4.6. Основы анализа риска с помощью дерева отказа
Анализ риска на основе дендрологической интерпретации целесообразно начинать с представления о состоянии некоторой системы, альтернативных путях протекания и результатах какого-либо процесса в системе. Топологическая схема в этом случае обычно дает достаточно хорошее общее представление.
Исходным пунктом схемы является элемент, который в общем виде представляет собой рассматриваемое состояние системы в целом. Из исходного элемента (узла) ветви (связи) проводят к узлам, представляющим состояние первого объекта (в соответствии с заданными вероятностями). Таким же образом дальше от каждого из этих узлов ведут ветви к следующим, в которых указаны состояния второго и третьего агрегатов, пока на выходе не получатся все возможные комбинации событий. В результате образуется дерево событий, в котором каждый путь от исходной точки до конечного узла описывает одну из возможных эволюций системы. Дерево событий можно далее преобразовать в дерево решений, в котором различают узлы событий Р и узлы решений D (рис. 4). Можно представить, что в узлах событий выбор дальнейшего пути определяется внешними условиями, а в узлах решений – лицом, принимающим решений.
Р D
Рис. 4. Узлы событий и узлы решений
Анализ риска должен включать в себя и анализ надежности.
Различные виды оборудования или участки производства представляют различную опасность, поэтому в начале анализа целесообразно разбить предприятие или оборудование, т.е. некоторую систему, на подсистемы с целью выявления таких участков производства или его компонентов, которые могут являться вероятными источниками опасности. Процедура разбиения на подсистемы в общем случае предполагает реализацию трех этапов:
выявление источников опасности;
определение частей системы, которые могут вызвать эти опасные состояния;
учет ограничений.
В ходе поиска подсистем, которые могут вызвать опасные состояния, весьма полезными могут оказаться некоторые лингвистические приемы в форме ключевых слов (выражений). Наиболее употребительны следующие ключевые выражения: «больше чем»; «чем другие»; «меньше чем»; «так же, как»; «ни один из»; «наоборот»; «часть из»; «позже чем»; «скорее чем».
Средствами описания опасностей в системе считаются: инженерный анализ; детальное рассмотрение окружающей среды; детальное рассмотрение процесса работы; детальное рассмотрение самого оборудования. Например, список процессов и условий, представляющих опасность, может содержать следующие элементы: разгон; загрязнения; коррозия; поражения электрическим током, ожог, непредусмотренные включения и отключения, отказы источника питания, электромагнитная радиация; взрывы; пожары; нагрев и охлаждение; утечки; высокая влажность, низкая влажность; окисление; высокое, низкое, быстро изменяющееся давление; термическая, ионизирующая радиация, ультрафиолетовое излучение и т.д.
На анализ технических систем и окружающей среды необходимо накладывать определенные ограничения.
Лингвистические процедуры и средства описания опасностей составляют первый этап реализации методики анализа риска для жизни (здоровья) с учетов надежности (безопасности) промышленного оборудования, бытовой техники и т.п. Этот этап получил название «Предварительный анализ опасности (ПАО)». Предварительный анализ опасности содержит наряду с предварительным выявлением элементов системы или событий, ведущих к опасным ситуациям, рассмотрение последовательности событий, превращающих опасную ситуацию в происшествие, и корректирующие мероприятия, направленные на устранение последствий происшествия. Согласно обычной схеме классификации опасности относятся к одному из четырех классов (рис.5).
Рис. 5. Классификация опасностей
Существуют определенные табличные формы, заполняемые при проведении ПАО. Содержание этих форм частично носит описательный характер с перечислением как отдельных событий, так и вводимых корректирующих действий, которые могут быть предприняты. Форма заключает 11 следующих заполняемых позиций.
1. Подсистема или операция: описание аппаратуры или функционально элемента, подвергаемых анализу.
2. Ситуация: описание соответствующей фазы работы системы или вида операции.
