CC BY
42
УДК 338.24; 355.7
Б.Н. Макаров
Обоснование выбора и порядка реализации приемлемого варианта математической модели и общего подхода к оценке эксплуатационного состояния защитных сооружений гражданской обороны
Аннотация
В статье проведено обоснование выбора и порядка реализации одного из приемлемых вариантов математической модели оценки эксплуатационного состояния защитных сооружений гражданской обороны, преимуществом которого являются экономичность, доступность и приемлемая результативность.
Ключевые слова: защитное сооружение; методы; модель; оценка; подход; риск; показатель; шкала; эксплуатационное состояние.
Оценка эксплуатационного состояния сложных технических систем, к которым относятся защитные сооружения гражданской обороны (ЗС), предполагает проведение исследований по созданию математической модели оценки их свойств и определению путей ее реализации. В общем случае математическая модель оценки должна состоять из типовых компонентов, связанных между собой логическими функциями с возможностью их адаптации под решение вновь возникающих задач.
Большинство используемых в настоящее время математических моделей оценки эксплуатационного состояния сложных технических систем предполагают использование вероятностных методов оценки их свойств. Применительно к ЗС может быть использована математическая модель, предложенная Клюевым В.В., Фурсовым А.С. и Филино-вым М.В., которая представляет собой совокупность взаимосвязанных уравнений:
х^) = Р[х(к), п(Ьо, Ь), К]; у(0 = G[x(t), и(0]; х1(0 = Н[у(0];
(1)
(2)
(3)
Ф(^) = г[х1(Ь), и(£)]. (4)
где (1) — уравнение эксплуатационного состояния ЗС (детерминированное или стохастическое); (2) — уравнение измерений технических параметров ЗС (стохастическое); (3) — уравнение оценок истинных значений технических параметров ЗС (детерминированное); (4) — уравнение оценки фактического состояния ЗС (на основе вероятностных методов); х(/") — вектор технических (диагностических) параметров в текущий момент времени; х(£о) — вектор технических (диагностических) параметров на момент начала эксплуатации ЗС, и(£о, £) — условия эксплуатации ЗС на промежутке времени (к, £); К —
вектор, характеризующий режим работы ЗС; у(Ь) — измерения параметров (случайная величина); и(£) — условия эксплуатации ЗС в текущий момент времени; х^) — оценка вектора технического состояния ЗС (случайная величина); Ф(£) — оценка фактического состояния ЗС на момент (£).
При использовании такой модели изменение эксплуатационного состояния ЗС можно характеризовать траекторией, показывающей его движение во времени в пространстве параметров. Попадание траектории в критическую область свидетельствует о критическом состоянии ЗС. Так как результаты измерений эксплуатационных свойств ЗС являются случайными величинами, то для описания их связей используется вероятностный подход. Если отнести ЗС к восстанавливаемым системам, то потоки их отказов и восстановлений подчиняются экспоненциальному закону и могут быть представлены математической моделью Маркова. Для определения вероятности отказа таких систем используются следующие выражения [1]: при ограниченном восстановлении: у ' • I !• С
/ т
т—п ; /г_ч
Кг '•< С) (5)
1=1
р
при неограниченном восстановлении:
у '
I т
р
иеогр. I т —п '
Е(у )
1=1
(6)
при,, I = [0,1,..., (т - п) ], 0! = 1, где а, ц — сответст-венно параметр потока отказов и восстановлений одного элемента; т — общее количество элементов в системе; п — количество основных элементов, при котором система переходит в состояние отказа.
Практическая реализация рассмотренной модели оценки эксплуатационного состояния ЗС представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс, требующий наличия большого объема статистических данных, проведения множества диагностических измерений, привлечения к оценке экспертов высокой квалификации, способных проводить интерпретацию полученных результатов. Кроме того, приведенная модель не учитывает особенностей повседневной эксплуатации ЗС, когда значительная часть его технического оборудования содержится в режиме периодической эксплуатации или частичной консервации, а сроки его эксплуатации значительно превышают установленный технический ресурс. Более того, на многих ЗС отсутствуют достоверные данные об отказах их оборудования.
Отсюда возникает необходимость в создании такой модели оценки эксплуатационного состояния ЗС, которая была экономичной по затрате материальных средств, доступной в использовании и учитывающей особенности эксплуатации их технического оборудования.
Для практических целей может быть предложена модель оценки состояния ЗС, представляющая собой систему из п условно независимых элементов. Совокупность состояний такой системы удобно выразить вектором Ц:
и = (ма, И;2, ..., Пт), (7)
где иы — состояние п-го элемента, иы е {1; 0,5; 0}, что соответственно означает, что г-й элемент готов (ограниченно готов, не готов) к использованию по предназначению.
