宣兆龍，李天鵬，劉亞超

(1.陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)， 石家莊 050003； 2.陸軍炮兵防空兵學(xué)院， 鄭州 450000)

彈藥作為武器裝備重要的組成部分，具有特殊的社會(huì)屬性和技術(shù)屬性，使得彈藥保障相對(duì)于其他物資的保障具有更多的儲(chǔ)運(yùn)要求，這些要求貫穿于彈藥保障的各個(gè)環(huán)節(jié)。彈藥方艙作為一種新型彈藥集裝單元，綜合運(yùn)用了托盤、集裝箱和方艙技術(shù)[1]，是未來(lái)彈藥保障系統(tǒng)的重要形式。

事故樹(shù)分析是通過(guò)從結(jié)果到原因的邏輯樹(shù)推理及圖形演繹，對(duì)可能造成系統(tǒng)事故的各種因素進(jìn)行層層分析的一種方法，用于揭示導(dǎo)致事故發(fā)生的直接、間接原因，并尋求防止結(jié)果發(fā)生的防范措施[2]。本文采用事故樹(shù)分析法，以彈藥保障任務(wù)失敗為彈藥保障系統(tǒng)事故樹(shù)的頂事件，研究彈藥保障系統(tǒng)中火災(zāi)、爆炸和彈藥技術(shù)損傷等3類事故事件，利用邏輯或門將頂事件與這3類事故事件相連接，通過(guò)對(duì)每個(gè)事故事件建立邏輯模型，研究分析整個(gè)彈藥保障系統(tǒng)的誘發(fā)因素，可以有效指導(dǎo)彈藥方艙的防護(hù)設(shè)計(jì)工作。

1 事故樹(shù)分析法

事故樹(shù)分析法是在20世紀(jì)60年代由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室基于圖論提出的一種安全評(píng)價(jià)方法，是一種表示導(dǎo)致災(zāi)害事故有關(guān)的各種因素之間因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的分析法[3]。事故樹(shù)分析主要是針對(duì)既定系統(tǒng)可能出現(xiàn)的事故條件，以及可能導(dǎo)致的災(zāi)害后果，按流程的先后次序和事故發(fā)生原因的各種因果關(guān)系繪制成程序方框圖，也就是畫出表示導(dǎo)致災(zāi)害事故的各種因素之間的邏輯關(guān)系圖；根據(jù)這種邏輯關(guān)系圖分析系統(tǒng)的安全問(wèn)題或系統(tǒng)的運(yùn)行問(wèn)題，進(jìn)而針對(duì)各因素制定防范措施[4]。

事故樹(shù)是一種邏輯圖模型，不能夠采用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析，更不能有效說(shuō)明基本事件之間的關(guān)系。而研究分析基本事件之間的關(guān)系，是改善系統(tǒng)，防止事故發(fā)生的關(guān)鍵。為了進(jìn)一步研究基本事件之間的關(guān)系，必須把圖形模型轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)表達(dá)式，也就是所謂的數(shù)學(xué)模型。事故樹(shù)的數(shù)學(xué)模型基本組成單元為邏輯乘積與邏輯和。其中，邏輯乘積對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系是與門；邏輯和對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系是或門。下面將針對(duì)圖1所示的事故樹(shù)模型，對(duì)事故樹(shù)模型的轉(zhuǎn)化和化簡(jiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)地闡述。

事故樹(shù)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型的方法一般有自下而上法和自上而下法。這里主要介紹自上而下法。自上而下的轉(zhuǎn)化方法一般自頂事件開(kāi)始，根據(jù)事件間的邏輯關(guān)系，層層向下推進(jìn)，直至最后全部用基本事件表示頂事件為止，得到事故數(shù)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

首先，給事故樹(shù)模型中的事件進(jìn)行編號(hào)，如圖1所示。

圖1 事故樹(shù)模型

由事故樹(shù)模型首先得到：

T=T1T2

其中，T1=T3X1X2，T2=T4+X3+X4。

然后得到

T=T3X1X2(T4+X3+X4)

又因

T3=X1+X3，T4=X2X4

最后得到

T=(X1+X3)X1X2(X2X4+X3+X4)

(1)

由此可見(jiàn)，將事故樹(shù)模型轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型后，數(shù)學(xué)關(guān)系式也很復(fù)雜，無(wú)法說(shuō)明基本事件之間的關(guān)系。這就需要對(duì)事故樹(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行整理，以便于在后續(xù)的分析工作中，獲得較理想的結(jié)果。

對(duì)事故樹(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行整理的過(guò)程成為數(shù)學(xué)表達(dá)式的化簡(jiǎn)?；?jiǎn)的方法一般采用布爾代數(shù)運(yùn)算法則。以A、B、C、D分別表示四個(gè)集合，A′、B′、C′、D′分別表示對(duì)應(yīng)集合的補(bǔ)集，其化簡(jiǎn)公式主要有：

