Научно-прикладные задачи техносферной безопасности

НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ 
ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Ю.В. ЕСИПОВ
Б.Ч. МЕСХИ
М.С. ДЖИЛЯДЖИ

МОНОГРАФИЯ

Москва
ИНФРА-М
2023

УДК 62-78(075.4)
ББК 30н
 
Е83

Есипов Ю.В.
Е83  
Научно-прикладные задачи техносферной безопасности : монография / Ю.В. Есипов, Б.Ч. Месхи, М.С. Джиляджи. — Москва : 
ИНФРА-М, 2023. — 123 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/
1882552.

ISBN 978-5-16-017823-3 (print)
ISBN 978-5-16-110826-0 (online)
В монографии ставятся и в комплексе решаются следующие задачи: 
систематизация видов безопасности; формализация структуры и моделей 
происшествий; унификация понятий «безопасность» и «риск», в первую 
очередь применительно к техническим системам «защита – объект – субъект – среда»; а также задачи объединения и (или) обобщения алгоритмов 
расчета показателей безопасности и риска систем на основе вероятностной 
и возможностной (нечеткой) мер возникновения происшествий и установления границ применения для «объективных» и (или) «субъективных» показателей безопасности и риска технических систем. На типовых примерах 
рассмотрены способы и результаты решения заявленных задач.
Для студентов, аспирантов и преподавателей технических и технологических вузов и факультетов, а также для широкого круга читателей, интересующихся вопросами техносферной безопасности. 

УДК 62-78(075.4)
ББК 30н

Р е ц е н з е н т ы:
Хазов А.Е., доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Центра военно-стратегических исследований Военной академии Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации;
кафедра техносферной безопасности и химии Южного федерального университета

ISBN 978-5-16-017823-3 (print)
ISBN 978-5-16-110826-0 (online)
© Есипов Ю.В., Месхи Б.Ч., 
Джиляджи М.С., 2022

Предисловие 

 
Техносферная безопасность – это направление подготовки специалистов 

в области охраны труда, обеспечения промышленной безопасности технологических процессов и производств как в нормальных условиях, так и в условиях 
чрезвычайной ситуации. 

Так что же это за специальность «Техносферная безопасность» и что 

нужно знать в первую очередь? 

Специалист по техносферной безопасности это обобщенное название про
фессии, к которой относятся такие специалисты, как: 

– инженер по техническому надзору; 
– аналитик безопасности и рисков; 
– инженер по охране труда и технике безопасности; 
– инженер по промышленной безопасности; 
– инженер по пожарной безопасности; 
– инженер по экологической безопасности, 
– инспектор государственного надзора и контроля; 
– менеджер по промышленной безопасности; 
– эксперт по экологической безопасности. 
Основное место работы – государственные структуры МЧС, санитарно
эпидемиологической службы, государственной инспекции охраны труда и других организаций, наделенных контрольными и надзорными функциями. 

Специалисты в области техносферной безопасности востребованы на 

рынке труда. 

Это объясняется тем, что во время обучения они получают знания не 

только в своей области, но и во многих смежных направлениях. Они получают 
обширные знания мировых стандартов охраны окружающей среды и экологического законодательства. Благодаря этому выпускники вузов могут трудоустроиться в десятках разных организаций и учреждений. 

 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

 

В.1. Предназначение «Техносферной безопасности»  

как учебной дисциплины 

 
Техносферная безопасность есть комплексное междисциплинарное 

направление исследований и многоуровневой подготовки широкого круга специалистов, в настоящее время объединяющее такие сферы, как 

охрана труда, 
безопасность в чрезвычайных ситуациях, 
пожарная безопасность, 
промышленная безопасность, 
экологическая безопасность, 
химическая безопасность, 
биологическая безопасность, 
радиационная безопасность, 
электромагнитная безопасность. 
С другой стороны, техносферная безопасность это современное направле
ние обучения специалистов, которые получают знания в сфере охраны труда на 
различных предприятиях, обеспечивают безопасность производственных процессов в обычных условиях и при форс-мажорных обстоятельствах. 

За последние пять – шесть лет ведущие технические университеты РФ из
дали монографии, учебные и производственные пособия, которые посвящены 
современному изложению и разработке актуальных вопросов техносферной безопасности и рискологии. 

