VIŠEKRITERIJUMSKI MODEL IZBORA AUTOMATSKOG SISTEMA ZAŠTITE1

MULTICRITERIA CHOICE MODEL

OF AUTOMATIC PROTECTION SYSTEM

Suzana Savić, red.prof., Fakultet zaštite na radu, Čarnojevića 10a, 18000, Niš Milan Gocić, dipl.inž., ACCORDIA GROUP, Kneginje Ljubice 1, 18000 Niš

Miomir Stanković, red.prof., Fakultet zaštite na radu, Čarnojevića 10a, 18000, Niš

Rezime: U radu se definišu osnovni kriterijumi za izbor automatskog sistema

zaštite tehnološkog procesa, daju osnovne postavke Metoda analitičkih hijerarhijskih procesa (AHP) kao i primer primene ovog metoda na izbor automatskog sistema zaštite.

Ključne reči: automatski sistem zaštite, višekriterijumski izbor, AHP metod Abstract: The paper defines basic criteria for the choice of automatic

technological process protection system, presents the main characteristics of Analitical Hierarchy Process method (AHP) and gives an example of applying this method in the choice of the automatic protection system.

Key words: automatic safety system, multicriteria choice, AHP method

1. UVOD Razvoj upravljanja tehnološkim procesima kretao se u dva pravca. Prvi se

odnosio na razvoj sistema za upravljanje procesima, a drugi na razvoj sistema za zaštitu procesa, ljudi, opreme, radne i životne sredine u slučajevima opasnosti. Najefikasniji i najekonomičniji aktivni sistemi zaštite su automatski sistemi zaštite. Ovi sistemi se sastoje od senzora (koji detektuju opasna stanja u procesu), logičkog sistema (koji obrađuje podatke iz senzora i formira odgovarajuće izvršno dejstvo) i izvršnih uređaja (koji prevode proces u bezbedno stanje). Osnovni kriterijum kod izbora automatskog sistema zaštite je njegova pouzdanost, odnosno verovatnoća da izvrši svoju funkciju kada je to potrebno. Visoka pouzdanost nije uvek opravdana, ali uvek mora da bude primerena riziku od koga se proces, ljudi, oprema i okolina štite. Sistemi zaštite treba da imaju i dobre performane održavanja, treba da budu fleksibilni, a mora se voditi računa i o troškovima njihove realizacije i upotrebe. Zbog toga se izboru sistema zaštite mora posvetiti dužna pažnja što, pre svega, podrazumeva poznavanje i pravilnu primenu metoda višekriterijumskog izbora.

1 Rad je realizovan u okviru projekta Multimedijalna platforma za upravljanje vanrednim situacijama u tehnološkim sistemima (evidencioni broj ugovora TR-6237A) koji finansira Ministarstvo nauke i zaštite životne sredine Republike Srbije.

2. AUTOMATSKI SISTEMI ZAŠTITE

Kriterijumi i uslovi za projektovanje i primenu sistema za upravljanje procesima i sistema za zaštitu procesa se značajno razlikuju. Osnovni kriterijumi kvaliteta sistema za upravljanje procesima su: stabilnost, brzina odziva, dozvoljena odstupanja procesnih promenljivih od zadatih vrednosti. Međutim, za automatske sisteme zaštite je mnogo značajnije da svoju funkciju obavljaju pouzdano, odnosno sa pouzdanošću koja odgovara riziku od koga proces treba da zaštite. Takođe treba naglasiti da sistemi za upravljanje i zaštitu moraju biti fizički i funkcionalno odvojeni. Automatske zaštitne sisteme treba primenjivati onda kada prethodno preduzete mere (tehničke, organizacione, edukativne) ne smanjuju rizik do prihvatljivog nivoa. Granice prihvatljivog rizika za pojedine proizvodne procese određuju se ili na nivou organizacije ili na nivou države i predstavljaju osnov za izbor adekvatnog sistema zaštite.

