Record Details

Graph method for evaluation of process safety in railway facilities

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Graph method for evaluation of process safety in railway facilities
Графовый метод оценки производственной безопасности на объектах железнодорожного транспорта
 
Creator I. Shubinsky B.; ZAO IBTrans
A. Zamyshlyaev M.; JSC NIIAS
O. Pronevich B.; JSC NIIAS
И. Шубинский Б.; ЗАО «ИБТранс»
А. Замышляев М.; ОАО «НИИАС»
О. Проневич Б.; ОАО «НИИАС»
 
Subject —
—
 
Description Aim. Industrial safety (OS) is the state of protection of operating personnel from harmful effects of manufacturing processes, energy, equipment, objects, conditions and schedule of work [1]. The most efficient evaluation of OS in railway transportation is ensured by composite indicators, one of which is the risk assessment indicator. That is also reflected in the Russian legislation that stipulates the requirement to evaluate fire, occupational and other types of risks that affect industrial safety. According to the definition set forth in GOST 33433-2015 [2] risk is a combination of the probability and consequences of an event. The most complicated task related to risk assessment is the choice of the evaluation model for the probability of an undesired event. The model must enable practical applicability of evaluation results for planning of risk compensation measures. Currently, there are a large number of probability evaluation methods that can be divided into two large groups, i.e. expert and quantitative. Expert methods have several well-known shortcomings. The quantitative methods require the construction of a system of equations or an analytical model. In the context of railway facilities the construction of analytical models of probability evaluation is of principal interest due to the possibility of demonstration of the factors that are taken into consideration by the model. The aim of the article is to formalize the analytical method for evaluation of the probability of railway facility transfer into a hazardous state (in the context of industrial safety).Methods. Undesirable events that cause industrial safety incidents in railway facilities are random; they can be represented as a random process. A random system development process, including objects transition from a safe state into hazardous (undesirable) states, i.e. system state change in time, can under some assumptions be described with a semi-Markov process. In general, the construction and solution of semi-Markov models comes down to building a system of homogenous differential equations. This procedure always involves mathematical difficulties. [3] shows the possibility of representation and solution of semi-Markov models with a coupled graph model. Such models are highly visual, and allow formalizing the wanted system states, as well as paths of transition from safe into hazardous states. The main problem of modelling random processes of industrial safety state changes is the requirement to identify the complete list of hazardous states and preceding non-hazardous or pre-hazardous states. The processes typical to railway facilities are characterized by a multitude of states that cause various events. The concept of “state” usually characterizes an instantaneous image, a “cross-section” of a system. Thus, at the first stage of construction and solution of a model of random process of a system’s industrial safety state change, the finite sets of safe and hazardous states of the railway facility under consideration are identified in accordance with the known hazardous state criterion [4]. As the process of state change of a system’s industrial safety in railway transportation is random in time, in this article system operation is described with a semi-Markov process with the assumption that the discrete process is described with an embedded Markov chain. The set of system states and their connections are represented with a directed state graph with defined topological concepts [3]. For a constructed model, the article provides the proof of the theorem identifying the probability of system transition from an initial non-hazardous into a hazardous state, as well as the formula for calculation of such probability.Results. The graph method for evaluation of industrial safety in railway facilities developed in this article includes both the rules of construction of a system’s safety states graph and the tool for evaluation of the probability of system transition into a specific hazardous state. The graph is the basis of the practical method for calculation and forecasting of industrial safety incidents. The article provides the proof of the theorem identifying the probability of system transition from an initial non-hazardous into a hazardous state, as well as an example of application of graph method for evaluation of probability of fire in a fixed facility. The proposed probability evaluation method can be used in planning of industrial safety measures in terms of specification of new states or rules of transition into associated states.
