Надежность технических систем и техногенный риск

 

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………3

ГЛАВА 1. Природа и характеристика опасностей в техносфере

1. 7. Квантификация опасностей ………………………………

ГЛАВА 2. Основные положения теории риска

2. 2.3.8. Системно-динамический подход к оценке техногенного риска……….

ГЛАВА 3. Роль внешних факторов, воздействующих на формирование отказов технических систем

3. 3.9. Воздействие биологических факторов…………………………..……….

ГЛАВА 4. Основы теории расчета надежности технических систем

4. 4.1. Основные понятия теории надежности…………………………..……….

ГЛАВА 5. Методика исследования надежности технических систем

5. 5.1. Системный подход к анализу возможных отказов: понятие, назначение, цели и этапы, порядок, границы исследования……………………………..……….

ГЛАВА 6. Инженерные методы исследования безопасности технических систем

6. 6.2. Порядок определения причин отказов и нахождения аварийного события при анализе состояния системы………………………………..……….

ГЛАВА 7. Оценка надежности человека как звена сложной технической системы

7. 7.1. Причины совершения ошибок ………………………………..……….

ГЛАВА 8. Организация и проведение экспертизы технических систем

8. 8.5. Опрос экспертов………………………………..……….

ГЛАВА 9. Мероприятия, методы и средства обеспечения надежности и безопасности технических систем

9. 9.5. Технические средства обеспечения надежности и безопасности технических систем………..

ГЛАВА 10. Технические системы безопасности

10. 10.4.6. Технические средства защиты ………………………………..……….

ГЛАВА 11. Правовые аспекты анализа риска и управления промышленной безопасностью

11. 11.7. Информирование государственных органов и общественности об опасностях и авариях ……………………..…………………………………………..

ГЛАВА 12. Принципы оценки экономического ущерба от промышленных аварий

12. 12.1. Понятие ущерба и вреда. Структура вреда……………………………..
13. Заключение……………………………………………………………………30
14. Используемая литература……………………………………………………35

Приложение………………………………………………………………………..36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1.

Природа и характеристика опасностей в техносфере.

Энергоэнтропийная концепция опасностей

Энергоэнтропийная концепция опасности – это совокупность представлений о природе опасности и условиях их реализации.

Повседневная деятельность человека потенциально опасна, т.к. связана с использованием различных видов энергии. Опасности появляются в результате неконтролируемого выхода энергии. Возникновение нежелательных последствий есть следствие появления и развития причинной цепи предпосылок. Инициаторами этой цепи, чаще всего, являются ошибочные действия человека, кроме этого, может служить неисправность в технике или воздействия не нее на расстоянии.

Все это не противоречит фундаментальному свойству энтропии (мера беспорядка): Любая предоставленная самой себе система стремится к максимуму энтропии, т.е. к максимальному беспорядку. Такое состояние является равновесно-устойчивым и система может находится в нем сколь угодно долго. Любые попытки человека в результате своей деятельности упорядочить систему приводят к уменьшению энтропии и к неустойчивости, к потенциально опасному состоянию.

Энергоэнтропийная концепция опасности позволяет проследить путь нежелательного высвобождения энергии и это лежит в основе построения дерева происшествий.

Энергоэнтропийная концепция связана с повседневной потенциально опасной деятельностью человека неконтролируемым и неуправляемым выходом энергии и вредных веществ в окружающую среду отсутствием или недостаточным уровнем предупредительных мероприятий по уменьшению масштабов последствий ЧС 
накоплением отходов производства и энергетики, являющихся источником распространения вредных веществ в окружающей среде низким качеством защиты от опасных технологий и выброса энергии.

