Главная » Ответы консультанта » Надежность технических систем и техн генной риск. Надежность технических систем и техногенный риск

Надежность технических систем и техн генной риск. Надежность технических систем и техногенный риск

2. Понятие риска. Развитие риска на промышленных объектах.

В научной литературе встречается весьма различная трактовка термина «риск», и в него иногда вкладываются отличающиеся друг от друга содержания. Общим во всех приведенных представлениях является то, что риск включает неуверенность, произойдет ли нежелательное событие и возникнет ли неблагоприятное состояние.

Риск – ожидаемая частота или вероятность возникновения опасностей определенного класса, или же размер возможного ущерба (потерь, вреда) от нежелательного события, или же некоторую комбинацию этих величин.

Формирование опасных и чрезвычайных ситуаций - результат определенной совокупности факторов риска, порождаемых соответствующими источниками.

Каждое нежелательное событие может возникнуть по отношению к определенной жертве - объекту риска.

1. Индивидуальный риск обусловлен вероятностью реализации потенциальных опасностей при возникновении опасных ситуаций. Его можно определить по числу реализовавшихся факторов риска:

2. Технический риск - комплексный показатель надежности элементов техносферы. Он выражает вероятность аварии или катастрофы при эксплуатации машин, механизмов, реализации технологических процессов, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений:

3. Экологический риск выражает вероятность экологического бедствия, катастрофы, нарушения дальнейшего нормального функционирования и существования экологических систем и объектов в результате антропогенного вмешательства в природную среду или стихийного бедствия. Нежелательные события экологического риска могут проявляться как непосредственно в зонах вмешательства, так и за их пределами:

где: Rq - экологический риск;

DО - число антропогенных экологических катастроф и стихийных бедствий в единицу времени t;

О - число потенциальных источников экологических разрушений на рассматриваемой территории.

4. Социальный риск характеризует масштабы и тяжесть негативных последствий чрезвычайных ситуаций, а также различного рода явлений и преобразований, снижающих качество жизни людей. По существу - это риск для группы или сообщества людей. Оценить его можно, например, по динамике смертности, рассчитанной на 1000 человек соответствующей группы:

5. Экономический риск определяется соотношением пользы и вреда, получаемых обществом от рассматриваемого вида деятельности:

6. Приемлемый риск сочетает в себе технические, экологические, социальные аспекты и представляет некоторый компромисс между приемлемым уровнем безопасности и экономическими возможностями его достижения, т. е. можно говорить о снижении индивидуального, технического или экологического риска, но нельзя забывать о том, сколько за это придется заплатить и каким в результате окажется социальный риск.

Развитие риска на промышленных объектах

На процесс зарождения и развития риска оказывает свое влияние многообразие факторов и условий, характерных для промышленной системы (рис. 2.1). Знакомство с приведенной схемой позволяет выделить целый ряд первопричин риска: отказы в работе узлов и оборудования вследствие их конструктивных недостатков, плохого технического изготовления или нарушения правил технического обслуживания; отклонения от нормальных условий эксплуатации; ошибки персонала; внешние воздействия и пр. Вследствие возможности возникновения указанных причин опасные промышленные объекты постоянно находятся в неустойчивом состоянии, которое по отношению к безопасности производства становится особенно критичным при возникновении аварийных ситуаций на объектах.

Риск возникает при следующих необходимых и достаточных условиях:

Существование фактора риска (источника опасности);

Присутствие данного фактора риска в определенной, опасной (или вредной) для объектов воздействия дозе;

Подверженность (чувствительность) объектов воздействия к факторам опасностей.

Обычно аварии предшествует накопление дефектов в оборудовании или отклонение от нормального хода процессов. Эта фаза может длиться минуты, сутки или даже годы. Операторы, как правило, не замечают этой фазы из-за невнимания к регламенту или недостатка информации о работе объекта, так что у них не возникает чувства опасности. На следующей фазе происходит неожиданное или редкое событие, которое существенно меняет ситуацию. Операторы пытаются восстановить нормальный ход технологического процесса, но, не обладая полной информацией, зачастую только усугубляют развитие аварии. Наконец, на последней фазе еще одно неожиданное событие - иногда совсем незначительное - играет роль толчка, после которого техническая система перестает подчиняться людям, и происходит катастрофа.

Риск является неизбежным, сопутствующим фактором промышленной деятельности. Риск объективен, для него характерны неожиданность, внезапность наступления, что предполагает прогноз риска, его анализ, оценку и управление - ряд действий по недопущению факторов риска или ослаблению воздействия опасности.

11. Виды надежности.

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 транспортировки.

Многоцелевое назначение оборудования и систем приводит к необходимости исследовать те или другие стороны надежности с учетом причин, формирующих надежностные свойства объектов. Это приводит к необходимости подразделения надежности на виды. Различают:

- аппаратурную надежность , обусловленную состоянием аппаратов; в свою очередь она может подразделяться на надежность конструктивную, схемную, производственно-технологическую;

- функциональную надежность , связанную с выполнением некоторой функции (либо комплекса функций), возлагаемых на объект, систему;

- эксплуатационную надежность , обусловленную качеством использования и обслуживания;

- программную надежность , обусловленную качеством программного обеспечения (программ, алгоритмов действий, инструкций и т. д.);

- надежность системы «человек-машина», зависящую от качества обслуживания объекта человеком-оператором.

12. Виды отказов и причинные связи

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Отказы могут возникать в результате(рис 4.1.2):

1) первичных отказов;

2) вторичных отказов;

3) ошибочных команд (инициированные отказы).

Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины, приведенные в наружном кольце. Когда точный вид отказов определен и данные по ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как исходные отказы .

Первичный отказ элемента – состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения (усталости) материала служит примером первичного отказа.

Вторичный отказ - такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы. Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии.Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой.

Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди также являются возможными источниками вторичных отказов. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями.

Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие:

Конструкторские недоработки оборудования

Ошибки эксплуатации и технического обслуживания

Воздействие окружающей среды

Внешние катастрофические воздействия

Общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компоненты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие конструктивные или производственные дефекты.)

Общий внешний источник питания (общий источник питания для основного и резервного оборудования, резервируемых подсистем и элементов);

Неправильное функционирование

В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной системы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а менее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению вероятности совместного отказа узлов систем.

Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его предпочтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов надежности и безопасности. При сравнительной оценке критичности отказов учитывают последствия отказа, вероятность возникновения, возможность обнаружения, локализации и т. д.

Планирование эксперимента и принятие решений

1. Виды факторов. Факторы качественные и количественные. Факторы управляемые и контролируемые. Эксперимент активный и пассивный. Факторы неконтролируемые. Воспроизводимость эксперимента.

2. Выбор функции отклика. Основные требования к функции отклика.

Функция отклика – реакция на воздействие факторов.

11. Основная идея дисперсионного анализа. Разложение дисперсии на составляющие. План эксперимента и математическая модель однофакторного дисперсионного анализа Обоснования схемы расчета при однофакторном дисперсионном анализе.

Целью дисперсионного анализа является проверка статистической значимости различия между средними (для групп или переменных). Эта проверка проводится с помощью разбиения суммы квадратов на компоненты, т.е. с помощью разбиения общей дисперсии (вариации) на части, одна из которых обусловлена случайной ошибкой (то есть внутригрупповой изменчивостью), а вторая связана с межгрупповым различием. Последняя компонента дисперсии затем используется для анализа статистической значимости различия между средними значениями. Если это различие значимо , нулевая гипотеза отвергается и принимается альтернативная гипотеза о существовании различия между средними.

.
Электронное учебное пособие

подготовлено на базе учебного пособия

«Надежность технических систем и техногенный риск»
под редакцией Акимова В.А., Лапина В.Л., Попова В.М., Пучкова В.А., Томакова В.И., Фалеева М.И.

