Системний підхід до аналізу аварій і катастроф

Віссаріон Григорович Сибіряков

Все, що нас оточує, крім Природи, було колись кимось винайдено. ТРИЗ принципово досліджує тільки розвиваються системи, в ньому акумульовано тільки успішний досвід сотень тисяч винахідників. Однак почастішали останнім час аварії і катастрофи на землі і під землею, в повітрі, на воді й під водою служать нам (людству) грізним попередженням. Щось тут негаразд ... Як розібратися - що саме негаразд? Чи можливо це взагалі? І, якщо можливо, то, як це зробити? Спочатку розберемося з термінами.

Аварія - avaria (італ.) -- пошкодження, збиток, несподіваний вихід системи з ладу. У наших термінах аварія - Неможливість для системи виконувати її головне завдання.

Катастрофа - katastrophe (грец.) -- переворот, знищення, загибель, раптове лихо, яке тягне за собою трагічні наслідки. У наших термінах - повне руйнування, загибель системи та/або людей.

Як ж запобігти аварії і катастрофи? Ми думаємо дуже по-різному, коли бачимо одну й ту ж задачу. Ісані Петріца ще в II столітті зауважив: "Кожен пізнає діє по своїй суті ". Припустимо, ми хочемо побудувати нову підводний човен (ПЛ). Уряд країни буде розміщувати замовлення на різних підприємствах, конструктори шукатимуть вирішення численних технічних проблем, технологи будуть ламати голову над тим, як би все зробити швидше, військові захочуть краще озброїти човен, захистити її від дій противника. Психологи задумаються про склад майбутнього екіпажу ... Тобто кожен з учасників створення нової ПЛ побачить свій вузенький шматочок загальної задачі. Зістикувати всі разом буде непросто. А будь-яка нестиковка при створенні складної ТЗ - потенційна причина майбутніх аварій і катастроф. Мудрий Бернард Шоу говорив: "Вузька спеціалізація в широкому сенсі слова веде до широкої ідіотизації у вузькому сенсі слова ". Як же уникнути цієї ідіотизації?

Для того, щоб розвивати системи (технічні, соціальні, економічні і т.д.), нам необхідно знати - що таке "Система"? Для початку згадаємо класичне визначення "Системи" Олександра Богданова: Системою називається сукупність елементів і зв'язків між ними, володіє властивістю, не зводиться до суми властивостей елементів. Іншими словами, ціле більше, ніж проста сума частин. Елементи - це "цеглини" з яких будується "Система", зв'язки між ними - той "будівельний розчин", що їх з'єднує. Як бачимо, за визначенням, "Система" повинна складатися, як мінімум, з двох пов'язаних, що взаємодіють один з одним елементів (підсистем), що створюють нове "системна властивість". На рис. 1а воно показано, як "SYS 1". Це нове "системне властивість "часто називають сверхсуммарним ефектом, синергізмом або емерджентним. Якщо ми додамо до існуючої системи третій елемент Е3 і організуємо нове взаємодія з сверхсуммарним ефектом, то отримаємо нову, більш складну систему "SYS 2", надсістему для SYS 1 і Е3/

Підкреслимо, що системна властивість - це нова якість суми спочатку незалежних елементів, об'єднаних своїми новими зв'язками у нову "Систему". Елементи можуть бути матеріальними, і тоді ми створюємо конструкції, механізми, машини, пристрої. Елементи можуть бути нематеріальними (поняття, ідеї і т.д.) і тоді ми будуємо уявні моделі, створюємо наукові теорії, системи знань.

Якщо елементами системи є ще й люди, то ми створюємо команди, колективи, фірми, організації, політичні партії і громадські рухи ... А людина -- принципово нелінійний елемент системи. Його поведінка, вчинки, особливо в напружених ситуаціях, непередбачувані. 11.07.1910г. командир ПЛ США "З-4" під час навчань виходячи в навчальну атаку на власну плавбази "Кастайн" наказав старшині-рульовому "розсікти "Карстайн" навпіл ", тобто ПЛ повинна була пройти під днищем судна. Однак старшина зрозумів наказ буквально і через деякий час перископ з тріском врізався в обшивку плавбази, зробивши в ній велику пробоїну ...

Як ж аналізувати аварії і катастрофи? З рис.1а видно три можливі причини втрати системою її системного властивості: 1. Поломка, руйнування (навіть часткове) Елементу 1; 2. Поломка, руйнування (навіть часткове) Елементу 2; 3. Руйнування зв'язків між елементами Е1 і Е2.

При збільшення кількості елементів у системі до трьох до цього списку додадуться наступні причини (рис.1б): 4. Поломка, руйнування (навіть часткове) Елементу 3; 5. Руйнування зв'язків між елементами Е1 та Е3. 6. Руйнування зв'язків між елементами Е2 та Е3.

Видно, що при ускладненні системи число можливих відмов різко зростає нелінійно. Якщо враховувати тільки відмови самих N елементів і руйнування тільки парних зв'язків в системі, то число всіх можливих відмов W буде пропорційно N + N!/2 (N-2)!.

Однак зв'язку можуть бути не парними, а більш складними. Тоді це число ще більше зросте. Але і це ще не все! При ускладненні системи можуть виникнути (і майже завжди виникають!) побічні, небажані, шкідливі системні властивості, "паразитні системи" (SYS 'на рис.2), які творці системи "не прораховують "при створенні нової системи. Хто замислювався про забруднення атмосфери вихлопними газами при створенні автомобіля? Хто "прорахував" поява руйнівного флаттера при створенні надзвукового літака?

