Получение и обработка экспертных оценок качественного характера для управления техногенной безопасностью в промышленном регионе

Актуальность темы

Предприятия, производственные структуры и другие объекты хозяйственной деятельности человека являются потенциальными источниками техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС). Для обоснованного принятия решений при управлении уровнем безопасности населения и территорий промышленного региона необходимо располагать методами получения достоверных оценок опасности указанных объектов с учетом всей совокупности влияющих факторов. Решение данной задачи тесно связано с организацией информационной поддержки процессов стратегического управления рисками техногенных ЧС в регионе как социально-экономическом комплексе.

Исследованием различных аспектов проблем, связанных с управлением в социально-экономических системах, в разное время занимались отечественные ученые: В. Н. Бурков, В. И. Васильев, Ю. М. Горский, М. Б. Гузаиров, Б. Г. Ильясов, J1.A. Исмагилова, В. В. Кульба, О. И. Ларичев, А. В. Лотов, И. Ю. Юсупов, а также зарубежные: Л. Заде, Дж. Клир, Г. Райффа, Т. Саати. Подходы к управлению безопасностью в социально-экономических комплексах по отношению к техногенным ЧС освещены в работах В. А. Акимова, А. Я. Андриенко, Н. И. Бурдакова, В. Е. Гвоздева, А. И. Гражданкина, Ю. М. Гусева, А. Н. Елохина, В. А. Еременко,.

B.Н. Ефанова, А. В. Измалкова, Ю. С. Кабальнова, В. Г. Крымского, И. И. Кузьмина,.

C.В. Павлова, А. С. Печеркина, Ю.П. Портнова-Соколова, Б. Н. Порфирьева, И. В. Прангишвили, Р. З. Хамитова, М. А. Шахраманьяна, а также Дж. Апостолакиса, Л. Гооссенса, С. Гуаро, Р. Кука, X. Кумамото, Ф. Лиса, В. Маршалла, Г. Сейвера, Э. Хенли и других.

Тем не менее, не все задачи в этой области можно считать полностью решенными. Сказанное, в первую очередь, относится к получению и обработке информации о степени опасности того или иного объекта в условиях дефицита исходных численных данных (в частности, существенной ограниченности объема накопленной статистики). Как показала мировая практика, добиться повышения эффективности управления в такой ситуации можно, уменьшая влияние неопределенности за счет привлечения результатов экспертного оценивания (ЭО) уровней опасности потенциально опасных объектов (ПОО). Тем не менее, большинство существующих методов получения и обработки результатов ЭО ориентированы на случай экспертных оценок количественного характера, достоверность которых (в особенности, на начальных этапах анализа) может оказаться невысокой. Следует учитывать, что при сопоставлении альтернатив в ходе принятия управленческих решений наиболее часто приходится осуществлять операции их сравнения именно по качественным признакам. В то же время, число предложенных подходов, позволяющих обрабатывать экспертные оценки качественного характера, пока невелико, причем эти подходы не адаптированы к специфике применения в рамках подсистем информационной поддержки принятия решений (ИППР) при управлении техногенной безопасностью.

Перечисленные обстоятельства обуславливают актуальность темы настоящего исследования.

Цель работы.

Разработка метода, реализующего его алгоритма и программного обеспечения для получения и обработки экспертных оценок качественного характера, характеризующих уровни опасности ПОО, с целью информационной поддержки принятия решений по стратегическому управлению рисками техногенных ЧС на территории промышленного региона.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Разработать процедуру ЭО для классификации ПОО по уровням их потенциальной опасности (потенциального риска) на основе применения оценок качественного характера.

2. Разработать метод и алгоритм порядковой классификации ПОО, позволяющие производить такую классификацию на основе экспертных оценок опасности качественного характера.

3. Разработать алгоритм идентификации уровней опасности ПОО с использованием результатов процедуры получения экспертных оценок качественного характера.

4. Разработать на основе алгоритма порядковой классификации и алгоритма идентификации уровней опасности ПОО программное обеспечение соответственно для автоматизации процедуры ЭО, а также для подсистемы ИППР по стратегическому управлению рисками техногенных ЧС.

Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались методы системного анализа, в том числе теория принятия решений, а также методы теории управления, теории надежности и анализа риска.

Научная новизна.