	Предисловие
	§ 1. Природа и характеристика опасностей в техносфере
	1.1. Техносфера. Техника. Техническая система. Технология
	1.2. Определение опасности
	1.3. Аксиомы о потенциальной опасности технических систем
	1.4. Таксономия опасностей
	1.3.1. Примеры таксономий
	1.5. Алгоритм развития опасности и ее реализации
	1.6. Источники опасности
	1.7. Энергоэнтропийная концепция опасностей
	1.8. Номенклатура опасностей
	1.9. Квантификация опасностей
	1.10. Идентификация опасностей
	1.11. Причины и последствия
	1.12. Пороговый уровень опасности
	1.13. Показатели безопасности технических систем
	§ 2. Основные положения теории риска
	2.1. Понятие риска
	2.2. Развитие риска на промышленных объектах
	2.3. Основы методологии анализа и управления риском
	2.4. Моделирование риска
	2.5. Принципы построения информационных технологий управления риском
	§ 3. Роль внешних факторов, воздействующих на формирование отказов технических систем
	3.1. Общие замечания
	3.2. Классификация внешних воздействующих факторов
	3.3. Воздействие температуры
	3.4. Воздействие солнечной радиации
	3.5. Воздействие влажности
	3.6. Воздействие атмосферного давления
	3.7. Воздействие ветра и гололеда
	3.8. Воздействие примесей воздуха
	3.9. Воздействие биологических факторов
	3.10. Старение материалов
	3.11. Факторы нагрузки
	§ 4. Основы теории расчета надежности технических систем
	4.1. Основные понятия теории надежности
	4.2. Количественные характеристики надежности
	4.3. Теоретические законы распределения отказов при расчете надежности
	4.4. Резервирование
	4.5. Основы расчета надежности технических систем по надежности их элементов
	§ 5. Методика исследования надежности технических систем
	5.1. Системный подход к анализу возможных отказов: понятие, назначение, цели и этапы, порядок, границы исследования
	5.2. Выявление основных опасностей на ранних стадиях проектирования
	5.3. Исследования в предпусковой период
	5.4. Исследования действующих систем
	5.5. Регистрация результатов исследования
	5.6. Содержание информационного отчета по безопасности процесса
	§ 6. Инженерные методы исследования безопасности технических систем
	6.1. Понятие и методология качественного и количественного анализов опасностей и выявления отказов систем
	6.2. Порядок определения причин отказов и нахождения аварийного события при анализе состояния системы
	6.3. Предварительный анализ опасностей
	6.4. Метод анализа опасностей и работоспособности - АОР
	6.5. Методы проверочного листа (Check-list)
	6.6. Анализ вида и последствий отказа - АВПО
	6.7. Анализ вида, последствий и критичности отказа - АВПКО
	6.8. Дерево отказов - ДО
	6.9. Дерево событий - ДС
	6.10. Дерево решений
	6.11. Логический анализ
	6.12. Контрольные карты процессов
	6.13. Распознавание образов
	6.14. Таблицы состояний и аварийных сочетаний
	§ 7. Оценка надежности человека как звена сложной технической системы
	7.1. Причины совершения ошибок
	7.2. Методология прогнозирования ошибок
	7.3. Принципы формирования баз об ошибках человека
	§ 8. Организация и проведение экспертизы технических систем
	8.1. Причины, задачи и содержание экспертизы
	8.2. Организация экспертизы
	8.3. Подбор экспертов
	8.4. Экспертные оценки
	8.5. Опрос экспертов
	8.6. Оценка согласования суждений экспертов
	8.7. Групповая оценка и выбор предпочтительного решения
	8.8. Принятие решения
	8.9. Работа на завершающем этапе
	§ 9. Мероприятия, методы и средства обеспечения надежности и безопасности технических систем
	9.1. Стадия проектирования технических систем
	9.2. Стадия изготовления технических систем
	9.3. Стадия эксплуатации технических систем
	9.4. Техническая поддержка и обеспечение
	9.5. Технические средства обеспечения надежности и безопасности технических систем
	9.6. Организационно-управленческие мероприятия
	9.7. Диагностика нарушений и аварийных ситуаций в технических системах
	9.8. Алгоритм обеспечения эксплуатационной надежности технических систем
	§ 10. Технические системы безопасности
	10.1. Назначение и принципы работы защитных систем
	10.2. Типовые структуры и принципы функционирования автоматических систем защиты
	10.3. Автоматическая интеллектуализированная система защиты объекта и управления уровнем безопасности
	10.4. Типовые локальные технические системы и средства безопасности
	§ 11. Правовые аспекты анализа риска и управления промышленной безопасностью
	11.1. Классификация промышленных объектов
	11.2. Оценка опасности промышленного объекта
	11.3. Декларация безопасности опасного промышленного объекта
	11.4. Требования к размещению промышленного объекта
	11.5. Система лицензирования
	11.6. Экспертиза промышленной безопасности
	11.7. Информирование государственных органов и общественности об опасностях и авариях
	11.8. Ответственность производителей или предпринимателей за нарушения законодательства и нанесенный ущерб
	11.9. Учет и расследование
	11.10. Участие органов местного самоуправления и общественности в процессах обеспечения промышленной безопасности
	11.11. Государственный контроль и надзор за промышленной безопасностью
	11.12. Разработка планов по ликвидации аварий и локализации их последствий, а также планов по ликвидации чрезвычайных ситуаций
	11.13. Экономические механизмы регулирования промышленной безопасности
	11.14. Российское законодательство в области промышленной безопасности
	§ 12. Принципы оценки экономического ущерба от промышленных аварий
	12.1. Понятие ущерба и вреда. Структура вреда
	12.2. Экономический и экологический вред
	12.3. Принципы оценки экономического ущерба
	Приложение 1
	Приложение 2
	Приложение 3
	Приложение 4
	Приложение 5
	Библиографический список

Предисловие
Безопасность и устойчивость развития общества - два взаимосвязанных понятия, имеющих определяющее значение при выборе ориентиров и путей достижения высокого материального и духовного уровней жизни людей.

Общее определение термина “безопасность” дано в Законе Российской Федерации “О безопасности” , принятом 25 марта 1992г.: “Под безопасностью Российской Федерации понимается качественное состояние общества и государства , при котором обеспечивается защита каждого человека, проживающего на территории Российской Федерации, его прав и гражданских свобод, а также надежность существования и устойчивость развития Республики, защита ее ценностей, материальных и духовных источников жизнедеятельности, конституционного строя и государственного суверенитета, независимости и территориальной целостности от внутренних и внешних врагов”.

Если подходить к проблеме промышленной безопасности именно с позиций настоящего определения, то становится очевидным, что она не ограничивается и не исчерпывается вопросами только научно-технического характера - проблема имеет огромное социально-политическое значение в области обеспечения национальной безопасности России. Государство не может и не должно ежегодно нести колоссальные потери в виде человеческих жизней, существенного морального, материального и экологического ущерба. В настоящее время частота возникновения чрезвычайных ситуаций в России с гибелью людей существенно (на порядок и более) превышает показатели развитых стран (см. рис. 1). Особенно это характерно для “мелких” происшествий на производстве, не ведущих к тяжелым последствиям - это достаточно распространенные события на отечественных предприятиях. Обычно они не привлекают к себе большого внимания общественности и специалистов аналогичных производств. Но каково приходится семьям, потерявшим кормильцев? Дети лишаются родителей, а государство - трудоспособных граждан.

Рис.1. Частота возникновения чрезвычайных ситуаций с гибелью людей: 1 -Россия; 2 - США; 3 - Великобритания; 4 - Нидерланды
В этом плане нельзя не отметить, что неудовлетворительное состояние дел в области обеспечения безопасности производства и надлежащих условий труда негативно влияет на общую продолжительность жизни людей и показатели смертности в Российской Федерации. В настоящее время доля трудоспособного населения в общем числе умерших достигла 30%, в то время как в конце 80-х и начале 90-х годов она составляла от 20 до 26% . Динамика смертности населения приведена на рис.2.

