Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Kud2011prilozhenia_606_Peredelannaya.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
4.61 Mб
Скачать

А.И.Барботько

В.А. Кудинов

Основы надежности технических систем и техногенного риска

Ч А С Т Ь 2 .Приложения 1-10

УДК 62-192:504.1(075)

ББК 30.14я7

Н 17

Барботько А.И. Кудинов В.А.. Основы надежности технических систем и техногенного риска В 2-х частях . Ч2 . Приложения . Курск, Изд-во Курский государственный университет. 2011. – 174с.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки «Безопасность жизнедеятельности» и предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Безопасность технологических процессов и производств», «Пожарная безопасность», «Защита в чрезвычайных ситуациях».

Рассмотрены характеристики опасностей, проблемы риска , причины отказов технических систем, инженерные методы исследования надежности технических систем и обеспечения их безопасности, правовые и экономические аспекты управления безопасностью.

Материал будет полезен преподавателям и студентам технических специальностей вузов, преподавателям и слушателям учебно-методических центров управлений по делам ГО и ЧС, инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами обеспечения безопасности производств, изучающим вопросы обеспечения надежности и безопасности технических систем.

Рецензент. Доктор технических наук ,

профессор Ю-ЗГУ Ремнев А.И.

© Авторы, 2011

© Курский государственный университет, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………........

11

Цели и задачи дисциплины……………………………………….......

19

Требования к уровню освоения содержания дисциплины…………….

19

Краткая программа курса…………………………………………….......

19

ЧАСТЬ 1. РАЗДЕЛЫ 1- 8

1. нАДЁЖНОСТЬ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (ТС) ..……………………………………………..…..

22

1.1. Основные показатели условий функционирования технических систем (ТС)………………………………………………………………..

22

1.1.1. Вводные понятия и показатели …………………………........

22

1.1.2. Стандартные термины и понятия надёжности ТС……………

23

1.1.3. Классификация характеристик работоспособного состояния ТС…………………….………………………………...........................

25

1.1.4. Характеристики перехода системы из одного состояния в другое ………………………………………………………………...

25

1.1.5. Виды отказов…………………………………………………..

26

1.1.6. Количественные показатели надежности……………………

27

1.2. Принципы выделения вероятностных характеристик надежности работы элементов ТС……………………………………………....…….

29

1.2.1. Общие положения теории вероятности применительно к работе ТС……………………………………………………………...

29

1.2.2.Приемы преобразования графиков функции нормального распределения…………………………………………………………

33

1.3. Оценка работоспособности элементов ТС в независимых испытаниях…………...…………………………………………………............

36

1.3.1. Теоретические положения…………………………………….

36

1.3.2. Примеры решения задач……………………………………….

38

1.3.3. Таблицы математической статистики…………………………

39

1.4. Вероятность попадания случайной величины в заданный интервал как метод оценки надежности …………………..…………..............

43

1.4.1. Построение экспериментальных кривых распределения……

43

1.4.2. Оценка вероятности попадания случайной величины в заданный интервал………………………….……………………………

47

1.5. Методы количественной оценки характеристик надёжности работоспособного состояния ТС……..…………...………………………..

52

52

1.5.1.Введение……………………………….………………………..

52

1.5.2. Вероятность безотказной работы. Вероятность отказа……..

54

1.5.3. Частота отказов. Средняя частота отказов…………………...

56

1.5.4. Задачи определения частоты отказов сложных систем……..

59

1.5.5. Интенсивность отказов………………………………………..

61

1.5.6. Среднее время безотказной работы. Среднее время между соседними отказами………………………………………………….

64

1.5.7. Итоговые сведения. Контрольные вопросы……….…..........

67

2 . Надёжность ЦИКЛОВОЙ работы сложных СИстем…………

70

2.1. Коэффициенты надежности циклового функционирования ТС….

70

2.1.1. Коэффициенты, учитывающие вынужденный простой ТС…

71

Коэффициент готовности ТС Кг……………………………..

70

Коэффициент вынужденного простоя КВП………………….

72

Коэффициент профилактики КПР……………………………

73

Частота профилактики К…………………………………...

74

2.1.2. Коэффициенты, характеризующие влияние надежности элементов на надежность ТС………………………………………...

76

Коэффициент отказов элементов одного типа Коэ…….........

75

Относительный коэффициент отказов элементов ΔКЭ…….

75

Коэффициент расхода элементов Крэ………………………..