И тем не менее, основываясь на ранее изданных нами работах, таких как 

«Мониторинг и оценка риска», изд. ЛКИ-ЮНЦ РАН, М. 2008, 2011, 2013;  
и «Модели и показатели техносферной безопасности», изд. ИНФРА-М, М. 
2018,2019,2020, в предлагаемой монографии ставятся актуальные, и на сей день, 
следующие научно-прикладные задачи: 1)систематизация, формализация и унификация: видов безопасности; формализация структуры и моделей происшествий; унификация понятий «безопасность» и «риск», в первую очередь применительно к техническим системам «защита – объект – субъект – среда» «ЗОСС»; 
2)задача объединения и (или) обобщения алгоритмов расчета показателей безопасности и риска систем; 3) задача достижения единого понимания и возможности применения «объективных» и (или) «субъективных» показателей безопасности и риска. 

В.2. «Техносферная безопасность»  

как научно-прикладное направление 

 
Краткий обзор введенных ранее моделей и понятий техносферной безопас
ности [1,4-6]. 

По способу математического выражения рассматриваются следующие мо
дели: логические, параметрические, вероятностные, возможностные (нечеткие). 

По характеру исходных данных различают объективные и субъективные 

модели происшествий в конкретных технических системах (ТС). 

По способу дедукции применяют объединение и (или) обобщение алгорит
мов расчета показателей безопасности и риска систем. 

По способу учета краевых условий рассматривают полноту и «неперечис
лимость» событий и происшествий. При этом оценивается граница достоверности соответствия событийного и факторного параметрического моделирования 
безопасности с позиции интегрального риска систем. 

Ранее были предложены некоторые способы и примеры построения фак
торного параметрического базиса безопасности (ФПБ) и логического базиса безопасности (ЛББ) системы на основе параметрических моделей неблагоприятных 
исходов (НИ) и логических моделей происшествий. 

 

В.3. Моделирование в Техносферной безопасности 

 

В.3.1. Задачи и результаты 

 
Результатами решения поставленной научной проблемы являются: 
1) классификация и различение состояний безопасности (опасности) си
стемы; 

2) определение асимптотического значения вероятности возникновения 

происшествия или аварии в системе как основной 

компоненты риска. 
Пути решения данной проблемы связаны с решением следующих частных 

задач: 

1) выбор и обоснования лингвистической и множественно-параметри- 

ческой моделей риска системы «человек – машина – среда» на основе  
представления предпосылок (термов) происшествий в виде формулы: «воздействие – каналирование – ослабление –восприимчивость – инициирование»; 

2) доказательство эквивалентности событийного и множественно-парамет
рического способов моделирования происшествий в системе: 

3) разработка критериев для выявления и ранжирования предпосылок 

опасности в системе; 

4) установление полной логической формы функции связности предпосы
лок относительно исхода – аварии; 

5) вывод зависимостей возможностной меры реализации элементарных 

предпосылок исходов; 

6) разработка метода установления возможностной меры возникновения 

происшествия (аварии) в системе по нечетким данным её факторной параметрической модели системы; 

7) разработка дистанционных способов получения исходных данных, же
лательно, в стандартной форме, характеризующей, в первую очередь, результаты 
измерения напряженно-деформированного состояния корпусов элементов, а 
также параметров механических и тепловых возмущений; 

8) установление и обоснование различимости возможностной меры на 

уровне 10−6 при уровнях различимости 10−3...10−2 нечетких исходных данных о 
системе; 

9) разработка требований к проекту экспресс – экспертизы безопасности 

(риска) и мониторинга ресурса многофакторной структурно-сложной системы. 

 

В.3.2. Частные принципы моделирования опасности 

 
На основе моделей происшествия и их исходов были сформулированы сле
дующие частные принципы моделирования опасности в техногенной системе 
[1,3,4,13,16]: 

1. Принцип первопричины происшествия. Предпосылок к критической 

(аварийной) ситуации на объекте не будет создано, если из окружающей среды 
не воздействуют опасные и (или) вредные факторы; 

2. Принцип учёта полного набора возможностей: 
2.1. Рассматривается весь набор (множество) физических факторов и по
тенциально опасных элементов (ПОЭ), которые могут действовать на объект и 
эти элементы;  

2.2. Учитывается весь набор вторичных физических факторов и  

эффектов, которые могут образоваться вследствие активных отказов опасных 
элементов; 

2.3. Описывается конечное число возможных последовательностей, со
ставленных из фрагментов системы типа: «потенциально опасный элемент – 
ПОЭ1 – конструкция объекта – защита объекта и элементов – ПОЭ2-.. – критический ПОЭ объекта – конструкция объекта – окружающая  среда», рис.1.1; 

2.4. Анализируются и выбираются  полные множества параметров воздей
ствия и восприимчивости, которые определяют (способны определять) активный 
отказ ПОЭ; 