На рис.3. изображена динамика риска гибели населения в целом по России в период 1970-1995 гг., полученная на основе медико-демографических данных . Видно, что, начиная с 1990 г., риск гибели населения вследствие внешних причин начал заметно увеличиваться. Эта тенденция резко выражена для мужского населения. Доля смертности от внешних причин для мужчин (от общей смертности) в 1994 составила 59,3%, соответственно, женщин - 20,9%.

Рис.2. Динамика смертности населения Российской Федерации: 1 - общая смертность; 2 - смертность в трудоспособном возрасте

Рис. 3. Динамика смертности населения России от внешних причин
С 1987 по 1997 г. на производстве пострадало 3 млн. 855 тыс. человек. С 1987 по 1999 год погибло 90 тыс. 969 человек. Динамика травматизма работающих со смертельным исходом (смертность выражена через коэффициент частоты смертности - К см - количество погибших на 1 тыс. работающих) приведена на рис. 4.

Рис.4. Динамика травматизма со смертельным исходом на 1000 работающих
По числу травматизма со смертельным исходом Россия значительно выделяется среди экономически развитых стран :

Рис.5. Уровень травматизма со смертельным исходом в ряде экономически развитых стран
Ежегодно в России 12-15 тыс. чел. становятся инвалидами в результате получения травм на производстве, а на учете ежегодно состоят свыше 220 тыс. человек, получающих пенсии по трудовому увечью и профзаболеванию. Первичный выход на инвалидность в 1994 году составил 76 случаев на 10 тыс. работников. Динамика первичного выхода на инвалидность населения России приведена на рис. 6.

Рис. 6. Динамика первичного выхода на инвалидность
Всего в Российской Федерации сейчас 5,9 млн. инвалидов, что составляет три процента населения. Это означает: почти каждый тридцатый - инвалид. Воображение рисует жутковатые сравнения: почти вся Белоруссия или население Литвы и Латвии вместе взятых. Рост числа инвалидов сопровождается встречным сокращением населения страны. Если эти две встречные линии продолжат сближение , то могут достигнуть критической точки, где станет вопрос о существовании Великой державы . Основные виды заболеваний, вследствие которых устанавливается инвалидность, - туберкулез легких, психические, сердечно-сосудистые заболевания, болезни системы кровообращения, органов дыхания, что отрицательно сказывается на общей демографической ситуации в Российской Федерации. Академик Абалкин Л.И. в одной из своих работ отмечает тот факт, что уже несколько лет идет процесс депопуляции населения России. Его сокращение не перекрывается даже притоком эмигрантов. Снижается средняя продолжительность жизни. По меркам развитых стран, пороговым значением считается сегодня продолжительность жизни 70 лет. Если существующий уровень опускается ниже, это свидетельствует, что генофонд общества находится под угрозой. В настоящее время средняя продолжительность жизни находится на уровне 65 лет. Особенно тревожно выглядят официальные расчеты Госкомстата относительно продолжительности жизни мужчин. Согласно официальным данным, половина юношей, которым сегодня исполнилось 16 лет, не доживет до 60. Под угрозой и здоровье населения страны. Ослаблена иммунная защита, растет число инфекционных заболеваний, рождается все больше неполноценных детей. Последствия этих изменений, даже если принять срочно самые серьезные меры, могут ощущаться на протяжении двух ближайших поколений Российских граждан.

В целом сложившееся положение оказывает определенное морально-психологическое воздействие не только на занятых на производстве, но и на широкие круги населения, особенно в случае крупных аварий с человеческими жертвами. Все это усиливает социальную, а в ряде случаев и политическую напряженность во многих регионах России, что также не способствует повышению безопасности общества, его устойчивому развитию. Вот почему следует считать проблему промышленной и экологической безопасности социально-политической проблемой, требующей своего положительного разрешения.

Увеличение числа и масштабов последствий техногенных аварий и катастроф обусловлено не только ростом сложности производства с применением новых технологий, требующих высоких концентраций энергии, опасных для жизни человека веществ и оказывающих заметное воздействие на компоненты окружающей среды, но и крупными структурными изменениями в экономике страны, приведшими к сбою в сфере финансирования , высоким и прогрессирующим уровнем износа и старения основных фондов (например, в ряде производств химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности износ составил 80 - 100%), падением технологической и производственной дисциплины и снижением квалификации персонала, переносов сроков ремонта и замены оборудования, упрощением регламентного обслуживания.

В последние годы некоторые страны (США, Нидерланды, Швеция) проводят специальные исследования по оценке риска и безопасности производств в крупных промышленных регионах, другие страны предполагают сделать это в будущем. Широкомасштабная оценка безопасности предприятий промышленности в этих странах проводится не для того, чтобы подменить существующий подход к обеспечению безопасности, а для того, чтобы дополнить его, установить с его помощью более обоснованные критерии. На примере стран Западной Европы видно, что после начала действия механизма реализации мер снижения риска, и обеспечения промышленной безопасности количество аварий значительно сократилось (рис. 7).

Рис.7. Снижение числа аварий в высокорисковых отраслях Западной Европы: 1 - крупные аварии с материальным ущербом не менее 1 млн. долл.; 2- аварии с остановкой производства; 3 - все аварии

Обеспечение безопасности населения и окружающей природной среды представляет собой весьма сложную техническую задачу, решение которой невозможно без совершенствования и углубления инженерной подготовки в области исследования надежности, прогнозирования и обеспечения безопасности технических систем. В ряде промышленно развитых стран изучение безопасности технических систем, как отдельной независимой деятельности, было введено в практику в шестидесятых годах (для примера можно привести деятельность США, начиная с 50-х годов, по созданию системы безопасности авиационно-космической техники). Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (электрических, механических, гидравлических) на причины и последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. “Дерево отказов”, “Дерево последствий”, “Метод последовательной экспертизы”, “Экспертные оценки” и др. методы выявления отказов были взяты на вооружение специалистами, работающими в химической и других опасных отраслях промышленности, как раз из сферы военных и аэрокосмических исследований. Именно в этих странах 60-е годы были отмечены началом широкой публикации научных работ, относящихся к описываемой области исследований. В нашей стране такие работы (это касается открытой печати, доступной широкому кругу научно-технических работников) имели единичные издания. Это следовало из концепции “абсолютной безопасности” отечественных технологий и оборудования. Названная концепция до недавнего времени была фундаментом, на котором строились нормативы безопасности. Сказалась специфика политического, экономического и социального развития бывшего СССР , которая обусловила отставание, по крайней мере, на 20 лет , в исследованиях в области промышленной безопасности, безопасности жизнедеятельности, культуре, экологии. Такое отношение к проблемам безопасности сдерживало формирование у специалистов представлений о принципах и методах обеспечения промышленной и экологической безопасности, что продуцировало отставание во всех сферах технической и образовательной деятельности: проектирования, изготовления, эксплуатации, надзора за безопасностью, подготовки специалистов, действий в чрезвычайных ситуациях, и сказалось на росте количества и масштабов экстремальных ситуаций и аварий на промышленных предприятиях, транспортных системах и пр. Требование “абсолютной безопасности”, т.е. “нулевого риска”, в конечном счете, привело к дорогостоящим и даже к трагическим последствиям для населения и экономики страны. Специалисты, эксплуатирующие технические системы и обслуживающие опасные технологии в химической промышленности, системы энергетики и трубопроводный транспорт, оказались неподготовленными в методическом плане к поиску и анализу критических отказов, приводящих к авариям. Уровень знаний в вопросах безопасности жизнедеятельности в техносфере отстал от уровня сложности и темпов развития техники, технологий, технических систем.