AB+AB′=A，A+AB=A，A+A′B=A+B，

AB+A′CD+BCD=AB+A′CD

(AB+A′C)′=AB′+A′C′

因此，式(1)可化簡(jiǎn)為

T=X1X2X4+X1X2X3

(2)

或者

T=X1X2(X4+X3)

(3)

采用事故樹(shù)分析方法研究彈藥保障系統(tǒng)事故的最終目的是分析如何避免事故事件的發(fā)生。顯然，若事故樹(shù)圖模型中所有的基本事件都不發(fā)生，則頂事件肯定不會(huì)發(fā)生，這些基本事件的集合稱為徑集。實(shí)際上，分析徑集沒(méi)有研究意義。在彈藥保障系統(tǒng)中，最關(guān)心的是分析、控制那些關(guān)鍵因素，事故就不會(huì)發(fā)生，所以只需要研究最小徑集。最小徑集為不發(fā)生頂事件時(shí)，至少需要那些基本事件不發(fā)生的集合。式(3)中{X1}，{X2}，{X3，X4}即為事故樹(shù)的3個(gè)最小徑集。

分析可知，只要控制基本事件X1，X2的發(fā)生，就可以有效避免頂事件的發(fā)生；同時(shí)控制X3與X4不發(fā)生，也可以控制頂事件不發(fā)生；控制基本事件X3或X4不發(fā)生則可以很大程度的減少頂事件發(fā)生的概率。

2 火災(zāi)事故分析

無(wú)論是平時(shí)還是戰(zhàn)時(shí)，火災(zāi)都是彈藥保障系統(tǒng)特別是彈藥儲(chǔ)存保管環(huán)節(jié)重點(diǎn)防范的事故事件之一。該事故事件的發(fā)生勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致彈藥的技術(shù)損傷及斷供事件的發(fā)生，而且很可能會(huì)誘使爆炸事件的發(fā)生。不僅會(huì)嚴(yán)重影響彈藥保障工作的順利進(jìn)行，還會(huì)給部隊(duì)和國(guó)家?guī)?lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。根據(jù)火災(zāi)事故分析，建立彈藥保障系統(tǒng)的火災(zāi)事故樹(shù)[5]，如圖2所示。

圖2 彈藥保障系統(tǒng)的火災(zāi)事故樹(shù)

圖2中，T1表示火災(zāi)，為該事故圖中的頂事件；T2，T3，T4，T5，T6，T7及T8分別依次表示庫(kù)內(nèi)火災(zāi)、庫(kù)外火災(zāi)、可燃物、火種、自燃、庫(kù)內(nèi)火花及機(jī)械應(yīng)力，為該事故樹(shù)的中間事件；X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8及X9分別依次表示木質(zhì)包裝、裝藥分解、庫(kù)內(nèi)明火、靜電、雷擊、高溫、摩擦、跌落與振動(dòng)，為該事故樹(shù)的基本事件。

根據(jù)彈藥保障系統(tǒng)火災(zāi)事故樹(shù)圖，采用自上而下的方式，將該邏輯模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，其化簡(jiǎn)結(jié)果為

T1=(X1+X2+X4+X5+X7+X8+X9)·

(X2+X3+X4+X5+X7+X8+X9)·

(X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9)

(4)

由式(4)可知，彈藥保障系統(tǒng)火災(zāi)事故樹(shù)的最小徑集為{X1，X2，X4，X5，X7，X8，X9}，{X2，X3，X4，X5，X7，X8，X9}，{X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9}。由最小徑集定義可知，只需控制3個(gè)事件集合中的其中一個(gè)集合內(nèi)的事件均不發(fā)生，即可有效防止彈藥保障系統(tǒng)火災(zāi)事故。

3 爆炸事故分析

爆炸事件往往會(huì)給部隊(duì)造成重大損失，嚴(yán)重影響部隊(duì)的作戰(zhàn)能力。因此爆炸也是彈藥保障系統(tǒng)，特別是在對(duì)彈藥進(jìn)行裝卸、運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)時(shí)重點(diǎn)防范的事故事件之一。根據(jù)爆炸事故分析，建立彈藥保障系統(tǒng)的爆炸事故樹(shù)圖[6]，如圖3。

圖3 彈藥保障系統(tǒng)的爆炸事故樹(shù)

圖3中，T9表示爆炸事件，為該事故樹(shù)的頂事件；T10，T11，T12，T13，T14分別表示庫(kù)內(nèi)爆炸、庫(kù)外爆炸、包裝破損、運(yùn)輸沖擊及腐蝕；其他編號(hào)與上述表示意義相同。

根據(jù)彈藥保障系統(tǒng)爆炸事故樹(shù)圖，采用自上而下的轉(zhuǎn)換方法，將事故樹(shù)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，其化簡(jiǎn)結(jié)果為