1. Отличительной особенностью разработанной процедуры ЭО с использованием экспертных оценок качественного характера является наличие этапа формирования множеств нормативных классов (МНК), к которым может быть отнесен каждый из классифицируемых объектов. МНК содержат номера классов, допустимых с точки зрения действующей нормативно-технической документации (НТД). При формировании МНК на основе классов, установленных согласно НТД для отдельных показателей классификации (опасности), предложено использовать доминанту пессимистического сценария. Для более эффективного извлечения априорных знаний экспертов предусмотрено «конструирование» экспертами индивидуальных шкал показателей классификации как подмножеств соответствующих единых шкал.

2. Разработанные метод и алгоритм порядковой классификации предусматривают две фазы процесса указанной классификации на этапе опроса экспертов. Первая фаза позволяет провести классификацию подмножеств объектов, которые могут быть описаны на основе индивидуальных шкал показателей классификации. На следующей фазе процесса каждому неклассифицированному подмножеству алгоритм ставит в соответствие один из допустимых классов, который определяется в результате применения разработанного критерия и доминанты пессимистического сценария.

3. Для формирования итоговой классификации, отражающей коллективные оценки экспертов, разработан алгоритм, отличающийся тем, что для получения наиболее значимых оценок используются величины весовых коэффициентов индивидуальных классификаций, а для устранения возможной неопределенности применяется предложенная доминанта пессимистического сценария. В свою очередь, весовые коэффициенты рассчитываются по информации о коэффициентах достоверности и информативности. Определение значений коэффициентов достоверности производится по результатам сравнения номеров классов, присвоенных объектам в индивидуальных классификациях, и номеров классов, установленных для эталонных ПОО. В качестве эталонных рассматриваются ПОО, класс опасности которых установлен до начала процедуры ЭО на основе применения дополнительных («сторонних») методов.

4. Разработанный алгоритм идентификации уровней опасности ПОО позволяет на этапе ИППР производить качественное оценивание уровней опасности реальных объектов путем их сопоставления с соответствующими объектами из итоговой классификации. Отличительная особенность этого алгоритма заключается в возможности оценивания опасности не только уже существующих ПОО, но и находящихся на стадии предварительного проектирования.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

По результатам выполненной работы в Научно-исследовательском институте безопасности жизнедеятельности Республики Башкортостан внедрены:

— структура процедуры экспертного оценивания уровней опасности промышленных объектов на территории Республики Башкортостан;

— методика проведения и обработки результатов экспертного оценивания уровней опасности промышленных объектов на основе предложенного в диссертации подхода к качественной классификации указанных объектов;

— пакет программ для классификации объектов по уровню их потенциальной опасности на основе экспертного оценивания, реализующий разработанную методику.

На защиту выносятся:

1. Процедура ЭО для классификации ПОО по уровням их потенциальной опасности на основе применения экспертных оценок качественного характера.

2. Метод и алгоритм, позволяющие использовать экспертные оценки качественного характера об уровнях потенциальной опасности объектов для порядковой классификации ПОО.

3. Алгоритм идентификации уровней опасности ПОО на основе применения результатов предложенной процедуры ЭО.

4. Программное обеспечение и результаты его применения для автоматизации процедуры ЭО, а также для ИППР по стратегическому управлению рисками техногенных ЧС, связанными с ПОО, расположенными на территории Республики Башкортостан.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

1. Республиканская научно-техническая конференция «Интеллектуальное управление в сложных системах», УГАТУ, г. Уфа, 1999.

2. Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», УГАТУ, г. Уфа, 1999.

3. 2-я Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы прогнозирования, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», МЧС РБ, НИИБЖД, г. Уфа, 2001.

4. Всероссийская научно-практическая конференция «Промышленная безопасность, современное состояние, перспективы системы управления», 111 У, ПДЗ, г. Пенза, 2001.

5. Международная научно-техническая конференция «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и искусственного интеллекта», ВоГТУ, г. Вологда, 2001.

6. Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», УГАТУ, г. Уфа, 2001.

7. 3-я Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», МЧС РБ, НИИБЖД, г. Уфа, 2002.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 8 источниках, включая 1 статью, 6 материалов научных конференций, программный продукт, защищенный Свидетельством Роспатента о регистрации.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из 165 страниц машинописного текста, включающего в себя введение, 4 главы, заключение, список литературы из 109 наименований и 2 приложения.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы ее задачи, отмечается новизна и практическая ценность результатов.