Не следует строить иллюзий о безопасности предприятия даже в том случае, если на нем не происходит чрезвычайных ситуаций с разрушениями и гибелью персонала - отказ системы очистки отходящего газа из-за ненадежности техники будет нести огромную опасность для людей и окружающей среды.

В настоящее время в России осуществляется переход от регистрации свершившегося факта к осознанию необходимости использования инженерных методов предварительного анализа и исследования технических систем и объектов повышенного риска с целью предупреждения аварий. Ясно, что в изменившихся условиях подход к решению проблем безопасности производств, экологических проблем, основанный на концепции “реагировать и выправлять”, вынужден уступить место новому, где главенствующий принцип “предвидеть и предупреждать”. Встала задача прогнозирования техногенной деятельности - чтобы предотвратить тот ее предельный негативный масштаб, превышение которого оборачивается трагедией, катастрофами и экологическим ущербом. Уместно здесь отметить, что по подсчетам специалистов, сегодня на территории России размещены свыше 4,5 тыс. потенциально опасных объектов, в т.ч. до 800 - радиационно и примерно 1500 химически и биологически опасных сооружений и производств, которые относятся к объектам повышенного риска.

Вот почему методы исследования возможных отказов должны стать хорошим подспорьем для специалистов по инженерной защите окружающей среды или по безопасности жизнедеятельности , а поиск возможных отказов и анализ последствий должен стать распространенной, обычной процедурой при оценке сложных, дорогостоящих и высокорисковых предприятий, технологий и установок.

В настоящем учебном пособии систематизированы эти методы, а их научное изложение было адаптировано к учебному процессу в ходе чтения в техническом университете дисциплины “Надежность технических систем и техногенный риск” студентам, обучающимся по специальностям “Инженерная защита окружающей среды” и “Безопасность жизнедеятельности”. Это учебное пособие написано для того, чтобы показать структуру и организацию мышления для продуктивного решения проблем безопасности производства и окружающей среды.

В России в настоящее время интенсивно ведутся работы в сфере обеспечения безопасности эксплуатации технических систем, разрабатываются методики, направленные на определение надежности технических систем, оценку риска, совершенствуется нормативно-правовая база. При подготовке предлагаемого учебного пособия были использованы основополагающие и современные работы из рассматриваемой области, а список этих работ позволит расширить представления и знания по затронутой проблеме.

Учебное пособие написано в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки инженеров по специальностям «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Безопасность технологических процессов и производств», «Пожарная безопасность» и «Защита в чрезвычайных ситуациях». Оно может быть полезным инженерно-техническим работникам, занимающимся проблемами безопасности технических систем и экологической безопасности.

Академик Валерий Алексеевич Легасов еще в 70-е годы одним из первых в стране высказал мысль о том, что система знаний о закономерностях и состояниях защищенности людей и окружающей среды от техногенных опасностей должна стать самостоятельной научной дисциплиной.

Учебное пособие, безусловно, не свободно от недостатков. Авторы будут благодарны всем, кто сочтет необходимым прислать свои отзывы, критические замечания или предложения к сотрудничеству в этом направлении.

Эффективная предпринимательская деятельность во многих случаях связана с освоением новой техники и технологий, повышением уровня производительности труда. Однако внедрение новой техники и технологий сопряжено с возникновением техногенных катастроф, которые наносят урон окружающей среде, средствам производства, а также жизни и здоровью людей. Всё это порождает технический риск .

Технический риск – это риск, обусловленный техническими факторами. Технический риск представляет собой комплексный показатель надежности элементов техносферы и выражает вероятность аварии или катастрофы при эксплуатации машин, механизмов, реализации технологических процессов, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Технический риск определяется степенью организации производства, проведением превентивных мероприятий (регулярной профилактики оборудования, мер безопасности), возможностью проведения ремонта оборудования собственными силами предприятия.

К техническим рискам относится вероятность потерь:

вследствие отрицательных результатов научно-исследовательских работ;
в результате недостижения запланированных технических параметров в ходе конструкторских и технологических разработок;
в результате низких технологических возможностей производства, что не позволяет осваивать новые разработки;
в результате возникновения при использовании новых технологий и продуктов побочных или отсроченных во времени проблем;
в результате сбоев и поломки оборудования и т.д.

Одной из разновидностей данного риска является технологический риск – риск того, что в результате технологических изменений существующие системы производства и сбыта устареют и тем самым окажут негативное воздействие на уровень капитализации компании и ограничат её возможности по получению прибыли. В то же время, модернизация и усовершенствование (усложнение) технических средств, увеличение числа технических элементов также способствует снижению их надёжности и, соответственно, возрастанию риска.

В любой новой технологической и конструктивной разработке присутствует технический риск, т.е. вероятность того, что разработанная технология или конструкция окажется неудачной и потребуется иное техническое решение или доработка, доводка. Особенно трудоемкой является такая доводка в тех случаях, когда автоматическая линия является уникальной, технология её работы и большинство конструкторских решений являются оригинальными, не имеющими близких хорошо изученных прототипов.

Технические риски возникают из-за:

ошибок в проектировании;
недостатков технологии и неправильного выбора оборудования;
ошибочного определения мощности;
недостатков в управлении;
нехватки квалифицированной рабочей силы;
отсутствия опыта работы с новым оборудованием;
срыва поставок сырья, стройматериалов, комплектующих;
срыва сроков строительных работ подрядчиками (субподрядчиками);
повышения цен на сырье, энергию и комплектующие;
увеличения стоимости оборудования;
роста расходов на заработную плату.

Исследования безопасности технических объектов свидетельствуют, что опасность свойственна любым системам и операциям. Практически достичь абсолютной безопасности с технической точки зрения нереально, а с экономической – нецелесообразно. Это связано с тем, что надёжность технических систем не может быть абсолютной. Риски связанные с ненадёжность систем можно снизить в результате испытаний и доработок оборудования с целью повышения его качества и надёжности.

Кроме того, технические риски сопровождают строительство новых объектов и их последующую эксплуатацию. Среди них выделяют строительно-монтажные и эксплуатационные риски . К строительно-монтажным принадлежат такие риски:

потеря или повреждение строительных материалов и оборудования вследствие неблагоприятных событий – стихийных бедствий, пожаров, взрывов, преступных действий третьих лиц и т.п.;
нарушение функционирования объекта вследствие ошибок при его проектировании и монтаже;
получение физических увечий персоналом, задействованным в строительстве объекта.

Технический риск относится к группе внутренних рисков, поскольку предприятие может оказывать на данные риски непосредственное влияние и их возникновение, как правило, зависит от деятельности самого предприятия.

В связи с развитием научно-технического прогресса, ростом капиталоемкости производства, увеличением в производственном процессе удельного веса технологического оборудования, а также в связи с увеличением объёма строительно-монтажных работ существенно увеличилось негативное воздействие технических рисков, что, в свою очередь, способствовало зарождению отдельной отрасли страхования ( , и т.п.).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ОХРАНЫ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ “НАДЁЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК”

- Основные понятия надежности, ее параметры и показатели

Список использоваемой литературы/веб-ресурсов

Основные понятия надежности, ее параметры и показатели

Надежность является одним из важнейших комплексных свойств качества сложных технических систем, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. По международному стандарту ИСО (ISO, International Organization for Standardization) качество -- это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. Надежность -- специфическое свойство, поскольку это свойство проявляется только в эксплуатации и на всем ее периоде. Надежность -- это качество объекта, развернутое во времени. Основные вопросы, которые изучает теория надежности, -- отказы технических элементов и систем, в целом; критерии и количественные характеристики надежности; методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; методы испытания технических средств на надежность; методы оценки эффективности мероприятий по повышению надежности.

Теория надежности как наука исследует влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на уровень надежности изделия. Математические методы, используемые в теории надежности, базируются на теории вероятностей и математической статистике, поскольку каждый конкретный отказ есть событие случайное, появление которого не может быть точно предсказано заранее.