76

2.1.3.Прочие коэффициенты ТС …………………………………...

78

Коэффициент стоимости эксплуатации КСЭ………………..

77

2.2. Методы повышения надёжности сложных ТС…………………….

82

2.2.1. Требования, предъявляемые к надёжности сложных ТС.......

82

2.2.2. Принципы выбора методов повышения надежности сложных систем…………………………………………………………….

84

2.2.3.Резервирование как средство повышения надежности ТС………………………………………………………………………

87

2.2.4. Упрощение систем………………………………………..........

87

2.2.5. Облегчение режимов работы элементов………………...........

88

2.2.6. Отбраковка малонадежных элементов………………….........

89

2.2.7. Стандартизация (применение стандартов ) и унификация (приведение к наименьшему числу типоразмеров) элементов и узлов…………………………………………………………………...

90

2.2.8. Совершенствование технологии производства и его автоматизация ………………………………...…….…….….........................

91

2.2.9. Сокращение времени непрерывной работы …………...........

91

2.2.10. Контрольные вопросы …………………………………….....

92

3. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ ТС И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

94

3.1. Приемы определения характеристик надежности ЭТС статистическими методами ………………………………………….

94

3.2. Алгоритмы расчёта характеристик надёжности ТС с использованием функций кривых распределении, отличающихся от нормальных…...……………………………………………….............

100

3.3. Расчет характеристик надёжности сложных ТС при различных вариантах соединения их элементов…………………...............

106

3. 3.1.Технические системы с независимо работающими элементами …………………………………...……….…………….........

107

3.3.2. Технические системы без резервирования...……………………………………………………………………

109

3.3.3. Технические системы с резервированием...…………………………………………………………………….

112

3.3.4. Параллельное соединение ЭТС………...……………......................................................................

112

3.3.5. Облегченный резерв (активное резервирование)…………………………………………………………………….

115

4. задачи оценки и исследования техногенного риска………………………………………………………………………………...

116

4.1. Промышленная безопасность как основа БЖД в техносфере…….

116

4.1.1. Принципы управления промышленной безопасностью.........

116

4.1.2. Риск как мера опасности………………………………………

117

4.1.3 Сравнение терминов риск и надёжность……………………...

118

4.1.4 Термины и определения…………………………………..........

120

4.1.5. Факторы для классификации рисков…………………………

123

4.1.6. Количественные показатели основных категорий риска……

124

4.2. Стандартные показатели несчастных случаев……………...……...

128

4.2.1. Коэффициент частоты несчастных случаев…...………..........

128

4.2.2. Показатель тяжести несчастных случаев или (коэффициент нетрудоспособности)…………………………………………………

129

4.2.3. Общий коэффициент тяжести несчастных случаев………….

130

4.2.4. Коэффициент частоты несчастных случаев с летальным исходом……………………………………………………...………...

130

4.3. Методологические основы классификации опасностей…………..

132

4.3.1. Экспертные методы оценки ситуаций по принципу «Что будет, если...»…………………………………………………………

132

4.3.2. Методы разделения (анализа) видов опасностей, последствий по степени (кризисности) чрезвычайности отказов …

133

4.3.3. Методы учета анализа опасностей, как источников снижения работоспособности………………………………………

137

4.4. Методы выделения причинно-следственных связей между событиями, опасностями и отказами………………………………….

142

4.4.1. Алгоритм построения деревьев отказов

4.4.2. Алгоритм построения деревьев деревьев событий.

5 . ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ЧЕЛОВЕКА В ПОВЫШЕНИИ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИЛ……………………………………………………...

5. 1.Надежность работы человека как звена технической

системы на заданном этапе её функ­ционирования [2]…………..........

5..2.Оценка вероятностей наступления событий……………………………. 5.3.Методология прогнозирования ошибок……………………………………………….…

5.4. Принципы формирования баз данных об ошибках человека………

6. НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЧЕЛОВЕКА НА ЭТАПЕ ЭКСПЕРТНОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ [2]………………………

6..1.Этап организации и проведения экспертизы технической системы…

6.2. Подбор экспертов………………………………………….…

6.3.Экспертные оценки………………………………………………..

6.4.Опрос экспертов…………………………………………………………..

6.5.Оценка согласованности суждений экспертов……………….…..

6.6. Алгоритм установления количественного уровня экспертной оценки и степени согласия экспертов………………………..

