Данная книга является одной из первых публикаций, в которой дается решение "проблемы редких событий" без прямого использования методов классической теории надежности и теории вероятностей.
За основу предлагается принять методологию исчисления рисков как "меру опасности" (ИПУ РАН) и экспертный подход к определению показателей безопасности систем через "состояние опасности" в рамках методов нечетких множеств (Fuzzy Sets). В связи с этим в книге была предложена новая научная доктрина, которую авторы назвали "Надежность, риски, безопасность" (НРБ).

Цель книги: обобщить имеющиеся результаты и по возможности обосновать необходимость разработки еще одного дополнительного подхода к оцениванию уровня безопасности технических (авиационных) систем и к управлению рисками в классе Fuzzy Sets, кроме традиционного ВАБ («Вероятностный анализ безопасности»).

В основу концепции теории рисков положены рекомендации ИКАО о проактивном управлении состоянием систем путем воздействия на факторы риска и соответствующего изменения реакций на системы, поражающие внутренние и внешние возмущения разного рода. Объектами изучения в книге являются случайные (редкие) события, возникающие с вероятностью "почти-ноль", но несущие отрицательный (негативный) результат для эксплуатируемых систем. Подобные события классифицируются в широком смысле как "катастрофы", число которых мало, но последствия от них весьма значительные. Главными задачами при этом являются поиски решения "проблемы редких событий" и исчисление рисков (в классическом понимании по ВАБ) при недостаточной статистике. Проблема "редких событий" объявлена Международной организацией ИКАО одной из важнейших в сфере решения вопросов обеспечения безопасности полетов воздушных судов. По статистике ИКАО, число катастроф и аварий с ВС типа "Аэрбас" с разными объемами налета составляет 1-2 за 10-15 лет эксплуатации (для разных классов ВС) при общем объеме "работы" свыше 10 млн. взлетов и посадок. Такое понятие "риска", как "вероятность возникновения негативного события", уже неадекватно действительности.
Гипотезы об измеримости случайных событий в смысле аксиоматики вероятностных пространств (по Колмогорову А.Н.) не могут быть применены в строгом смысле к решению задач "с редкими событиями". Значения физических параметров, определяющих возникновение катастрофических явлений, очень малы и лежат в области "тяжелых хвостов" функций плотности распределения вероятностей (п.р.в.). Аналитические точные выражения для ф.п.р.в. с "тяжелыми хвостами" не найдены, "редкие" события рассматриваемого типа оказываются неизмеримыми (по Колмогорову А.Н.). Поэтому гипотезу о "нечеткой измеримости" редких событий (с вероятностью "почти-ноль") приходится считать главным рабочим постулатом в доктрине НРБ. В связи с этим в книге предлагается изучать, как и в ВАБ, последствия для систем от функциональных отказов, т.е. изучать процессы потери системами функциональных свойств с учетом структурной сложности, но не определять (и не искать) вероятности событий, которых все равно нет и объективно быть не может при редких событиях. Но даже при очень редких случаях возникают большие и недопустимые "ущербы", которые и определяют истинную цену рисков. Возникшую проблему предлагается решать на основе подхода "Fuzzy Sets", при котором с помощью компьютерных методов удается устанавливать истинность принимаемых решений на основе обработки любых нечетких суждений в рамках нечеткой логики и нечетких импликаций. Но разработок по этому направлению применительно к решению вопросов безопасности недостаточно.

Особенно актуальным представляется решение задач в сфере управления воздушным движением, при котором большинство событий характеризуются чрезвычайно малыми вероятностями, что может быть причиной недостоверности принимаемых решений.
Создание доктрины НРБ явилось результатом вынужденной реакции научного сообщества на внешние вызовы авиационной индустрии, признающего значимость "здравого смысла" в вопросах обеспечения безопасности, ТН, ВАБ, имитационное моделирование не могут обеспечить необходимую достоверность решения проблемы "редких событий", объявленной ИКАО приоритетной. "Западный мир" со своей мощной авиационной индустрией и потребностью государств мира в авиационных перевозках заставил всех признать свои технологии, основанные на исчислении рисков возникновения негативных последствий, и проактивные методы управления безопасностью с применением процедур, созданных на основе доктрины Fuzzy Sets для оценки критичности цепей или сценариев событий без вероятностных показателей. Предлагается создать методологию трактовки во взаимосвязи понятий "вызов", "угроза", "опасность", "безопасность", "ущерб", "приемлемый риск", "остаточный риск", точки уязвимости точки риска. Предложено разработать принципы и методики единого подхода к оцениванию видов безопасности в различных сферах деятельности российских предприятий, включая финансовую, политическую, ядерную, продовольственную, транспортную и авиационную безопасности и т.п.