Необходимость установления и исследования закономерностей, характеризующих надежность технических устройств, желание получать количественное описание характеристик их надежности привели к созданию теории надежности.

Изучением закономерностей, свойственных случайным событиям, занимается теория вероятностей . Характеристики случайных событий на практике определяются на основе массовых наблюдений, а объективно обоснованная оценка получаемых при этом статистических материалов основывается на методах математической статистики . Надежность одновременно является важным и самостоятельным научным направлением.

По общепринятому определению (ГОСТ 27.002-89), надежность -- это свойство изделия (объекта) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных показателей в пределах, соотве т ствующих заданным режимам и условиям использования, технического о б служивания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность -- сложное понятие, оно выражается четырьмя параметрами:

1 . Безотказность -- свойство объекта (изделия) непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Показателями безотказности являются: средняя наработка на отказ, интенсивность или параметр потока отказов, вероятность безотказной работы при заданной наработке.

Долговечность -- свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и текущего ремонта. Показателями являются: средний ресурс (в единицах наработки), средний срок службы (обычно в календарных годах), гамма-процентный ресурс или срок службы.

Ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) -- свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей.

4. Сохраняемость -- свойство объекта сохранять установленные показатели качества в процессе хранения, транспортирования и непосредственно после. Показателями сохраняемости являются средний и гамма-процентный срок хранения.

Надежность технической системы закладывается в процессе ее проектирования, осуществляется в процессе ее производства и поддерживается в процессе эксплуатации, поэтому обеспечение надежности является серьезной задачей для проектирования, создания и эксплуатации таких систем.

Уровень надежности технических систем, задаваемый техническими требованиями, характеризуется рядом количественных показателей, среди которых наиболее часто используется вероятность безотказной работы.

Основные термины и понятия, связанные с надежностью

Работоспособность -- это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, установленными требованиями технической документации, в течение расчётного срока службы. Отказ -- это нарушение работоспособности. Свойство элемента или системы непрерывно сохранять работоспособность при определённых условиях эксплуатации (до первого отказа) называется безотказностью . Безотказность -- свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Ремонтопригодность -- свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Восстанавливаемой называют систему, которая в процессе своей эксплуатации допускает ремонт, к невосстанавливаемым - соответственно система, которая в процессе выполнения своих функций в силу причин технического либо экономического характера, проведение ремонтов не допускает. Примером невосстанавливаемой системы являются искусственный спутник Земли.

Долговечность -- свойство элемента или системы длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при определенных условиях эксплуатации.

Сохраняемость -- свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

Живучесть -- способность технического устройства, сооружения, средства или системы выполнять основные свои функции, несмотря на полученные повреждения. Например, под живучестью судна можно понимать его способность оставаться на плаву и не терять остойчивость в случае затопления одного или большего числа отсеков из-за полученного повреждения корпуса.

Отказ -- событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Сбой -- самоустраняющийся отказ.

Наработка -- время или объём работы.

Ресурс (техника) -- объём работы или срок эксплуатации, на который рассчитывается машина, здание и т. п. После исчерпания ресурса безопасная работа устройства не гарантируется, ему требуется капитальный ремонт или замена.

Срок службы -- календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Оценка надежности (безотказности) технических систем

В общем случае под технической системой понимают объект, выполняющий заданные функции, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами. Элементы могут иметь разнообразные выходные параметры, которые с позиции надежности можно разбить на три группы:

X 1 -- параметры, изменение которых с выходом за установленные уровни показателей приводит к потере работоспособности элемента и системы;

Х 2 -- параметры, участвующие в формировании выходных параметров всей системы, по которым трудно судить об отказе элемента;

Х 3 -- параметры, влияющие на работоспособность других элементов аналогично изменению внешних условий работы системы.

Рассмотрим (на примере автомобильного двигателя) взаимодействие возможных типов выходных параметров двух элементов системы, которую можно представить структурной схемой (рис. 1).

В представленной на рис. 1 схеме для элемента № 1 -- системы питания X 1 -- это пропускная способность топливного жиклера (если жиклер забит и топливо не поступает, то система питания отказывает и отказывает двигатель), Х 2 -- это повышенный расход топлива при износе топливного жиклера, что приводит к ухудшению топливной экономичности автомобиля,

Х 3 -- богатая горючая смесь при износе жиклера приводит к перегреву двигателя и затрудняет работу системы охлаждения.

В свою очередь плохая работа системы охлаждения приводит к перегреву двигателя и образованию паровых пробок в системе питания -- это Х 3 для элемента № 2, плохая работа термостата затягивает прогрев двигателя, что приводит к снижению топливной экономичности автомобиля -- это Х 2 , обрыв ремня приводит к отказу системы охлаждения и отказу автомобиля -- это X 1 для элемента № 2.

В реальных сложных системах элементы могут иметь или все три типа выходных параметров, или меньше (один или два). Во многом это зависит от степени расчленения системы на элементы. В рассмотренном примере система питания и система охлаждения двигателя сами являются сложными системами, состоящими и большого числа деталей.

При анализе надежности сложной системы ее элементы полезно разделять на группы по роли влияния на безотказность системы:

Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность (например, повреждение обивки салона, коррозия крыла автомобиля). Отказ таких элементов обычно рассматривают изолированно от системы.

Элементы, работоспособность которых за рассматриваемый промежуток времени или наработки практически не меняется (для автомобиля, направляемого на уборку урожая, учитывать изменение состояния картера коробки передач не имеет смысла).

Элементы, восстановление работоспособности которых не требует значительных затрат времени и, практически, не снижает показателей эффективности работы.

Элементы, отказы которых приводят к отказу автомобиля и регламентируют его надежность.

В тех случаях, когда функционирование технической системы связано с выполнением разнообразных задач в неодинаковых условиях эксплуатации, выделение элементов в указанные группы может быть проблематично (отказ стеклоочистителя в сухую хорошую погоду не приводит к отказу автомобиля, а в дождь и слякоть -- приводит к его отказу).

В зависимости от характера влияния на надежность сложной системы, ее элементы можно считать включенными последовательно (по аналогии с включением лампочек в гирлянде) или параллельно. При этом реальную конструктивную схему системы можно представить структурной схемой безотказности. Рассмотрим структурную схему подшипникового узла , состоящего из следующих элементов: 1 --вал, 2 --подшипник, 3 -- корпус подшипника, 4 --винты крепления крышки подшипника (4 шт.), 5 -- крышка подшипника. Если отказ элемента приводит к отказу системы, то можно считать, что элемент включен последовательно. Если при отказе элемента система продолжает функционировать, то элемент включен параллельно. В соответствии с этим структурная схема подшипникового узла будет иметь вид

Количественные характеристики безотказности

Безотказность (и другие составляющие свойства надежности) технических систем проявляется через случайные величины: наработку до очередного отказа и количество отказов за заданное время. Поэтому количественными характеристиками свойства здесь выступают вероятностные переменные.

Наработка есть продолжительность или объем работы объекта. Для РЭС естественно исчисление наработки в единицах времени, тогда как для других технических средств могут быть удобнее иные средства измерения (например, наработка автомобиля - в километрах пробега). Для невосстанавливаемых и восстанавливаемых изделий понятие наработки различается: в первом случае подразумевается наработка до первого отказа (он же является и последним отказом), во втором - между двумя соседними во времени отказами (после каждого отказа производится восстановление работоспособного состояния). Математическое ожидание случайной наработки Т

(1)

является характеристикой безотказности и называется средней наработкой на отказ (между отказами). В (1) через t обозначено текущее значение наработки, а f(t ) - плотность вероятности ее распределения.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки t отказ объекта не возникнет:

(2)

Вероятность противоположного события называется вероятностью отк а за и дополняет вероятность безотказной работы до единицы:

(3)

В (2) и (3) F(t ) есть интегральная функция распределение случайной наработки t . Плотность вероятности f(t ) также является показателем надежности, называемым частотой отказов :

(4)

Из (4) очевидно, что она характеризует скорость уменьшения вероятности безотказной работы во времени.

