Содержание к диссертации
Введение
1 Общие сведения об аварийности на трубопроводном транспорте и о методах управления промышленной безопасностью трубопроводного транспорта 9
1.1 Анализ аварий на трубопроводном транспорте 9
1.2 Управление промышленной безопасностью. Общие сведения 18
1.3 Постановка задачи исследования 22
2 Совершенствование методов анализа промышленной безопасности производств трубопроводного транспорта (на примере резерву арного парка) 25
2.1 Общие сведения о методах анализа промышленной безопасности, уровне промышленной безопасности предприятий нефтегазовой отрасли и организации на них сбора и анализа данных о безопасности технологических процессов 25
2.2 Методика выбора информативных параметров и процедура сбора данных о безопасности технологического процесса на производствах нефтегазовой отрасли 45
2.3 Метод диагностики нарушений технологических процессов в нефтегазовой отрасли, которые потенциально могут явиться причиной возникновения аварии или отказа технологического оборудования 57
2.4 Разработка формализованных моделей анализа развития аварий на производствах нефтегазовой отрасли на базе «деревьев отказов» и «деревьев событий» 70
2.5 Анализ методов расчета поражающего воздействия «огневого шара» на опасном производственном объекте 102
2.6 Оценка вероятности аварий с наиболее тяжелыми последствиями на трубопроводном транспорте 110
3 Управление промышленной безопасностью объектов трубопроводного транспорта на основе изменения их информационной энтропии 119
3.1 Теоретические основы управления промышленной безопасностью объектов трубопроводного транспорта на основе изменения их информационной энтропии 119
3.2 Решение задачи уменьшения информационной энтропии газоперекачивающего агрегата 124
4 Управление промышленной безопасностью магистральных нефтепроводов на этапе проектирования 163
4.1 Модель выбора оптимальной трассы магистрального нефтепровода на основе использования критерия минимизации техногенного риска 163
4.2 Реализация на ЭВМ модели выбора оптимальной трассы магистрального нефтепровода 168
5 Управление промышленной безопасностью предприятий трубопроводного транспорта на основе использования страхового механизма снижения риска 178
5.1 Организация страховой защиты как элемента управления промышленными рисками 178
5.2 Разработка и реализация на ЭВМ модели страхования риска эксплуатации магистрального трубопровода 179
Общие выводы 199
Список использованной литературы 201
Приложения 224
- Методика выбора информативных параметров и процедура сбора данных о безопасности технологического процесса на производствах нефтегазовой отрасли
- Решение задачи уменьшения информационной энтропии газоперекачивающего агрегата
- Реализация на ЭВМ модели выбора оптимальной трассы магистрального нефтепровода
- Разработка и реализация на ЭВМ модели страхования риска эксплуатации магистрального трубопровода
Введение к работе
Актуальность работы
Предприятия трубопроводного транспорта углеводородов относятся к категории опасных производств. Как показывает статистика аварийности, аварии на магистральных трубопроводах могут иметь как незначительные, так и катастрофические последствия. Наиболее катастрофической по своим последствиям была авария на магистральном продуктопроводе под Улу-Теляком в 1989 году. Произошедшая разгерметизация продуктопровода привела к взрыву и пожару, которые повлекли за собой гибель 573 человек, 623 человека получили ранения, полностью были разрушены два пассажирских железнодорожных состава и пути в эпицентре взрыва. Многие крупные аварии на магистральных трубопроводах приводили к серьезному экологическому ущербу. Поэтому одной из основных задач, которые приходится решать на всех стадиях жизненного цикла этих производств, является задача повышения эффективности управления промышленной безопасностью магистральных трубопроводов. При этом речь идет об особом внимании к управлению промышленной безопасностью производств на этапе их проектирования.
Разработке методов оценки риска и управления промышленной безопасностью опасных производственных объектов посвящены работы отечественных ученых: Акимова В.А., Азметова Х.А., Александрова А.А., Бородавкина П.П., Березина В.Л., Брушлинского Н.Н., Генделя Г.Л., Грищенко А.И., Гумерова Р.С., Гумерова К.М., Елохина А.Н., Идрисова Р.Х., Козлитина А.М., Котляревского В.А., Кузеева И.Р., Ларионова В.И., Легасова В.А., Лисанова М.В., Мартынюка В.Ф., Махутова Н.А., Нугаева Р.Я., Печоркина А.С., Прусенко Б.Е., Сафонова В.С., Шарафиева Р.Г., Швыряева А.А. и др.