Некоторые основные результаты.
Признана значимость рисков и применения матриц анализа рисков (по НАСА -ИКАО) на основе теории нечетких подмножеств для СТС на булевой решетке.
В новой доктрине (НРБ ТСБ) сохраняется в полном виде методология обеспечения надежности систем в целом при необходимом нормативном уровне показателей надежности и "остаточного риска" по вероятности не хуже 10-6 на избранное рисковое событие дает малый уровень рисков катастроф до 1¸3 аварий за 10¸15 лет эксплуатации (ВС "Аэрбас").
Логический детерминированный гиперкуб истинности событий в катастрофических ситуациях заменяется векторным гиперпространством в нечетких подмножествах.
Один из важных выводов, основанных на результатах исследований НАСА, состоит в том, что при оценке уровня безопасности недопустимо применять критерий типа «вероятность не возникновения катастрофы» при редких событиях, вероятность которых уже «почти – ноль» при численных значениях параметров событий, находящихся в зоне «хвостов» распределений.

Авторы: доктор технических наук, профессор Куклев Е.А., доктор технических наук, профессор Шапкин В.С.
Под редакцией доктора технических наук, профессора Шатракова Ю.Г.

ГЛАВА 1. ОЦЕНИВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ
НАДЕЖНОСТИ И ВАБ
1.1. Формирование методов обеспечения надежности и безопасности техники как характеристик качества
1.2. Основные состояния объектов при анализе надежности и безопасности
1.3. Взаимосвязь между категориями надежности, эффективности и безопасности сложных технических систем в классической теории надежности
1.4. Структурно-сложные схемы технической системы и минимальные сечения отказов
1.4.1. Способы оценки показателей надежности и качества систем
1.4.2. Построение "дерева отказов"
1.5. Основные принципы обеспечения безопасности технических систем на основе методов классической ТН
1.5.1. Применение барьеров защиты для обеспечения безопасности потенциально опасных объектов
1.5.2. Место и роль вероятностного анализа безопасности (ВАБ) в ТН
1.5.3. Определение факторов риска
1.5.4. Международные стандарты в области анализа и оценки безопасности (ВАБ) и замечания о расхождении формулировок
1.5.5. Формулировка основных задач вероятностного анализа безопасности
1.6. Анализ аварийных последовательностей при оценке уровня безопасности систем по методу ВАБ в ТН
1.6.1. Построение "деревьев событий" в ТН
1.6.2. Расчет риска в ТН как вероятности появления негативного события
1.6.3. Анализ результатов расчета риска в методе ВАБ
1.7. Анализ видов, последствий и критичности отказовна основе методов АВПКО
1.7.1. Общие положения анализа видов, последствий и критичности отказов элементов в системах
1.7.2. Влияние критичности отказов на состояние безопасности процессов функционирования систем
1.7.3. Примеры известных катастроф

ГЛАВА 2. НОВАЯ ДОКТРИНА "НАДЕЖНОСТЬ, РИСК, БЕЗОПАСНОСТЬ" ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ (БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ) НА ОСНОВЕ ПОДХОДА Fuzzy Sets (нечеткие множества)
2.1. Новая доктрина оценивания безопасности структурно-сложных авиационных технических систем на нечетких подмножествах
2.1.1. Основные общие положения НРБ
2.1.2. Общие методические рекомендации НРБ на разработку инструментов оценивания рисков в системах, как "меры опасности"
2.1.3. Возможные направления оценивания показателей безопасности систем на основе методологии рисков
2.1.4. Три основных постулата в ТСБ, дополняющие классическую теорию надежности (ТН)
2.2. Примеры оценки значимости уровней рисков по факторам опасности в высоконадежных системах
2.3. Обобщенные положения ТН и ТСБ в НРБ
2.3.1. Трактовки исходных понятий риска на основе теории игр (отличия понятий в классической ТН от ТСБ)
2.3.2. Математическая основа моделей риска как "меры опасности" по РАН
2.4. Математическая основа определения в вероятностном пространстве рискового события и интегральной меры риска
2.5. Модели безопасности ("опасности") и "рисков" в ВАБ и ТСБ
2.6. Сопоставление показателей качества и безопасности в ТН и ТСБ
2.6.1. Оценка ошибок экспериментального определения вероятности
2.6.2. Двухмерная оценка значимости рисков как "количества опасности"
2.7. Схема принятия решений с учетом рисков и шансов при мониторинге и обеспечении безопасности полетов в ГА
2.8. Основы перехода из ТН в ТСБ на "нечеткие подмножества" событий ТН типа функциональных отказов
2.9. Возможные схемы оценивания показателей безопасности систем на основе методологии исчислении рисков по ИКАО (Annex-19)
2.9.1. Область внедрения и стандартизации положений ТСБ и НРБ
2.9.2. Методические рекомендации о применимости в SMS положений НРБ