Postoje dva oblika rada automatskih sistema zaštite: oblik rada po zahtevu (ili, oblik rada pri niskim zahtevima) i kontinualni oblik rada (ili oblik rada pri visokim zahtevima). Kod oblika rada po zahtevu, zahtevi za aktivacijom se javljaju ređe od jednom godišnje. Ovaj oblik rada je najčešći u procesnoj industriji. Kontinualni oblik rada je zastupljen u industriji sa mašinskom proizvodnjom i u avijaciji, a zahtevi za aktivacijom sistema javljaju se češće od jednom godišnje.

Parametar kojim se specificira veličina redukcije rizika koja se postiže ugradnjom sistema zaštite sa konkretnom sigurnosnom funkcijom, naziva se nivo sigurnosnog integriteta (Safety Integrity Level - SIL). Prema definiciji svaki novi nivo SIL-a redukuje verovatnoću štetnog događaja za jedan red veličine [6]. Na primer, ako je osnovna verovatnoća bila 10-2 godišnje, sistem koji ima SIL 3 redukovaće verovatnoću za tri reda veličine, odnosno na 10-5 godišnje. Tabela 1 prikazuje definisane nivoe SIL-a za oblik rada po zahtevu, a tabela 2 za kontinualni oblik rada.

Tabela 1. Nivoi SIL-a za oblik rada po zahtevu [6] Nivo sigurnosnog

integriteta SIL Prosečna verovatnoća kvara

po zahtevu PFDavg Faktor redukcije rizika

1/PFDavg 4 10-4 do 10-5 10000 do 100000 3 10-3 do 10-4 1000 do 10000 2 10-2 do 10-3 100 do 1000 1 10-1 do 10-2 10 do 100

Tabela 2. Nivoi SIL-a za kontinualni oblik rada [6]

Nivo sigurnosnog integriteta SIL

Učestalost opasnih otkaza na čas

4 10-8 do 10-9 3 10-7 do 10-8 2 10-6 do 10-7 1 10-5 do 10-6

3. KRITERIJUMI ZA IZBOR OPTIMALNOG AUTOMATSKOG SISTEMA ZAŠTITE

Kriterijumi za izbor optimalnog automatskog sistema zaštite mogu se

svrstati u šest grupa kriterijuma [7]: 1. Pogodnost sistema za realizaciju

- vreme potrebno za realizaciju sistema, - teškoće pri realizaciji, - obezbeđenje potrebnog kadra, - posebne pogodnosti za realizaciju.

2. Pogodnost sistema za održavanje - pogodnost izvođenja operacija održavanja, - pogodnost dijagnostičke kontrole, - obnovljivost.

3. Fleksibilnost - mogućnost funkcionalnog proširenja sistema, - mogućnost fizičkog proširenja sistema, - sposobnost adaptacije na greške u pojedinim delovima sistema, - mogućnost uključivanja u viši nivo zaštite (integralna zaštita).

4. Sposobnost izvršavanja osnovnih funkcija sistema - mogućnost detekcije opasnih stanja, -sigurno prevođenje sistema u bezbedno stanje - postojanje zvučne i svetlosne signalizacije, - postojanje daljinske signalizacije, - automatsko obaveštavanje o opasnim stanjima štićenog sistema, - automatsko otkrivanje grešaka uz indikaciju u uređaju za nadzor i upravljanje.

5. Pouzdanost i raspoloživost sistema - pouzdanost sistema, - raspoloživost sistema.

6. Troškovi realizacije i eksploatacije sistema - troškovi realizacije, - troškovi eksploatacije, - troškovi održavanja, - troškovi obuke kadrova. Iz navedenog se vidi da postoji veliki broj kriterijuma po kojima se

upoređuju automatski sistemi zaštite. Zato je potrebno obezbediti sistematsko ispitivanje i utvrditi jedinstveni način vrednovanja alternativa sistema.

