Введение. 
Управление рисками, системный анализ и моделирование

Переход к новым хозяйственным механизмам за счет интенсификации всех технологических и производственных процессов невозможен без более полного использования достижений научно-технического прогресса, эффективного расходования ресурсов, снижения ущерба от аварийности и травматизма. Решение этой грандиозной задачи требует также научно обоснованных подходов к системному исследованию и совершенствованию всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и энергетики, так как повышение их энерговооруженности, применение новых технологий и материалов чревато побочными издержками с серьезным моральным и материальным ущербом.

Актуальность системного исследования безопасности, снижения риска чрезвычайных ситуаций и повышения защищенности критически важных объектов техносферы особенно выросла на нынешнем этапе развития производительных сил, когда из-за трудно предсказуемых последствий сопутствующих вредных эффектов поставлено под сомнение само существование человека. Вот почему рассматриваемые в книге вопросы становятся все более важными, в том числе и по причине имевших место техногенных катастроф, которые являются следствием обострения противоречий между новыми средствами производства и традиционными способами их использования, а также свидетельством необходимости пересмотра существующих представлений и основанных на них методов обеспечения безопасности ныне эксплуатируемых и создаваемых объектов производства и транспорта.

Как показывают статистические данные, последние 20 лет прошлого века принесли 56%, а одни 1980;е гг. — 33% от наиболее крупных происшествий в промышленности и на транспорте. Если в период с 1970 по 1988 г. было 14 природных и техногенных катастроф с ущербом более 1 млрд долл., то в 1989—1999 гг. уже 32, а в одном 1999 г. — 7! Подобная ситуация сохранилась и в последнее время. Так, по данным секретариата ООН по сокращению угроз природных катастроф (UNISDR), в 2012 г. зафиксировано 310 стихийных бедствий с гибелью 9330 человек, 106 млн пострадавших и суммарным ущербом в 168 млрд долл., а в том же году МЧС РФ зарегистрировало 108 чрезвычайных ситуаций природного характера и 228 — техногенного, в которых погибли 180 и 605 человек, 70 816 и 24 075 пострадали, что обошлось нашей стране в 7,62 и 34 млрд руб. соответственно.

При этом особенно остро проблема обеспечения производственно-экологической безопасности проявилась в нашей стране, так как ее отечественный уровень в 5−10 раз ниже зарубежного. Анализ соответствующей литературы показывает, что безопасность эксплуатации наших морских судов почти в 10 раз ниже мирового уровня, а воздушных — в 8 раз хуже аналогичных показателей ведущих в этой отрасли государств, тогда как безопасность автомобильного транспорта, оцениваемая величиной пробега на одно дорожно-транспортное происшествие, уступает зарубежному уровню на два порядка, или почти в пять раз — в пересчете на один автомобиль.

Сложившаяся кризисная обстановка в вопросах предупреждения и смягчения последствий различных чрезвычайных ситуаций объясняется не только низкой культурой безопасности и технологической недисциплинированностью наших граждан, но также конструктивным несовершенством и большим износом используемого ими промышленного и транспортного оборудования. Считается, что лишь 6% выпускаемой продукции полностью удовлетворяет существующим требованиям безопасности. Нетрудно догадаться, что определенный отрицательный «вклад» в рассматриваемую здесь проблему внесло совершенно неудовлетворительное научно-образовательное обеспечение ее решения.

Несмотря на длительный срок и средства, привлекаемые для теоретического изучения проблем безопасности, до сих пор не завершена разработка общей теории безопасности и таких ее важных сфер, как теории национальной и производственно-экологической безопасности. Следствием этого стали не только отсутствие соответствующих научных школ и дефицит высококлассных профессионалов в науке и образовании, но и плачевное состояние дел в реальной работе по предупреждению техногенных чрезвычайных ситуаций и снижению тяжести природных и природно-техногенных.

Как свидетельствуют ряд ученых, проводимые в нашей стране «исследования по проблемам риска и производственной безопасности страдают из-за ведомственных барьеров, отсутствия единой, скоординированной методологии, в результате чего научная работа по этой важной проблеме оказывается разделенной. Использование разных методик и критериев ведет к неоптимальным решениям, большим экономическим издержкам и неизбежному в таких случаях риску крупных аварий». С ними соглашаются и крупнейшие специалисты в области надежности сложных систем, которые указывают, что «именно наличие теории, методологических разработок, созданных на их основе инженерных методов позволит разработать меры по обеспечению безопасности еще на этапе проектирования технологического оборудования». Добавим, что подобные оценки справедливы и в настоящее время.

Несомненно, что проблема предупреждения происшествий приобретает особую актуальность в атомной энергетике, химической промышленности и при эксплуатации вооружения и военной техники, оснащенных мощными источниками энергии, высокотоксичными и агрессивными веществами. Недооценка указанных факторов чревата гибелью людей, выводом из строя оборудования, а иногда и загрязнением окружающей среды вредными веществами. Предупреждение же подобных происшествий или снижение ущерба от них требует целенаправленной работы по изучению обстоятельств их появления, использованию методов системного анализа и моделирования потенциально опасных процессов в техносфере.