При формулировании исходных утверждений, касающихся природы аварийности и травматизма в техносфере, будем исходить из тех представлений, которые были получены ранее в процессе знакомства с рассматриваемой проблемой. Суть этих представлений состоит в сложном, стохастическом характере событий рассматриваемого явления, их причинной обусловленности большим числом факторов, проявляющихся в объективном стремлении энергетических потенциалов к выравниванию, и противодействии им со стороны разного рода защитных механизмов. 
Эти идеи соответствуют современным представлениям и позволяют сформулировать энергоэнтропийную концепцию и классификацию объективно существующих в техносфере опасностей. 
При этом сущность такой концепции может быть представлена следующими основными утверждениями. 
1. Производственная деятельность потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние - с энергопотреблением (выработкой, хранением, преобразованием тепловой, механической, электрической, химической и другой энергии). 
2. Техногенная опасность проявляется в результате несанкционированного или неуправляемого выхода энергии, накопленной в технологическом оборудовании и вредных веществах, непосредственно в самих работающих, во внешней относительно их и техники среде. 
3. Несанкционированный или неуправляемый выход больших количеств энергии или вредного вещества приводит к происшествиям с гибелью и травмированием людей, повреждениями технологического оборудования, загрязнением окружающей их природной среды. 
4. Возникновение техногенных происшествий является следствием появления причинной цепи предпосылок, приводящих к потере управления технологическим процессом, несанкционированному высвобождению используемой при этом энергии (рассеиванию вредных веществ) и их разрушительному воздействию на людей, объекты производственного оборудования и природной среды. 
5. Инициаторами и звеньями причинной цепи каждого такого происшествия являются ошибочные и несанкционированные действия работающих, неисправности и отказы технологического оборудования, а также неблагоприятное влияние на них внешних факторов. 
6. Ошибочные и несанкционированные действия персонала обусловлены его недостаточной технологической дисциплинированностью и профессиональной неподготовленностью к работам, характеризуемым потенциально опасной технологией и конструктивным несовершенством используемого производственного оборудования. 
7. Отказы и неисправности технологического и производственного оборудования вызваны его собственной низкой надежностью, а также несанкционированными или ошибочными действиями работающих. 
8. Нерасчетные (неожиданные или превышающие допустимые пределы) внешние воздействия связаны с недостаточной комфортностью рабочей среды для человека, ее агрессивным воздействием на технологическое оборудование, а также с не благоприятными климатическими или гидрогеологическими условиями дислокации производственного объекта. 
Сущность только что сформулированной концепции проиллюстрирована на рис. 3.5, а ее правомерность обусловлена, прежде всего, эмпирическим характером сделанных выше утверждений. Это объясняется тем, что опыт (корректная статистика) есть результат проявления объективно существующих факторов. Думается, что читателю уже знакомы достоверные факты, которые не противоречат изложенной здесь энергоэнтропийной концепции. 
Другим аргументом, подтверждающим справедливость только что сформулированной концепции, является ее непротиворечивость фундаментальным законам энтропии, в частности ее объективнoмy стремлению к самопроизвольному росту в условиях техносферы. Согласно второму началу термодинамики, например, получение синтетических веществ и химически чистых элементов, выработка и аккумулирование энергии, очистка и обогащение природных материалов являются «противозаконными», так как влекут за собой снижение энтропии. Вот почему большое число технологических процессов, включая транспортировку материальных ресурсов, являются потенциально опасными, поскольку содержат в себе не естественные с точки зрения энтропии преобразования. 
Учитывая необходимость в более тщательной проверке принятой здесь концепции, поясним последнюю особенность исследуемых процессов подробнее. Для этого напомним, что законы энтропии обычно играют как бы роль бухгалтера природы, следящего за балансом количества энергии (первый), и диспетчера, указывающего направление соответствующих преобразований (второй). Более того, они предписывают и конечный результат таких преобразований в закрытых системах: для вещества - это пыль, для информации - шум и для энергии - тепло. 
 
 
 
