64052

Разработка генетического алгоритма

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

Целью данной дипломной работы является разработка генетического алгоритма, в котором поэтапно описывается решение задачи о нахождении кратчайшего маршрута в существующей системе дорог. Задачи: проанализировать возможности генетических алгоритмов...

Русский

2014-06-30

1.98 MB

10 чел.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 2

1. Общая часть 4

1.1 Естественный отбор в природе 4

1.2 Представление объектов. Кодирование признаков 5

1.3 Основные генетические операторы 6

1.4 Схема функционирования генетического алгоритма 8

2. Основная часть 12

2.1 Задачи, решаемые с помощью генетических алгоритмов 12

2.2  Математическая постановка задачи оптимизации 12

2.3 Решение Диофантова уравнения 13

2.4 Пути решения задач оптимизации 16

2.5 Решение задачи коммивояжера 19

3 Охрана труда 23

3.1 Общие положения 23

3.2 Техника безопасности при работе с компьютером 23

3.3 Программа  проведения вводного  инструктажа 24

3.4 Программа инструктажа на рабочем месте 25

3.5 Правила безопасной работы в Internet 26


ВВЕДЕНИЕ

Природа поражает своей сложностью и богатством проявлений. Среди примеров можно назвать сложные социальные системы, иммунные и нейронные системы, сложные взаимосвязи между видами. Они - всего лишь некоторые из чудес, ставшие очевидными при глубоком исследовании природы вокруг нас. Наука - это одна из систем, которая объясняет окружающее и помогает приспособиться к новой информации, получаемой из внешней среды. Многое из того, что мы видим и наблюдаем, можно объяснить теорией эволюции через наследственность, изменение и отбор. 

На мировоззрение людей сильно повлияла теория эволюции Чарльза Дарвина, представленная в работе "Происхождение Видов", в 1859 году. Множество областей научного знания многим обязана революции, вызванной теорией эволюции и развития. Но Дарвин, подобно многим современникам, предполагающим, что в основе развития лежит естественный отбор, не мог не ошибаться. Например, он не смог показать механизм наследования, при котором поддерживается изменчивость. Однако Дарвин обнаружил главный механизм развития: отбор в соединении с изменчивостью. Во многих случаях, специфические особенности развития через изменчивость и отбор все еще не бесспорные, однако, основные механизмы объясняют невероятно широкий спектр явлений, наблюдаемые в Природе.  Поэтому не удивительно, что ученые, занимающиеся компьютерными исследованиями, в поисках вдохновения обратились к теории эволюции. Возможность того, что вычислительная система, наделенная простыми механизмами изменчивости и отбора, могла бы функционировать по аналогии с законами эволюции в естественных системах, была очень привлекательной. Эта надежда является причиной появления ряда вычислительных систем, построенных на принципах естественного отбора.

Итак, в природе постоянно происходит процесс решения задач оптимизации. Задачи оптимизациинаиболее распространенный и важный для практики класс задач. Их приходится решать каждому из нас либо в быту, распределяя свое время между различными делами, либо на работе, добиваясь максимальной скорости работы программы или максимальной доходности компаниив зависимости от должности.    

Благодаря открытиям последних ста лет современной науке известны все основные механизмы эволюции, связанные с генетическим наследованием. Эти механизмы достаточно просты по своей идее, но остроумны (если к природе применимо это слово) и эффективны. Удивительно, но простое моделирование эволюционного процесса на компьютере позволяет получить решения многих практических задач. Такие модели получили названиегенетические алгоритмыи уже широко применяются в различных областях.    

В процессе изучения различных подходов к решению задач оптимизации нами выдвигается гипотеза что,  решение задач оптимизации возможно с помощью генетических алгоритмов.

Объектом изучения данной дипломной работы являются генетические алгоритмы.

Предмет изученияприменение генетических алгоритмов для нахождения решения оптимизационной задачи.

Методы исследования:

  •  сбор и анализ литературных источников по данной теме;
  •  изучение особенностей создания и использования генетических алгоритмов;
  •  моделирование работы генетического алгоритма на компьютере применимо к нахождению решения задачи оптимизации.

Целью данной дипломной работы является разработка генетического алгоритма ,  в котором поэтапно описывается решение задачи о нахождении кратчайшего маршрута в существующей системе дорог. 

Задачи:

  1.  проанализировать возможности генетических алгоритмов;
  2.  изучить особенности генетических алгоритмов;
  3.  создание электронного пособия по основам генетических алгоритмов;


1. Общая часть

1.1 Естественный отбор в природе

“XIX веке Чарльз Дарвин совершил кругосветное плавание, собирая информацию для теории эволюции на основе естественного отбора, при котором выживает сильнейший. Мог ли он предполагать, что сто лет спустя математики будут использовать эту теорию для решения задачи об оптимальном маршруте кругосветного путешествия с остановками на многих маленьких островах?..

Автор: РОСС КЛЕМЕНТ 

Опубликовано в журнале "Компьютерра" №11 от 16 марта 1999 года

Ключевую роль в эволюционной теории играет естественный отбор. Его суть состоит в том, что наиболее приспособленные особи лучше выживают и приносят больше потомков, чем менее приспособленные. Заметим, что сам по себе естественный отбор еще не обеспечивает развитие биологического вида. Поэтому очень важно понять, каким образом происходит наследование, то есть как свойства потомка зависят от свойств родителей. 

Основной закон наследования интуитивно понятен каждому - он состоит в том, что потомки похожи на родителей. В частности, потомки более приспособленных родителей будут, скорее всего, одними из наиболее приспособленных в своем поколении. Чтобы понять, на чем основано это сходство, нужно немного углубиться в построение естественной клетки - в мир генов и хромосом. 

Почти в каждой клетке любой особи есть набор хромосом, несущих информацию об этой особи. Основная часть хромосомы - нить ДНК, определяющая, какие химические реакции будут происходить в данной клетке, как она будет развиваться и какие функции выполнять. Ген - это отрезок цепи ДНК, ответственный за определенное свойство особи, например за цвет глаз, тип волос, цвет кожи и т.д. При размножении животных происходит слияние двух родительских половых клеток и их ДНК взаимодействуют, образуя ДНК потомка. Основной способ взаимодействия - кроссовер (cross-over, скрещивание). При кроссовере ДНК предков делятся на две части, а затем обмениваются своими половинками. 

При наследовании возможны мутации из-за радиоактивности или других влияний, в результате которых могут измениться некоторые гены в половых клетках одного из родителей. Измененные гены передаются потомку и придают ему новые свойства. Если эти новые свойства полезны, они, скорее всего, сохранятся в данном виде - при этом произойдет скачкообразное повышение приспособленности вида. Впервые подобный алгоритм был предложен в 1975 году Джоном Холландом (John Holland) в Мичиганском университете. Он получил название «репродуктивный план Холланда» и лег в основу практически всех вариантов генетических алгоритмов. Однако, перед тем как мы его рассмотрим подробнее, необходимо остановится на том, каким образом объекты реального мира могут быть закодированы для использования в генетических алгоритмах.

1.2 Представление объектов. Кодирование признаков

Из биологии мы знаем, что любой организм может быть представлен своим фенотипом, который фактически определяет, чем является объект в реальном мире, и генотипом, который содержит всю информацию об объекте на уровне хромосомного набора. При этом каждый ген, то есть элемент информации генотипа, имеет свое отражение в фенотипе. Таким образом, для решения задач нам необходимо представить каждый признак объекта в форме, подходящей для использования в генетическом алгоритме. Все дальнейшее функционирование механизмов генетического алгоритма производится на уровне генотипа, позволяя обойтись без информации о внутренней структуре объекта, что и обуславливает его широкое применение в самых разных задачах.

В наиболее часто встречающейся разновидности генетического алгоритма для представления генотипа объекта применяются битовые строки. При этом каждому атрибуту объекта в фенотипе соответствует один ген в генотипе объекта. Ген представляет собой битовую строку, чаще всего фиксированной длины, которая представляет собой значение этого признака.

Для кодирования таких признаков можно использовать самый простой вариантбитовое значение этого признака. Тогда нам будет весьма просто использовать ген определенной длины, достаточной для представления всех возможных значений такого признака. Таким кодом является код Грея, который целесообразно использовать в реализации генетического алгоритма. Значения кодов Грея рассмотрены в таблице 1.