Za pojedine kriterijume sistema postoje kvantitativni pokazatelji (numerički ili nenumerički) koje daju proizvođači i davaoci usluga, dok se do drugih dolazi na bazi ekspertnog ocenjivanja. Prioritet pojedinih grupa u procesu odlučivanja za jednu alternativu, odnosno za izbor konkretnog sistema, takođe je rezultat ocene eksperata i predstavlja preferenciju donosioca odluke.

4. METOD ANALITIČKIH HIJERARHIJSKIH PROCESA Za rešavanje problema višekriterijumske optimizacije pri izboru optimalnog

automatskog sistema zaštite odabrana je metoda analitičkih hijerarhijskih procesa (AHP), koju je razvio Saaty osamdesetih godina [3,4]. Ovom metodom mogu se rešavati prethodno struktuirani kompleksni problemi odlučivanja. Metoda se zasniva na dodeljivanju relativnih težina u obliku serije matrica poređenja parova na različitim hijerarhijskim nivoima, da bi se na osnovu toga izračunao vektor sopstvenih vrednosti, odnosno vektor relativnih prioriteta svih entiteta na najnižem hijerarhijskom nivou, što ujedno predstavlja preporuku za izbor optimalne alternative.

Koristeći metodološki postupak višekriterijumske optimizacije, razvijen je sistem za izbor optimalnog automatskog sistema zaštite. Na slici 1 prikazana je shema sistema za podršku odlučivanju pri izboru optimalnog automatskog sistema zaštite u tehnološkom procesu.

Slika 1. Shema sistema za podršku odlučivanju pri izboru najbolje alternative

automatskog sistema zaštite [7] Sistem za podršku odlučivanju pri izboru optimalne alternative sistema

zaštite je informacioni sistem koji se satoji iz osam blokova: - Blok izbora kriterijuma omogućava manipulaciju sa kriterijumima: definisanje kriterijuma za izbor optimalne alternative, definisanje njihove mere i izbor broja optimizacionih kriterijuma za konkretan optimizuacioni problem. - Blok definisanja modela omogućava definisanje procedure pomoću koje se izračunavaju vrednosti kriterijuma, koje ulaze kao inicijalne u proces optimizacije. - Blok proračuna vrednosti kriterijuma pomoću kojeg se izračunavaju početne vrednosti kriterijuma. - Ulazni interfejs, koji omogućava interakciju korisnika s programom pri određivanju preferencije kriterijuma i relativnih preferencija, pri čemu se ne

upisuju brojne vrednosti već se relativna preferencija kriterijuma određuje pomoću odgovora na pitanja. - Blok određivanja preferencija kriterijuma koristi se za određivanje relativnog prioriteta kriterijuma, pri čemu se korisniku programa nudi sistem pitanja i omogućava lako davanje odgovora. - Blok izbora optimalne alternative je procedura koja na osnovu AHP metode izračunava normalizovani vektor relativnih prioriteta alternativa. - Blok baze podataka koja omogugaća manipulaciju sa već pripremljenim podacima. - Izlazni interfejs omogućava korisniku da na ekranu ili štampaču vidi rezultate postupka višekriterijumske optimizacije problema koji posmatra u vidu izveštaja.

Uvedimo oznake A1- A6 za prethodno definisane kriterijume: A1 – pogodnost sistema za realizaciju A2 – pogodnost sistema za održavanje A3 – fleksibilnost