Рис. 3.5. Иллюстрация природы опасностей 
В частности, в последнем случае имеется в виду стремление любой энергии постепенно переходить в тепло, равномерно распределяемое среди окружающих тел. При этом оказывается, что энтропия любой системы обратно пропорциональна величине эксэргuu - той свободной части энергии, которая способна к дальнейшим превращениям. В силу этого каждая предоставленная самой себе система неминуемо переходит в состояние с максимальной энтропией, характеризуемое отсутствием энергетических потенциалов - такое равновесное состояние, которое соответствует наибольшей степени дезорганизации. 
Вот почему любые попытки вывести систему из таких состояний требуют преодоления естественных энергетических барьеров и рассматриваются как приводящие ее в неустойчивое, а стало быть, опасное состояние. Можно показать также, что потенциально опасной является не только. Производственная (физическая) деятельность, но и творческая или познавательная, связанная с добычей не материальных ценностей, а информации. 
Дело в том, что интеллектуальная работа направлена на уменьшение энтропии, т. е. степени неопределенности, но уже в информационном смысле: поиск внутренней структуры и организованности вещей, выяснение закономерностей появления и предупреждения событий, создание моделей объектов и процессов, конструирование новых образцов технологического оборудования. Рассматриваемая деятельность человека требует интеллектуальных усилий, вызванных необходимостью преодоления «стремления природы к сокрытию своих тайн», а поэтому сопровождается усталостью или перенапряжением анализаторов человека, возможностью ухудшения состояния его здоровья в результате профессиональных заболеваний. 
С учетом сделанных замечаний энергоэнтропийная концепция может быть обобщена с целью описания не только техногенных происшествий, но и остальных неблагоприятных событий, происходящих в других средах обитания человека. Для этого необходимо скорректировать сделанные выше утверждения на предмет замены энергии энтропией, а опасности - вредностью. Например: 
в первом утверждении необходимо слово «опасна» поменять на «вредна», а всю его оставшуюся часть, начиная со слова «энергопотребление» - на «понижение энтропии и получение различных видов информацию»; 
во втором - сменить слово «опасность» на «вредность», а выражение «несанкционированного и неуправляемого выхода энергии...» на «постепенного расходования той части свободной энергии, которая накоплена в технологическом ...»; 
в третьем - перейти от всей фразы «несанкционированный или неуправляемый выход энергии» к фразе «несвоевременный  
рост энтропии организма человека и других биологических особей может сопровождаться увеличением их заболеваемости, повышенной смертностью и сокращением естественного разнообразия природы».  
 
Если продолжить подобные дальнейшие обобщения, то можно формулировать более общую концепцию, касающуюся уже природы всех объективно существующих опасностей не только в техносфере, но и в повседневной жизнедеятельности человека. 
Приведенные выше соображения подтверждают правомерность энергоэнтропийной концепции, раскрывающей природу объективно существующих опасностей и позволяющей дать их наиболее общую классификацию. Действительно, исходя из неадекватности потоков энергии, вещества и информации, все опасности можно делить на следующие три класса: 
1) природно-экологические, вызванные нарушением естественных циклов миграции вещества, в том числе по причине природных катаклизмов; 
2) техногенно - производственные, связанные с возможностью нежелательных выбросов энергии и вредного вещества, накопленных в созданных людьми технологических объектах; 
3) антрогиогенно-социальные, обусловленные умышленным сокрытием и/или искажением информации. 
Сущность энергоэнтропийной концепции описывается следующими положениями:  повседневная деятельность человека потенциально опасна, т. к. связана с выработкой, хранением и преобразованием химической, электрической и других видов энергии, которая всегда стремится к неконтролируемому выходу по ряду причин, что приводит к гибели людей, ухудшению их здоровья, загрязнению окружающей среды;  опасность проявляется в результате несанкционированного либо неуправляемого выхода энергии, накопленной в оборудовании, вредных веществ, зданиях и сооружениях, непосредственно в самих работающих и во внешней среде;  такой внезапный выход энергии может сопровождаться происшествием с гибелью и травмированием людей, нанесением ущерба экономике и природе;  происшествиям предшествуют цепи предпосылок, приводящие к потере управления технологическим процессом, нежелательному выбросу энергии или вредных веществ и воздействию их на людей, оборудование и окружающую среду;  звеньями причинной цепи происшествия являются, как правило, ошибочные несанкционированные действия персонала, неисправности и отказы техники, а также нерасчетные энергетические воздействия извне;  ошибочные и несанкционированные действия персонала обуславливаются его недостаточной технологической дисциплинированностью и профессиональной переподготовкой к работам, характеризуемым потенциально опасной технологией и конструктивным несовершенством используемого производственного оборудования;  отказы и неисправности технологического оборудования вызываются его недостаточной надежностью, а также несанкционированными или ошибочными действиями работающих;  воздействия нерасчетных (превышающих допустимые пределы) внешних нагрузок (сочетаний) связываются с недостаточностью базы данных (знаний) для данной территории или объекта. Обобщая все изложенные положения по формированию опасности можно сформулировать более общую концепцию их возникновения в повседневной жизнедеятельности человека, которая, учитывая неадекватность взаимодействия энергии, вещества и информации позволяет все опасности подразделить на три класса:  природно-экологические, вызванные нарушением естественных циклов миграции вещества, в том числе по причине природных катаклизмов;  техногенно-производственные, связанные с возможностью нежелательных выбросов энергии и вредного вещества, накопленных и созданных в техногенных объектах;  антропогенно-социальные, обусловленные уменьшением (сокрытием) и/или искажением информации об имеющихся или реализованных опасностях. Таким образом, чтобы всесторонне оценить жизнедеятельность человека, необходимо оценить с качественной и количественной сторон все опасности, которым подвергается человек в процессе своего существования и взаимодействия его со средой обитания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2.