Таблица 1 - Значение кодов Грея

Двоичное кодирование

Кодирование по коду Грея

десятичное

двоичное

шестнадца-

теричное

десятичное

двоичное

шестнадца-

теричное

0

h

h

1

h

h

2

h

h

3

h

h

4

h

h

5

h

h

6

h

h

7

h

h

8

h

Ch

9

h

Dh

10

Ah

Fh

11

Bh

Eh

12

Ch

Ah

13

Dh

Bh

14

Eh

h

15

Fh

h

Таким образом, для того, чтобы определить фенотип объекта (то есть значения признаков, описывающих объект) нам необходимо только знать значения генов, соответствующим этим признакам, то есть генотип объекта. При этом совокупность генов, описывающих генотип объекта, представляет собой хромосому. В некоторых реализациях ее также называют особью. Таким образом, в реализации генетического алгоритма хромосома представляет собой битовую строку фиксированной длины. При этом каждому участку строки соответствует ген. Длина генов внутри хромосомы может быть одинаковой или различной. Чаще всего применяют гены одинаковой длины. Рассмотрим пример хромосомы и интерпретации ее значения. Допустим, что у объекта имеется 5 признаков, каждый закодирован геном длиной в 4 элемента. Тогда длина хромосомы будет 5*4=20 бит. Теперь мы можем определить значения признаков (таблица 2).

Таблица 2Определение значения признаков

Признак

Значение гена

Двоичное значение признака

Десятичное значение признака

Признак 1

Признак 2

Признак 3

Признак 4

Признак 5

1.3 Основные генетические операторы

Как известно в теории эволюции важную роль играет то, каким образом признаки родителей передаются потомкам. В генетических алгоритмах за передачу признаков родителей потомкам отвечает оператор, который называется скрещивание (его также называют кроссовер или кроссинговер). Этот оператор определяет передачу признаков родителей потомкам. Действует он следующим образом:

  •  из популяции выбираются две особи, которые будут родителями;
  •  определяется (обычно случайным образом) точка разрыва;
  •  потомок определяется как конкатенация части первого и второго родителя.

Рассмотрим функционирование этого оператора (таблица 3):


Таблица 3Основной генетический оператор

Хромосома_1:

Хромосома_2:

Допустим, разрыв происходит после 3-го бита хромосомы, тогда получаем, тот результат который отображен в таблице 4.

Таблица 4Генетический оператор Кроссенговера

Хромосома_1:

>>

Результирующая хромосома 1

Хромосома_2:

>>

Результирующая хромосома 2

Итак, рассмотрим все же операторы по порядку:

) кроссинговер - создание структуры, основанной на двух структурах - заменой одной части первой структуры на ту же область во второй. 

Пример: из (A, B, C, D, E) и (a, b, c, d, e) получится (A, B, c, d, E).

Затем с вероятностью 0,5 определяется одна из результирующих хромосом в качестве потомка.

Следующий генетический оператор предназначен для того, чтобы поддерживать разнообразие особей с популяции. Он называется оператором мутации. При использовании данного оператора каждый бит в хромосоме с определенной вероятностью инвертируется. Кроме того, используется еще и так называемый оператор инверсии, который заключается в том, что хромосома делится на две части, и затем они меняются местами. Схематически это можно представить следующим образом (таблица 5):

Таблица 5Генетический оператор инверсии

000

>>

) инверсия - перестановка в структуре некоторой ее части наоборот 

Пример: из (1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0) получится (1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0). 

) мутация - замена в структуре одного из значений случайно выбранной компоненты 

Пример: из (1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0) получится (1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0).

В принципе для функционирования генетического алгоритма достаточно этих двух генетических операторов, но на практике применяют еще и некоторые дополнительные операторы или модификации этих двух операторов. Например, кроссовер может быть не одноточечный (как было описано выше), а многоточечный, когда формируется несколько точек разрыва (чаще всего две). Кроме того, в некоторых реализациях алгоритма оператор мутации представляет собой инверсию только одного случайно выбранного бита хромосомы.

1.4 Схема функционирования генетического алгоритма

Теперь, зная как интерпретировать значения генов, перейдем к описанию функционирования генетического алгоритма. Рассмотрим схему функционирования генетического алгоритма в его классическом варианте.

Инициировать начальный момент времени t=0 . Случайным образом сформировать начальную популяцию, состоящую из k особей.  

Вычислить приспособленность каждой особи и популяции в целом (также иногда называемую термином фиттнес). Значение этой функции определяет насколько хорошо подходит особь, описанная данной хромосомой, для решения задачи. 

Этапы фиттнес функции:

1. Выбрать особь  из популяции.  

2. С определенной вероятностью (вероятностью кроссовера ) выбрать вторую особь из популяции и произвести оператор кроссовера.

3. С определенной вероятностью (вероятностью мутации) выполнить оператор мутации. 

. С определенной вероятностью (вероятностью инверсии ) выполнить оператор инверсии.

. Поместить полученную хромосому в новую популяцию 

. Выполнить операции, начиная с пункта 3, k раз. 

. Увеличить номер текущей эпохи t=t+1. 

. Если выполнилось условие остановки, то завершить работу, иначе переход на шаг 2.

Распишем более подробно следующие этапы:

1. Выбор родительской пары

Первый подход самый простой - это случайный выбор родительской пары ("панмиксия"), когда обе особи, которые составят родительскую пару, случайным образом выбираются из всей популяции, причем любая особь может стать членом нескольких пар. Несмотря на простоту, такой подход универсален для решения различных классов задач. Однако он достаточно критичен к численности популяции, поскольку эффективность алгоритма, реализующего такой подход, снижается с ростом численности популяции. 

Второй способ выбора особей в родительскую пару - так называемый селективный. Его суть состоит в том, что "родителями" могут стать только те особи, значение приспособленности которых не меньше среднего значения приспособленности по популяции, при равной вероятности таких кандидатов составить брачную пару. Такой подход обеспечивает более быструю сходимость алгоритма. Однако из-за быстрой сходимости селективный выбор родительской пары не подходит тогда, когда ставиться задача определения нескольких экстремумов, поскольку для таких задач алгоритм, как правило, быстро сходится к одному из решений. Кроме того, для некоторого класса задач со сложным ландшафтом приспособленности быстрая сходимость может превратиться в преждевременную сходимость к квазиоптимальному решению. Этот недостаток может быть отчасти компенсирован использованием подходящего механизма отбора (о чем будет сказано ниже), который бы "тормозил" слишком быструю сходимость алгоритма. 

Другие два способа формирования родительской пары, на которые хотелось бы обратить внимание, это инбридинг и аутбридинг. Оба эти метода построены на формировании пары на основе близкого и дальнего "родства" соответственно. Под "родством" здесь понимается расстояние между членами популяции как в смысле геометрического расстояния особей в пространстве параметров. В связи с этим будем различать генотипный и фенотипный (или географический) инбридинг и аутбридинг. Под инбридингом понимается такой метод, когда первый член пары выбирается случайно, а вторым с большей вероятностью будет максимально близкая к нему особь. Аутбридинг же, наоборот, формирует брачные пары из максимально далеких особей. Использование генетических инбридинга и аутбридинга оказалось более эффективным по сравнению с географическим для всех тестовых функций при различных параметрах алгоритма. Наиболее полезно применение обоих представленных методов для многоэкстремальных задач. Однако два этих способа по-разному влияют на поведение генетического алгоритма. Так инбридинг можно охарактеризовать свойством концентрации поиска в локальных узлах, что фактически приводит к разбиению популяции на отдельные локальные группы вокруг подозрительных на экстремум участков ландшафта, напротив аутбридинг как раз направлен на предупреждение сходимости алгоритма к уже найденным решениям, заставляя алгоритм просматривать новые, неисследованные области. 

2. Механизм отбора 

Обсуждение вопроса о влиянии метода создания родительских пар на поведение генетического алгоритма невозможно вести в отрыве от реализуемого механизма отбора при формировании нового поколения. Наиболее эффективные два механизма отбора элитный и отбор с вытеснением. 

Идея элитного отбора, в общем, не нова, этот метод основан на построении новой популяции только из лучших особей репродукционной группы, объединяющей в себе родителей, их потомков и мутантов. В основном это объясняют потенциальной опасностью преждевременной сходимости, отдавая предпочтение пропорциональному отбору. Быстрая сходимость, обеспечиваемая элитным отбором, может быть, когда это необходимо, с успехом компенсирована подходящим методом выбора родительских пар, например аутбридингом. Именно такая комбинация "аутбридинг - элитный отбор" является одной из наиболее эффективной. Второй метод, на котором хотелось бы остановиться, это отбор вытеснением. Будет ли особь из репродукционной группы заноситься в популяцию нового поколения, определяется не только величиной ее приспособленности, но и тем, есть ли уже в формируемой популяции следующего поколения особь с аналогичным хромосомным набором. Из всех особей с одинаковыми генотипами предпочтение сначала, конечно же, отдается тем, чья приспособленность выше. Таким образом, достигаются две цели: во-первых, не теряются лучшие найденные решения, обладающие различными хромосомными наборами, а во-вторых, в популяции постоянно поддерживается достаточное генетическое разнообразие. Вытеснение в данном случае формирует новую популяцию скорее из далеко расположенных особей, вместо особей, группирующихся около текущего найденного решения. Этот метод особенно хорошо себя показал при решении многоэкстремальных задач, при этом помимо определения глобальных экстремумов появляется возможность выделить и те локальные максимумы, значения которых близки к глобальным.