Приведенные факты, а также непрекращающиеся крупные природные и техногенные катастрофы, сообщения о которых постоянно находятся в центре внимания общественности и средств массовой информации, свидетельствуют о чрезвычайной актуальности обозначенной здесь проблемы. Это указывает на необходимость как дальнейшего исследования безопасности, так и совершенствования системы подготовки высококлассных профессионалов с высшим образованием, специализирующихся на перечисленных выше аспектах обеспечения безопасности жизнедеятельности.

Отличительной особенностью предлагаемого учебника является то, что в нем закладываются методологические основы системного исследования и совершенствования производственно-экологической (техносферной) безопасности на основе программно-целевого подхода к прогнозированию и регулированию техногенного и страхового риска. Кроме того, учитывается междисциплинарность проблемы, обусловленная не столько многообразием факторов соответствующей предметной области, сколько потребностью в применении такого инструментария, который соответствует специфике рассматриваемых там объектов и уже хорошо зарекомендовал себя в других сферах теории и практики. Поэтому выбранный в данной работе инструментарий включает совокупность системного подхода и дедуктивно-аксиоматического метода, а также анализа и синтеза, индукции и дедукции с их правилами категориального мышления и логического вывода.

Что касается природы объективно существующих опасностей, то при ее рассмотрении в учебнике будем руководствоваться энергоэнтропийной концепцией, увязывающей их возникновение не только с неудовлетворением жизненно важных потребностей людей, но и с нежелательным проявлением какой-либо неравновесности. Данное представление подтверждается повседневной практикой и не противоречит тенденции к самопроизвольному росту энтропии систем в ее термодинамической (по Р. Клаузису), статистической (по Л. Больцману) и информационной (по К. Шеннону) интерпретациях. Ведь любые попытки противодействовать хаосу и деградации связей внутри системы сопровождаются увеличением разницы соответствующих потенциалов, что чревато возможностью их выравнивания в виде нежелательного высвобождения накопленных где-либо запасов энергии, вредного вещества или конфиденциальной информации.

Энергоэнтропийная концепция позволяет разделить все объективно существующие опасности исходя из их генезиса (т.е. неадекватных для кого/чего-либо потоков движущейся материи) на следующие три класса: 1) техногенно-производственные — связанные с возможностью нежелательных выбросов энергии, накопленной в созданных людьми технологических объектах; 2) природно-экологические — вызванные нарушением естественных циклов миграции вещества, в том числе по причине различных природных катаклизмов; 3) антропогенно-социальные — обусловленные искажением и (или) умышленным сокрытием людьми информации. А вот под риском здесь имеется в виду мера опасности, указывающая и на величину, и на возможность причинения какого-либо ущерба.

Говоря же об условиях обеспечения безопасности в техносфере, все обстоятельства ее рассмотрения целесообразно свести к таким трем типовым ситуациям, как: а) гипотетическая — когда источники соответствующего риска отсутствуют как таковые; б) наиболее общая — характеризуемая способностью их успешного парирования потенциальной жертвой (объектом причинения ущерба); в) частная — при временной неагрессивности источника опасности либо гарантированной стойкости потенциальной жертвы к ее воздействию. При этом все три ситуации всегда следует соотносить с системой, состоящей не менее чем из двух элементов, один из которых — источник угроз, а другой — их потенциальная жертва.

Отсюда следует, что безопасность является системной категорией, утрачивающей свою сущность при всяком механическом расчленении. Это означает, что раскрытие ее содержания возможно лишь после уточнения состава соответствующего сложного объекта. При этом в подавляющем числе случаев ими следует считать системы «человек — машина — среда», а только что упомянутая категория должна интерпретироваться как функциональное свойство такого сложного объекта. При этом желательно, чтобы уточняющие его признаки указывали на потенциальную жертву, а еще лучше — и на источник угроз.

Вот почему, рассуждая о техносферной безопасности (безопасности в техносфере), более корректно называть ее производственно-экологической безопасностью, подразумевая под этим способность человеко-машинных систем функционировать с минимальным риском причинения ущерба самим себе и их окружению. В самом деле, первая часть этого признака уточняет источник техногенных угроз (энергоемкие и использующие вредные вещества объекты транспорта и промышленности), а вторая — потенциальную жертву, т. е. их персонал, других людей и объекты окружающей (природной и хозяйственной) среды.

В последующем речь будет идти также о надежности упомянутых выше объектов техносферы, под которой будем понимать их пригодность для выполнения заданных функций в заданных условиях. Тогда как под живучестью будем иметь в виду способность подобных систем выполнять предписанную функцию (иногда — с утратой эффективности) в условиях целенаправленного противодействия, а под защищенностью — возможность парировать его путем ослабления или придания стойкости их наиболее уязвимым компонентам.