В первой главе выявлен приоритетный уровень значимости методов, основанных на концепции приемлемого риска. Обосновано использование качественных методов экспертного оценивания уровней потенциального риска ПОО. Показано, что в ходе решения задачи стратегического управления рисками техногенных ЧС могут быть использованы результаты ранжирования ПОО по уровню их потенциальной опасности. Установлена необходимость разработки метода и алгоритма процедуры качественного ЭО уровней опасности ПОО, а также алгоритма СППР, основанного на применении качественных результатов процедуры ЭО. В результате сформулирована постановка задачи исследования.

Во второй главе определены основные этапы процедуры ЭО, разработана общая схема процедуры ЭО для классификации ПОО, в которой детализировано содержание ее основных этапов. Для опроса экспертов разработан алгоритм порядковой классификации, отличающийся расширением возможностей учета действующих нормативных документов по управлению риском, а также возможностью применения экспертами индивидуальных шкал. С учетом особенностей алгоритма порядковой классификации разработан подход к организации процедуры ЭО уровней потенциальной опасности объектов на этапах подготовки и проведения опроса экспертов.

В третьей главе разработан критерий выбора весов при формировании итоговой классификации гипотетических объектов с использованием коэффициентов, характеризующих информационную содержательность и достоверность индивидуальных классификаций. Разработана методика оценки достоверности результатов экспертного оценивания уровней опасности потенциально опасных объектов. Сформулирована постановка общей задачи ИППР при управлении рисками техногенных ЧС. Разработан алгоритм ИППР по стратегическому управлению рисками техногенных ЧС. Определены особенности использования алгоритма ИППР для групп ПОО и порядок его применения на различных этапах функционирования ПОО.

Четвертая глава работы посвящена вопросам формирования информационной структуры подсистемы ИППР для стратегического управления уровнем риска техногенных ЧС. Также рассматриваются вопросы программной реализации алгоритма процедуры ЭО и алгоритма ИППР. Приводятся примеры практического использования метода, алгоритмов и программного обеспечения для классификации ПОО.

В заключении приводятся основные результаты и выводы по диссертационной работе. и.

основные результаты и выводы.

1. Проведен анализ существующих подходов к организации процесса управления риском техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) в промышленном регионе. Установлено, что для реализации указанного управления необходимо осуществить ранжирование потенциально опасных объектов (ПОО) по степеням опасности. Определено место и назначение алгоритма информационной поддержки принятия решений (ИППР) в системе управления рисками техногенных ЧС. Обоснована целесообразность использования методов экспертного оценивания (ЭО), позволяющих получать оценки качественного характера, для организации ИППР по управлению уровнем риска в регионе как социально-экономическом комплексе.

2. Разработана процедура получения и обработки экспертных оценок качественного характера с целью классификации ПОО по уровням потенциальной опасности. На основе предложенной доминанты пессимистического сценария разработан алгоритм, позволяющий определить множество допустимых классов опасности для каждого классифицируемого объекта. Для опроса экспертов разработан алгоритм порядковой классификации, который отличается возможностями учета действующих нормативных документов по управлению риском, а также применения экспертами индивидуальных шкал.

3. Разработан алгоритм формирования итоговой классификации объектов с учетом весовых коэффициентов, которые рассчитываются для каждой индивидуальной классификации, полученной в результате опроса экспертов. Разработана методика оценки достоверности результатов ЭО уровней опасности ПОО с использованием эталонных объектов, класс опасности которых установлен так называемыми «сторонними» методами. Предложены аналитические выражения для расчета коэффициентов информативности и достоверности, а также весовых коэффициентов индивидуальных классификаций.

4. Предложен алгоритм идентификации уровней опасности ПОО, составляющий основу функционирования подсистемы ИППР. Данный алгоритм позволяет производить качественное оценивание уровней опасности ПОО путем назначения им того же класса, который в итоговой классификации присвоен объектам, идентичным с точки зрения балльных оценок. Показана возможность применения экспертных оценок качественного характера для идентификации уровней опасности ПОО на различных этапах их функционирования.

5. Сформирована информационная структура подсистемы идентификации уровней опасности ПОО, при этом определено взаимодействие пользователей, соответствующих данных и алгоритмов. Разработаны программные компоненты для реализации алгоритмов в рамках процедуры ЭО уровней опасности ПОО, а также алгоритма идентификации уровней их опасности.

Разработанные методики, алгоритмы и программные компоненты внедрены в Научно-исследовательском институте безопасности жизнедеятельности Республики Башкортостан. В настоящее время разработанные компоненты ПО прошли этап опытной эксплуатации, который показал, что их применение позволяет сократить на 30% затраты времени на поиск решений по оценке техногенного риска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По итогам выполненных исследований можно сформулировать следующие.