6.7. Пример расчета рангов ,коэффициентов ,критериев в рамках одного оценочного листа…………………………………………………….

6.8.Оценка надежности группового решения и выбора предпочтительной оценки………...............................................................................................

6.9. Принятие решения……………………………………………….

6.10.Работа на завершающем этапе после принятия решения……...

7. АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРТНОГО МОНИТОРИНГА СИСТЕМ……………………………..

7.1. Метод ранжирования характеристик технических систем (ТС)…….

7.2. Пример выполнения оценки и ранжирования факторов…….. 7.3. Расчетно –графическая работа №1………………………………..

7.3.1.Общий алгоритм выполнения расчетно-графической работы №1.

143

144

150

150

159

162

163

166

166

170

175

177

185

188

190

193

196

197

200

200

203

206

206

7.4. Использование неполных планов……………………………..................……

7.4.1Прототип исследования………………………………………..……….

7.4.2.Выбор экспертов для оценки видов продукции……………………...

7.4.3. Алгоритм обработки экспериментальных данных примера……….

7.4.4. Статистический анализ полученных результатов…………………...

7.5. Расчетно-практическая работа №2 …………………………………..

7.5.1..Общий алгоритм выполнения расчетной работы №2……………

7.6.Ранжирование факторов при использовании отсеивающих экспериментов в экспертных оценках ………...............................................................

7.6.1. Прототип исследования …………………………………………...

7.6..2. Пример обработки экспериментальных данных по методу случайного баланса ………………………………………………………………...

7.7. Расчетно-практическая работа №3 ………………………………….

7.7.1.Общий алгоритм выполнения расчетной работы №3…..………….

207

207

207

213

217

218

218

219

219

222

224

224

8 . задачи управления промышленными рисками…….........

225

8.1. Декларация промышленной безопасности…………………………

228

8.2. Построение стратегии управления рисками промышленного предприятия……………………………………………………………….

8.3.Страхование на этапе управления рисками…………………………………………………………………………..

231

233

8.4. Разработка программы страхования предприятий………………...

236

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….

238

Список использованной и рекомендуемой литературы…………………………………………..……………………..

242

ЧАСТЬ 2. ПРИЛОЖЕНИЯ 1-10……………………………………………

246

Предисловие ко второй части книги ………………………………………...

256

Приложение 1…………………………………………...……………….............

257

ЧАСТЬ 1. ФУНКЦИИ НОРМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ИХ СООТНОШЕНИЯ……………………………………………………………….

257

1. Безинтегральная (дифференциальная) функция, нормального распределения:……………………………….........................................

257

2. Интегральная функци……………………..........................................

257

3. Свойства функций F(x) и f(x) …………………….............................

258

ЧАСТЬ 2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ…..………………

262

Расчётно-графическая работа № 1……………………………................

262

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

262

2. Исходные данные к заданию…………………......................................

263

3. Алгоритм выполнения задания…………………..................................

274

4. Определение надёжности попадания случайной величины в заданный интервал её изменения…………………..................................

289

5. Контрольные вопросы……………………............................................

293

6. Рекомендуемый библиографический список………….......................

295

7. Рекомендации по оформлению расчётно-графической работы…….

295

Приложение 2……………………………………………………………………

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ПРИ ВЗРЫВЕ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ.........................................................................................................

298

Расчётно–графическая работа № 2……………………...........................

298

Введение. Общие положения………………….………............................

298

1. Индивидуальные задания к расчётной работе №2 по оценке техногенного риска при взрыве……………………….............................

298

2. Методика определения величины избыточного давления при взрыве газовоздушной смеси…………………….....................................

302

3. Определение тяжести поражения людей при взрыве газовоздушной смеси……………………………..……............................

304

4. Определение ущерба при взрыве газовоздушной смеси…………….

305

5. Таблицы степени разрушений объектов при различных избыточных давлениях ударной (взрывной) волны (кГ×с/м2) …...........

306

6. Замечания к оформлению расчётной работы №2…............................

310

7. Пример оформления расчётной части расчётно-графической работы №2……………………....................................................................

311

8. Вопросы для самоконтроля…………………………............................

319

9. Рекомендуемый список литературы к расчётно-графической работе №2………………………………….…………….....................

320

Приложение 3

322

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО РИСКА ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ…………..……………….............

322

Расчётно-графическая работа №3……………………............................

322

Введение.………………………………………………...........................

322

1. Исходные характеристики гидросооружения (рис 3.1; 3.2) .............