T9=(X4+X5+X8+X9+X10+X11+

X12+X13+X14+X15)·

(X4+X5+X7+X8+X9)

(5)

由式(5)可知，彈藥保障系統(tǒng)爆炸事故樹(shù)的最小徑集為{X4，X5，X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15}，{X4，X5，X7，X8，X9}，即若防止彈藥保障系統(tǒng)爆炸事件的發(fā)生，只需控制其中任何一個(gè)最小徑集中的所有基本事件不發(fā)生。

4 彈藥技術(shù)損傷事故分析

彈藥的技術(shù)損傷是指影響彈藥作戰(zhàn)效能的結(jié)構(gòu)或者功能元件的變化，它也是彈藥保障系統(tǒng)重點(diǎn)防范的事故事件之一。根據(jù)彈藥技術(shù)損傷事故分析，建立彈藥保障系統(tǒng)的技術(shù)損傷事故樹(shù)圖[7]，如圖4。

圖4 彈藥保障系統(tǒng)的彈藥技術(shù)損傷事故樹(shù)

圖4中，T15表示彈藥的技術(shù)損傷事件，為該事故樹(shù)的頂事件；T16表示環(huán)境應(yīng)力；X10，X11，X12，X13，X14，X15分別表示高溫、低溫、高濕、鹽霧、沙塵及淋雨；其他編號(hào)與上述表示意義相同。

根據(jù)彈藥保障系統(tǒng)彈藥技術(shù)損傷事故樹(shù)圖，采用自上而下的轉(zhuǎn)換方法，將事故樹(shù)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，其化簡(jiǎn)結(jié)果如下。

T14=(X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15)

(6)

由式(6)可知，彈藥保障系統(tǒng)的彈藥技術(shù)損傷事故樹(shù)的最小徑集為{X8，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15}。

針對(duì)彈藥保障系統(tǒng)中火災(zāi)、爆炸和彈藥技術(shù)損傷3類事故事件，其基本事件有15種之多[8]。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，這3類事故事件具有許多相同的誘發(fā)因素，為進(jìn)一步明確彈藥保障系統(tǒng)事故事件的誘發(fā)因素之間的關(guān)系，將3類事件的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，結(jié)果如下：

T=(X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15)

(7)

由式(7)可知，只要同時(shí)降低跌落、振動(dòng)等8類基本事件的發(fā)生概率，就可有效降低彈藥保障系統(tǒng)火災(zāi)、爆炸和彈藥技術(shù)損傷等3類事故事件發(fā)生的概率，使部隊(duì)可以快速、準(zhǔn)確、有效的完成彈藥保障任務(wù)。

上述8類基本事件中的高溫、低溫、高濕、鹽霧、沙塵、淋雨均是彈藥保障系統(tǒng)的氣候環(huán)境因素，是不可改變的基本事件。若要防止此類基本事件誘發(fā)彈藥保障系統(tǒng)的事故事件，只能通過(guò)截?cái)嘤绊懲緩降姆绞?，即在彈藥方艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加入相關(guān)防護(hù)功能，為彈藥儲(chǔ)存提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境條件。跌落和振動(dòng)是彈藥保障系統(tǒng)的力學(xué)環(huán)境因素，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)激勵(lì)會(huì)給彈藥造成損傷[9-10]。因?yàn)閺椝幈Ｕ舷到y(tǒng)的運(yùn)行離不開(kāi)裝卸和運(yùn)輸作業(yè)，所以這兩個(gè)力學(xué)環(huán)境因素也是彈藥保障系統(tǒng)不可避免的基本事件。為防止跌落和振動(dòng)事件誘發(fā)彈藥保障系統(tǒng)事故事件的發(fā)生，只能通過(guò)增加彈藥方艙的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和衰減能量傳遞的方式，避免方艙結(jié)構(gòu)損傷，保證彈藥方艙內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性。因此，為了避免彈藥保障系統(tǒng)事故事件的發(fā)生，彈藥方艙必須要針對(duì)高溫、低溫、高濕、淋雨、鹽霧、沙塵、跌落、振動(dòng)等8類環(huán)境條件進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)功能設(shè)計(jì)。其中高溫、低溫要求彈藥方艙具備良好的保溫和密封性能；高濕、淋雨要求彈藥方艙具備較好地密封條件；鹽霧、沙塵要求彈藥方艙具備較強(qiáng)的防腐蝕能力；跌落與振動(dòng)要求彈藥方艙具備抗沖擊和減振的能力。

5 結(jié)論

彈藥方艙必須要具有保溫、密封、防腐蝕和抗沖擊減振等防護(hù)功能，保證其內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性，為彈藥提供一個(gè)適于儲(chǔ)存的環(huán)境條件，才能有效降低彈藥保障系統(tǒng)事故事件的發(fā)生概率。