Итак, изложенный подход к изучению генетических алгоритмов является эвристическим, т. е. показывает хорошие результаты на практике, но плохо поддается теоретическому исследованию и обоснованию. Естественно задать вопросследует ли пользоваться такими алгоритмами, не имеющими строгого математического обоснования?

Как и в вопросе о нейронных сетях, здесь нельзя ответить однозначно. С одной стороны, в математике существует достаточно большой класс абсолютно надежных (в смысле гарантии получения точного решения) методов решения различных задач. С другой стороны, речь идет о действительно сложных практических задачах, в которых эти надежные методы часто неприменимы. Нередко эти задачи выглядят настолько необозримыми, что не предпринимается даже попыток их осмысленного решения.

Например, фирма, занимающаяся транспортными перевозками, в современных условиях российского бизнеса скорее предпочтет нанять лишних водителей и повысить цены на свои услуги, чем оптимизировать маршруты и расписания поездок. На западном рынке, где уже давно действуют законы более или менее честной конкуренции, оптимальность деятельности компании значительно влияет на ее доходы и даже может стать решающим фактором для ее выживания. Поэтому любые идеи, позволяющие компании статьумнеесвоих конкурентов, находят там широкое применение. 

Генетические алгоритмыреализация одной из наиболее популярных идей такого рода. Эта популярность вызвана, по-видимому, исключительной красотой подхода и его близостью к природному механизму. Подобным образом популярность нейросетевой технологии подогревается во многом ее сходством с работой мозга. По-настоящему активное развитие эвристических подходов непосредственно связано с развитием свободного рынка и экономики в целом.

Таким образом, задав условия жизни в некотором виртуальном мире и заселив его представителями с определенными свойствами, после процессов скрещивания, мутации и естественного отбора, аналоги которых происходят и в реальном мире, мы стабильно получаем особь, свойства которой отвечают ранее заданным требованиям. Успешное решение задачи заставляет восхищаться мудростью природы, реализовавшей такой удивительно несложный и потрясающе эффективный механизм. Этот факт наводит на мысль о том, что понимание проверенных веками законов природы позволяет использовать их при решении, казалось бы, и далеких от нее задач, частным случаем которых является рассмотренные далее задачи оптимизации.


2. Основная часть

2.1 Задачи, решаемые с помощью генетических алгоритмов

Теперь мы с вами понимаем, на чем основаны принципы работы генетических алгоритмов. Но для решения каких задач реализуются эти алгоритмы?  Итак, в этой главе нами будут рассмотрены задачи оптимизации, их математическая постановка и пути решения. Так же нами будут рассмотрены решение Диофантова уравнения и задачи коммивояжера.

Задачи оптимизациинаиболее  распространенный и важный для практики класс задач. Их приходится решать любому из нас или в быту, распределяя свое время между разными делами, или на работе, добиваясь максимальной скорости работы программы или максимальной прибыльности компаниив зависимости от должности. 

2.2  Математическая постановка задачи оптимизации

Постановка задачи оптимизации включает в себя множество допустимых решений и числовую функцию, определенную на этом множестве, которая называется целевой функцией.

Нельзя отождествлять критерий (критерии) оптимальности и целевую функцию.

Целевая функцияэто аналитическая зависимость между критерием (критериями) оптимальности и подлежащими оптимизации параметрами с указанием направления экстремума.

Отличие понятий «критерий» и «целевая функция» состоит в следующем:

1. Целевая функция может включать в себя более одного критерия.

. Для целевой функции всегда и обязательно указывается вид экстремума:

Различают два вида задач оптимизации:

  1.  Задачу минимизации.
  2.  Задачу максимизации.

Чтобы решить задачу минимизации функции на множестве, необходимо найти такой вектор (а также соответствующее значение целевой функции), чтобы неравенство: выполнялось для всех. При этом называют оптимальным решением (точнее здесьминимальным решением), а - оптимумом (минимумом).

Чтобы решить задачу максимизации функции на множестве, необходимо найти такой вектор (а также соответствующее значение целевой функции), чтобы неравенство: выполнялось для всех. При этом называют оптимальным (максимальным) решением, а –оптимумом (максимумом).

В общем виде находится именно вектор, т.к., например, при решении двухпараметрической задачи, он будет включать в себя два параметра, трехпараметрическойтри параметра и т.д.

2.3 Решение Диофантова уравнения

Рассмотрим Диофантово (только целые решения) уравнение: a+2b+3c+4d=30, где a, b, c и d - некоторые положительные целые. Применение ГА за очень короткое время находит искомое решение (a, b, c, d).

Конечно, Вы можете спросить: почему бы не использовать метод грубой силы: просто не подставить все возможные значения a, b, c, d (очевидно, 1 <= a,b,c,d <= 30) ?

Архитектура ГА-систем позволяет найти решение быстрее за счет более 'осмысленного' перебора. Мы не перебираем все подряд, но приближаемся от случайно выбранных решений к лучшим.

Для начала выберем 5 случайных решений: 1 =< a,b,c,d =< 30. Вообще говоря, мы можем использовать меньшее ограничение для b,c,d, но для упрощения пусть будет 30 (таблица 6).

Таблица 6Первое поколение хромосом

Хромосома

(a,b,c,d)

1

(1,28,15,3)

2

(14,9,2,4)

3

(13,5,7,3)

4

(23,8,16,19)

5

(9,13,5,2)

Чтобы вычислить коэффициенты выживаемости (fitness), подставим каждое решение в выражение a+2b+3c+4d. Расстояние от полученного значения до 30 и будет нужным значением (таблица 7).

Таблица 7 - Коэффициенты выживаемости первого поколения хромосом (набора решений)

Хромосома

Коэффициент выживаемости

1

|114-30|=84

2

|54-30|=24

3

|56-30|=26

4

|163-30|=133

5

|58-30|=28

Так как меньшие значения ближе к 30, то они более желательны. В нашем случае большие численные значения коэффициентов выживаемости подходят, увы, меньше. Чтобы создать систему, где хромосомы с более подходящими значениями имеют большие шансы оказаться родителями, мы должны вычислить, с какой вероятностью (в %) может быть выбрана каждая. Одно решение заключается в том, чтобы взять сумму обратных значений коэффициентов, и исходя из этого вычислять проценты (таблица 8). Все решения были сгенерированы Генератором Случайных ЧиселГСЧ.

Таблица 8 - Вероятность оказаться родителем

Хромосома

Подходимость

1

(1/84)/0.135266 = 8.80%

2

(1/24)/0.135266 = 30.8%

3

(1/26)/0.135266 = 28.4%

4

(1/133)/0.135266 = 5.56%

5

(1/28)/0.135266 = 26.4%

Для выбора 5-и пар родителей (каждая из которых будет иметь 1 потомка, всего - 5 новых решений), представим, что у нас есть 10000-стонняя игральная кость, на 880 сторонах отмечена хромосома 1, на 3080 - хромосома 2, на 2640 сторонах - хромосома 3, на 556 - хромосома 4 и на 2640 сторонах отмечена хромосома 5. Чтобы выбрать первую пару, кидаем кость два раза и выбираем выпавшие хромосомы. Таким же образом выбирая остальных, получаем результат в таблице 9. 

Таблица 9 - Симуляция выбора родителей

Хромосома отца

Хромосома матери

3

5

3

2

5

Каждый потомок содержит информацию о генах и отца и от матери. Вообще говоря, это можно обеспечить различными способами, однако в нашем случае можно использовать т.н. "кроссовер" (cross-over). Пусть мать содержит следующий набор решений: a1,b1,c1,d1, а отец - a2,b2,c2,d2, тогда возможно 6 различных кроссоверов (| = разделительная линия) (таблица 10): 


Таблица
 10 - Кроссоверы между родителями

Хромосома-отец

Хромосома-мать

Хромосома-потомок

a1 | b1,c1,d1

a2 | b2,c2,d2

a1,b2,c2,d2 or a2,b1,c1,d1

a1,b1 | c1,d1

a2,b2 | c2,d2

a1,b1,c2,d2 or a2,b2,c1,d1

a1,b1,c1 | d1

a2,b2,c2 | d2

a1,b1,c1,d2 or a2,b2,c2,d1

Есть достаточно много путей передачи информации потомку, и кроссовер - только один из них. Расположение разделителя может быть абсолютно произвольным, как и то, отец или мать будут слева от черты. 

А теперь попробуем проделать это с нашими потомками и выведем результаты в таблицу 11.

