Владимир Живетин - Введение в анализ риска

• Название: Введение в анализ риска
• Автор: Владимир Живетин
• Жанр: Математика
• Год: 2008
• ISBN: 978-5-98664-036-5, 978-5-903140-13-8

В монографии рассматриваются проблемы анализа риска, а также его количественной оценки математическими методами для ряда таких слабоструктурированных динамических систем, как технические, экономические и финансовые.

Работа может быть полезна инвесторам, конструкторам-проектировщикам, экономистам, производственникам, изучающим, с точки зрения анализа риска, проблемы проектирования, производства и эксплуатации динамических систем различного назначения, а также аспирантам и студентам, обучающимся по специальностям «Информационные системы в экономике», «Системы обработки информации и управления».

---

Отметим, что погрешности информационно-измерительных систем оказывают существенное влияние на результат контроля, следовательно, создают предпосылки выхода параметров системы из допустимой области состояний.

1.2. Виды эксплуатационного риска в технических системах

В качестве технической системы рассмотрим ЛА, представляющий собой одну из самых сложных динамических систем, параметры которой существенно изменяются в полете. В словаре Вебстера слово «риск» определяется как «опасность, возможность убытка или ущерба». Анализ статистики летных происшествий за последние годы указывает на неуменьшающееся количество жертв и потерь авиационной техники. При этом, несмотря на то, что количество катастроф в ВВС США снизилось, материальные потери возросли, что обусловлено возросшей стоимостью самолетов. В 1993 году эти потери превысили миллиард долларов. Из-за ошибок оператора и влияния погодных условий возникает порядка 66 % всех аварийных ситуаций, что определяет важность проблемы оценки риска в процессе эксплуатации ЛА [3, 8, 12, 26, 44, 46].

Отметим, что полет современного ЛА немыслим без риска, уровень которого можно характеризовать следующей количественной характеристикой – вероятностью появления недопустимых (нерасчетных) значений параметров, которая может оцениваться в каждый момент времени или интегрально, за весь полет, или как осредненная характеристика за некоторый период полетов. Величина риска в виде частоты катастроф и других аварийных ситуаций в полете регламентируется руководящими документами летных служб. Существует международная организация ICAO (международная организация гражданской авиации), призванная осуществлять контроль за величиной риска на различных моделях ЛА, в аэропортах.

На основе опыта эксплуатации ЛА можно сформулировать следующие положения:

– уровень риска в полете на современном ЛА определяется уровнем свойств и состоянием всего авиационного комплекса, включая ЛА, экипаж, бортовые системы управления и обеспечения жизнедеятельности, наземные средства руководства полетами;

– необходимый уровень риска обеспечивается высоким уровнем знаний характеристик ЛА и условий полета, в том числе, состояния среды, в которой протекает полет;

– при рассмотрении проблем моделирования риска необходимо учитывать вероятностный характер многих закономерностей, имеющих место в процессе функционирования авиационного комплекса;

– ведущая роль в благоприятном завершении полета принадлежит системе «ЛА – экипаж».

С риском связаны такие полетные ситуации, как усложнение условий полета, аварийные ситуации, катастрофические ситуации, а также летное происшествие и его предпосылки. При этом летным происшествием называют событие, которое произошло во время полета, связанного с использованием ЛА по назначению, и привело к частичному или полному разрушению ЛА; гибели членов экипажа или пассажиров, находящихся на борту ЛА в результате его полного или частичного разрушения; потере ЛА в результате его вынужденной посадки при невозможности его эвакуации или к пропаже ЛА без вести. Предпосылки летного происшествия – это события, связанные с возникновением в полете аварийной или сложной ситуации, которая не закончилась таким происшествием.

Таким образом, эксплуатационный риск связан с потерями техники и человеческими жертвами и зависит от уровня свойств авиационного комплекса. Эксплуатационный риск – векторная величина, каждая компонента которой оценивается различным образом различными службами и людьми (организующими полет или участвующими в нем).

С учетом сказанного выше, будем различать следующие основные составляющие эксплуатационного риска:

– производственный риск, связанный с некачественным исполнением конструкции ЛА, двигателя и бортового оборудования;

– профессиональный риск, обусловленный подготовкой экипажа ЛА и личного состава вспомогательных наземных служб;

– технический риск, связанный с уровнем техники (электронной аппаратуры), обеспечивающей предотвращение выхода параметров состояний ЛА из области допустимых состояний;

– риск, обусловленный уровнем знаний характеристик ЛА, и надежности рекомендаций по управлению им;

– риск, обусловленный неполной информацией о состоянии среды, в которой протекает полет.