Отметим, что актуальная задача повышения эффективности управления промышленной безопасностью магистральных трубопроводов состоит не только в разработке математических моделей их безаварийной эксплуатации, но и в необходимости совершенствования моделей анализа риска эксплуатации этих производств.
Целью работы является развитие теоретических основ управления промышленной безопасностью на предприятиях трубопроводного транспорта и разработка методических основ повышения эффективности управления промышленной безопасностью на магистральных газо- и нефтепроводах.
Задачи исследования:
1. Усовершенствовать существующие методики анализа промышленной безопасности на предприятиях трубопроводного транспорта как обязательного этапа процесса управления промышленной безопасностью на основе системного подхода и современных информационных технологий, а именно:
- разработать методику выбора информативных параметров и процедуру сбора данных о безопасности технологического процесса на предприятиях трубопроводного транспорта;
- разработать метод диагностики нарушений технологических процессов, которые потенциально могут явиться причиной возникновения аварии или отказа технологического оборудования на основе теории нейронных сетей;
- разработать формализованную модель анализа развития аварий на предприятиях трубопроводного транспорта на базе «деревьев событий».
2. Сформулировать теоретические основы управления промышленной безопасностью на предприятиях трубопроводного транспорта на основе современных положений теории систем.
3. Показать справедливость полученных системных закономерностей управления промышленной безопасностью на трубопроводном транспорте на примере анализа эксплуатации магистрального трубопровода.
4. Разработать методические подходы к повышению эффективности управления промышленной безопасностью на предприятиях трубопроводного транспорта на этапах их проектирования и эксплуатации.
Научная новизна:
1. Научно обосновано положение об управлении промышленной безопасностью на предприятиях трубопроводного транспорта на основе закономерностей изменения информационной энтропии в открытой системе. На примере впервые поставленной и решенной задачи уменьшения количества возможных состояний технической системы «газотурбинная установка» с 5 до 4, которое компенсируется увеличением степени открытости данной системы на 0,017932 бит, показана справедливость данного теоретического положения.
Разработанная математическая модель получения уточненных газодинамических характеристик газотурбинной установки позволяет уменьшить количество возможных состояний данной технической системы. При этом впервые получены уточненные газодинамические характеристики нагнетателей газотурбинных установок в условиях их эксплуатации.
2. Разработан новый метод диагностики нарушений технологического процесса хранения нефтепродуктов в резервуаре, которые потенциально могут явиться причиной возникновения аварии или отказа технологического оборудования, на основе применения искусственной нейронной сети Хопфилда.
3. Разработан новый классификатор веществ, обращающихся на предприятиях трубопроводного транспорта, на основе видов их огневого превращения; вещества подразделены на 4 класса, для каждого класса веществ построено характерное «дерево событий», описывающее набор возможных сценариев развития аварии.
4. Предложена и программно реализована усовершенствованная модель выбора трассы трубопровода по критериям социального, экологического ущербов и величины стоимости прокладки.
5. Разработана и программно реализована усовершенствованная модель расчета страхового тарифа для страхования гражданской ответственности риска эксплуатации объектов трубопроводного транспорта на основе обработки экспертных оценок уровня промышленной безопасности с помощью алгоритмов нечеткой логики. Модель позволяет подбирать страховой тариф индивидуально для каждого производства в зависимости от уровня его промышленной безопасности в условиях отсутствия апостериорных данных об отказах и авариях.
Практическая ценность:
1. Предлагаемые подходы к построению «деревьев событий» применяются в учебном процессе в ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».
2. Разработанная модель выбора трассы магистрального трубопровода на основе оптимизации по критериям социального, экологического ущербов и величины стоимости прокладки применяется в Департаменте проектирования ГУП ИНХП РБ.