Таблица 11 - Симуляция кроссоверов хромосом родителей

Хромосома-отец

Хромосома-мать

Хромосома-потомок

(13 | 5,7,3)

(1 | 28,15,3)

(13,28,15,3)

(9,13 | 5,2)

(14,9 | 2,4)

(9,13,2,4)

(13,5,7 | 3)

(9,13,5 | 2)

(13,5,7,2)

(14 | 9,2,4)

(9 | 13,5,2)

(14,13,5,2)

(13,5 | 7, 3)

(9,13 | 5, 2)

(13,5,5,2)

Теперь мы можем вычислить коэффициенты выживаемости (fitness) потомков (таблица 12).

Таблица 12 - Коэффициенты выживаемости потомков (fitness)

Хромосома-потомок

Коэффициент выживаемости

(13,28,15,3)

|126-30|=96

(9,13,2,4)

|57-30|=27

(13,5,7,2)

|57-30|=22

(14,13,5,2)

|63-30|=33

(13,5,5,2)

|46-30|=16

Средняя приспособленность (fitness) потомков оказалась 38.8, в то время как у родителей этот коэффициент равнялся 59.4. Следующее поколение может мутировать. Например, мы можем заменить одно из значений какой-нибудь хромосомы на случайное целое от 1 до 30. Продолжая, таким образом, одна хромосома, в конце концов, достигнет коэффициента выживаемости 0, то есть станет решением. Системы с большей популяцией (например, 50 вместо 5-и) сходятся к желаемому уровню (0) более быстро и стабильно.

2.4 Пути решения задач оптимизации

Генетический алгоритм - новейший, но не единственно возможный способ решения задач оптимизации. С давних пор известны два основных пути решения таких задач - переборный и локально-градиентный. У этих методов свои достоинства и недостатки, и в каждом конкретном случае следует подумать, какой из них выбрать.

Рассмотрим достоинства и недостатки стандартных и генетических методов на примере классической задачи коммивояжера (TSP - travelling salesman problem). Суть задачи состоит в том, чтобы найти кратчайший замкнутый путь  обхода нескольких городов, заданных своими координатами (рис. 1). Оказывается, что уже для 30 городов поиск оптимального пути представляет собой сложную задачу, побудившую развитие различных новых методов (в том числе нейросетей и генетических алгоритмов). 

Рисунок 1 – Графическое изображение кратчайшего пути

Каждый вариант решения (для 30 городов) - это числовая строка, где на j-ом месте стоит номер j-ого по порядку обхода города. Таким образом, в этой задаче 30 параметров, причем не все комбинации значений допустимы. Естественно, первой идеей является полный перебор всех вариантов обхода. 

Переборный метод наиболее прост по своей сути и тривиален в программировании (рис. 2). Для поиска оптимального решения (точки максимума целевой функции) требуется последовательно вычислить значения целевой функции во всех возможных точках, запоминая максимальное из них.

Рисунок 2Графическое изображение переборного метода

Недостатком этого метода является большая вычислительная стоимость. В частности, в задаче коммивояжера потребуется просчитать длины более 1030 вариантов путей, что совершенно нереально. Однако, если перебор всех вариантов за разумное время возможен, то можно быть абсолютно уверенным в том, что найденное решение действительно оптимально.

Второй популярный способ основан на методе градиентного спуска (рис. 3). При этом вначале выбираются некоторые случайные значения параметров, а затем эти значения постепенно изменяют, добиваясь наибольшей скорости роста целевой функции. Достигнув локального максимума, такой алгоритм останавливается, поэтому для поиска глобального оптимума потребуются дополнительные усилия.

Рисунок 3 - Графическое изображение метода градиентного спуска

Градиентные методы работают очень быстро, но не гарантируют оптимальности найденного решения. Они идеальны для применения в так называемых унимодальных задачах, где целевая функция имеет единственный локальный максимум (он же - глобальный). Легко видеть, что задача коммивояжера унимодальной не является. 

Типичная практическая задача, как правило, мультимодальна  и многомерна, то есть содержит много параметров. Для таких задач не существует ни одного универсального метода, который позволял бы достаточно быстро найти абсолютно точное решение (рис. 4).


Рисунок 4Графическое изображение смешанного метода

Однако, комбинируя переборный и градиентный методы, можно надеяться получить хотя бы приближенное решение, точность которого будет возрастать при увеличении времени расчета (рис. 5).

Рисунок 5 – Графическое изображение приближенного решения 

Генетический алгоритм представляет собой именно такой комбинированный метод (рис. 6). Механизмы скрещивания и мутации в каком-то смысле реализуют переборную часть метода, а отбор лучших решений - градиентный спуск. На рисунке показано, что такая комбинация позволяет обеспечить устойчиво хорошую эффективность генетического поиска для любых типов задач. 

Итак, если на некотором множестве задана сложная функция от нескольких переменных, то генетический алгоритм - это программа, которая за разумное время находит точку, где значение функции достаточно близко к максимально возможному. Выбирая приемлемое время расчета, мы получим одно из лучших решений, которые вообще возможно получить за это время.

Рисунок 6Графическое изображение комбинированного метода

2.5 Решение задачи коммивояжера

Задача коммивояжера является классической оптимизационной задачей. Суть ее заключается в следующем. Дано множество из п городов и матрица расстояний между ними или стоимостей переезда (в зависимости от интерпретации). Цель коммивояжераобъехать все эти города по кратчайшему пути или с наименьшими затратами на поездку. Причем в каждом городе он должен побывать один раз и свой путь закончить в том же городе, откуда начал.

Для решения предлагается следующая задача: имеется пять городов, стоимость переезда между которыми представлена следующей матрицей (таблица 13):

Таблица 13 – Матрица стоимости переезда

1

2

3

4

5

Для решения задачи применим следующий генетический алгоритм. Решение представим в виде перестановки чисел от 1 до 5, отображающей последовательность посещения городов. А значение целевой функции будет равно стоимости всей поездки, вычисленной в соответствии с вышеприведенной матрицей. Сразу заметим, что одним из оптимальных решений задачи является последовательность 514235 стоимостью 25.

Заметим, что чем меньше значение целевой функции, тем лучше. То есть целью в данном случае является поиск минимума целевой функции.

В качестве оператора скрещивания выберем процедуру, похожую на двухточечный оператор скрещивания. Поясним его работу на примере. Пусть есть две родительские перестановки (12345) и (34521). Случайно и равновероятно выбираются две точки разрыва. Для примера возьмем ситуацию, когда первая точка разрыва находится между первым и вторым элементами перестановки, а вторая точкамежду четвертым и пятым: (1 | 2 3 4 | 5), (3 | 4 52 | 1). На первом этапе перестановки обмениваются фрагментами, заключенными между точками разрыва: (* | 452 | *) , (* | 234 | *). На втором этапе вместо звездочек вставляются соответствующие числа из исходной родительской перестановки, начиная со второго числа выделенного фрагмента и пропуская уже имеющиеся в новой перестановке числа. В данном случае в первой перестановке (1 | 234 | 5) таким начальным числом является 3, за ним идет 4, которое есть в новой перестановке, и мы его пропускаем, также пропускаем число 5, переходим на начало перестановки и выбираем число 1. В итоге вместо (* | 4 5 2 | *) получаем (34521), аналогично из (3| 452|1) и (*|234|*) получаем (52341).

Оператор мутации будет представлять собой случайную перестановку двух чисел в хромосоме, также выбранных случайно по равномерному закону. Вероятность мутации 0,01. Размер популяции выберем равным 4.

Исходная популяция представлена в таблице 14.

Таблица 14Исходная популяция

строки

Код

Значение целевой 

функции

Вероятность участия в процессе размножения

1

/122

2

/122

3

/122

4

/122

Пусть для скрещивания были выбраны следующие пары: (1, 3) и (2, 4). В результате были получены потомки, представленные в таблице 15.


Таблица 15 – Результаты скрещивания пар

строки

Родители

Потомки

Значение целевой функции для потомков

1

|23|45

|43|12

32

3

|43|12

|23|54

мутация 13254

2

|143|5

|312|5

32

4

|312|5

|143|5

Пусть для потомка (12354) сработал оператор мутации, и обменялись местами числа 2 и 3. В данном случае строка (12354) изменилась и приняла значение (13254). Популяция первого поколения после отсечения худших особей в результате работы оператора редукции приняла вид, представленный в таблице 16.

Таблица 16 – Результат работы оператора репродукции

строки

Код

Значение целевой функции

Вероятность участия в процессе размножения

1(1)

/122

2(2)

28/122

3(н)

/122

4(н)

/122

Пусть для получения второго поколения были выбраны следующие пары строк: (1,4) и (2, 3). И в результате были получены потомки, показанные в таблице 17.

Таблица 17Целевая функция потомков

строки

Родители

Потомки

Значение целевой функции для потомков

1

|123|45

|214|35

4

|214|35

|123|45

2

|21|435

|13|452

3

|13|254

|21|354

Популяция второго поколения после отсечения худших особей приняла вид, показанный в таблице 18.