3. Опасный элемент: описание или представление анализируемого элемента аппаратуры или операции, являющихся по своей природе опасными.
4. Событие, вызывающее опасное состояние: описание состояния, нежелаемого события, ошибки, которые могут быть причиной того, что опасный элемент вызовет определенное опасное состояние.
5. Опасные условия: представление опасного состояния, которое может возникнуть в результате взаимодействия элементов в системе, и системы в целом.
6. Событие, вызывающее опасные условия: описание нежелательных событий или дефектов, которые могут вызвать опасное состояние, ведущее к определенному типу возможной аварии.
7. Потенциальная авария: представление любой возможной аварии, которая возникает в результате определенного опасного состояния.
8. Последствия: описание возможных последствий аварии в случае ее возникновения.
9. Класс опасности: качественная оценка потенциальных последствий для каждого опасного состояния в соответствии со следующими критериям: класс I – безопасный, т.е. состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также неправильной работой, которое не приводит к существенным нарушениям и не вызывает повреждений оборудования и несчастных случаев с людьми; класс II – граничный, т.е. состояние, приводящее к нарушения в работе, которые могут быть компенсированы или взяты под контроль без повреждений оборудования или несчастных случаев с персоналом; класс III – критический, т.е. состояния, которые приводят к существенным нарушениям в работе, которые повреждению оборудования и создают опасную ситуацию, требующую немедленных мер по спасению персонала и оборудования; класс IV – катастрофический, т.е. состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также неправильным ее функционированием, которое полностью нарушает работу и приводит к последующей потере оборудования и (или) гибели и массовому травмированию персонала.
10. Мероприятия для предотвращения аварии. Такие мероприятия подразделяются на следующие типы: 10А1 – по оборудованию, 10А2 – по процедурам, 10А3 – по персоналу: описываются рекомендуемые защитные меры для исключения или ограничения выявленных опасных состояний и (или) потенциальных аварий. Определенные таким образом превентивные меры должны включать: требования к элементам конструкции, введение специальных процедур, разработку и внедрение инструкций для персонала.
11. Предварительная оценка: регистрация списка превентивных мероприятий и контроль их выполнения.
Второй этап реализации методики анализа риска предусматривает построение дерева событий. После того как система полностью определена, с помощью дерева отказов проводится детальный анализ возможных событий.
Дерево отказов является графическим представлением причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в системе в обратном порядке, для того, чтобы отыскать возможные причины их возникновения. В этом случае опасная ситуация в системе является конечным событием в дереве отказов.
Ценность дерева отказов заключается в следующем:
анализ ориентируется на отыскание отказов и выявление таких аспектов функционирования системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов;
обеспечивается графический, наглядный материал для тех руководителей, которые детально не информируются о проводимых изменениях конструкции;
обеспечивается возможность проведения качественного или количественного анализа надежности системы;
метод позволяет специалисту последовательно сосредоточиваться на отдельных конкретных отказах системы;
обеспечивается глубокое проникновение в процесс работы системы.
Структура дерева отказов включает ряд обязательных положений, среди которых следует отметить:
описание конечного события, например, в виде события отказа или фиксируемого происшествия;
описание последовательности событий, которые ведут к отказам системы или происшествию;
использование при описании последовательности событий логических знаков типа И, ИЛИ и др.;
соблюдение формальных правил при описании последовательности событий: события, отображаемые над логических знаком структурной единицей построения дерева отказов, и все события, которые имеют более элементарные причины отказов, должны помещаться и описываться в прямоугольнике; исходные причины последовательности событий должны обозначаться кругом; нежелательное событие помещается сверху (конечное событие) и соединяется с рядом более элементарных исходных отказов путем логических символов.
Для отыскания и наглядного представления причинной взаимосвязи с помощью дерева отказов необходимы элементарные блоки. Имеется два типа блоков: логические знаки и символы событий. Логические знаки связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями (табл. 4).
Таблица 4