3. Разработанная модель выбора страхового тарифа при страховании риска эксплуатации магистрального трубопровода и программа для ЭВМ на ее основе применяется в страховой компании ЗАО СК «Русские страховые традиции».
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Первая всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (Уфа, 2000 год);
Третья всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (Уфа, 2002 год);
II Всероссийская учебно-научно-методическая конференция «Реализация государственных образовательных стандартов при подготовке инженеров-механиков: проблемы и перспективы» (Уфа, 2003 год);
II Международная научно-техническая конференция «Новоселовские чтения» (Уфа, 2004 год);
Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех –2004» (Ухта, 2004);
I Международная учебно-научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт – 2005» (Уфа, 2005 год);
II Международная учебно-научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт – 2006» (Уфа, 2006 год);
Международная научно-практическая конференция «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (Уфа, 2006 год);
VI Международная научно-техническая конференция «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (Полоцк, 2006 год);
Научно-практическая конференция «Автоматизация и метрология в нефтегазовом комплексе» (Уфа, 2007 год);
Научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле» (Октябрьский, 2007 год);
Международная научно-практическая конференция «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, 2008 год);
Научно-практическая конференция «Автоматизация и метрология в нефтегазовом комплексе – 2008» (Уфа, 2008 год);
IV Международная учебно-научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт – 2008» (Уфа, 2008 год);
Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы экономики топливно-энергетического комплекса» (Уфа, 2008);
Международная научно-практическая конференция «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, 2009 год);
Научно-практическая конференция «Автоматизация и метрология в нефтегазовом комплексе – 2009» (Уфа, 2009 год);
II Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные и наукоемкие технологии в обеспечении промышленной, пожарной и экологической безопасности производственных объектов» (Уфа, 2009 год);
V Международная учебно-научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт – 2009» (Уфа, 2009 год);
Международная научно-практическая конференция «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, 2010 год);
Международная научно-практическая конференция «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (Уфа, 2010 год);
Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы управления и автоматизации технологических процессов и производств» (Уфа, 2010);
VI Международная учебно-научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт – 2010» (Уфа, 2010 год).
Публикации
По результатам работы опубликовано более 45 научных трудов, в том числе 10 статей в журналах из списка ВАК, 2 учебных пособия, получено 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка использованных источников из 227 наименований, приложений и содержит 307 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 22 таблицы.
Методика выбора информативных параметров и процедура сбора данных о безопасности технологического процесса на производствах нефтегазовой отрасли
Целью анализа промышленной безопасности опасных производственных объектов вообще и предприятий трубопроводного транспорта, в частности, является идентификация опасностей, присущих данным производствам, оценка риска аварии для отдельного человека или групп людей, имущества или окружающей природной среды.
Производственные опасности реализуются в виде аварий и инцидентов [2.5], следовательно, анализ промышленной безопасности подразумевает в качестве одного из своих этапов прогнозирование этих событий.
Прогнозирование аварий и инцидентов на трубопроводном транспорте подразумевает всесторонний анализ: - технологического процесса; - технологического оборудования и его состояния; - действий технологического персонала в штатном режиме и при возникновении аварийной ситуации. Технологический процесс транспорта нефти и газа характеризуется технологическими параметрами (давление, расход и т.д.). Очевидно, что использовать при анализе промышленной безопасности можно только те из них, которые фиксируются на приборном уровне, то есть по ним осуществляется контроль, регистрация, блокировка и т.