Таблица 18Популяция второго поколения

строки

Код

Значение целевой функции

Вероятность участия в процессе размножения

1(1)

/111

2(2)

/111

3(3)

/111

4(н)

/111

Таким образом, после двух итераций значение целевой функции для лучшего решения изменилось с 29 на 28, среднее значение изменилось с 30,5 до 28,75, а общее качество с 122 до 111. То есть также налицо незначительное, но улучшение популяции.

Существует множество вариантов задач оптимизации. Особенно трудно переоценить их значимость в математической экономике. При рассмотрении их основных путей решения а так же на примере решения Диофантова уравнения и задачи коммивояжера можно убедится в том, что генетический алгоритм является наиболее универсальным методом решения.


3 Охрана труда

3.1 Основные понятия

  •  аттестация производственных объектов по условиям труда - деятельность по оценке производственных объектов, цехов, участков,
  •  рабочих мест с целью определения состояния безопасности, вредности, тяжести, напряженности выполняемых на них работ, гигиены труда и определения соответствия условий производственной среды нормативам условий труда;
  •  безопасность труда - состояние защищенности работника, обеспеченное комплексом мероприятий, исключающих вредное и опасное воздействие на работников в процессе трудовой деятельности;
  •  безопасные условия труда - условия труда, созданные работодателем, при которых воздействие на работника вредных и опасных производственных факторов отсутствует либо уровень их воздействия не превышает нормы безопасности;
  •  безопасность производственного оборудования - соответствие производственного оборудования требованиям безопасности труда при выполнении им заданных функций в условиях, установленных нормативно-технической и проектной документацией;
  •  безопасность производственного процесса - соответствие производственного процесса требованиям безопасности труда в условиях, установленных нормативно-технической документацией;
  •  вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к заболеванию или снижению трудоспособности;
  •  вредные (особо вредные) условия труда - условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит к снижению работоспособности или заболеванию работника;
  •  гигиена труда - комплекс санитарно-гигиенических мер и средств по сохранению здоровья работников, профилактике неблагоприятного воздействия производственной среды и трудового процесса;
  •  мониторинг безопасности и охраны труда - система наблюдений за состоянием безопасности и охраны труда на производстве, а также оценка и прогноз состояния безопасности и охраны труда в республике;
  •  несчастный случай на производстве - воздействие на работника производственного фактора при выполнении им трудовых (служебных) обязанностей или заданий работодателя, в результате которого произошли травма, внезапное ухудшение здоровья или отравление работника, которые привели его к временной или стойкой утрате трудоспособности, профессиональному заболеванию либо смерти;
  •  нормы безопасности - качественные и количественные показатели, характеризующие условия производства, производственный и трудовой процесс с точки зрения обеспечения организационных, технических, санитарно-гигиенических, биологических и иных норм, правил, процедур и критериев, направленных на сохранение жизни и здоровья работников в процессе их трудовой деятельности;
  •  нормативы условий труда - нормативы, содержащие эргономические, санитарно-гигиенические и психофизиологические и иные требования, обеспечивающие нормальные условия труда;
  •  общественный инспектор по охране труда - представитель работников, осуществляющий общественный контроль в области безопасности и охраны труда, назначаемый профсоюзным органом организации, а при отсутствии профсоюза - общим собранием работников;
  •  опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к временной или стойкой утрате трудоспособности (трудовому увечью или профессиональному заболеванию) или смерти;
  •  опасные (особо опасные) условия труда - условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит в случае несоблюдения правил охраны труда к внезапному резкому ухудшению здоровья или травме работника либо его смерти;
  •  охрана труда - система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства;
  •  представители работников - уполномоченные работниками органы профессиональных союзов и их объединений, а в их отсутствие иные представители или организации, созданные в порядке, установленном законодательством Республики Казахстан;
  •  производственное оборудование - машины, механизмы, аппараты и иные технические средства;
  •  производственная санитария - система санитарно-гигиенических, организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие на работников вредных производственных факторов;
  •  профессиональное заболевание - хроническое или острое заболевание, вызванное воздействием на работника вредных производственных факторов в связи с выполнением им своих трудовых (служебных) обязанностей;
  •  рабочее место - место постоянного или временного нахождения работника при выполнении им трудовых обязанностей в процессе трудовой деятельности;
  •  специальная одежда - одежда, обувь, головной убор, рукавицы, предназначенные для защиты работника от вредных и опасных производственных факторов;
  •  средства индивидуальной защиты - средства, предназначенные для защиты работника от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов;
  •  средства коллективной защиты - технические средства, предназначенные для одновременной защиты двух и более работающих от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов;
  •  территориальные подразделения уполномоченного государственного органа по безопасности и охране труда (далее - территориальные подразделения) - структурные подразделения уполномоченного государственного органа по безопасности и охране труда, осуществляющие в пределах соответствующей административно-территориальной единицы полномочия в сфере трудовых отношений в соответствии с законодательством Республики Казахстан;
  •  тяжелые физические работы - виды деятельности, связанные с подъемом или перемещением тяжестей в ручную, либо другие работы с расходом энергии более 300 ккал/час;
  •  уполномоченный государственный орган в области промышленной безопасности - центральный исполнительный орган Республики Казахстан, осуществляющий в пределах предоставленных полномочий реализацию государственной политики в области промышленной безопасности;
  •  уполномоченный государственный орган по безопасности и охране труда (далее - уполномоченный орган) - центральный исполнительный орган, осуществляющий полномочия в сфере трудовых отношений в соответствии с законодательством Республики Казахстан;
  •  условия безопасности труда - совокупность факторов производственной среды и трудового процесса, оказывающих влияние на работоспособность и здоровье работника в процессе труда.

3.2 Законодательство Республики Казахстан о безопасности и охране труда

Законодательство Республики Казахстан о безопасности и охране труда основывается на Конституции Республики Казахстан и состоит из настоящего Закона и иных нормативных правовых актов Республики Казахстан.

Если международным договором, ратифицированным Республикой Казахстан, установлены иные правила, чем те, которые содержатся в настоящем Законе, то применяются правила международного договора.

Статья 3. Сфера действия настоящего Закона

Действие настоящего Закона распространяется на граждан Республики Казахстан, иностранцев и лиц без гражданства, осуществляющих трудовую деятельность в Республике Казахстан.

Требования по безопасности и охране труда обязательны для исполнения всеми работодателями и работниками при возникновении между ними трудовых отношений.

Условия безопасности и охраны труда на рабочих местах, предусмотренные индивидуальным трудовым, коллективным договорами и актами работодателя, не должны быть ниже уровня безопасности и охраны труда, предусмотренного настоящим Законом.

3.3 Нормативные документы по охране труда

Любое предприятие, в какой бы сфере производства оно ни работало, должно руководствоваться определенными правилами и нормами, которые прописаны в соответствующих нормативных документах.

 Нормативные документы по охране труда свод федеральных законов, приказов, постановлений, ГОСТов, СНиПов (строительных норм и правил), ТОИ и других документов, соблюдение требований которых является обязательным условием законного функционирования предприятия. Наиболее востребованные документы представлены для свободного скачивания в нашем сборнике инструкций.

3.4 Методические рекомендации по организации и осуществлению производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности на опасном производственном объекте

Требования промышленной безопасности включают в себя условия, запреты, ограничения и другие обязательные требования, содержащиеся в законах, иных нормативных правовых актах, в нормативных технических документах, которые принимаются в установленном порядке и соблюдение которых обеспечивает промышленную безопасность.

Доведение требований промышленной безопасности до эксплуатирующих организаций обеспечивает уполномоченный орган в области промышленной безопасности.

Каждая эксплуатирующая организация разрабатывает положение о производственном контроле с учетом профиля производственного объекта.

Положение о производственном контроле утверждается руководителем эксплуатирующей организации.

Производственный контроль является составной частью системы управления промышленной безопасностью и осуществляется эксплуатирующей организацией путем проведения комплекса мероприятий, направленных на обеспечение безопасного функционирования опасных производственных объектов, на предупреждение аварий на этих объектах и обеспечение готовности к локализации аварий и инцидентов и ликвидации их последствий.

Организацию и осуществление производственного контроля обеспечивает руководитель эксплуатирующей организации  и лица, на которые возложены такие обязанности в соответствии с законодательством Республики Казахстан.

Основными задачами производственного контроля являются:

  •  обеспечение соблюдения требований промышленной безопасности в эксплуатирующей организации;
  •  анализ состояния промышленной безопасности в эксплуатирующей организации, в том числе путем организации проведения соответствующих экспертиз;
  •  разработка мер, направленных на улучшение состояния промышленной безопасности и предотвращение ущерба третьи лицам,  окружающей среде;
  •  контроль за соблюдением требований промышленной безопасности, установленных законами и иными нормативными, нормативными правовыми актами;
  •  координация работ, направленных на предупреждение аварий, инцидентов на опасных производственных объектах и обеспечение готовности к локализации аварий и ликвидации их последствий;
  •  контроль за своевременным проведением испытаний и технических освидетельствований технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах, ремонтом и поверкой контрольных средств измерений;
  •  контроль за соблюдением технологической дисциплины.