323

2. Исходные данные о размерах производственных зданий, наличии в них оборудования, численности людей, работающих и проживающих в районе гидроузла……………………..........................

325

3. Экономические исходные данные к расчётной работе № 3 по оценке техногенного риска…………………….....................................

326

4. Алгоритм расчётной работы……………………................................

328

5. Мероприятия по ликвидации последствий катастрофического затопления и последовавших в результате этого разрушений производственного здания, технологического оборудования, а также поражения людей. меры по предупреждению затоплений и разрушений гидротехнических сооружений………...............................

346

6. Порядок оформления работы……………………...............................

347

7. Вопросы для самоконтроля……………………..…............................

347

8. Рекомендуемый список литературы к расчётной работе №3……….

348

Приложение 4……………………………………………………………………

350

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ РАБОТЫ ТС (НА ПРИМЕРЕ РАБОТЫ НАСОСНОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ИЛИ ВОДООТВЕДЕНИЯ)……………………………………………………………

350

Расчётно–графическая работа № 4……………………...........................

350

Введение………………………………………...………..........................

350

1. Исходные данные……………………………………..........................

350

2. Индивидуальные задания …………………………………….............

351

Приложение 5……………………………………………………………………

353

РАЗДЕЛ – «НАДЁЖНОСТЬ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ТС»……………..………….........

353

Контрольные задания и тесты № 1. Всего 60 вопросов….....................

353

Введение……………………..................................................................

353

1. Задания А, Б, В……………………………………….........................

353

2 Тестовые задания к разделу «Коэффициенты надёжности условий работоспособности ТС». Выбрать ответы, дать пояснения, доказательства (51–60) …………………………...…….........................

356

Приложение 6……………………………………………………...……............

358

РАЗДЕЛ «КОЭФФИЦИЕНТЫ НАДЁЖНОСТИ ЦИКЛОВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТС» ………………….………................................

358

Контрольные задания и тесты № 2. Всего 60 вопросов……….............

358

1. Тестовые задания (1-10). Выбрать ответы, дать пояснения, доказательства…………………………….………....................................

358

2. Контрольные вопросы «К разделу Коэффициенты надёжности циклового функционирования ТС». Дать определения, сформулировать понятия (11–20) ……………………...........................

359

3. Контрольные вопросы к раздел «Методы повышения надёжности сложных систем». Дать определения, сформулировать понятия (21–40) ……………............................................................................................

359

4. Тестовые вопросы к разделу «Методы повышения надёжности сложных систем». Выбрать ответы, дать пояснения, доказательства (41–50) ………...........................................................................................

360

5. Контрольные вопросы (51−60)

361

Приложение 7……………………………………………………………………

363

РАЗДЕЛ «ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ РИСКА»: ДАТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СФОРМУЛИРОВАТЬ ПОНЯТИЯ (1–40)…..…..………...

363

Контрольные задания и тесты № 3. Всего 50 вопросов…….................

363

1. Контрольные вопросы (1-40) ………………………..........................

363

2. Тестовые задания к разделу «Основные положения теории риска» Выбрать ответы, дать пояснения, доказательства (41–50) …...............

364

Приложение 8……………………………………………………………………

366

ЗАДАЧИ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ «НАДЁЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК»……………………………………………………………………...........

366

Приложение 8.1. Раздел 8.1.1 ……………………………………………

366

ЗАДАЧИ. Варианты А..Ж, 55задач………………………….…..............

366

Приложение 8.1. Раздел 8.1.2. …………………………………………

384

ЗАДАЧИ № 1−15. Варианты 1−60………………………….…...............

384

Приложение 8.1. Раздел 8.1.3. ………………………….…......................

393

ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ТС, № 1−9..

393

Приложение 8.2.

Приложение 8.2.1.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (90 вопросов) ………

Приложение 8.2.2. Определяющая роль человека в повышении надёжности технических систем Контрольные вопросы……

399

Приложение 9……………………………………………………………………

404

ТАБЛИЦЫ ВЫБОРА НОМЕРОВ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ К ПРИЛОЖЕНИЯМ 5-8………………………………………………….............

404

Контрольное задание №1 (см. приложение 5) …………………………

404

Контрольное задание №2 (см. приложение 6) …………………...........

405

Контрольное задание №3 (см. приложение 7) …………………..........

406

Контрольное задание №4 (см. приложение 8.2) …………………........