д. - управление технологическим процессом. Технологическое оборудование может стать причиной аварии в случае утраты способности функционировать по назначению в режиме эксплуатации, поэтому необходимо составление перечней всех возможных для анализируемого вида оборудования отказов и повреждений по [2.5]. Действия технологического персонала в штатном режиме и при возникновении аварийной ситуации, как показывает опыт, являются важнейшим фактором обеспечения промышленной безопасности опасных производственных объектов. В связи с этим необходим тщательный учет имевших место на анализируемом производстве ошибок персонала, которые приводили (или могли привести) к аварии. Вообще, для проведения анализа промышленной безопасности производства нефтегазовой отрасли исходными данными и их источниками являются: - технологический регламент данного производства; - нормативно-техническая документация, регламентирующая порядок эксплуатации данного производства; - журналы учета неполадок технологического оборудования служб электрообеспечения, главного механика и КИПиА; - статистика аварий и инцидентов на данном и аналогичных производ ствах. На их основе составляются: - набор технологических параметров данного производства, измеряемых средствами автоматизации; - набор возможных нарушений технологического процесса; - набор возможных отказов и видов повреждений технических устройств по [2.5]; - набор возможных ошибок персонала, которые могут привести к отказу (повреждению) технического устройства или нарушению технологического процесса с последующим развитием аварии. Технологическими параметрами, характеризующими процесс переработки нефти и фиксируемыми на приборном уровне, в общем случае являются: - параметры среды, содержащейся в технологических аппаратах; - параметры, характеризующие техническое состояние оборудования; - содержание до взрывных концентраций взрывоопасных газов в помещениях и на открытых площадках. Все перечисленные параметры в совокупности определяют текущее состояние технологического процесса. При этом существующие коррелятивные зависимости между параметрами обуславливают необходимость фиксации значений всех параметров в определенные моменты времени (срезы параметров). При сравнении получаемого среза параметров с набором возможных состояний технологического процесса, хранящемуся в базе данных, данный срез идентифицируется, если соответствует одному из прецедентов, или заносится в базу данных как новый прецедент. Таким образом, необходимо решить задачу диагностики нарушений технологических процессов для проведения апостериорного анализа промышленной безопасности - накапливаемый таким образом массив срезов будет востребован при построении «деревьев отказов». Набор возможных отказов и видов повреждений технических устройств формируется для каждого типа технических устройств в виде перечня характерных дефектов. Такой перечень составляется на основе результатов специального анализа журналов главного механика, анализа эксплуатации аналогичных производств (если принятое к анализу производство проектируется) и литературных источников. Набор возможных ошибок персонала, которые могут привести к отказу (повреждению) технического устройства или нарушению технологического процесса с последующим развитием аварии составляется на основе исследования системы «обслуживающий персонал -технологический процесс и технологическое оборудование»: изучается опыт эксплуатации анализируемого или аналогичных производств (при проектировании), статистика аварий в отрасли, вызванных ошибками персонала. Набор возможных ошибок персонала составляют: - операторские ошибки; - ошибки изготовления технологического оборудования; - ошибки технического обслуживания оборудования. Наборы, составленные таким образом, являются исходными данными для составления набора элементарных отказов для построения «деревьев отказов» видов технологического оборудования.
Решение задачи уменьшения информационной энтропии газоперекачивающего агрегата
На самом критическом уровне действие указанных процессов друг друга компенсирует и система становится стационарной. Вообще, значение энтропии системы совершает колебательные движения около критического уровня системы [3.5].
Все это позволяет сформулировать следующий базовый принцип управления промышленной безопасностью технических систем: уменьшение энтропии системы должно сопровождаться увеличением степени ее открытости. В противном случае система будет стремиться вернуться к своему критическому уровню, что может сопровождаться авариями и отказами оборудования.
Отметим, что уменьшение энтропии технического устройства достигается, например, уменьшением количества состояний, в которых это устройство может находиться и т.д. Степень открытости технического устройства трактуется нами как количество информационных каналов взаимодействия системы с окружающей средой.
Перейдем к рассмотрению обобщенной методики управления промышленной безопасностью, построенной на основе приводимых выше теоретических рассуждений. Рассмотрим работу абстрактного технического устройства. Предположим, оно может находиться в п состояниях.
Разумеется, набор состояний составляется индивидуально для каждого конкретного объекта и, кроме того, степень детализации состояний также может быть различна.
Поставим задачу по исключению возможности нахождения технического устройства в одном из состояний и предположим - мы ее успешно решили. Таким образом, мы уменьшаем энтропию технической системы и теперь необходимо измерить это уменьшение. В своих дальнейших рассуждениях мы будем использовать информационную энтропию как энтропийную характеристику системы. Отметим, что соотношение между информацией и энтропией открыл Л.Сцилард [3.6,3.7].