Каждая из указанных компонент риска может быть разбита еще на ряд составляющих. Разбиение зависит от поставленной задачи, от степени детализации конечных результатов по оценке влияния отдельных систем ЛА на величину риска. Важной составляющей риска является уровень знаний характеристик ЛА, его систем бортового оборудования, систем наземного комплекса, с помощью которых осуществляются взлет, посадка, полет по эшелонам.

Случайный характер отказов авиационной техники, ошибок летного состава, непредусмотренного воздействия среды на ЛА обусловлен влиянием множества факторов. Неполный учет действующих «случайных» факторов приводит к случайным непредвиденным исходам в полете.

При решении различных практических задач, принятии различных управленческих (проектных) решений можно учитывать все новые и новые группы факторов, от самых существенных до самых ничтожных, пытаясь тем самым уменьшить роль (предотвратить появление) случайного (неучтенного, неосознанного) фактора. Однако полностью исключить влияние таких факторов невозможно, ибо человеческие знания относительны и каждому уровню познания соответствуют свои погрешности. Кроме того, часто глубина наших знаний ограничивается финансовыми возможностями. Так, чтобы построить модель для исследования движения ЛА в штопоре, нужны параметры, которые необходимо получить по материалам трубных испытаний. Однако, как показал опыт, для рассматриваемого случая эти испытания финансово нецелесообразны.

В дальнейшем разработаем процедуру анализа риска, позволяющую дать эксплуатирующим организациям, конструкторам, производителям ЛА и инвесторам необходимые данные для принятия решения о целесообразности участия в проекте по изготовлению, закупке данного типа ЛА и предусмотреть меры по защите от возможных финансовых и иных потерь. В качестве примера рассмотрим техническую постановку задачи создания новых образцов авиационной техники.

Одной из первоочередных задач, стоящих перед проектировщиками и разработчиками таких сложных и дорогостоящих технических систем, как бортовое оборудование самолета, является задача выбора и обоснования технических требований к системе, в которых отражалось бы целевое назначение системы, и которые соответствовали бы научно-техническому потенциалу разработчиков. При проектировании бортового оборудования выбор технических требований к нему должен производиться, исходя из целей и задач, стоящих перед проектируемым самолетом-носителем. Такие цели формулируются, как правило, на качественном уровне и позволяют судить лишь об общем направлении работ по созданию бортового оборудования или его совершенствованию. Для обеспечения необходимой ясности и однозначности формулировок целей последние лучше задать в терминах характеристик бортового оборудования. Для этого генеральную цель – выполнение самолетом полетного задания – приходится разбивать на совокупность более частных, зато более простых и конкретных подцелей, т. е. проводить квантификацию целей. При этом имеют место подцели: обеспечение регулярности полета, безопасности и экономичности.

Осуществив квантификацию, получают многоуровневое иерархическое дерево целей, на нижнем уровне которого оказывается полный набор измеримых целей. Для обеспечения полноты в набор целей нижнего уровня приходится включать цели, характеризующие различные стороны процесса функционирования системы. Дерево целей позволяет иметь полный перечень задач для подсистем любого уровня иерархии. При этом проектировщик формулирует технические задания для подсистем, в которых учитываются цели и задачи более высокого уровня.

Процесс квантификации целей завершен, когда получен набор количественно измеримых подцелей, связанных с показателями эффективности функционирования подсистем и системы, т. е. бортового оборудования в целом. На практике обычно используется следующий чисто эмпирический подход к построению показателей эффективности и оценке качества систем.

Из множества технических показателей систем лицо, принимающее решение, выделяет тот или те, которые, по его мнению, в наибольшей степени характеризуют соответствие системы заданному целевому назначению. Поскольку бортовое оборудование служит для обеспечения регулярности (R), безопасности (Б) и экономичности (Э) полета самолета, последние являются показателями эффективности этого оборудования. Отсюда следует, что задача проектирования заключается в том, чтобы создать такое бортовое оборудование, которое обеспечивало бы самолету заданные значения показателей регулярности, безопасности и экономичности.