 Основные положения теории риска.

Системно-динамический подход к оценке техногенного риска

Установление уровня приемлемой безопасности и риска представляет довольно сложную задачу. Для ее решения требуется выполнение научного анализа экономических, экологических, демографических и других факторов, определяющих развитие общества, с учетом множества взаимосвязей и взаимозависимостей. Для обоснования приемлемого риска может оказаться полезным подход, разработанный доктором физ.-мат. наук И.И.Кузьминым при создании методики оптимизации затрат на снижение техногенного риска. Считаем целесообразным, изложить этот метод (с некоторыми сокращениями и изменениями) в авторском варианте.

При постановке вопроса об определении приемлемого риска в качестве цели управления выступает состояние здоровья общества, в качестве критерия – средняя продолжительность жизни (TL.E.), а в качестве целевой функции – риск смертности (Rs). Чтобы завершить с математической точки зрения постановку задачи об управлении риском (безопасностью), требуется определить управляющие переменные (управление) в целевой функции Rs, изменение которых позволяло бы обеспечивать оптимальность целевой функции. С этой целью напомним определение безопасности и рассмотрим эту проблему в историческом плане.

Безопасность – защита человека от чрезмерной опасности, где опасность – воздействие на человека неблагоприятных и несовместимых с жизнью факторов или снижающих качество жизни (под “качеством” в рамках данного определения следует понимать количество доступных для человека благ, необходимых для жизнедеятельности и удовлетворения духовных потребностей). Природа этих факторов может быть связана как с причинами социально-экономического характера (уровнем питания, образования, здравоохранения, с природными катастрофами и т.д.), так и с причинами техногенного характера (с уровнем загрязнения окружающей среды в результате производственной деятельности, с авариями на производстве и т.д.). В доисторический период люди, занимающиеся собирательством и охотой, находились во взаимодействии с экосистемами, являясь неотъемлемой ее частью. Риск смерти на этом этапе развития определялся чисто биотическими и абиотическими факторами.

Повышение безопасности, т.е. снижение уровня риска смертности Rs, всегда было одним из ведущих мотивов деятельности людей. Это достигалось развитием экономики, использованием достижений науки и техники и, соответственно, повышением материального уровня жизни, качества питания, медицинского обслуживания, образования, санитарно-гигиенических условий и пр. Недостаток продуктов питания ликвидировался индустриализацией сельского хозяйства, созданием различных видов удобрений почвы. Необходимость в защите от неблагоприятных погодных воздействий обусловила становления строительства, определила потребность в новых видах строительных материалов и энергоисточниках, рост структуры потребления продукции промышленности повлек за собой бурное развитие энерго- и ресурсонасыщенных производств. Другими словами, человечество, развивая экономику, создавало социально-экономическую систему безопасности, т.е. систему защиты от опасностей. С развитием цивилизации риск смерти определяется уже не природными факторами, а уровнем развития экономики и социальными отношениями в обществе.

Как показывают статистические данные (рис.1), в наиболее промышленно развитых странах достигнут и наибольший уровень безопасности (т.е. наибольшая продолжительность жизни или наименьший риск смерти) на данном этапе развития общества. Такой вид риска – социально-экономический (Rc.э.): 
Rs º Rc.э.(CïM, F, S, … ), 
где C – материальные ресурсы общества, характеризующие уровень жизни общества; M – материальный уровень жизни; F – уровень питания; S – уровень медицинского обеспечения и другие показатели социально-экономического развития.

Рис 1. Рост продолжительности жизни в различных странах

по мере социально-экономического развития

 

RS ≡ RС.Э. (C M,F ,S , ...)

где: C — материальные ресурсы общества, характеризующие уровень

жизни общества;

M — материальный уровень жизни;

F — уровень питания;

S — уровень медицинского обеспечения и другие показатели социально-

экономического развития

Созданная и развиваемая техносфера накопила в себе большие потенциальные опасности — техногенные факторы, и, соответственно, потребовала создания технических систем безопасности, обеспечивающих защиту от них Человека.