Информационная энтропия по Шеннону определена как [3.1]: где/?г - вероятность z -ro состояния, &- количество состояний. Информационная энтропия технического устройства при возможности нахождения во всех п состояниях составит хартли. Информационная энтропия этого же технического устройства в п-1 состояниях составитS2 хартли, при этом S: S2. Уменьшение информационной энтропии системы составляет AS в формуле (ЗЛО) и есть AeS из (3.1), то есть изменение энтропии системы, обусловленное потоком энтропии через поверхность системы. Далее необходимо повысить степень открытости технического устройства для предотвращения возможных аварийных проявлений, ведущих к возвращению системы к своему прежнему уровню энтропии. Оценить количество дополнительной информации о системе, получаемой при повышении степени ее открытости, можно также по Шеннону (3.9). Рассмотрим реализацию данного подхода на примере газоперекачивающего агрегата. Система доставки продукции газовых месторождений до потребителя представляет собой единую технологическую цепочку. С месторождений газ поступает через газосборный пункт по промысловому коллектору на установку подготовки газа, далее на головную компрессорную станцию и в магистральный газопровод [3.8]. Для поддержания давления газа по трассе газопровода устанавливаются КС с интервалом 80.. 120 км. Компрессорная станция в зависимости от числа ниток магистрального газопровода может состоять из одного, двух и более цехов, оборудованных одним или несколькими типами ГПА. В большинстве случаев КС оборудована центробежными нагнетателями с приводом от газотурбинных установок или электродвигателей. В настоящее время газотурбинными установками оснащено более 85% всех КС, а электроприводом - около 13% [3.8]. Для учета общего расхода газа в магистральном газопроводе на границах газотранспортных предприятий располагаются газоизмерительные станции (ГИС). Между КС располагаются газораспределительные станции (ГРС), которые предназначены для снижения давления газа до рабочего давления газораспределительной системы потребителей. Газораспределительная станция оборудована узлом учета газа, для определения расхода [3.8]. В настоящее время на предприятиях транспорта газа доминируют центробежные ГПА с приводом от газотурбинной установки. В зависимости от типа центробежных нагнетателей (ЦН), используемых в цехе КС, различают две принципиальные схемы обвязок ГПА: - схему с параллельной, коллекторной обвязкой, характерную для полнонапорных станций; - схему с последовательной обвязкой, характерную для неполнонапорных нагнетателей. Проточная часть полнонапорных ЦН сконструирована таким образом, что позволяет при номинальной частоте вращения ротора создать степень сжатия до 1,45 - 1,50, определяемую расчетными проектными давлениями газа на входе и выходе КС. Такие ЦН обеспечивают одноступенчатое сжатие. У неполнонапорных ЦН проточная часть рассчитана на степень сжатия 1,23-1,25. В эксплуатации бывает необходимость в обеспечении степени сжатия 1,45 и более. В этом случае неполнонапорные ЦН соединяются последовательно в группы, т.е. газ после выхода из одного нагнетателя подается на вход другого. Необходимый расход газа через КС достигается работой нескольких групп ГПА соединенных параллельно. Такой режим работы КС обеспечивает двухступенчатое сжатие [3.9]. На рисунках 3.1 и 3.2 приведены условные схемы параллельного и последовательно - параллельного соединений ГПА на КС.
Реализация на ЭВМ модели выбора оптимальной трассы магистрального нефтепровода
При разработке метода управления промышленной безопасностью опасных производственных объектов приоритетными являются прогнозирование, мониторинг и предупреждение аварий [5.1-5.5].
В Российской Федерации экономическая ответственность закреплена федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». В соответствии с этим законом, организации, эксплуатирующие опасные производственные объекты, обязаны страховать ответственность за причинение вреда жизни, здоровью или имуществу других лиц и окружающей природной среде в случае аварии.
Страхование гражданской ответственности опасных производственных объектов отличается от классического страхования жизни, здоровья и имущества noj [5.6-5.14]. Вообще, предприятия разрабатывают подходы к процедуре страхования гражданской ответственности. Например, в ОАО "ЛУКОЙЛ" разработаны "Основные положения стратегии и политики в области обеспечения страховой защиты ОАО "ЛУКОЙЛ" и его дочерних обществ". В них определены: миссия системы, основные требования к ней, цели и требования [5.15].