Интенсивностью отказов называют условную плотность вероятности возникновения отказа изделия при условии, что к моменту t отказ не возник:

(5)

Функции f(t) и (t) измеряются в ч.

Интегрируя (5), легко получить:

Это выражение, называемое основным законом надежности , позволяет установить временное изменение вероятности безотказной работы при любом характере изменения интенсивности отказов во времени. В частном случае постоянства интенсивности отказов(t ) == const (6) переходит в известное в теории вероятностей экспоненциальное распределение:

}. (7)

Поток отказов при(t )=const называется простейшим и именно он реализуется для большинства технических систем в течении периода нормальной эксплуатации от окончания приработки до начала старения и износа.

Подставив выражение плотности вероятности f(t ) экспоненциального распределения (7) в (1), получим:

т.е. при простейшем потоке отказов средняя наработка Т 0 обратна интенсивности отказов. С помощью (7) можно показать, что за время средней наработки, t=T 0 , вероятность безотказной работы изделия составляет 1/ Часто используют характеристику, называемую - процентной нар а боткой - время, в течении которого отказ не наступит с вероятностью (%):

Структурно - логический анализ технических систем

Конечной целью расчета надежности технических устройств является оптимизация конструктивных решений и параметров, режимов эксплуатации, организация технического обслуживания и ремонтов. Поэтому уже на ранних стадиях проектирования важно оценить надежность объекта, выявить наиболее ненадежные узлы и детали, определить наиболее эффективные меры повышения показателей надежности. Эти задачи можно решить предварительным структурно - логическим анализом системы.

Большинство технических объектов являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, устройств контроля, управления и т.д.. Техническая система (ТС) - совокупность технических устройств (элементов), предназначенных для выполнения определенной функции или функций. Соответственно элемент - составная часть системы.

Расчленение ТС на элементы достаточно условно и зависит от постановки задачи расчета надежности. Например, при анализе работоспособности технологической линии ее элементами могут считаться отдельные установки и станки, транспортные и загрузочные устройства и т.д.. В свою очередь станки и устройства также могут считаться техническими системами и при оценке их надежности должны быть разделены на элементы - узлы, блоки, которые, в свою очередь - на детали и т.д..

При определении структуры ТС в первую очередь необходимо оценить влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность системы в целом. С этой точки зрения целесообразно разделить все элементы на четыре группы:

1. Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (например, деформация кожуха, изменение окраски поверхности и т.п.).

2. Элементы, работоспособность которых за время эксплуатации практически не изменяется и вероятность безотказной работы близка к единице (корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности).

3. Элементы, ремонт или регулировка которых возможна при работе изделия или во время планового технического обслуживания (наладка или замена технологического инструмента оборудования, конструктивные доработки ТС и т.д.).

4. Элементы, отказ которых сам по себе или в сочетании с отказами других элементов приводит к отказу системы.

Очевидно, при анализе надежности ТС имеет смысл включать в рас-смотрение только элементы последней группы.

Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно - логические схемы надежности ТС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность ТС.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 3).

Параллельным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не откажут все соединенные элементы (рис. 4).

Безотказность сложной системы, состоящей из последовательно включенных элементов, определяется произведением вероятностей безотказной работы элементов как совместно наблюдаемых событий. Например, система состоит из 50 элементов с одинаковой безотказностью Как видно из приведенного примера, увеличение количества элементов при их последовательном включении приводит к снижению безотказности сложной системы. Следует пояснить, что «последовательным» такое соединение элементов является только в смысле надежности, физически они могут быть соединены как угодно.

Для реальных элементов безотказность является переменной величиной, зависящей от их наработки, ее можно выразить законом распределения вероятностей. На рис. 5 показаны графики законов распределения вероятностей для трёх последовательно включённых элементов.

Рис. 5. Схема влияния наработки системы на вероятность отказа ее элементов

Из рис. 5 следует, что при наработке t 1 наибольшую вероятность отказа будет иметь первый элемент, однако, при увеличении наработки до величины t 2 вероятность отказа второго элемента может существенно возрасти. Третий элемент при рассматриваемых значениях наработки остается практически безотказным. Таким образом, для повышения безотказности системы, состоящей из последовательно включенных элементов, следует в первую очередь повышать надежность наиболее «слабых» элементов. Одинаково увеличивать средний ресурс всех элементов системы нецелесообразно.

При параллельном включении элементов (рис. 6) сложная система откажет только при отказе всех т элементов, вероятность совместного наблюдения этих событий

Безотказность сложной системы

Например, для системы из трех элементов с безотказностью 0,9 общая безотказность. Таким образом, увеличение числа параллельно включенных элементов увеличивает безотказность сложной системы.

Рис. 6 . Структурная схема безотказности системы из трех параллельно включенных элементов

В качестве примера оценим безотказность грузового двухосного автомобиля по проколу колес (колеса задней оси спаренные). Известно, что при определенном пробеге автомобиля безотказность по проколу переднего колеса равна а по проколу заднего колеса (часто передние колеса наезжают на лежащий гвоздь, подбрасывают его и он прокалывает заднее колесо, поэтому обычно вероятность прокола задних колес больше, чем передних).

Если автомобиль груженый (вариант а ), то при проколе любого колеса дальнейшее движение авто нобиля невозможно -- наблюдается отказ сложной системы. Если автомобиль совершает порожний пробег (вариант б), то при проколе одного из спаренных колес дальнейшее движение возможно; отказ будет происходить только при проколе обоих спаренных колес или переднего колеса. В соответствии с этими условиями на рис. 7 показаны структурные схемы безотказности сложной системы по обоим вариантам.

Безотказность сложной системы по структурной схеме варианта б

надежность безотказность технический

Рис. 7 . Структурная схема безотказности автомобиля по проколу колес а -- движение груженого автомобиля; б -- движение порожнего автомобиля; Пл -- перед нее левое колесо, Пп -- переднее правое колесо, Зл -- заднее ле вое колесо, Зп -- заднее правое колесо

Таким образом, при движении груженого автомобиля отказ по проколу колеса может наблюдаться в 22 случаях из 1000, а при движении порожнего автомобиля -- в 2 случаях из 1000.

Структурные схемы безотказности выстраиваются с учетом влияния на отказ системы отказа её элементов, которые условно считают последовательно или параллельно включенными. При этом выделяются и анализируются два варианта совместных событий: не откажет ни один элемент или откажут все элементы. Во многих случаях проще провести анализ всех возможных состояний сложной системы, рассматривая каждое из них как несовместное событие. Для такого анализа составляют структурные схемы состояний сложной системы, которые дают представление обо всех возможных комбинациях состояний элементов, и каждая комбинация рассматривается как несовместное событие.

Методы исследования безопасности технических систем

Безопасность -- это многоплановая проблема, которая должна быть разрешена известными способами до того, как отсутствие правильного решения приведет к профессиональному заболеванию, несчастному случаю или аварии, что в совокупности часто обозначают единым понятием «чрезвычайное происшествие» (ЧП). В практике анализа безопасности и риска технических систем часто используются следующие понятия:

ЧП -- это нежелательное, незапланированное, непреднамеренное событие в системе «человек -- машина -- окружающая среда», нарушающее обычный ход вещей и происходящее в относительно короткий отрезок времени;

несчастный случай -- ЧП, заключающееся в повреждении организма человека;

инцидент -- вид отказа технической системы, связанный с неправильными действиями или поведением человека.