Производственный контроль в эксплуатирующей организации осуществляют назначенный решением руководителя организации работник или служба производственного контроля.

Функции лица, ответственного за осуществление производственного контроля, рекомендуется возлагать:

  •  на одного из заместителей руководителя эксплуатирующей организацииесли численность занятых на опасных производственных объектах работников составляет менее 150 человек;
  •  на назначенного работникаесли численность занятых на опасных производственных объектах работников составляет от 150 до 500 человек;
  •  на руководителя службы производственного контроляесли численность занятых на опасных производственных объектах работников составляет более 500 человек.

Работник, осуществляющий производственный контроль, имеет: высшее техническое образование, соответствующее профилю производственного объекта:

  •  стаж работы по профилю не менее 3 лет на соответствующей работе на опасном производственном объекте отрасли;
  •  удостоверение, подтверждающее прохождение аттестации по промышленной безопасности.

Обязанности и права работника, осуществляющего производственный контроль, определяются в положении о производственном контроле, а также в должностной инструкции и заключаемом с этим работником  договоре (контракте).

Работник, осуществляющий производственный контроль:

  •  обеспечивает проведение контроля за соблюдением работниками опасных производственных объектов требований промышленной безопасности;
  •  разрабатывает план работы по осуществлению производственного контроля в подразделениях эксплуатирующей организации;
  •  проводит проверки состояния промышленной безопасности, выявляет опасные факторы на рабочих местах;
  •  ежегодно разрабатывает план мероприятий по ликвидации или снижению поражающего воздействия опасных производственных факторов на основании результатов проверки состояния промышленной безопасности и аттестации рабочих мест;
  •  организует разработку планов мероприятий по локализации аварий и инцидентов и ликвидации их последствий;
  •  организует работу по подготовке проведения экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов;
  •  участвует в техническом расследовании причин аварий, инцидентов и несчастных случаев;
  •  проводит анализ причин возникновения аварий и инцидентов на опасных производственных объектах и осуществляет хранение документации по их учету;
  •  контролирует работу по организации подготовки и аттестации работников в области промышленной безопасности;
  •  участвует во внедрении новых технологий, технических устройств, материалов;
  •  доводит до сведения работников опасных производственных объектов информацию об изменении требований промышленной безопасности, устанавливаемых нормативными, нормативными правовыми актами, обеспечивает работников указанными документами;
  •  вносит руководителю организации предложения:
  •   о проведении мероприятий по обеспечению промышленной безопасности;
  •  об устранении нарушений требований промышленной безопасности;
  •  о приостановлении работ, осуществляемых на опасном производственном объекте с нарушением требований промышленной безопасности, создающих угрозу жизни и здоровью работников или работ, которые могут привести к аварии, инциденту или нанести ущерб третьим лицам, окружающей  среде;
  •  об отстранении от работы на опасном производственном объекте лиц, не имеющих соответствующей квалификации, не прошедших своевременно подготовку и аттестацию по промышленной безопасности;
  •  о привлечении к ответственности лиц, нарушивших требования промышленной безопасности;
  •  проводит другие мероприятия по обеспечению требований промышленной безопасности.

Работник, обеспечивающий производственный контроль, осуществляет контроль за:

  •  выполнением условий лицензий, аттестатов на виды деятельности в области промышленной безопасности;
  •  строительством или реконструкцией опасных производственных объектов, за ремонтом технических устройств, используемых на опасных производственных объектах, в части соблюдения требований промышленной безопасности;
  •  устранением причин возникновения аварий, инцидентов, несчастных случаев;
  •  своевременным проведением соответствующими службами необходимых испытаний и технических освидетельствований технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах, ремонтом и поверкой контрольных средств измерений;
  •  наличием разрешений на применяемые технические устройства, материалы;
  •  за выполнением предписаний государственных инспекторов в области промышленной безопасности.

Работник, осуществляющий производственный контроль:

  •  имеет свободный доступ на опасные производственные объекты в любое время суток;
  •  знакомится с документами, необходимыми для оценки состояния промышленной безопасности в эксплуатирующей организации;
  •  участвует в разработке и пересмотре деклараций промышленной безопасности;
  •  участвует в деятельности комиссий по расследованию причин аварий, инцидентов и несчастных случаев на опасных производственных объектах;
  •  вносит руководителю организации предложения о поощрении работников, принимавших участие в разработке и реализации мер по повышению промышленной безопасности.

Эксплуатирующие организации представляют информацию об организации производственного контроля в территориальные подразделения уполномоченного органа.

Информация по планам на текущий год и по итогам прошедшего года представляется в течение 10 календарных дней после их утверждения.

В информации об организации производственного контроля содержатся следующие сведения:

  •  план мероприятий по обеспечению промышленной безопасности на текущий год;
  •  организация системы управления промышленной безопасностью;
  •  фамилия работника, осуществляющего производственный контроль, его должность, образование, стаж работы по специальности, дата последней аттестации по промышленной безопасности;
  •  количество опасных производственных объектов с описанием основных потенциальных источников опасности и возможных последствий аварий, инцидентов;
  •  выполнение плана мероприятий по обеспечению промышленной безопасности, результаты проверок, устранение нарушений, выполнение предписаний государственных инспекторов в области промышленной безопасности;
  •  план мероприятий по локализации аварий, инцидентов и ликвидации их последствий (ПЛА);
  •  копии договора страхования риска ответственности за причинение вреда третьим лицам при эксплуатации опасного производственного объекта;
  •  оборудование, применяемое на опасном производственном объекте, подлежащее экспертизе;
  •  освидетельствование и контрольные испытания опасных производственных объектов;
  •  план проведения контрольно-профилактических проверок на следующий год;
  •  оценка готовности работников эксплуатирующей организации к действиям во время аварии;
  •  описание аварий и несчастных случаев, происшедших на опасном производственном объекте, анализ причин их возникновения и принятые меры;
  •  подготовка и аттестация руководителей, специалистов и других работников, занятых на опасных производственных объектах в области промышленной безопасности;
  •  план замены технических устройств, отработавших нормативный срок эксплуатации и его исполнение. 

3.5 Электробезопасность

Правила безопасности при работе с инструментами и приспособлениями разработаны в соответствии с подпунктом 28 статьи 4 Закона Республики Казахстан от 9 июля 2004 года «Об электроэнергетике» и определяют порядок обеспечения безопасности при работе с инструментами и приспособлениями.

В правилах используются следующие основные понятия и определения:

  •  специально подготовленный персонал - персонал, прошедший обучение по обслуживанию определенного оборудования;
  •  инструмент - ручной электрифицированный инструмент, понижающие трансформаторы безопасности и светильники переносные ручные электрические;
  •  заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети электроустановки или оборудования с заземляющим устройством;
  •  верхолазные работы - работы, выполняемые на высоте более 5 м от поверхности земли, перекрытия или рабочего настила, над которыми производятся работы непосредственно с конструкциями или оборудованием при их монтаже или ремонте;
  •  безопасное сверхнизкое напряжение - номинальное напряжение, не превышающее 42 Вольт между проводниками и землей;
  •  инструментальная - помещение для хранения инструментов и приспособлений;
  •  приспособления - тали, кошки, когти и лазы монтерские;
  •  электроинструмент I класса - инструмент, у которого все детали, находящиеся под напряжением, имеют изоляцию, и штепсельная вилка имеет заземляющий контакт;
  •  электроинструмент II класса - инструмент, у которого все детали, находящиеся под напряжением, имеют двойную или усиленную изоляцию, и не имеющий заземляющий контакт.
  •  номинальное напряжение электроинструмента классов I и II составляет не более 220 В для постоянного тока, 380 В для переменного тока;
  •  электроинструмент III класса - инструмент, запитывающийся от безопасного сверхнизкого напряжения, у которого ни внутренние, ни внешние цепи не находятся под другим напряжением;
  •  I, II, III группы допуска по электробезопасности - степень квалификации персонала по электробезопасности, присваиваемая в соответствии с Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок, утверждаемыми Правительством Республики Казахстан.

К работе с электроинструментом I класса в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током и вне помещений допускается персонал, имеющий группу по электробезопасности не ниже II, а к работе с электроинструментом II и III классов - I группу по электробезопасности.

Лица, допущенные к работе с электроинструментом, предварительно проходят обучение и проверку знаний инструкции по охране труда и в квалификационном удостоверении о допуске к выполнению работ с применением электроинструмента делается об этом запись.

Электротехнический персонал со II группой по электробезопасности и выше допускается к работе с электроинструментом без записи в квалификационном удостоверении на право производства специальных работ.

Электроинструмент, питающийся от сети, снабжается несъемным гибким кабелем (шнуром) со штепсельной вилкой.

