности за счет конкуренции предприятий, оказывающих различные виды услуг и производящих сельскохозяйственную продукцию. Кроме того, техногенная деятельность предприятий АПК неизбежно отрицательно влияет на окружающую природную среду (ОПС), что приводит, в конечном счёте, к заболеваниям населения и снижению качества сельскохозяйственной продукции. Таким образом, разработка экологически чистых систем с использованием новейшего оборудования и технологий является весьма актуальной задаче. 1. Исследование основных компонентов и состояний системы «Человек - среда обитания». Как известно, под системой понимается такая совокупность элементов, взаимодействие между которыми адекватно целям, стоящим перед системой [7]. Бинарная система «человек-среда» многоцелевая. Одна из целей, стоящих перед данной системой - безопасность, т. е. не нанесение ущерба здоровью человека. При этом каждая система имеет и некоторую чисто технологическую цель, связанную с достижением определённого наперёд заданного результата. В этом случае перед исследователями и разработчиками систем стоит сложная задача согласования целей и устранения возможных противоречий между ними. Установлено, что достижение безопасности системы «человек-среда» возможно тогда, когда будут системно учтены особенности каждого элемента, входящего в систему [7]. Перед средой системы, взаимодействующей с человеком, понимается вся совокупность объектов и явлений, описывающих влияние на организм человека. прекращением воздействия раздражителей на рецепторы, то он не сознаёт этих воздействий и не отдаёт себе отчёта, насколько важным условиям для нормального функционирования его мозга является «загруженность» анализаторов. Таким образом, на наш взгляд, правильно будет утверждать, что «человек-среда» - это единое понятие. Однако, в целях анализа элементы «человек» и «среда» рассматривается обособленно. 1.1 .Система инженерно-экологического обеспечения (СИЗО). По В.И. Вернадскому [27], основным природным объектом является природный ландшафт, как производная экологического взаимодействия четырёх геосфер: - атмосферы; - гидросферы; - литосферы; - биосферы. Обозначив интегральную характеристику элементарного природного ландшафта через ел, а комплексные характеристики регионального состояния атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы соответственно через2 ,Хс,Х,1!д , механизм структурного образования ландшафта можно выразить полным дифференциалом функции Лптг (t):которое обобщает экспоненциальное распределение (при ($= 1). При этом параметр 0 характеризует изменение интенсивности отказов, например, за счет старения. Заметим, что сложность практического использования закона Вейбулла заключается в ограниченности данных по параметру /3. 6.3.2. Статистические и экспериментальные исследования риска аварий на объектах АПК. 1. На животноводческой ферме произошло 4 аварии, т.е. среднее количество аварий: Х=4.20=0,2 мт"1. Тогда за период т= 2 года 2 аварии (N=2) могут произойти с вероятностью: Q(0;0,4)=exp(-0,4)=0,67. В течении 1 года Q(0;0,2)=exp(-0,2)=0,82 т.е. риск аварийных ситуаций за двухлетний период составит: 1-0,067=0,33, а за 1 год соответственно 0,18, 2.
Методы оценки экономической эффективности при проектировании устройств ПГО на вновь строящихся станциях
Данные об авариях последних лет свидетельствуют, что несмотря на предпринимаемые усилия в большинстве стран в направлении повышения надежности технологических систем производств, количество аварий на различных объектах имеет тенденцию к значительному росту.
Наиболее опасными видами аварий являются аварии на так называемых химически опасных объектах - предприятиях со значительными запасами сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ).
С целью выбора наиболее эффективных способов и средств снижения степени риска поражения людей при авариях необходимо знать, какова опасность в каждом месте города при разных вариантах мероприятий по снижению степени риска. Удобной формой оценки опасности является зонирование города. Для этого на карте города изолиниями выделяют зоны с разной степенью опасности поражения. Такая карта позволяет судить о степени риска поражения людей в каждой точке города. Часто зонирование учитывается как при организации защиты населения, так и при организации градостроительных мероприятий по снижению степени риска. В этом случае законодательно установлены уровни индивидуального риска (вероятности поражения): - пренебрежимо малый (10"); - максимально приемлемый (10"6). При этом пренебрежимо малым риском считается такой уровень, ниже которого нет необходимости проведения каких-либо мероприятий по снижению опасности поражения. Максимально приемлемый риск - это уровень, который нельзя превосходить, каковы бы ни были расходы. Область значений, лежащих между этими двумя уровнями, допускает уменьшение риска на основе компромисса между социальной выгодой и финансовыми возможностями. Когда риск превышает пренебрежимо малый уровень, возникает необходимость снижения опасности, чего можно добиться несколькими способами: - повысить надежность технологического оборудования ближайшего к опасной зоне химически опасного объекта; - вывести этот объект за пределы города; - изменить технологический цикл объекта с целью снижения запасов сильнодействующих ядовитых веществ; - повысить защиту населения и запретить в опасной зоне строительство зданий и сооружений и т. п. Окончательное решение по способу снижения степени риска может быть принято на основе сопоставления затрат ресурсов по каждому из вариантов. Нередко представляет интерес сравнительная оценка эффективности вложения денежных средств в различные аспекты снижения риска. При этом наиболее приемлемым критерием оценки степени риска поражения людей является вероятность поражения в заданной точке города, определяемая с учётом изменчивости параметров приземного слоя воздуха и количества выброшенного СДЯВ в процессе аварии. Одной из наиболее удобных форм представления оценки указанной опасности может служить зонирование города по степени риска. Рассмотрим процедуру определения вероятности поражения людей при авариях на объектах АПК при известных данных по скорости и направлению ветра, температуре воздуха, степени вертикальной устойчивости приземного слоя воздуха и количеству выброшенного во время аварии СДЯВ. Как правило, прогноз опасности поражения людей делят на 2 вида: - оперативный; - долговременный. Второй из прогнозов применяют, когда неизвестно, на каком объекте произойдет авария, сколько выльется СДЯВ и какие будут параметры воздушной сферы во время аварии. Результатом долговременного прогноза может быть карта или план с изображением зон разной степени риска. В основе такого прогноза лежит методика определения вероятности поражения людей с учётом изменчивости параметров воздушной среды и количества вылившегося СДЯВ. Тогда как оперативный прогноз применяется, когда авария произошла и известны её место, параметры воздушной среды и количество выброшенного СДЯВ. В задачи этого прогноза входит определение: - размеров зоны поражения; - возможных потерь среди населения.
При этом потери определяются по вероятности поражения токсическими веществами. Рассмотрим процесс поражения человека при воздействии СДЯВ ингаляционным путём. Чем больше концентрация токсических веществ v в воздухе, тем больше степень поражения людей при прочих равных условиях. Заметим также, что степень поражения будет тем больше, чем продолжительнее пребывание человека в заражённом воздухе постоянной концентрации СДЯВ.
Похожие диссертации на Обоснование технологии и автоматизированного управления эколого-технологическими процессами при возникновении ЧС на объектах АПК