3. Принцип возможности активного отказа. Из видов отказа элемента: по
вреждения, поражения, разрушения и тому подобное, с точки зрения опасности 
выбирается и исследуется вероятный либо маловероятный, но возможный активный отказ; 

4. Принцип реализации активного отказа. Самым минимальным алгорит
мом активного отказа принята условная последовательность процессов: "воздействие – каналирование – восприимчивость – инициирование"; 

5. Принцип параметрического несанкционированного инициирования 

ПОЭ. За критерий несанкционированного инициирования ПОЭ принимается 
условие превышения входных по отношению к элементам объекта параметров  s  
процессов воздействующих факторов  над значениями параметров  r  процессов 
их восприимчивости: 

s r  v i v cr  .                                            (В.1) 

где v i и  v cr  –  соответственно параметр (процесс) вторичного фактора и его значение, критичное для окружающей среды  (соседних  ПОЭ). 

6. Принцип допущения о неизбежности «паразитного» каналирования. 

Физические факторы могут проникать к потенциально опасным элементам через 
конструкцию объекта (паразитно каналировать) и изоляция от них или невозможна, или требует чрезмерных затрат; 

7. Принцип инверсионной роли элементов. Потенциально опасные эле
менты технического объекта рассматриваются как приёмники, так и потенциальные источники физических факторов (вторичных воздействий); 

8. Принцип многофакторности. Источники, приёмники и каналы пере
дачи в системе в общем случае могут являться многофакторными; 

9. Принцип предопределённости аварийной ситуации, который формули
руется следующим образом. В рамках известных представлений эволюция аварийной ситуации может быть представлена как последовательность активных отказов элементов, а с точки зрения глубины безопасности системы – как конечное 
множество безопасных состояний и переходов между ними до достижения критического (предельного) состояния объекта и (или) системы в целом; 

10. Принцип упрощения по первому производному фактору. Принимается, 

что наряду с внешними факторами в эволюции происшествия и активных отказов элементов в объекте участвуют (могут участвовать) только вторичные факторы. Вторичные факторы от вторичных источников (активный отказ элемента, 
считающегося уже отказавшим), то есть третичные факторы (третичный отказ), 
не учитываются. 

11. Принцип объединения воздействующих факторов. Относительно лю
бого потенциального опасного элемента внешние и вторичные факторы объединяются по видам факторов и по видам параметров факторов. При этом в пределах 
совпадающих их видов значения параметров алгебраически суммируются. 

1. ОСНОВЫ ЛОГИЧЕСКОГО И ФАКТОРНОГО  

ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ  

ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 

 

Способности ничего не значат без возможностей 

Наполеон Бонапарт 

 
1.1. Введение и описание факторного параметрического базиса  

безопасности системы 

 

В общем виде моделирование, анализ и оценку показателей безопасности 

и риска любой сложной системы можно выполнить на основе разработанной 
нами ранее [1,4,5,6] методологии факторного параметрического моделирования. 
На основе лингвистической модели происшествия [2, 4] «внешнее воздействие 
ve – каналирование этого воздействия с функцией ослабления f – восприимчивость r ослабленного воздействия – отказ или инициирование вторичных воздействий vi  элементами и (или) компонентами системы» для конкретно рассматриваемой системы С1 производится построение основного факторного параметрического базиса системы ФПБС1: 

ФПБС1  =  { Т, N, M, K, L, W, V1, F1, R1, SM},                 (1.1) 

где  Т, N, M, L, K, W  – это соответственно множества видов факторов, множества 
основных (входящих в систему СИ) и производных (созданных на их основе) величин, а также множества источников K и приемников L факторов, действующих 
(способных действовать) в системе С1; W – общее множество возможных значений воздействующих факторов в данной системе, V1 – множество значений параметров воздействий от источников; F1 – множество функций преобразования 
факторов на пути «источник – приемник»; R1 – множество параметров восприимчивости (несущей способности) компонентов системы С1 к действию факторов; SM  – сигнатура как объединение мер и операций булевой, вероятностной и 
возможностной алгебр. 

Причем универсальное множество Т = {t} построено как совокупность сле
дующих видов материальных (физических) факторов: 1 – механический;  
2 – тепловой; 3 – электрический (электромагнитный); 4 – химический (реакции 
горения, восстановления и др.); 5 – фоновый (рентгеновское и гамма–излучения); 
6 – оптический (волны инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения); 7 – радиоактивный (ионизационно–корпускулярный); 8 – биологический 
(бактериологические, физиологические реакции и др.); 9 – факторы других видов, например, психотропные и психофизиологические. 

Множества параметров N и M  есть множества  соответственно основных 

(входящих в систему СИ) и производных (созданных на их основе) величин, которые применяют для построения параметрических моделей вида «воздействие 
– ослабление – восприимчивость». 

