Глава 6 инженерные методы исследования безопасности технических систем

6.1 Понятие и методология качественного и количественного анализа опасностей и выявления отказов системы

Безопасность - проблема многоплановая, которая должна быть разрешена известными способами до того, как отсутствие правильного решения приведет к профессиональному заболеванию, несчастному случаю или аварии.

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

Оценивание каждой опасности включает изучение вероятности ее появления, а также серьезности травм персонала, повреждений систем, зданий и прочих 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.

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 (и) 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.

Качественные оценки ведутся по более грубой шкале, чем количественные, поскольку человек не может учесть более четырех - пяти факторов одновременно в одной задаче.

Качественные методы анализа допускают использование полуколичественных оценок (больше, меньше), определенное ранжирование, например, по частоте встречающихся событий (никогда, редко, часто) или по сумме ущерба от аварий.

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 эффективны при сравнении сопоставимых опасностей системы в конкретном интервале времени. Недостаточная эффективность в других случаях объясняется тем, что неизвестно будущее состояние системы. Однако это не исключает количественных методов для оценки и прогнозирования состояния системы.

Количественные методы эффективны по следующим причинам:

• оценки будущих характеристик системы могут выполняться по характеристикам компонентов системы. Оценки на этом уровне более точны, а их погрешности меньше влияют на результат;

• оценки могут выполняться различными лицами, так что для каждого вида оценок может быть привлечен наиболее квалифицированный специалист;

• оценки могут осуществляться методом последовательного приближения, причем при каждом пересчете можно изучать влияние изменения исходных данных.

Применение количественных методов анализа требует в первую очередь выбора группы критериев или отдельного критерия, определенного как мера для сравнения количественных показателей исследуемой операции в отношении затрачиваемых усилий и получаемых результатов.

Критерий должен отвечать следующим основным требованиям:

• иметь ясный физический смысл;

• быть определяющим и соответствовать основной цели функционирования системы, подсистемы или элемента;

• учитывать основные детерминированные и стохастические факторы, определяющие уровень безопасности системы;

• быть критичным к анализируемым параметрам и достаточно чувствительным к ним.

Классификация критериев включает:

A. Общие (интегральные) критерии, дающие наиболее полную оценку совершенствования системы (общее число возможных аварий и случаев травматизма, сумма затрат на создание системы безопасности).

Б. Условные (косвенные) критерии, отражающие одно из свойств системы путем отнесения его к некоторому показателю (стоимость получения единицы конечной продукции, вероятность безотказной работы определенного комплекса защитных мер, вероятность возникновения аварийной ситуации в определенном промежутке времени).

B. Относительные (нормированные) критерии, характеризующие безопасность системы в отношении оснащенности и эффективности средств защиты (отношение времени воздействия опасного фактора к общему времени работы, сопоставление экономической эффективности внедрения различных средств защиты, изменение уровня безопасности по сравнению с внедрением).

Количественный анализ возможен на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности.

При проведении количественного анализа необходимо оценивать полноту и достоверность исходных данных, адекватность и точность используемых схем, обоснованность принимаемых допущений и зависимость от них получаемых рекомендаций и выводов.

При выборе окончательных решений необходимо проводить оценку гарантий, обеспечиваемых количественным анализом, а также рассматривать возможное повышение этих гарантий, применяя технические критерии, нормы и правила, позволяющие в совокупности обеспечить требуемую высокую надежность и безаварийность техники.

По результатам количественного анализа могут быть проведены корректирование перечня возможных отказов и ранжирование причин отказов систем. В перечень вводятся критические виды отказов, которые имеют наибольшую вероятность появления, а также отказы, анализ которых затруднен.

Методы анализа, основанные на качественном и количественном подходах и применяемые на различных стадиях проектирования и эксплуатации технологического оборудования, существенно зависят от целей анализа. При этом элементы одних методов могут быть использованы для усиленной реализации других методов. Так, например, метод «дерева отказов» может быть использован на этапах проектирования и эксплуатации, как для качественного, так и для количественного анализа безопасности системы.

Учитывая вышеизложенное, трудно дать строгую классификацию этих методов. Вначале рассмотрим методы идентификации опасностей (предварительный анализ опасностей - ПАО), а затем детальный анализ.