В несъемном гибком кабеле электроинструмента I класса предусматривается жила, соединяющая заземляющий зажим электроинструмента с заземляющим контактом штепсельной вилки.

Кабель в месте ввода в электроинструмент защищается от стирания и перегибов эластичной трубкой из изоляционного материала.

Закрепление трубки на кабеле вне инструмента не допускается.

Для присоединения однофазного электроинструмента в шланговом кабеле предусматриваются три жилы: две - для питания, одна - для заземления.

Для присоединения трехфазного инструмента применяется четырехжильный кабель.

Доступные для прикосновения металлические детали электроинструмента I класса соединяются с заземляющим зажимом. Электроинструмент классов II и III не заземляется.

Заземление корпуса электроинструмента осуществляется с помощью специальной жилы питающего кабеля, не являющейся проводником рабочего тока. Использование нулевого рабочего провода не допускается.

Конструкция вилки обеспечивает опережающее замыкание заземляющего контакта при включении и более позднее размыкание его при отключении.

Конструкция штепсельных вилок электроинструмента III класса исключает сочленение их с розетками на напряжение свыше 42 В.

В переносных понижающих трансформаторах, разделительных трансформаторах и преобразователях стороне высшего напряжения предусматривается кабель (шнур) со штепсельной вилкой для присоединения к электросети длиной не более 2 метров (далее - м). На стороне низшего напряжения трансформатора предусматриваются гнезда под штепсельную вилку.

Корпуса преобразователей, разделительных и понижающих трансформаторов в зависимости от режима нейтрали сети, питающей первичную обмотку, заземляются или зануляются.

Вторичная обмотка понижающих трансформаторов заземляется.

Заземление вторичной обмотки трансформаторов или преобразователей с раздельными обмотками не допускается.

При каждой выдаче электроинструмента проверяются:

  •  комплектность и надежность крепления деталей;
  •  исправность кабеля и штепсельной вилки, целостность изоляционных деталей корпуса, рукоятки и крышек щеткодержателей, наличие защитных кожухов и их исправность (внешним осмотром);
  •  четкость работы выключателя;
  •  работа на холостом ходу;
  •  исправность цепи заземления (для электроинструмента I класса) между его корпусом и заземляющим контактом штепсельной вилки и выдаются электрозащитные средства и средства индивидуальной защиты или разделительный трансформатор, или преобразователь с раздельными обмотками, или защитно-отключающее устройство.

Не допускается выдача электроинструмента, не соответствующего требованиям, приведенным в подпунктах 1) -5) пункта 10 настоящих Правил, или с просроченной датой периодической проверки.

Перед началом работы проверяются:

  •  соответствие напряжения и частоты тока в электрической сети напряжению и частоте тока электродвигателя электроинструмента, указанных на табличке;
  •  надежность крепления рабочего исполнительного инструмента: абразивных кругов, дисковых пил, ключей-насадок.
  •  При работе с электроинструментом I класса применяются электрозащитные средства и средства индивидуальной защиты, за исключением случаев, если:
  •  только один электроинструмент получает питание от разделительного трансформатора;
  •  электроинструмент получает питание от автономной двигатель-генераторной установки или от преобразователя частоты с разделительными обмотками;
  •  электроинструмент получает питание через защитно-отключающее устройство.

В помещениях без повышенной опасности поражения работающих электрическим током применяются диэлектрические перчатки, а в помещениях с токопроводящими полами - также диэлектрические галоши и ковры.

В помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током допускается применение электроинструментов II и III классов без индивидуальных средств защиты.

3.6 Расчет заземления ПК

Из-за повреждения изоляции электроустановок на их металлических конструкциях может появиться напряжение, что создаст опасность поражения людей электротоком. Для предотвращения электротравматизма при повреждении электрооборудования применяют: защитное заземление, зануление, защитное отпирания, малую напряжение, двойную изоляцию и ин.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением, с заземляющим устройством (1) (рисунок 10)

Рисунок 10 - Принципиальная схема защитного заземления:

 - корпус электроустановки;

г-сопротивление изоляции фаз относительно земли;

г - сопротивление заземления корпуса электроустановки;

Сочетание металлических частей корпусов электроустановок с землей осуществляется с помощью заземлителей - металлических проводников, находящихся в непосредственном контакте с землей Заземлители бывают искусственные (металлические стержни, полосы) и природные (металлоконструкции зданий, сооружений, железобетонные фундаменты, некоторые коммуникации).

Сопротивление заземления во много раз меньше сопротивления тела человека /? / / Поэтому в случае замыкания на корпус практически весь ток замкнется на землю через заземлитель Напряжение на корпусе относительно земли: ИИК в / ЗЛ * Где

С - ток замыкания на землю Напряжение прикосновения к корпусу в самом неблагоприятном случае Х] л - и, чем меньше Яз и чем больше Ял, и сопротивление изоляции г.

Максимально допустимое сопротивление защитного заземления определяется условиями производства, напряжением, значением силы тока короткого замыкания на землю Согласно \"ПУМ-86\" сопротивление заземления электрооборудования нап кромок до 1000 В не должно превышать 4 Ом (при мощности источников тока до 250 кВА - не более 10 Ом), в установках напряжением выше 1000 В - не более 0,5 Ом На открытых горных работах максима ный допустимое сопротивление заземления составляет 4 Ом, на подземных горных работах - 2 Оботах - 2 Ом.

Заземляющий устройство обычно располагают по периметру производственного помещения (контурный), что более эффективно, или сбоку (выносной) Он представляет собой совокупность заземлителей - забитых в грунт металлических х стержней или труб, соединенных между собой сваркой с горизонтальной шиной или круглым проводником, сечение которого не меньше 100 мм ^ (рис 58) Глубина траншеи должна быть больше глубины промерзания декабря Унту в данной местности К корпусам электрооборудования проводники зануления (заземления) прикрепляются болтами с контр гайками.

Согласно \"ТОСТ 121030 - 81 и ДНАОП 000 - 131 - 99 Электробезопасность\" занулению (или защитном заземлению) подлежат все электроустановки напряжением переменного тока 380 В (постоянного - 440 В), а так каждого напряжением 42 В переменного тока, работающих в условиях повышенной опасности и особо опасных в отношении поражения электротоком, и все электроустановки во взрывоопасных зонах беспечных зонах.

Методика расчета защитного заземления

Расчет заземления осуществляется в следующей последовательности:

а) определяют расчетный удельное сопротивление грунта;

б) рассчитывают сопротивление растеканию тока одного вертикального заземлителя;

в) определяют необходимое количество заземлителей и ориентировочное их расположение по периметру помещения с определением расстояния между ними;

г) рассчитывают сопротивление растеканию соединительной шины;

д) рассчитывают общее сопротивление заземляющего устройства с учетом соединительной шины

.

3.7 Пожаробезопасность

Правила пожарной безопасности

Настоящие правила устанавливают основные требования к пожарной безопасности в зданиях, сооружениях и на прилегающей территории и является обязательными для исполнения всеми сотрудниками. За нарушение требований настоящих правил могут быть применены взыскания в соответствии с действующим законодательством.

Предупреждение пожаров

Сотрудники ответственные за обеспечение пожарной безопасности помещений назначаются приказом директора учреждения.

Лица, назначенные приказом, являются ответственными за обеспечение пожарной безопасности помещений или участков территории. Ответственные за пожарную безопасность обязаны в конце рабочего дня производить ежедневный осмотр закрепленных за ними объектов.

При осмотре следует контролировать уборку помещений:

  •  корзины для сбора мусора должны быть пусты;
  •  находящиеся в помещении электроприборы обесточены, штепсельные вилки вынуты из электрических розеток;
  •  окна, форточки и фрамуги закрыты и зафиксированы;
  •  проходы и выходы из помещений свободны и оборудованы знаками пожарной безопасности и также планами эвакуации;
  •  электрическое освещение, за исключением дежурного освещения отключено;
  •  входные двери закрыты;
  •  автоматическая сигнализация включена и исправна;
  •  первичные средства пожаротушения должны находятся в специально отведённых местах и доступ к ним должен оставаться свободным.

Если при осмотре выявлены нарушения настоящих правил, следует незамедлительно доложить о нарушениях ответственному за пожарную безопасность или руководителю учреждения. Предпринять действия по устранению выявленных в ходе осмотра нарушений.

Для предотвращения возникновения пожаров от электрического тока, искрения, нагрева токоведущих частей, дугового разряда и т.п. необходимо неукоснительно соблюдать «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», инструкции по эксплуатации электрических приборов. Все помещения должны быть обеспечены первичными средствами пожаротушения согласно нормам и правилам пожарной безопасности. Средства пожаротушения должны размещаться в пожарных шкафах, и обязательно отмечены соответствующим знаком пожарной безопасности. Все имеющиеся первичные средства пожаротушения должны постоянно содержаться в исправном, состоянии и регулярно, в соответствии с техническими условиями эксплуатации, испытываться на пригодность к использованию. Сотрудники учреждения обязаны выполнять правила пожарной безопасности.