Необходимость в создании таких технических систем безопасности и одновременно совершенствование социально-экономической системы — это и есть новый элемент в обеспечении безопасности человека и окружающей среды. На их создание и эксплуатацию приходится использовать определенную долю материальных ресурсов общества, отвлекая средства из социально-экономической сферы. Таким образом, возникает важная задача распределения имеющихся материальных ресурсов. В настоящее время техническая система безопасности не позволяет полностью исключить воздействие техногенных факторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 3.

Роль внешних факторов, воздействующих на формирование отказов технических систем.

Воздействие биологических факторов

Биологические факторы — это все возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ. Биологические факторы. В естественных условиях обитания микроорганизмы растут совместно с другими микроорганизмами, с растениями и животными. Между всеми этими группами организмов устанавливаются определенные взаимоотношения. Враждебные отношения называются антагонистическими, а обоюдополезные — симбиотическими. Могут быть и нейтральные отношения. Биологические факторы связаны в основном с воздействием микроорганизмов (бактерий и вирусов), которые попадают в природную среду вблизи предприятий по производству кормовых и пищевых добавок, дрожжей, аминокислот, антибиотиков. В результате прямого воздействия загрязненного микроорганизмами воздуха могут возникать аллергические заболевания, изменения иммунобиологической реактивности организма. В атмосферном воздухе может также находиться большое количество веществ природного происхождения, представленных частицами плесени, растительными волокнами, цветочной пыльцой и способных вызывать аллергические реакции у людей с повышенной чувствительностью. Биологические факторы являются самыми обычными и быстродействующими факторами. Можно указать, например, на роль бизонов, численность которых ранее составляла десятки миллионов голов, в развитии биоценозов американских прерий. Огромную роль в этом процессе играет и такой экологический фактор, как межвидовая конкуренция. Большое воздействие на конструкционные материалы оказывают биологические

факторы. Наиболее опасными являются плесневые грибы, споры

которых находятся в воздухе. Грибковые образования относятся к низшим

растениям, не обладающим свойством фотосинтеза. Взаимодействуя с материалами,

грибковые образования выделяют продукты обмена веществ, состоящие

главным образом из различного вида кислот, вызывающих разложение

изоляционных материалов и пластмасс.

Под действием плесневых грибов ухудшается механическая прочность

материалов и изделий. В электронных приборах под действием плесневых

грибов нарушаются электрические соединения, и ускоряется коррозия контактов.

Следует отметить большую скорость распространения плесени и огромную

(до 40 000) разновидность  плесневых грибков. Для ее образования  необходимы

питательная среда, тепло и малая вентиляция (ее отсутствие) воздуха.

Особенно благоприятные условия для образования плесени возникают

при функционировании систем в районах с повышенной влажностью и температурой (тропики, субтропики, районы южных морей и крупных озер).

Особенно подвержены действию грибковой плесени пластмассы на целлюлозной

основе. Плесень появляется и на неорганических изоляционных материалах,

стекле и металле.

Защита от грибковой плесени заключается в создании конструкций,

препятствующих проникновению влаги; в обеспечении хорошей вентиляции

и покрытии уязвимых элементов специальными защитными лаками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 4.

 

Основы теории расчета надежности технических систем.

Основные понятия теории надежности

Наука о надежности – сравнительно молодая наука. Она занимается изучением причин, вызывающих отказы, определением закономерностей, которым они подчиняются, разработкой способов оценки (измерения) надежности, методов расчета и испытаний, а также поисков средств по повышению надежности.

Работа любой технической системы может характеризоваться ее эффективностью

(рис.1), под которой  понимается совокупность свойств,

определяющих способность системы успешно выполнять определенные задачи.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 под надежностью понимают свойство

объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции

в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и трансортировки. Надежность — важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять, ни смешивать с другими показателями качества. Явно недостаточной, например, будет информация о качестве очистительной

установки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики при ее работе. Бесполезна

также информация о том, что установка устойчиво сохраняет

присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик.

Вот почему в определение понятия надежности входит выполнение заданных

функций и сохранение этого свойства при использовании объекта

по назначению.

В зависимости от назначения объекта оно (понятие) может включать

в себя в различных сочетаниях безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Например, для невосстанавливаемого объекта, не предназначенного для хранения, надежность определяется его безотказностью при использовании по назначению. Информация о безотказности

восстанавливаемого изделия, длительное время находящегося в состоянии

хранения и транспортировки, не в полной мере определяет его надежность

(при этом необходимо  знать и о ремонтопригодности, и сохраняемости).