При анализе опасностей и риска следует руководствоваться основными положениями ГОСТ Р 51901-2002. Анализ риска представляет собой структурированный процесс, целью которого является определение как вероятности, так и размеров неблагоприятных последствий исследуемого действия, объекта или системы. Процесс управления риском охватывает различные аспекты работы с риском, от идентификации и анализа риска до оценки его допустимости и определения потенциальных возможностей снижения риска посредством выбора, реализации и контроля соответствующих управляющих действий.

Первый шаг к ликвидации опасностей состоит в их выявлении, т. е. идентификации. Инженер обязан уметь это делать. Он должен определить потенциальные источники опасности, которые могут, но до сих пор пока еще не вызвали аварий; выявить опасности, которые маловероятны, но которые все-таки могут привести к серьезным последствиям; устранить из рассмотрения опасности, которые практически неосуществимы.

К главным моментам анализа опасностей относится поиск ответов на следующие вопросы:

Какие объекты являются опасными?

Какие ЧП можно предотвратить?

Какие ЧП нельзя устранить полностью и как часто они будут иметь место?

Какие повреждения неустранимые ЧП могут нанести людям, материальным объектам, окружающей среде?

Оценивание каждой опасности включает изучение вероятности ее появления, а также серьезности травм персонала, повреждений систем, зданий и пр. компонентов производства, а также экологического ущерба, к которым может привести авария. Опасности должны быть сравнимы, это необходимо для их ранжирования. Для успешного анализа опасностей необходимо провести и изучение контрмер по отношению к каждой из опасностей, что добавляет еще одно направление при проведении анализа, так как в последующем принимаемые решения будут связаны с компромиссами среди альтернативных решений.

В общем случае, для того чтобы способы обеспечения безопасности стали реальностью, необходимо использовать определенные процедуры или отдельные действия:

идентификация опасностей, их анализ и оценка;

логические процедуры формулирования предупредительных мероприятий (контрмер);

выбор лучшей контрмеры для внедрения (принятие решения).

Проблема безопасности решается выбором метода, который дает более выгодное решение при несовершенных исходных данных. Методы анализа основаны на качественном и количественном подходах к оценке опасностей.

Качественный анализ системы, как правило, предшествует количественному. Например, измерениям должна предшествовать стадия идентификации опасностей, выполняемая только на основе качественного анализа опасностей, который ведется просмотром изучаемой системы. Задача -- выделить проблемы безопасности, нуждающиеся в более подробном рассмотрении. В любых отраслях промышленности можно выявить источники повышенной опасности или ненадежные компоненты эксплуатируемой системы. В технике и технологиях встречаются разнообразные опасности, и если они характеризуются высокими температурами, большими скоростями и давлениями, то опасные точки обнаружить относительно просто. Чаще это достигается качественным анализом.

Кроме идентификации опасностей, качественная оценка существенна и при выборе альтернативных средств усовершенствования системы для ликвидации опасностей и достижения безопасности, а в проектируемых системах это выразится в форме разработки альтернатив для выполнения требований, предъявляемых к системе, необходимых инструкций и организационных мероприятий и прочих мер, определяемых принципами и методами обеспечения безопасности. Обилие возможностей при выборе контрмер безопасности также обусловливает применение качественного анализа. При качественном анализе используются специальные формы, технические стандарты и утвержденные нормы безопасности. Его результаты приводят к последующим задачам оптимизации, осуществляемым количественными методами.

Количественные методы анализа базируются на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности, что наиболее эффективно при сравнении сопоставимых опасностей системы в конкретном интервале времени. Недостаточная эффективность в других случаях объясняется тем, что обычно неизвестно будущее состояние системы. Однако это не исключает использование количественных методов для приближенной оценки и прогнозирования состояния системы.

Обеспечение надежности и безопасности технических систем

В большинстве случаев безопасность технической системы является производной от ее надежности, т. е. эти свойства являются взаимосвязанными. Пути обеспечения надежности разнообразны и прежде всего они связаны с повышением стойкости изделия к внешним воздействиям. Например, для механических систем высокая надежность достигается за счет создания прочных, жестких, износостойких узлов при их рациональной конструкции, применения материалов с высокой прочностью, износостойкостью, антикоррозийной стойкостью, теплостойкостью и т. д. Другой путь обеспечения достаточной надежности -- их изоляция от вредных воздействий: установка машины на фундамент, защита поверхностей от запыления и загрязнения, создание специальных условий по температуре и влажности, применение антикоррозийных покрытий, виброизолирующих устройств и т. д.

Эффективным средством для решения проблемы надежности и безопасности является применение автоматики для поддержания нормальных режимов работы и обеспечения возможности длительного выполнения системой своего служебного назначения в различных условиях эксплуатации. Не менее значимым является обучение персонала правилам безопасной эксплуатации технических систем.

Для недопущения отказов конструктивного, производственного и эксплуатационного характера существуют типовые мероприятия, методы и средства предупредительного, контролирующего и защитного характера, обеспечивающие надежность и безопасность технических систем. Их применяют на различных этапах жизненного цикла технической системы -- в процессе проектирования, создания (изготовления) и эксплуатации.

Стадия проектирования технических систем

а)Предупредительные -- использование отработанных методов и средств обеспечения надежности; анализ альтернативных проектно-конструкторских решений и выбор наилучших; создание запасов работоспособности по нагрузкам и отказам различных видов; использование резервирования; выбор высоконадежных комплектующих элементов, материалов; создание контролепригодных и ремонтопригодных элементов; обучение проектантов, конструкторов, испытателей передовым методам и способам обеспечения надежности; установление проектных норм надежности и норм испытаний при экспериментальной отработке; разработка новых средств контроля и диагностики;

б)Контрольные -- экспериментальная проверка технических решений, особенно новых; проверка всех режимов функционирования; автономные и комплексные испытания; контроль и корректировка конструкторской документации; экспериментальная проверка запасов работоспособности во всех режимах функционирования; контроль надежности; контроль качества труда исполнителей, самоконтроль;

в)Защитные -- анализ видов и последствий отказов; введение специальных приборов в состав системы, обеспечивающих безопасность при возникновении отказов; разработка режимов обкатки и тренировки системы на начальном этапе работы до перехода на режимы нормального функционирования; составление инструкций для обучения производственного персонала; реализация технических решений по локализации отказов; обеспечение оперативного контроля и управление функционированием; обеспечение сохранения работоспособности элементов при отказах в системах; разработка системы обслуживания и восстановления техники;

Стадия изготовления технических систем предусматривает следующие меры:

а)Предупредительные -- выбор прогрессивных и стабильных технологических процессов; отработка новых технологических процессов и средств контроля до начала пуска производства; отработка и корректировка технологической документации; обучение и аттестация производственного персонала при допуске к работе на ответственных операциях; надзор за состоянием производственного оборудования и средств контроля.

б)Контрольные -- проведение входного, пооперационного и выходного контроля; контрольно-технологические испытания; контроль качества труда исполнителей, самоконтроль; авторский надзор; контроль качества и стабильности технологических процессов;

в)Защитные -- использование избыточности (дублирование) в оборудовании и средствах контроля; введение блокировок в ответственные технологические процессы, исключающих продолжение работы при нарушениях предусмотренных режимов; разработка системы обслуживания и восстановления производственного оборудования и средств контроля.

Стадия эксплуатации технических систем предусматривает следующие меры:

а)Предупредительные -- использование автоматизированных средств контроля и поиска неисправностей; отработка эксплуатационно-технической документации; проведение предварительных регламентных работ; оценка и прогнозирование технического состояния и надежности; аттестация и обучение персонала;

б)Контрольные -- автоматизированная регистрация и обработка информации о командах по управлению технической системой, возникающих отказах и неисправностях; постоянный мониторинг качества исполняемых технической системой операций; самоконтроль; гарантийный надзор;

в)Защитные -- проведение оперативных доработок; использование автоматических средств защиты; использование качественных запасных частей, обменного фонда агрегатов и эксплуатаци онных материалов; анализ последствий отказов и реализация защитных мероприятий; обучение и аттестация персонала для работы при возникновении отказов.