Предлагаемый читателю учебник состоит из трех разделов и приложения. Основное внимание в первом разделе уделено теоретическому базису управления рисками, выбранного основным специальным методом совершенствования производственно-экологической безопасности. Если конкретнее, то здесь рассматриваются основные принципы формальной логики и теории аргументации, теории вероятностей и математической статистики, надежности в технике и теории массового обслуживания, общей теории систем и системной динамики. Уяснение этих принципов облегчит восприятие остального материала, касающегося особенностей моделирования опасных процессов в сложных производственных объектах в интересах как их системного анализа, так и системного синтеза мероприятий по повышению надежности, безопасности и живучести соответствующих человекомашинных систем.

Во втором разделе рассматриваются модели и методы прогнозирования рисков, основанные на системном исследования процесса появления происшествий в техносфере с помощью причинно-следственных диаграмм типа «граф», «дерево» и «сеть». Эти модели воспроизводят условия перерастания отдельных предпосылок (ошибок человека, отказов техники и неблагоприятных для них внешних воздействий) в причинную цепь конкретного происшествия. Дальнейшая формализация подобных диаграмм позволяет получать аналитические или имитационные модели и основанные на них расчетные алгоритмы. В данном разделе также излагается методология системного анализа и моделирования процесса причинения техногенного ущерба. Этот процесс декомпозируется на четыре типовых этапа: а) аварийное истечение энергозапаса, вызванное каким-либо происшествием; б) его последующее неконтролируемое распространение в новой среде;

в) возможное там физико-химическое превращение образовавшихся смесей; г) разрушительное воздействие первичных потоков и (или) опасных факторов их превращения на незащищенные объекты. Для вероятностного прогнозирования ущерба используются зависимости «доза — эффект», а также пробити эрфик-функции.

В третьем разделе излагается методология программно-целевого регулирования параметров риска, которое является составной частью соответствующего менеджмента, осуществляемого администрацией опасных производственных объектов для обеспечения производственно-экологической безопасности в соответствии с концепцией процедурной рациональности. Важное место при этом уделено стратегическому планированию и оперативному управлению, включающим обоснование, обеспечение, контроль и поддержание социально-приемлемых параметров риска. Способы решения подобных задач иллюстрируются конкретными примерами, включающими также прогноз остаточного ресурса ответственных технических устройств и величину ущерба от так называемых каскадных аварий.

В приложении содержатся фактические данные, необходимые для системного прогнозирования и программно-целевого регулирования риска техногенных происшествий вручную или с помощью современных программных комплексов и экспертных систем, а также ответы на ситуационные задачи, которые даны в конце глав.

Характеризуя данную книгу в целом, отметим, что работоспособность имеющихся в ней методик подтверждается соответствующими расчетами, а их конструктивность иллюстрируется правдоподобными примерами из различных отраслей производства и транспорта. На этом основании логично заключить, что материал рекомендуемой монографии вполне достаточен для достижения цели, стоящей перед одноименной учебной дисциплиной. Данная цель определена соответствующим образовательным стандартом и заключается в усвоении студентами магистратуры методологии системного анализа и системного синтеза производственно-экологической безопасности на основе моделирования процессов возникновения и предупреждения техногенных происшествий, а также приобретения ими навыков в организации программно-целевого риск-менеджмента, осуществляемого при создании и эксплуатации опасных технологических объектов производства и транспорта.

Что касается главных задач, решение которых обеспечивает формирование подобной профессиональной компетенции магистра данного профиля, то они сводятся к тому, чтобы:

знать

• концепции, принципы, методы системного анализа и синтеза производственно-экологической безопасности путем прогнозирования и регулирования параметров риска тех происшествий, которые возможны при эксплуатации техники;

уметь

• пользоваться современными информационными технологиями, пригодными для оптимизации мероприятий по обоснованию, обеспечению, контролю и поддержанию социально-приемлемых количественных показателей страхового и техногенного риска;

владеть

• современными математическими и машинными методами моделирования, системного анализа наиболее распространенных происшествий и системного синтеза мероприятий по снижению их риска до социально-приемлемого уровня.

Анализ только что перечисленных знаний, умений и навыков свидетельствует о том, что вся их совокупность полностью соответствует тем компетенциям, которые помечены в соответствующем Федеральном государственном образовательном стандарте (направление подготовки 280 700) кодами ОК-5, ОК-11, ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-13, ПК-21, ПК-24 и необходимы будущим магистрам для последующего усвоения материала таких его обязательных дисциплин, как «Системы менеджмента безопасности», «Страхование рисков» и «Экспертиза безопасности» .

В заключение автор выражает глубокую признательность уважаемым рецензентам — заслуженному деятелю науки России, почетному химику СССР, доктору технических наук, профессору В. Г. Горскому, доктору физико-математических наук, профессору Г. Г. Малинецкому и доктору технических наук, профессору И. В. Переездчикову, а также редактору П. А. Макарову — за их замечания и советы, потребовавшие от автора более качественной доработки рукописи настоящей книги.