В ряде случаев очень важное значение приобретает свойство изделия сохранять

работоспособность до наступления предельного состояния (снятие с эксплуатации, передача в средний или капитальный ремонт), т. е. необходима

    информация не только о безотказности объекта, но и о его долговечности.

 

 

Рис.1. Основные свойства технических систем

Теория надежности есть наука, изучающая закономерности особого рода явлений – отказы технических объектов (элементов, устройств и систем). Как и всякая наука она имеет свои понятия и определения. К основным фундаментальным понятиям теории надежности относятся понятия надежность и отказ.

В соответствии ГОСТ «Надежность в технике. Термины и определения» надежность – это свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Другими словами, надежность – это свойство объекта выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств как для объекта, так и для его частей.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называется отказом.

Состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно- технической документацией называют работоспособностью (работоспособным состоянием).

Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки называют безотказностью.

Свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов называют долговечностью.

Другими словами, долговечность – это суммарная продолжительность работы, ограниченная износом, старением или другими предельными состояниями.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению называется восстанавливаемым. В противном случае объект называютневосстанавливаемым.

Продолжительность или объем работы объекта называют наработкой.

Например, для выключателя наработку целесообразно определять числом включений – выключений. Надежность — важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять,

ни смешивать с другими показателями качества. Явно

недостаточной, например, будет информация о качестве очистительной

установки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики при ее работе. Бесполезна

также информация о том, что установка устойчиво сохраняет присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик.

Вот почему в определение понятия надежности входит выполнение заданных

функций и сохранение этого свойства при использовании объекта

по назначению.

В зависимости от назначения объекта оно (понятие) может включать

в себя в различных сочетаниях безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Например, для невосстанавливаемого объекта, не предназначенного для хранения, надежность определяется его безотказностью при использовании по назначению. Информация о безотказности

восстанавливаемого изделия, длительное время находящегося в состоянии

хранения и транспортировки, не в полной мере определяет его надежность

(при этом необходимо  знать и о ремонтопригодности, и сохраняемости).

В ряде случаев очень важное значение приобретает свойство изделия сохранять

работоспособность до наступления предельного состояния (снятие

с эксплуатации, передача в средний или капитальный ремонт), т. е. необходима

информация не только о безотказности объекта, но и о его долговечности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 5.

Методика исследования надежности технических систем.

Системный подход к анализу возможных отказов: понятие, назначение, цели и этапы, порядок, границы исследования