Для предупреждения пожара в помещениях здания запрещается:

  •  использовать нагревательные электроприборы для отопления помещений;
  •  приготовление и разогрев пищи вне специально отведённых мест, согласованных с Государственной противопожарной службой;
  •  использовать электрические приборы, потребляемая мощность которых превышает допустимую мощность электросети;
  •  оставлять без присмотра любые приборы и устройства, находящиеся под напряжением;
  •  подключать электроприборы без стандартных штепсельных разъемов;
  •  использовать неисправные электрические выключатели, розетки, штепсельные вилки с разбитыми корпусами, обгоревшими и контактами;
  •  искрящиеся и нагревающиеся в местах контакта соединения;
  •  светильниками без колпаков;
  •  производить монтаж электросетей без соблюдения требований "Правил устройства электроустановок";
  •  использовать для защиты электросети некалиброванные плавкие вставки или автоматические выключатели, ток срабатывания которых превышает максимально допустимое значение для электросети.

Все переключения и ремонтные работы в электросетях должны выполняться специалистами, имеющими допуск к работе и группу электробезопасности не ниже третьей.

Подключать к электросети неисправные электроприборы запрещено. Курение допускается только в специально отведенных местах, утвержденных приказом руководителя организации и оборудованных средствами пожаротушения.

Запрещается: производить отогрев труб отопления, водоснабжения и канализации паяльными лампами или иным способом с применением открытого пламени. Отогрев следует производитьгорячей водой, паром, разогретым песком или другими пожара безопасными способами;—хранить ёмкости с горючими, легковоспламеняющимися жидкостями, баллоны с горючими газами, горючие предметы и материалы на путях эвакуации, а именно в коридорах, на лестничных клетках, в вестибюле, в тамбурах эвакуационных выходов, а также в подвалах, на чердаках, в технических помещениях электрощитовых, в вентиляционных камерах;—хранить на местах проведения ремонтных и реконструкционных работ пиломатериалы в количестве, превышающем суточную потребность, оставлять по окончании рабочего дня легковоспламеняющиеся отходы;—загромождать пути эвакуации мебелью, материалами, оборудованием коридоры, лестничные клетки, вестибюли, тамбуры эвакуационных выходов из здания, доступ к первичным средствам пожаротушения, электрораспределительным щитам и отключающим устройствам;—закрывать на трудно открываемые запоры двери эвакуационных выходов в период нахождения в здании людей;—производить перепланировку и перепрофилирование помещений, возводить на территории различного рода постройки и пристройки без соблюдения противопожарных требований и без согласования с органами государственного пожарного надзора;—использовать имеющиеся средства пожаротушения не по прямому назначению;—хранить горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, огнеопасные предметы и материалы, горючие газы в помещения учреждения за исключением специально оборудованных мест, где их применение предусмотрено технологическим процессом. 

При эксплуатации этих помещений необходимо руководствоваться специальными инструкциями. Обеспечение пожарной безопасности при проведении хозяйственных и пожароопасных работ регламентируется отдельной инструкцией. Отключать автоматические средства противопожарной защиты, систему оповещения о пожаре, автоматические устройства обнаружения пожара или автоматическую пожарную сигнализацию, установки автоматического пожаротушения. При необходимости таких отключений, делать это только с письменного разрешения руководителя, с принятием необходимых мер противопожарной защиты, в достаточной степени компенсирующих снижение противопожарной защищённости здания.

Действия сотрудников при возникновении пожара.

При обнаружении пожара или его признаков дыма, запаха гари немедленно:

  •  Сообщить об этом в городскую пожарную охрану по телефону 01.
  •  Сообщить диспетчеру пожарной охраны точный адрес объекта и его полное наименование, место возникновения пожара или обнаружения признаков пожара, вероятную возможность угрозы людям.
  •  Следует назвать свою должность, фамилию и номер телефона, с которого делается сообщение о пожаре.
  •  Оповестить о пожаре или его признаках людей, находящихся поблизости, и принять необходимые меры для эвакуации из здания или из опасной зоны.
  •  Сообщить о пожаре руководителям и должностным лицам.
  •  Отключить подачу электроэнергии к загоревшемуся объекту.
  •  Руководитель или другое должностное лицо, находящееся на месте пожара обязано:
  •  Продублировать сообщение о возникновении пожара в пожарную охрану.
  •  До прибытия пожарной команды организовать эвакуацию людей и ценностей, используя все имеющиеся силы и средства.
  •  При необходимости обеспечить отключение электроэнергии во всем здании, отключить системы общеобменной вентиляции, выполнить мероприятия, способствующие предотвращению развития пожара и задымлению.
  •  Прекратить все работы, не связанные с мероприятиями по тушению пожара.
  •  При необходимости вызвать скорую медицинскую помощь, необходимые аварийные службы города.
  •  Доложить о пожаре вышестоящему руководству.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35573. Транспортная и автомобильная система. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 3.42 MB
  В учебном пособии содержатся краткие сведения по обязательным дисциплинам формирующим профессиональные навыки у специалистов в области сервиса автомобильного транспорта: типаж подвижного состава эксплуатационные материалы единая транспортная система и автомобильные перевозки техническая эксплуатация и ремонт автомобилей предприятия автомобильного сервиса и системы фирменного обслуживания.2] Общая компоновка автомобилей [4.3] Типаж автомобилей [4.13] Производственнотехническая база автосервиса [5] Автомобильные эксплуатационные материалы...
35574. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ 3.27 MB
  Построить электромеханические характеристики на ободе колеса VI FI I для всех схем соединений двигателей и всех степеней ослабления поля используя нагрузочные характеристики характеристики магнитных и механических потерь характеристику потерь мощности в механической передаче. Режим пуска нанести на электромеханические характеристики двигателя VI на ободе колеса. Построить тяговые характеристики поезда FV для всех режимов включения двигателей. Нанести на эти характеристики ограничения по сцеплению максимальной скорости и...
35576. Проектирование и эксплуатация газо- и водоочистки 1.88 MB
  Более того десульфурацию проводили вдувая каустическую соду в контур охлаждающей воды рис. В процессе Эрфайн можно выделить три основные стадии: охлаждения отделения пыли и обработки воды. Крупные частицы фракцией 10мкм удаляются в результате вспрыскивания распыленной циркуляционной воды в противоток отходящему газу посредством форсунок работающих на одном виде жидкости. На стадии обработки воды взвешенные твердые частицы и тяжелые металлы удаляют из сбросовых стоков данного процесса в установке обработки воды в три этапа: отделяют...
35577. АНТИПРИГОЖИН. УПРАВЛЯЕМЫЙ ХАОС 1.69 MB
  Вместо физического времени в ней использовался обратимый эрзац. Человек будучи вне времени становится богоподобным или намного ближе к квазибожественному состоянию.Ньютон же считал что вмешательство бога требуется в каждый момент времени отсюда эпигенез и гениальное предвидение И. Это вернуло прежний интерес к конструктивной роли времени.
35578. Социология. Курс лекций в схемах 2.05 MB
  Предмет и история социологии. Общество как социокультурная система. Социальные группы и общности. Массовое сознание и общественное мнение. Методология социологических исследований.
35579. История Белоруссии 492 KB
  В истории Белоруси выявлено много белых пятенБНРВКЛсоздание БССР и т.Полоцкая земля находилась на терр сев Белорусии в землях кривичейвключала в себя современную Вит обл.На границе 1314в Полоцкое княжество вошло в состав ВКЛ.В конце 13начале14 веков Туровская земля была включена в состав ВКЛ.
35580. История беларускiх зямель 228.5 KB
  Тэрмiн зясялення тэрыторыi Беларусi – 40 тыс. Iндаеўрапейскi перыяд пачаўся ў бронзавым веку з часу рассялення iндаеўрапейскiх плямён на тэрыторыi Беларусi 3 2 тыс. Засяленне славянамi Беларусi адбывалася ў вынiку мiграцыi славян са сваёй прарадзiмы – тэрыторыi памiж р. Славяне асiмiлiравалi балтаў i ў вынiку славянабалцкага ўзаемадзеяння ўзнiклi новыя этнiчныя супольнасцi: ва ўсходняй Еўропе больш за 15 на тэрыторыi Беларусi – 3 гэта крывiчы дрыгавiчы радзiмiчы.
35581. История Руси от древних времен до ХХ столетия 221 KB
  Древние славяне - большая этническая группа: Восточные (русские, украинцы, белорусы); Западные (Чехи, Поляки); Южные (болгары, сербы, хорваты, македонцы). Соседи с севера: угро-финские племена, норманны, балты. С норманнами были напряженные отношения т.к. они промышляли грабежами, плавали во Францию, Испанию, Италию. Славяне часто платили им дань.