A4 – sposobnost izvršavanja osnovnih funkcija A5 – pouzdanost i raspoloživost A6 – troškovi realizacije i eksploatacije sistema. Na osnovu izvršenog upoređivanja značaja izabranih kriterijuma saglasno

skali devet-tačaka definisanoj u [2] formira se matrica upoređivanja parova predstavljena tabelom 3, kao i vektor sopstvenih vrednosti prikazan u tabeli 4. Tabela 3. Matrica upoređivanja parova izabranih kriterijuma sistema Kriterijum A1 A2 A3 A4 A5 A6 A1 1.0 1/3 3.0 1/6 1/6 2.0 A2 3.0 1.0 4.0 1/4 1/5 4.0 A3 1/3 1/4 1.0 1/7 1/6 1/3 A4 6.0 4.0 7.0 1.0 1.0 6.0 A5 6.0 5.0 6.0 1.0 1.0 6.0 A6 1/2 1/4 3.0 1/6 1/6 1.0 Suma 16.831 10.833 23.997 2.726 2.700 19.333 Tabela 4. Vektor sopstvenih vrednosti Kriterijum A1 A2 A3 A4 A5 A6 Suma

vrsta Sopstveni vektor

A1 0.059 0.031 0.125 0.061 0.062 0.103 0.442 0.074 A2 0.178 0.092 0.167 0.092 0.074 0.207 0.810 0.135 A3 0.020 0.023 0.042 0.052 0.062 0.017 0.216 0.036 A4 0.356 0.369 0.292 0.367 0.370 0.310 2.065 0.344 A5 0.356 0.462 0.250 0.367 0.370 0.310 2.115 0.353 A6 0.030 0.023 0.125 0.061 0.062 0.052 0.352 0.059 UKUPNO 6.000 1.001

Iz tabele 4. može se videti da je izračunati sopstveni vektor pretpostavljenog sistema (0.074, 0.135, 0.036, 0.344, 0.353, 0.059), odnosno da je redosled važnosti kriterijuma A5, A4, A2, A1, A6, A3.

Za 404.6max =l i 6n = dobija se indeks konzistentnosti 081.0IK = .

Na osnovu [4] izračunava se odnos konzistentnosti kao 1.0065.024.1/081.0OK <== pa se zaključuje da je zbog toga određena

vrednost za maxl bliska idealnoj vrednosti koju želimo da procenimo.

5. ZAKLJUČAK

Rezultat primene Metoda analitičkih hijerarhijskih procesa pri izboru automatskog sistema zaštite tehnološkog procesa ukazuje da najveći značaj pri izboru automatskog sistema zaštite imaju: pouzdanost i raspoloživost sistema (kriterijum A5, vrednost kriterijuma 0.353) i sposobnost izvršavanja osnovnih funkcija (kriterijum A4, vrednost kriterijuma 0.344). Sledi pogodnost sistema za održavanje (kriterijum A2, vrednost kriterijuma 0.135), a zatim pogodnost za realizaciju (kriterijum A1, vrednost kriterijuma 0.074), troškovi realizacije i eksploatacije (kriterijum A6, vrednost kriterijuma 0.059) i fleksibilnost sistema (kriterijum A3, vrednost kriterijuma 0.036).

6. LITERATURA

[1] Coyle, G.: Practical Strategy – Structured Tools and Techniques, Prentice-Hall, Essex, England, 2004

[2] Čupić, M., Tumala, V. M. R.: Savremeno odlučivanje, metodi i primena, Naučna knjiga, Beograd, 1997.

[3] Drake, P. R.: Using the Analytic Hierarchy Process in Engineering Education, International Journal of Engineering Education, Vol. 14, No. 3, p. 191-196, 1998

[4] Saaty, T. L.: The Analytical Hierarchy Process, New York, McGraw Hill, 1980 [5] Saaty, T. L.: Multicriteria Decision Making: The Analytical Hierarchy Process,

Extended Edition, Pittsburgh, PA, RWS Publishers, 1991 [6] Stambolić, M., Sigurnosni instrumentalni sistemi u procesnoj industriji,

Građevinska knjiga a. d., Beograd, 2005. [7] Stanković, M., Savić, S., Milutinović, S.: Višekriterijumski metod izbora

automatskog sistema za otkrivanje požara, Preventivni inženjering, godina I, br 1. Dunav Preving, Beograd, (1993), str. 32-45.