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕДКИХ СОБЫТИЙ
НА ОСНОВЕ МЕТОДА Fuzzy Sets
3.1. Аксиоматика моделей рисков
3.1.1. Принцип нечеткой импликации при анализе нечетких высказываний
3.1.2. Формула и определение значимости риска
3.2. Применение концепции вероятностных пространств в теории безопасности систем в нечетких моделях рисков
3.3. Схема оценки значимости рисков в вероятностном пространстве
3.4. Трактовки нечеткости подмножеств факторов в процедурах анализа рисков по рекомендациям ИКАО
(из РУБП– Doc 9859)
3.4.1. Влияние "размытости" п.р.в. на показатели рисков
3.4.2. Разновидность процессов с п.р.в. типа 1 (типа "Hard tails")
3.4.3. Разновидность п.р.в.– типа 2 с "размытостью" функции п.р.в.
3.4.4. Неопределенность п.р.в., ф.р.в. по экспериментальным результатам NASA
3.5. Переход к Fuzzy Sets из "булевой решетки" в ТН
3.5.1. Исходные предпосылки
3.5.2. Схема решения (перехода от булевой решетки к Fuzzy Sets)
3.6. Общая схема построения нечетких моделей рисков в АТС
3.7. Анализ базовых положений ТН, определяемых гипотезой о существовании "гиперкуба" истинности объектов из четких множеств
3.8. Базовые положения моделей систем в Fuzzy Sets
3.9. Алгебра логики событий в сценариях возникновения катастроф
3.9.1.Общие положения, определяющие природу катастроф
3.9.2.Применение ы логики (ФАЛ) для оценки работоспособности систем в теории надежности (ТН) и в ТСБ для построения цепей Дж. Ризона
3.10. Позиции классической теории надежности на основе гиперкуба истинности
3.10.1. Универсальный метод изложения основ классической теории надежности с применением позиций Fuzzy Sets
3.10.2. Исходные гипотезы классической ТН, определенные на гиперкубе истинности (на булевой решетке)
3.11. Определение путей к катастрофе с помощью модели "гиперкуба" истинности значений состояния физических элементов системы из универсального множества
3.11.1. Природа постулатов ТН о независимости изменения состояния физических элементов системы
3.11.2. Логическое уравнение "катастрофы" (по Рябинину И.А.) для событий из четких или нечетких подмножеств
3.11.3. Концепция построения в ТСБ цепей Дж. Ризона в нечетких подмножествах состояний с использованием подходов FMEA, CATS
3.11.4. Концепция CATS (ИКАО – "Нидерланды")
3.12. Формализованные модели оценивания надежности и безопасности систем с дискретными состояниями
3.12.1. Исходные определения системы S
3.12.2. Функциональная годность и риски возникновения происшествий в АТС
3.12.3. Классификация рисковых событий в пространстве

ГЛАВА 4. СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СУБП ТИПА SMS ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ДОКТРИНЫ НРБ ПО УПРАВЛЕНИЮ РИСКАМИ
4.1. Типовые международные требования в структуре SMS
4.1.1. Ключевые определения и назначение SMS
4.1.2. Интегрированные модули "SMS – QMS" ("Blue Folder")
4.1.3. Основные функции SMS, рекомендованные в Annex-19
4.2. Прогнозирование в SMS уровня безопасности сложных авиационных систем на основе моделей рисков возникновения критических функциональных отказов
4.2.1. Триада управляющих воздействий в SMS
4.2.2. Диаграмма определения угроз и рисков в SMS
4.2.3. Применение матриц анализа рисков при анализе угроз
4.2.4. Алгоритм сценария NASA для триады проактивного и предиктивного (прогнозного) управления безопасностью АД с помощью SMS (СУБП – СМБ АД)
4.2.5. Схемы построения моделей опасности по ИКАО, ISO в SMS
4.3. Построение обобщенной системы управления безопасностью (SMS)
4.3.1. Функции SMS на основе идеологии NASA (для ИКАО)
4.3.2. Принцип построения и определения состава ядра СМБ АД (Тип 2)
4.3.3. Подсистемы и модули СМБ–SМS
4.3.4. Функциональная схема СУБП (SMS) и компьютерное сопровождение процедур оценки рисков возникновения неблагоприятных событий на основе методики ИКАО (РУБП)
4.4. Методологическая основа решения проблемы оценивания остаточного риска с учетом цепей ИЛП
4.4.1. Государственное регулирование безопасности АДв ГА РФ
4.4.2. Определение уровней приемлемого риска