Если определить, что наиболее значимыми элементами эксплуатационного состояния ЗС являются показатели, характеризующие состояния его строительных конструкций иск(Ь), защитно-герметических устройств и3гУ(Ь), технических итс(Ь) и технологических систем итнс(^), то выражение (7) на момент времени (/■) примет следующий вид [2]:
ЩЬ) = Р[(иск(^, и3гу(Ь), итс (О, ит„с(0]. (8)
Для оценки эксплуатационного состояния ЗС предлагается использовать методологический подход, основанный на использовании принципов квалиметрии, которые предопределяют [3]:
использование для оценки состояния ЗС эталона сравнения (базовых значений показателей комплексных свойств ЗС);
выражение любого показателя, кроме исходного через соответствующие показатели предшествующего иерархического уровня;
приведение всех показателей свойств ЗС к одной размерности;
принятие условия, что эксплуатационное состояние ЗС обусловлено состоянием его составных частей (свойств).
На основе приведенных принципов формируется общий подход к оценке эксплуатационного состояния ЗС (Р), который представляется как ре-
зультат взаимодействия четырех компонентов, а именно:
Р = < X, У, Ъ, Б >, (9)
где X — оцениваемый объект (ЗС), У — оценивающие субъекты (эксперты), Ъ — база оценки (требования, нормы, условия), Б — инструментарий (методы и методики) оценки.
Установление научно обоснованного взаимодействия элементов, приведенных в выражении (9), характеризует основную суть оценки эксплуатационного состояния ЗС.
Так как эксплуатационное состояние ЗС проявляется через его свойства (объективные особенности), то для его оценки необходимо:
во-первых, определить совокупность свойств, достаточных для оценки ЗС;
во-вторых, определить порядок оценки этих свойств через показатели;
в-третьих, установить степень соответствия полученных данных установленному эталону (требованиям, условиям, нормам).
Исходя из современных представлений о состоянии системы как о единстве ее внутренней и внешней сущности, необходимо при оценке эксплуатационного состояния ЗС учитывать не только отдельные его свойства и их совокупности, но и признаки, характеризующие приспособляемость ЗС к изменяющимся условиям внешней среды. Такой подход дает возможность получения достоверной оценки состояния ЗС. При этом следует иметь в виду, что любые оценки состояния ЗС субъективны, хотя и имеют объективную основу в виде численных значений показателей исследуемых свойств. Погрешность оценки состояния ЗС (АЪо) включает группу погрешностей, появляющихся при реализации алгоритма их оценки:
Ъо = /(АЪе, АЪв, АЪп, АЪк), (10)
где АЪс, АЪв, аЪп, АЪк — соответственно погрешность, вызванная не учетом всех свойств, характеризующих состояние ЗС; погрешность определения весомости свойств; погрешность оценки исходных свойств; погрешность оценки комплексных свойств.
В целях повышения результативности оценки эксплуатационного состояния ЗС целесообразно использовать принцип многоступенчатого оценивания с применением различных шкал. На начальном этапе целесообразно использовать вербальную шкалу оценки, а затем — квалиметри-ческую. Такой подход позволяет не только качественно и количественно оценивать исследуемые свойства, но и проводить их рейтинговое сравнение.
Практическая реализация выбранной математической модели оценки эксплуатационного состояния ЗС апробирован на защитных сооружениях системы государственного управления и показал достаточную результативность. Его практическое использование способствует установлению
ТББМ 2224-8617. Том 3,2013, № 2(5)
69
истинной картины возможных рисков эксплуатационного состояния ЗС, позволяет комплексно решать проблему качественной и количественной идентификации ЗС, а также принимать адекватные меры по восстановлению их готовности к использованию по предназначению. Эффективность предложенной модели оценки эксплуатационного состояния ЗС во многом зависит от наличия научно обоснованных методик оценки состояния строительных конструкций, защитно-герметических устройств, технических и технологических систем ЗС, а также от уровня подготовки экспертов, осуществляющих их оценку.
Литература
1. Мишин В.М. Исследование систем управления: Учебник для ВУЗ. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. 527 с.
2. Макаров Б.Н. Некоторые общие аспекты оценки оперативно-технических свойств защитных сооружений объектов государственного и военного назначения
// Вестник академии военных наук, № 4 (25). М.: изд. АНО ИИЦ «ИНСАН», 2008. С. 90-95.
3. Макаров Б.Н. Квалиметрический подход к оценке эксплуатационной готовности защитных сооружений гражданской обороны // Сборник материалов VII всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование гражданской обороны в Российской Федерации», МЧС России. М: 2010. С. 173-175.
11.10.2012
Сведения об авторе:
Макаров Борис Николаевич: ГКу Московской области «Специальный центр «Звенигород»; E-mail: [email protected]; к.т.н.; старший эксперт (по методической работе); 48 публикаций по проблемным вопросам защитных сооружений государственного и военного назначения; тел.: +7 (495) 992-09-33, +7 (915) 246-51-69.