На основе множества Т = {t} строят «опорное» множество номеров видов 

факторов 

ОТ = (оt),                                                      (1.2) 

где о – логическая переменная,  o = 0 1; t – номер вида фактора, 
t T,   

T = (1,2,..,tT) – множество номеров факторов,   tT =  9 – установленное здесь количество видов факторов. 

Так, в частности, механический фактор (t  = 1) описывается следующими 

основными видами параметров (единицами СИ): длина, которую обозначим номером  n = 1 ;   масса, обозначим номером n = 2  ; время,   номер  n = 3. 

 

1.2.  Построение производного факторного  

параметрического базиса 

 
Известно, что производные параметры образуются по алфавиту базовых 

параметров на основе установленных физических законов и зависимостей. Число 
производных параметров в принципе может быть сколь угодно большим и определяется природой рассматриваемой системы, степенью её изученности, а также 
субъективными причинами. 

Использование системы СИ позволяет выражать любые (производные) па
раметры любого фактора через основные виды физических величин. 

Тогда, например, такие параметры как энергия, мощность и плотность 

мощности, являющие собой параметры любого фактора, представляются следующими размерностями: 

 

Дж  =  м2 ∙ кг ∙ с-2;    Вт  =  м2 ∙ кг ∙ с-3 ;    Вт/ м2  =  кг ∙ с-3.             (1.3) 

 
Условно говоря, в описании энергии и мощности любого фактора участ
вуют виды базовых параметров с номерами 1,2 и 3. Значит, по сочетанию и количественному выражению (размерности) номеров параметров можно формально судить о содержательности любого фактора. Аналогично можно формализовать любой другой производный параметр любого фактора. 

Например, M1 = { m = 1 – напряжение , размерность, Н* м – 2;  

m = 2 – тепловой поток  q, размерность, кВтм – 2; m = 3 – температура, Т , К;  
m = 4, количество вещества,  n , кгм – 3 ; m = 5, плотность  электрического тока,  
j, Ам – 2 ; m = 6, длительность, , сек}. 

В ряде случаев, для описания и характеристики техногенных систем доста
точно использовать такие упомянутые ранее производные параметры как энергия, мощность и плотность мощности физического фактора. Пронумеруем их переменной m = 1, 2, 3 и выразим логическую переменную om t  как элемент нового 
множества ОМ производных параметров физических факторов, через логическое 
выражение размерности  f( on t), в котором участвуют логические переменные 
множества   ON:  o m t  = f ( o n t ) . 

Например, для энергии, как производного  параметра  с номером  m = 1, 

применительно к  любому фактору это логическое выражение уравнения размерности (формула (1.3)) принимает вид: 

 

f ( o n t ) =  o 1 t o 1 t o 1 t o 3 t o 3 t   =  o m = 1 t .                   (1.4) 

 
Отметим, что при построении функции f (o n t ) используются только те ло
гические переменные, которые выражают целое число раз базовые параметры в 
уравнении размерности. 

На основе множества факторов ОТ  и  нумерации базовых параметров этих 

факторов построено опорное множество видов параметров 

 

ОN  = ( о n t ) ,                                                  (1.5) 

 
где  о  =  – логическая переменная  n номера основного параметра  t вида  
фактора,   n  = 1,2,3...9;    t  = 1,2,3…9. 

Тогда как опорное множество видов производных параметров есть 
 

ОM  = ( о m t ) ,                                                  (1.6) 

 

где  оmt  =  – логическая переменная  m номера  производных параметра  t 
вида  фактора,   m  = 1,2,3...9,;    t  = 1,2,3…9. 

Назовем опорные множества  ОТ,  ОN и  ОM полными,  если все их логи
ческие элементы  равны  единице: 

оt  = 1,  оn t   = 1,  о m t при  t,  n, m. 

Очевидно, что опорные множества  ОТ , ОN,  ОM удовлетворяют следую
щему отношению нестрогого включения: 

 

N M .                                                (1.7) 

 
На основе производных параметров физических факторов введем множе
ство их значений, которое полностью описывает систему «объект – факторы обстановки»: 

V  =  ( v m t l k ) ,                                               (1.8) 

 
где  v – значение , v1, производного m вида параметра t вида фактора  при его 
распространении от  l  вида источника до k  вида приемника. 

Причем  l = 0,1,..lL;  k = 1,2, ..kK , где lL – количество источников вторичных 

факторов,   l = 0 – номер внешнего источника физических факторов,  kK – количество потенциально опасных элементов, как приемников действующих в системе факторов.