ГЛАВА 5. АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АТС НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ИСЧИСЛЕНИЯ РИСКОВ В РАМКАХ ДОКТРИНЫ НРБ
5.1. Методические положения решения задачи по оценке безопасности эксплуатации ВС
5.1.1. Определения разновидностей риска
5.1.2. Характеристики опасных состояний систем
5.1.3. Методические положения "превентивного" (проактивного) прогнозирования опасности) с целью
повышения безопасности полетов на основе управления рисками через параметры АТС с учетом факторов рисков
5.1.4. Методические положения о взаимосвязи характеристик проактивного и активного методов оценивания значимости опасностей и рисков для базы факторов и списка опасностей в конкретной авиакомпании
5.2. Инструменты идентификации и оценивания рисковпри решении проблемы редких событий в рамках новой доктрины "Надежность, риски, безопасность"
5.2.1. Инструменты ТСБ
5.2.1. Основные принципы управления БП
5.2.2. Концепция построения цепей Дж. Ризона в нечетких подмножествах состояний АТС
5.3. Определение и оценивание значимости риска на событиях из пространства бинарных исходов с помощью матриц анализа рисков
5.3.1. Виды матриц риска по ИКАО
5.3.2. Бинарные разбиения пространства исходов в матрице анализа рисков
5.4. Методика оценки степени риска в сравнении с уровнем приемлемого риска
5.4.1. Исходные положения принятого методического подхода
5.4.2. Градация классов нечетких границ риска ("гранулы")
5.5. Применение ТСБ для оценивания уровней безопасности АТС в классе редких событий с применением методов классической ТН и ВАБ
5.6. Этапы обеспечения уровня СБ АТС и техники двойного назначения по показателям "риска" в течение
жизненного цикла изделия
5.6.1. Этап 1. Создание высоконадежной технической системы
5.6.2. Этап 2. Выявление путей к катастрофе на основе принятой структурной схемы соединения элементов надежности
5.6.3. Формализованные модели структур систем сучетом возможных отказов на основе моделей «гиперкуба истинности»
5.7. Модель оценки в нечетких множествах влияния контрафакта на БС АТС
5.8. Анализ комбинаторики признаков ЧФ с помощью интерфейса SHEL
5.8.1. Постановка задачи и схема ее решения
5.8.2. Кодирование состояний SHEL
5.8.3. Оценивание рисков на основе алгоритмов ТСБ (НРБ)
5.9. Слои цепей Дж. Ризона для проактивного определения предпосылок к авиапроисшествию с ВС в полетах

ГЛАВА 6. ОЦЕНИВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
6.1. Рекомендации поправки № 101 ИКАО к требованиям на разработку СУБП (СМБ АД)
промышленных производств
6.2. Классификатор видов промышленной безопасности
в теории системной безопасности
6.3. Методические основы схемы внедрения рекомендаций поправки № 101 на основе принципов ИЛП
6.3.1. Подсистемы мониторинга ПБ
6.3.2. Функции в системе ИЛП для ВС типа Аэрбас
6.4. Оценка перспектив перехода ГА РФ на новые стандарты ПБ и обеспечение послепродажного обслуживания промышленного производства (фактор Ф1) и эксплуатации техники (фактор Ф2)
6.4.1. Состояние разработок
6.4.2. Структура комплекса стандартов
6.5. Стратегия MSG при разработке программы ТО и Р (надежности) для ВС западного производства
6.5.1. Структура программы ТО
6.5.2. Программы ТО и обеспечения надежности ВС в MSG-1, MSG-3
6.6. Конструктивные требования по обеспечению безопасности полетов вертолетов с системой внешней подвески грузов
6.6.1. Методический подход к формированию системы логистической поддержки процессов послепродажного обслуживания вертолета Ка-32
6.6.2. Рекомендации на SMS вертолетов
6.7. Значение для науки и практики новой идеологии НРБ (принятой в ТСБ в сфере оценки ПБ) в сравнении с российскими и зарубежными подходами к построению систем управления безопасностью на основе исчисления рисков
6.7.1. Оценка значимости методов НРБ для оценки безопасности эксплуатации АТС
6.7.2. Перечень проектов научно-технических разработок по внедрению положений ТСБ в системах управления ПБ.