407

Приложение 10………………………………………………………..................

411

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В ТЕХНОГЕННОЙ СФЕРЕ…………………..................

411

Список использованной и рекомендуемой литературы…………………………………………………………………

426

Предисловие ко второй части книги

Содержание второй части книги включает в себя приложения, состоящие из текстов, рисунков и таблиц. Отметим некоторые особенности этой части.

  1. Для обозначения таблиц использованы следующие символы: Таблица П1.1, … таблица П1.13 и т.д. (Здесь буква П с цифрой (П1.) отражает номер приложения, а следующие за точкой цифры - порядковый номер таблицы).

  2. В приложениях 1, 2, 3 приведены отдельные рекомендуемые библиографические списки литературы. Для их обозначения применены следующие символы [1П1, с.5]. Так обозначен первый литературный источник в первом приложении с указанием соответствующей страницы. Отдельные литературные источники приведены соответственно в §§ 6, 8, 9 приложений 1, 2, 3.

  3. Для удобства использования пособия в обеих его частях приведены:

  1. в начале – общее содержание для первой и второй частей,

  2. в конце – списки рекомендуемой и использованной литературы для двух частей книги.

4. Курсовая работа «Расчет характеристик надежности и техногенного риска» включает в себя 3-4 расчетно-графических работы, индивидуальные задания и методики выполнения которых представлены в приложениях 1-4.

5. В приложениях 5,6,7приведены тесты и вопросы для текущего контроля знаний по разделам курса.

В приложении 9 подобные тесты и контрольные вопросы предназначены для проведения группового зачета по курсу.

Ч А С Т Ь 2

П Р И Л О Ж Е Н И Я 1 -10

Приложение 1

ЧАСТЬ 1. ФУНКЦИИ НОРМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ИХ СООТНОШЕНИЯ

Общие закономерности случайных событий

1. Безынтегральная (дифференциальная) функция нормального распределения:

1.1. Гаусса

.

1.2. Лапласа

При получим

.

2. Интегральная функция

Общий принцип преобразования функции f(x).

– общая площадь под кривой y=f(x).

– часть площади под кривой, часть из общего значения, равного единице, вероятность попадания случайной величины в зону α–β.

Обозначим

,

где F(x) – интегральная функция распределения, вероятность попадания в интегралы вида (–∞, х); (α, β); (х, β), (–∞, +∞) и т.д.

(x)=f(x).

Интегральная функция Гаусса нормального распределения

.

Интегральная функция Лапласа нормального распределения

.

3. Свойства функций f(X) и f(X)

3.1. Метод замены переменной:

,

где М=а – среднее значение, математическое ожидание случайной величины.

3.2. Свойства Ф(t):

3.2.1. Ф(–t)= –Ф(t);

3.2.2. ;

3.2.3. ;

Продолжение приложения 1

3.2.4. ;

3.2.5. ;

3.3. при М=0

,

где t – безмерная величина

Решение сводим к виду , где n·σ=x.

В этом случае значения t, определяемые по и по , равны между собой.

.

В итоге,

3.3.1. F(x) – это

,

то есть это площадь под кривой f(x) на участке минус ∞ до x или вероятность попадания в интервал до x.

3.3.2. F(x1)=P(x<x1) – вероятность попадания в интервал до x1;

F(x2)=P(x<x2) – вероятность попадания в интервал до x2;

Продолжение приложения 1

3.3.3. P(x1<x<x1) – вероятность попадания в интервал от x1 до x2.

,

P(–∞<x<+∞)=1,

.

3.3.4. – вероятность попадания в интервал точки x;

Ф(t) – функция Лапласа для или ;

Это значит, что

а) F(x)=Ф(x);

б) F(x) – функция положительная, а Ф(t) имеет «+» и «–»;

г) зная Ф(t), вероятность попадания можно определить по Ф(t2)–Ф(t1) или переводя Ф(t) в F(x) (см. табл.13,[1П.1, с. 66-67]);

д) теоретическую частоту попадания в заданный интервал можно находить путем определения F(x2)–F(x1) и умножения этой вероятности на общее число n.

3.4. Свойство f(x)

.

При

Продолжение приложения 1

.

3.4.1. Табличные значения f(x) находят по зависимости

.

3.4.2. Расчётные значения частностей

.

3.4.3. Расчётные значения частот

.

3.4.4. Вероятность попадания в заданный интервал от минус ∞ до x

.

Продолжение приложения 1

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]