Важнейшей составной частью активных средств, позволяющих, в конечном счете, добиться высокой надежности, безопасности и эффективности технической системы являются технические средства (элементная база, экспериментальные и производственные возможности). Отсутствие материально-технической основы высокой надежности техники не может быть скомпенсировано другими средствами -- организацией работ, реализацией программного подхода, методического, нормативного или информационного обеспечения.

Уровень технического обеспечения зависит от следующих факторов:

уровня качества и надежности материалов, полуфабрикатов, электрооборудования и радиодеталей, комплектующих элементов, агрегатов и изделий общего назначения, выпускаемых промышленностью и используемых в составе технических систем;

номенклатуры, количества, производительности, автоматизации технических средств для проектирования, конструирования, отработки, производства, контроля и эксплуатации сложных изделий;

уровня автоматизации и оперативного сбора, обработки, обмена информацией для планирования, координации действий и контроля за ходом создания и применения изделий.

Для создания высоконадежных и эффективных технических систем необходимо, чтобы новые материалы, электронные изделия и др. комплектующие обладали высокими показателями надежности, достаточными для практически безотказной эксплуатации перспективных систем в заданных для них условиях в течение срока эксплуатации, равного сроку их морального старения.

Заключение

В современном мире происхождение многих негативных процессов в природе и обществе связано с антропогенной деятельностью в техносфере, пренебрежительным отношением к вопросам и проблемам безопасности технологических процессов и производств.

Успешное и устойчивое экономическое развитие невозможно без целенаправленной деятельности на снижение техногенных рисков, без владения методами теории надежности технических систем, которые позволяют находить значения показателей надежности объектов по результатам экспериментальных исследований и создавать системы диагностирования технического состояния этих объектов.

Умение оценивать надежность сложной системы на основе известных показателей надежности ее элементов позволяет на этапе проектирования системы выбирать наиболее удачные и безопасные конструктивные варианты, прогнозировать вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Знание теоретических основ технической диагностики позволяет разрабатывать автоматические системы защиты, обладающие признаками искусственного интеллекта, т. е. способностью распознавать наиболее вероятные состояния и сценарии развития событий, согласно которым выполняются без участия человека необходимые действия, предупреждающие или локализующие аварийные ситуации.

Список использоваемой литературы/веб-ресурсов

1. Надёжность технических систем и техногенный риск / В. С. Малкин. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. - 432, с. : ил. - (Высшее образование).

2. Испытания, обеспечение надёжности и ремонт авиационных двигателей и энергетических установок: Учеб. Пособие / Ю.С. Елисеев, В.В. Крымов, К.А. Малиновский, В.Г. Попов, Н.Л. Ярославцев. - М.: Изд-во МАИ, 2005. - 540 с.: ил.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Надёжность

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие риска элементов техносферы. Развитие риска на технических объектах. Основы методологии анализа, оценки и управления риском. Идентификация опасностей и оценки риска для отдельных лиц, групп населения, объектов. Количественные показатели риска.

презентация , добавлен 03.01.2014

История кафедры надежности и безопасности технологических процессов. Направление подготовки "Техносферная Безопасность". Инструктажи работников по охране труда. Нормативы, применяемые при проведении работ в лаборатории технологии водонапорных систем.

отчет по практике , добавлен 07.09.2014

Характеристика основных положений эргономики и совместимость среды обитания. Обеспечение безопасности при эксплуатации технических систем, включающих емкости с аномальными значениями температуры. Разновидности и особенности пожаров в населенных пунктах.

контрольная работа , добавлен 07.01.2011

Человеческий фактор и надежность реальных технических систем. Характеристики человека-оператора, его функциональные, антропометрические и энергетические возможности. Причины совершения ошибок, методология их прогнозирования и принципы формирования баз.

презентация , добавлен 03.01.2014

Параметры микроклимата, освещённости, шума, вибрации, электромагнитных полей на рабочих местах. Тяжесть и напряжённость труда персонала предприятия. Анализ опасности технических систем. Мероприятия по обеспечению безопасности технологических процессов.

отчет по практике , добавлен 18.10.2013

Причины и условия борьбы с производственным травматизмом в строительно-монтажных организациях. Рассмотрение основных вопросов качества, надежности и безопасности грузоподъемной техники. Разработка общих технических условий производства башенных кранов.

реферат , добавлен 12.12.2012

Цель, задачи, предметы изучения, средства познания дисциплины безопасность жизнедеятельности. Обеспечение безопасности человека в современных экономических условиях. Метод определения носителей опасности, способы защиты человека и технических систем.

контрольная работа , добавлен 07.06.2009

Причины совершения ошибок, их виды и методология прогнозирования. Анализ надежности реальных систем. Факторы, воздействующие на человека, управляющего потенциально опасной техникой. Принципы формирования баз об ошибках и возможностях человека-оператора.

курсовая работа , добавлен 12.11.2009

Анализ процессов и условий самоорганизации политических, правовых, экономических и технических норм. Синтез средств и систем обеспечения безопасной жизнедеятельности населения (экологической и пожарной безопасности, безопасности дорожного движения).

статья , добавлен 16.10.2013

Требования безопасности к производственному оборудованию и технологическим процессам. Необходимые средства защиты. Нормы предельно допустимого сброса веществ в водный объект. Контроль учета требований безопасности. Экологический паспорт предприятия.

Настоящая книга опирается на подходы, результаты исследований и рекомендации известных ученых - А. Н. Колмогорова, А. И. Костогрызова, А. А. Маркова и ряда других. В данном учебнике авторами предпринят обобщенный подход к оценке надежности технических систем и техногенного риска. Изложены вопросы, относящиеся к надежности технических систем, составляющих основу современной техники, и их безопасности, оцениваемой по критериям риска на основе теории статистических решений. Показаны пути создания моделей надежности и технологического риска. Авторами проведена систематизация моделей в информационном, физическом и геометрическом пространствах с совокупностью математических операторов, составляющих суть аксиоматической теории надежности, ранее предложенной авторами. Учебник содержит большое число практических примеров, вопросы и задания для самостоятельной работы.

Шаг 1. Выбирайте книги в каталоге и нажимаете кнопку «Купить»;

Шаг 2. Переходите в раздел «Корзина»;

Шаг 3. Укажите необходимое количество, заполните данные в блоках Получатель и Доставка;

Шаг 4. Нажимаете кнопку «Перейти к оплате».

На данный момент приобрести печатные книги, электронные доступы или книги в подарок библиотеке на сайте ЭБС возможно только по стопроцентной предварительной оплате. После оплаты Вам будет предоставлен доступ к полному тексту учебника в рамках Электронной библиотеки или мы начинаем готовить для Вас заказ в типографии.

Внимание! Просим не менять способ оплаты по заказам. Если Вы уже выбрали какой-либо способ оплаты и не удалось совершить платеж, необходимо переоформить заказ заново и оплатить его другим удобным способом.

Оплатить заказ можно одним из предложенных способов:

Безналичный способ:
- Банковская карта: необходимо заполнить все поля формы. Некоторые банки просят подтвердить оплату – для этого на Ваш номер телефона придет смс-код.
- Онлайн-банкинг: банки, сотрудничающие с платежным сервисом, предложат свою форму для заполнения. Просим корректно ввести данные во все поля.
  Например, для " class="text-primary">Сбербанк Онлайн требуются номер мобильного телефона и электронная почта. Для " class="text-primary">Альфа-банка потребуются логин в сервисе Альфа-Клик и электронная почта.
- Электронный кошелек: если у Вас есть Яндекс-кошелек или Qiwi Wallet, Вы можете оплатить заказ через них. Для этого выберите соответствующий способ оплаты и заполните предложенные поля, затем система перенаправит Вас на страницу для подтверждения выставленного счета.

Просмотров