Количественная оценка техногенного риска предприятий трубопроводного транспорта и его страхование является сложной научно-технической задачей, для решения которой разработаны специальные методики и технологии, имеются многочисленные публикации [5.16-5.25]. Для целей страхования результаты анализа риска представляются в виде "масштаб аварии — частота реализации аварии" (пример из [5.25] приведен на рисунке 5.1), при этом указанные характеристики определяются для всех возможных сценариев возникновения и развития аварии (каждой точке на рисунке 5.1 соответствует определенный сценарий возникновения и развития аварии). При определении возможного ущерба от аварии на опасном объекте одной из наиболее интересных проблем является оценка стоимости жизни.
Вычислено, что средняя стоимость человеческой жизни в России составляет 0,7 - 2 млн. руб. [5.25]. 5.2 Разработка и реализация на ЭВМ модели страхования риска эксплуатации магистрального трубопровода В настоящее время страхование гражданской ответственности предприятий, эксплуатирующих ОПО регламентируется федеральным законом [2.1], а техническая процедура изложена в [5.26]. По большому счету, механизм назначения суммы страхования как таковой отсутствует или, по крайней мере, очень негибок. Диапазон изменения страхового тарифа таков - от 0,2% до 10,7% по /5.,26/. Причем выбор конкретной ставки не формализован. Ко всему прочему страхование осуществляется в рамках острой нехватки статистической информации о частоте аварий, их характере и последствиях (ущербе). Отметим, что в классическом страховании жизни также возникают проблемы, связанные с нехваткой апостериорной информации о продолжительности жизни, параметрах ее качества и т.д. [5.27]. Данная задача решена на основе привлечения экспертов, которые выработают оценки частот наступления аварий на объекте страхования. Экспертная система включает базу знаний и подсистемы: общения, объяснения, принятия решений, накопления знаний. Через подсистему общения с экспертной системы связаны: - конечный пользователь; -эксперт - высококвалифицированный специалист, опыт и знания которого намного превосходят знания и опыт рядового пользователя. Экспертные оценки строятся на основе алгоритмов нечеткой логики [5.29-5.34]. Существуют основные нечеткие системы двух типов - Мамдани и Сугэно [5.29]. В системах типа Мамдани база знаний состоит из правил вида "Если Хі=низкий и х2=средний, то у=высокий". В системах типа Сугэно база знаний состоит из правил вида "Если х низкий и х2=средний, то y=ao+aiXi+a2X2". Таким образом, основное отличие между системами Мамдани и Сугэно заключается в разных способах задания значений выходной переменной в правилах, образующих базу знаний. В системах типа Мамдани значения выходной переменной задаются нечеткими термами, в системах типа Сугэно - как линейная комбинация входных переменных. Алгоритм Мамдани состоит из следующих этапов: 1) формирование базы правил систем нечеткого вывода; 2) фаззификация входных переменных; 3) агрегирование подусловий в нечетких правил продукций. Для нахождения степени истинности условий каждого из правил нечетких продукций используются парные нечеткие логические операции. Те правила, степень истинности условий которых отлична от нуля, считаются активными и используются для дальнейших расчетов; 4) активизация подзаключений в нечетких правил продукций; 5) аккумуляция заключений нечетких правил продукций; 6) дефаззификация выходных переменных. База правил систем нечеткого вывода предназначена для формального представления эмпирических знаний или знаний экспертов в той или иной проблемной области, к примеру, оценки рисков. База правил нечетких продукций представляет собой конечное множество правил нечетких продукций, согласованных относительно используемых в них лингвистических переменных. Чаще всего база правил представляется в форме структурированного текста:
Разработка и реализация на ЭВМ модели страхования риска эксплуатации магистрального трубопровода
В настоящее время страхование гражданской ответственности предприятий, эксплуатирующих ОПО регламентируется федеральным законом [2.1], а техническая процедура изложена в [5.26].