Цель. Безопасность производственная (БП) – состояние защищённости производственного персонала от вредных воздействий технологических процессов, энергии, средств, предметов, условий и режимов труда на производстве [1]. Для оценки БП на железнодорожном транспорте наиболее эффективно использовать комплексные показатели, к которым относится показатель оценки риска. Такую позицию отражает и законодательство Российской Федерации, которое устанавливает необходимость оценки пожарных, профессиональных и других видов рисков, влияющих на производственную безопасность. В соответствии с определением ГОСТ 33433-2015 [2], риск – сочетание вероятности события и его последствий. Наиболее сложной задачей при расчёте риска является выбор модели оценки вероятности появления нежелательного события. Модель должна обеспечивать практическую применимость результатов оценки для планирования мероприятий по обработке рисков. В настоящее время существует множество методов оценки вероятности, которые делятся на две крупные группы – экспертные и количественные. Экспертные методы обладают рядом известных недостатков. Количественные же методы нуждаются в формировании системы уравнений или построении аналитической модели. Для объектов железнодорожного транспорта наибольший интерес представляет построение аналитический модели оценки вероятности в виду возможности наглядной демонстрации учитываемых в модели факторов. Цель статьи – формализация аналитического метода оценки вероятности перехода объекта железнодорожного транспорта в опасное состояние (в сфере производственной безопасности).Методы. Нежелательные события, приводящие к нарушению производственной безопасности на объектах железнодорожного транспорта являются случайными, их можно представить в виде случайного процесса. Случайный процесс развития системы, в том числе перехода объектов из состояния защищенности в опасные (нежелательные) состояния, то есть изменение состояний системы во времени, может быть описан при некоторых допущениях полумарковским процессом. Построение и решение полумарковских моделей в общем виде сводится к формированию системы однородных дифференциальных уравнений. Такой путь всегда чреват математическими трудностями. В работе [3] показана возможность представления и решения полумарковских моделей с помощью связанной графовой модели. Такая модель обладает высоким уровнем наглядности, позволяет формализовать искомые состояния системы, а также пути перехода из безопасного в опасное состояние. Основной проблемой моделирования случайного процесса изменения состояний производственной безопасности является необходимость установления полного перечня опасных состояний и предшествующих им безопасных или предопасных состояний. Процессы, реализуемые на объектах железнодорожного транспорта, характеризуются множеством состояний, которые приводят к различным событиям. Понятие «состояние» обычно характеризует мгновенную фотографию, «срез» системы. Таким образом, на первом этапе построения и решения модели случайного процесса смены состояний производственной безопасности системы определяются в соответствии с известным критерием опасного состояния конечные множества безопасных и опасных состояний исследуемого объекта железнодорожного транспорта [4]. Так как процесс смены состояний производственной безопасности системы на железнодорожном транспорте с течением времени имеет случайный характер, то в данной работе функционирование системы описано моделью полумарковского случайного процесса в предположении, что дискретный процесс смены состояний описывается вложенной Марковской цепью. Множество состояний системы и связи между ними представлены в виде ориентированного графа состояний, для которого определены топологические понятия [3]. Для сформированной модели доказана теорема определения вероятности перехода системы из начального неопасного состояния в опасное состояние и приведена формула расчета этой вероятности.Результаты. Реализованный в представленной статье графовый метод оценки производственной безопасности на объектах железнодорожного транспорта, включающий в себя как правила построения графа состояний безопасности системы, так и инструмент оценки вероятности перехода системы в конкретное опасное состояние, является основой для практической методики расчета и прогнозирования рисков нарушения производственной безопасности объектов. Доказана теорема определения вероятности перехода системы из начального неопасного состояния в опасное состояние, приведён пример применения графового метода для оценки вероятности появления пожара на стационарном объекте. Предложенный метод оценки вероятности может быть использован при планировании мероприятий по обеспечению техногенной безопасности, в части формирования новых состояний или правил перехода в смежные состояния.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2017-03-21
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/197
10.21683/1729-2646-2017-17-1-40-45
 
Source Dependability; Том 17, № 1 (2017); 40-45
Надежность; Том 17, № 1 (2017); 40-45
2500-3909
1729-2646
10.21683/1729-2646-2017-17-1
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/197/359
http://www.dependability.ru/jour/article/view/197/370
Электронный словарь терминов МЧС [электронный ресурс] http://www.mchs.gov.ru/dop/terms/ item/88773/
ГОСТ 33433-2015 Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте.
Шубинский И.Б. Надежные отказоустойчивые информационные системы. Методы синтеза/ И.Б. Шубинский – М: Журнал Надежность, 2016. – 544 с.
Шубинский И.Б. Топологический метод и алгоритм определения стационарных показателей надежности технических систем/ И.Б. Шубинский // Надежность и контроль качества – 1984. – № 5. – С. 3.
Новожилов Е.О. Принципы построения матрицы рисков /Е.О. Новожилов // Надежность. 2015 г. – № 3(54), – С. 73-86.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).