Система електропостачання - необхідний елемент системи "Підводний човен". Силові кабелі пронизують усі відсіки підводного корабля. При аварії ПЛ "Комсомолець" в одному з відсіків виникла пожежа. Виявилося, що силові кабелі чудово проводять не тільки електричний струм, але й полум'я! Буквально за кілька хвилин вся човен була охоплена вогнем і затонув. Здавалося б, сумний досвід повинен бути врахований. Але ж ні! Пожежі до цих пір так і розповсюджуються по силових кабелів підводних човнів!

І це ще не все! Мало того, що при збільшенні числа елементів різко і нелінійно зростає число зв'язків між ними, а, отже, і ймовірність їх відмови. Виявляється ще один, прихований до пори до часу, тобто до аварійної ситуації, ефект. Чим складніша система, чим більше в ній елементів, тим більше її залежність від надсістем. Найпростішим ТС "молоток" не страшні ніякі землетрусу. Складна система "місто" залежить від використання надсистемного ресурсів: постачання водою, теплом, електроенергією. Нестача або відсутність будь-якого з цих ресурсів призводить до порушення нормального функціонування, тобто до аварій та катастроф. Крім того, будівельники міста повинні враховувати ймовірність землетрусів і приймати відповідних заходів при будівництві.

Більше того: діяльність людини іноді непередбачувано впливає на стан НС. Відомий випадок, коли створення величезного водосховища в США привело до осаді його дна. Сталося даний землетрус! Була зруйнована гребля, потік води змив кілька селищ, загинули люди ...

З проведеного вище аналізу випливає, що ймовірність відмов у системі різко збільшується при її ускладненні. Нульовий ризик можливий лише у системах, позбавлених запасеної енергії, хімічно і біологічно активних компонентів [2]. Отже: 1) неможливо створити абсолютно надійні ТЗ 2) не можна повністю виключити можливість помилок особового складу 3) не можна виключати зовнішні фактори, що впливають на аварійність. Виходить так, що всі можливі причини навіть неможливо перелічити! Так, це так. І тому виникають аварії та катастрофи. Ясно, що повністю запобігти аварії і катастрофи неможливо ... Але можна і потрібно знижувати ймовірність їх виникнення!

Для зниження ймовірності аварій, для зниження рівня "ідіотизації" необхідно ретельно аналізувати елементи систем і зв'язку між ними. Як же аналізувати системи? Як виявляти і правильно використовувати системні властивості? Як уникнути аварій та катастроф? Для аналізу ТЗ в ТРИЗ розроблений потужний інструмент - Системний оператор (СО). СО дозволяє заздалегідь, ще на стадії проектування системи, побачити можливі "шкідливі системи". У ТРИЗ розроблений навіть спеціальний "диверсійний аналіз" [1].

З найзагальніших міркувань видно, як можна зменшити ймовірність відмов в будь-якій системою: 1. Збільшення надійності окремих елементів системи. У ТРИЗ показаний перехід до більш надійним, більш "ідеальним" системам. Це лінія розвитку "Моно - бі-поли - ...". Наприклад, поділ ПЛ на герметичні відсіки різко підвищила їх живучість. 2. Збільшення надійності зв'язків між елементами системи. Найчастіше це дублювання систем, особливо - систем управління. Це дуже дорого і не завжди допомагає. Система управління космічного човника "Челленджер" була дубльована шестикратно (!). Однак прорватися через кільце ущільнювача твердотільного прискорювача струмінь плазми буквально зрізала пілон кріплення. Разом з шестикратний системою дублювання управління. Результат відомий усьому людству. 3. Моделювання поведінки системи при різних нештатних ситуаціях - ще один потужний інструмент. Застосування Системного оператора ще на стадії проектування з урахуванням вже що трапилися відмов дозволяє різко знизити їхню ймовірність. Необхідно "покачати" елементи системи та зв'язки між ними на стійкість до різких змін зовнішніх або внутрішніх впливів: МАТХЕМ. Наприклад, силовий кабель на ПЛ призначений для передачі потоку електромагнітної (ЕМ) енергії. Але він повинен бути механічно міцним (М), герметичним при великих перепадах тиску (акустика - А), стійким до термічних (Т) впливів (охолодження, нагрів, горіння), нейтральним до хімічних (Х) впливів (хімічні реакції, горіння, розкладання і т.д.)

Поки таке моделювання не проводиться або проводиться методом проб і помилок аварійність зростатиме. Потрібен системний аналіз вже трапилися аварій і катастроф. Саме тому викликає здивування досить велика цифра аварій ПЛ з "незрозумілих причин": 21%. Невже в ТЗ, дуже складною і дорогою, порівнянної за складністю з літаком, або навіть з космічним кораблем, не передбачено пристрій на зразок літакового "чорного ящика"? Який-небудь "Чорний буй"? Але, схоже, що це саме так. Наприклад, відомо, що дані про поведінку екіпажу в боротьбі за живучість "Комсомольця", який затонув у квітні 1989р. поблизу берегів Норвегії, були отримані з дивом зберігся (!?) бортового журналу, який хоч і виявився підмочених (!?), але не встиг затонути (!), будучи захованим в прогумований мішок разом з іншими судовими документами ... Саме ці відомості дали підстави нагородити членів екіпажу (вперше за всю історію радянського підводного флоту), а не судити їх ...

Нами розроблено систему аналізу і проектування систем, що включає всі основні елементи ТРИЗ: системний і функціональний аналіз, протиріччя різних рівнів, ідеальність, закони розвитку, ресурси і т.д. Ми назвали її "Solvers Technology" -- технологія розв'язувача проблем. З її допомогою можна системно вирішувати проблеми зниження аварійності будь-яких систем.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.trizland.ru