С позиций безопасности системный подход к анализу возможных отказов состоит в том, чтобы увидеть, как части системы функционируют во взаимодействии с другими ее частями. Системный анализ - методология исследования любых объектов посредством представления их в качестве отдельных элементов и анализа этих элементов; применяется для:                                                                               - выявления и четкого формулирования проблемы в условиях неопределенности;               - выбора стратегии исследования и разработок;                                                                       - точного определения систем (границ, входов, выходов, связей), выявления целей развития и функционирования системы;                                                                                        - выявление функций и состава вновь создаваемой системы.                                    Системы являются сложными многоуровневыми и многокомпонентными образованиями. В целях адекватной информации и определения причинных связей элементы системы конкретизируются. Такой подход позволяет однозначно определить опасности и опасные состояния системы. Он обеспечивается декомпозицией систем - расчленением иерархии и организации системы на взаимосвязанные составные части (подсистемы, элементы), последующим исследованием их независимо друг от друга и координацией локальных решений. Этот метод представляет, по существу, разложение сложных систем на простые с применением теорем об условных вероятностях и условных распределениях. При этом вначале вычисляются показатели надежности более простых подсистем, а затем полученные результаты группируются с целью получения характеристик всей системы в целом. Рассматриваемый метод может быть использован для упрощения, как пространства состояний, так и конфигурации системы. Эффективность метода зависит от выбора ведущего элемента, т.е. элемента, используемого при декомпозиции системы. Если этот элемент выбран неудачно, то, несмотря на идентичность конечного результата, вычисления окажутся значительно более громоздкими. В случае сравнительно сложных систем правильный выбор главных элементов для создания простой конфигурации может оказаться сложной задачей. Трудности, возникающие при рассмотрении сложных систем, можно уменьшить, используя метод преобразования. Он состоит в последовательном упрощении систем с последовательным и параллельным соединением элементов путем преобразования их в эквивалентные схемы. Подобная процедура выполняется до тех пор, пока вся система не будет сведена к одному-двум элементам. При этом обычно делается допущение о независимости отказов. Основное преимущество данного метода заключается в его простоте и доступности, однако, он не приемлем при наличии постепенных отказов.                       - определяют продолжительность каждого периода эксплуатации.                    Составление перечня возможных отказов. Он должен обладать достаточной полнотой, определяемой наличием наиболее вероятных и критичных (приводящих к наиболее тяжелым последствиям) отказов, но не может быть избыточным из-за включения в него зависимых отказов. Отказы, возникающие по одной и той же причине, могут быть объединены. Общее число возможных отказов в перечне складывается из общего числа всех выделенных условно независимых параметров по каждой функции системы с учетом возможного числа нарушений предельно допустимых значений по каждому параметру. При составлении перечня анализируют также ограничения на условия применения изделия, нарушения которых рассматривают как возможные отказы. Далее уточняют перечень при проведении анализа причин, оценке вероятностей возникновения, возможностей обнаружения отказов и их последствий. Перечни возможных отказов и их причин оформляются в виде отчетов. Методические основы задания границ системы при анализе опасных состояний и отказов состоят в следующем. Только главные, наиболее вероятные или критические события должны рассматриваться на начальной стадии анализа. Для определения этих событий можно использовать анализ критичности. По мере продвижения исследовательской работы (экспертизы) можно включать все более редкие или менее вероятные события или предпочесть не принимать их в расчет. В принципе окружающие условия - это весь мир, в котором находится данная система. Таким образом, чтобы не отклоняться от намеченной цели, необходимо установить разумные пределы влияния окружающей среды при проведении исследования с помощью дерева событий или отказов, поскольку эти два подхода предусматривают детальную разработку процесса развития начальных аварийных событий в системе и окружающей ее среде. При определении границ системы требуется тщательно установить начальные состояния элементов. Все элементы, которые имеют более одного рабочего состояния, создают различные начальные условия. Например, начальное количество жидкости в баке может быть регламентировано. Событие "бак полный" становится одним начальным состоянием, а "бак пустой" является другим состоянием. Необходимо также точно установить рабочий отрезок времени: например, условия при пуске и остановке могут создавать другого рода опасные условия, отличающиеся от установившихся режимов работы. Когда достаточное количество информации по системе собрано, можно составить описания вариантов развития процесса (сценариев) и определить конечные события. Затем устанавливают причинные взаимосвязи, ведущие к каждому конечному событию, например при помощи дерева отказа. Обычно система изображается в виде блок-схемы, показывающей все функциональные (или причинные) взаимосвязи и элементы. При ее построении исключительно важную роль приобретает правильное задание граничных условий, которые не следует путать с физическими границами системы. Одним из основных требований, предъявляемых к граничным условиям, является задание завершающего (головного) нежелательного события, установление которого требует особой тщательности, поскольку именно для него, как для основного отказа, выполняется анализ. Кроме того, чтобы проводимый анализ был понятен всем заинтересованным лицам, исследователь обязан составить перечень всех допущений, принимаемых при определении системы и построении порядка исследования. Обычно для каждой системы строят несколько маршрутов развития завершающего (опасного) события. Впоследствии они могут быть и связаны, но на этапе анализа с ними работают отдельно. Аналогично, если система функционирует в различных режимах, то может понадобиться анализ развития опасных состояний для каждого из режимов. Взаимосвязи элементов и топография системы. Система состоит из таких элементов, как единицы оборудования, материалы, персонала предприятия (необязательно, чтобы эти элементы были самыми мелкими элементами в системе; они могут быть блоками или целыми подсистемами), которые находятся в определенной окружающей среде и подвержены внешнему воздействию. Опасные состояния вызываются одним или несколькими элементами, приводящими к отказам в системе. Окружающая среда, персонал, старение могут влиять на систему только через ее элементы (рис.5.1.).