По большому счету, механизм назначения суммы страхования как таковой отсутствует или, по крайней мере, очень негибок. Диапазон изменения страхового тарифа таков - от 0,2% до 10,7% по /5.,26/. Причем выбор конкретной ставки не формализован. Ко всему прочему страхование осуществляется в рамках острой нехватки статистической информации о частоте аварий, их характере и последствиях (ущербе). Отметим, что в классическом страховании жизни также возникают проблемы, связанные с нехваткой апостериорной информации о продолжительности жизни, параметрах ее качества и т.д. [5.27].
Данная задача решена на основе привлечения экспертов, которые выработают оценки частот наступления аварий на объекте страхования. Экспертная система включает базу знаний и подсистемы: общения, объяснения, принятия решений, накопления знаний. Через подсистему общения с экспертной системы связаны: - конечный пользователь; -эксперт - высококвалифицированный специалист, опыт и знания которого намного превосходят знания и опыт рядового пользователя. Экспертные оценки строятся на основе алгоритмов нечеткой логики [5.29-5.34]. Существуют основные нечеткие системы двух типов - Мамдани и Сугэно [5.29]. В системах типа Мамдани база знаний состоит из правил вида "Если Хі=низкий и х2=средний, то у=высокий". В системах типа Сугэно база знаний состоит из правил вида "Если х низкий и х2=средний, то y=ao+aiXi+a2X2". Таким образом, основное отличие между системами Мамдани и Сугэно заключается в разных способах задания значений выходной переменной в правилах, образующих базу знаний. В системах типа Мамдани значения выходной переменной задаются нечеткими термами, в системах типа Сугэно - как линейная комбинация входных переменных. Алгоритм Мамдани состоит из следующих этапов: 1) формирование базы правил систем нечеткого вывода; 2) фаззификация входных переменных; 3) агрегирование подусловий в нечетких правил продукций. Для нахождения степени истинности условий каждого из правил нечетких продукций используются парные нечеткие логические операции. Те правила, степень истинности условий которых отлична от нуля, считаются активными и используются для дальнейших расчетов; 4) активизация подзаключений в нечетких правил продукций; 5) аккумуляция заключений нечетких правил продукций; 6) дефаззификация выходных переменных. База правил систем нечеткого вывода предназначена для формального представления эмпирических знаний или знаний экспертов в той или иной проблемной области, к примеру, оценки рисков. База правил нечетких продукций представляет собой конечное множество правил нечетких продукций, согласованных относительно используемых в них лингвистических переменных. Чаще всего база правил представляется в форме структурированного текста: Правило №1: Если «условие №1», то «вывод №1» (F]) Правило №2: Если «условие №2», то «вывод №2» (F2) Правило №N: Если «условие №N», то «вывод №N» (FN) В данном случае через F, (і D {1, 2,..., п} ) обозначены коэффициенты определенности или весовые коэффициенты соответствующих правил. Каждый из этих коэффициентов может принимать значения из интервала [0,1]. Если значение коэффициента не определено, то его принимают равным единице. В системах нечеткого вывода лингвистические переменные, которые используются в нечетких высказываниях подусловий правил нечетких продукций, часто называют входными лингвистическими переменными, а переменные, которые используются в нечетких высказываниях подзаключений правил нечетких продукций, часто называют выходными лингвистическими переменными [5.29]. Таким образом, при задании или формировании базы правил нечетких продукций следует определить: множество правил нечетких продукций: P={RI, Rz-, Rn} в форме (1.2), множество входных лингвистических переменных: V={fii, Ръ-, Рт} и множество выходных лингвистических переменных: W={Q)], СО 2,..., со s.,}. Тем самым база правил нечетких продукций считается заданной, если заданы множества Р, V, W.
Входная Pi О V или выходная coj П W лингвистическая переменная считается заданной или определенной, если для нее определено базовое терм-множество с соответствующими функциями принадлежности каждого терма, а также две процедуры G и М. Наиболее распространенным случаем является использование в качестве функций принадлежности термов треугольных или трапециевидных функций. При этом для удобства записи применяют специальные сокращения для наименования отдельных термов входных и выходных лингвистических переменных (табл. 5.1) по [5.29].
Похожие диссертации на Развитие теории и методов управления промышленной безопасностью на предприятиях трубопроводного транспорта углеводородов