 

Рис. 5.1. Воздействия и взаимосвязь элементов

 Каждый элемент системы связан с другими элементами специфическим образом, а идентичные элементы могут иметь различные характеристики в различных системах. Поэтому необходимо уточнять взаимосвязи и топографию системы. Взаимосвязи и топографию определяют, например, путем изучения системы трубопроводов данного предприятия, электрических схем, механических соединений, потоков информации, а также физического расположения элементов. Эти связи наилучшим образом можно представить в виде различных схем системы; технических описаний системы, карт технологических потоков и др., которые оказываются полезными в данной работе.Например, гидравлический удар, который вызывается быстрым закрытием клапана и который, в свою очередь, приводит к потере герметичности фланцевого соединения, выявляют при изучении схемы трубопроводов. Взаимовлияние двух расположенных емкостей возможно в случае пожара. Возможные изменения состояния элементов системы, возникающие в результате других причин, следует также включать в технические описания или в карты логических переходов.Работа в подготовительный период. Объем подготовительной работы определяется сложностью системы. Работа состоит из четырех основных этапов:                                                                                            - получение данных;                                                                                                                  - обработка данных;                                                                                                                 - планирование последовательности проведения исследований;                                             - организация обсуждений.

Как правило, данные включают различные чертежи и схемы (линейные схемы, карты технологического процесса, схемы размещения производственного оборудования и пр.), эксплуатационные инструкции, схемы последовательного контроля за работой приборов, логические схемы, программы для ЭВМ, иногда даже инструкции изготовителей и поставщиков по правилам эксплуатации оборудования.

Эти данные должны быть проверены для того, чтобы удостовериться в их пригодности для исследования и выявить в них все противоречия и неточности. Объем работы, необходимой для обработки данных и планирования последовательности проведения исследований, зависит от типа системы.

Руководитель группы разрабатывает план проведения исследования и обсуждает как метод, так и план исследования с членами группы до начала работы по выявлению опасностей.

Анализом возможных отказов системы или ее элементов называют оценку влияния возможных отказов элементов следующего уровня структуры на выходные характеристики исследуемого объекта и определение перечня возможных отказов. Возможным отказом системы называется состояние, в которое может перейти система за время эксплуатации при возникновении отказов входящих в него элементов следующего уровня структуры. Совокупность возможных отказов называют перечнем возможных отказов.

Анализ возможных отказов проводят с целью выявления возможных причин их возникновения, оценки вероятности возникновения, времени возникновения, выбора методов обнаружения и регистрации, определения последствий отдельных видов отказов и разработки предупредительных, контрольных и защитных мероприятий по обеспечению надежности и безопасности на стадиях эксплуатации и проектирования систем.В зависимости от сложности системы анализ возможных отказов проводят с использованием различных источников информации - конструкторской документации и схем эксплуатации, карт технологических процессов, опыта создания и эксплуатации систем-аналогов, циклограмм функционирования, результатов статистической обработки измерений входных и выходных параметров и др.

Анализ возможных отказов предусматривает следующие этапы:                                         - анализ процесса эксплуатации системы и составление перечня периодов эксплуатации;                                                                                                                                - задание границ рассмотрения системы;                                                                                 - рассмотрение взаимодействия и взаимовлияния составных частей (элементов) системы;                                                                                                                                   - назначение контролируемых параметров и систем контроля;                                         - определение характерных признаков отказов и их симптомов;                                                   - составление перечня возможных отказов для каждого периода эксплуатации;                    - оценка вероятностных и временных характеристик каждого вида отказов из перечня возможных отказов;                                                                                                       - анализ критичности отказов и ранжирование отказов по важности;                                      - определение возможных последствий отказов, возможности их обнаружения и устранения (или уменьшения степени опасности).                                                    Анализ должен удовлетворять следующим требованиям, выполнение которых в значительной мере повышает качество проводимых исследований:                                         - проводиться с достаточной степенью полноты и детализации;                                         - учитывать физическую природу процессов, протекающих в системе;                                 - учитывать влияние взаимных отказов, различные режимы работы элементов системы, возможные отказы между элементами (отказы межсистемных связей и соединений);                                                                                                                                - обеспечивать согласованность параметров элементов системы.                           Анализ процесса эксплуатации системы позволяет получить необходимые сведения для выявления возможных отказов. Его проводят в следующем порядке:  - определяют назначение системы, особенности условий и режимов эксплуатации и перечень выполняемых задач;                                                                                              - выделяют основные, обеспечивающие и вспомогательные функции;                               - для каждой выявленной функции определяют взаимно однозначные группы статистически независимых выходных параметров, номинальные и предельно допустимые значения каждого параметра;                                                                             - определяют виды элементов системы, их функциональные особенности и характер взаимодействия при эксплуатации, наличие резервных элементов, выявляют элементы, не имеющие аналогов;                                                                          - определяют условия эксплуатации (основные и резервные режимы работы, возможности работы с измененными выходными параметрами и др.);