3876
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Макаров П.В.
Анализ опасности и надежности промышленных систем
Учебно-методическое пособие
по:
-подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы);
для обучающихся по дисциплине Анализ опасности и надежности промышленных
систем
направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность направленность (профиль) Безопасность технологических процессов и производств
Нижний Новгород
2022
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Макаров П.В.
Анализ опасности и надежности промышленных систем
Учебно-методическое пособие
по:
-подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы);
для обучающихся по дисциплине Анализ опасности и надежности промышленных
систем
направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность направленность (профиль) Безопасность технологических процессов и производств
Нижний Новгород
2022
2
УДК 504.05:614.8(075.8)
Макаров П.В. / Анализ опасности и надежности промышленных систем [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / П.В. Макаров; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 15с. – Текст : электронный..
В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Анализ опасности и надежности промышленных систем» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям
Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Анализ опасности и надежности промышленных систем» по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств.
Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной профессиональной образовательной программе направления 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств.
© П.В. Макаров, 2022 © ННГАСУ, 2022
3
Оглавление
1. |
Общие положения .......................................................................................................................... |
5 |
|
|
1.1 |
Цели изучения дисциплины и результаты обучения ........................................................... |
5 |
|
1.2 |
Содержание дисциплины ........................................................................................................ |
5 |
|
1.3 |
Порядок освоения материала.................................................................................................. |
7 |
2. |
Методические указания по подготовке к лекциям...................................................................... |
8 |
|
|
2.1 |
Общие рекомендации по работе на лекциях......................................................................... |
8 |
|
2.2 |
Общие рекомендации при работе с конспектом лекций...................................................... |
8 |
|
2.3 |
Общие рекомендации по изучению материала лекций ....................................................... |
8 |
|
2.4 |
Контрольные вопросы ............................................................................................................. |
9 |
3. |
Методические указания по подготовке к практическим занятиям ......................................... |
10 |
|
|
3.1 |
Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям ...................................... |
10 |
|
3.2 |
Примеры задач для практических занятий.......................................................................... |
10 |
4. |
Методические указания по организации самостоятельной работы ........................................ |
12 |
|
|
4.1 |
Общие рекомендации для самостоятельной работы .......................................................... |
12 |
|
4.2 |
Темы для самостоятельного изучения................................................................................. |
13 |
|
4.3 |
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы .......................................... |
13 |
4
1. Общие положения
1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения
Основными целями освоения учебной дисциплины «Надежность технических систем и техногенный риск» являются:
овладение способностью прогнозировать, оценивать, устранять причины отказов технических систем и обеспечивать надежность их функционирования, анализировать показатели надежность и риски связанные с разработкой и эксплуатацией современного промышленного оборудования.
В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:
основные принципы анализа и моделирования надежности технических систем и определения приемлемого риска;
основные виды механизмов, методы исследования и расчета их кинетических и динамических характеристик;
методы расчета на прочность и жесткость типовых элементов различных систем и конструкций;
критерии и характеристики зон распространения опасностей, виды опасностей.
Уметь:
идентифицировать основные опасности среды обитания человека, оценивать риск их реализации, выбирать методы защиты от опасностей и способы обеспечения комфортных условий жизнедеятельности;
проводить расчеты надежности и работоспособности основных видов механизмов;
применять методы расчета и конструирования деталей и узлов механизмов проводить расчеты деталей машин по критериям работоспособности и надежности;
применять методики определения границ опасных зон;
Владеть:
методами математического моделирования надежности и безопасности работы отдельных звеньев реальных технических систем и технических объектов в целом;
методиками расчета качественных и количественных характеристик опасных зон.
Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в новом предметном поле надежности технических систем.
1.2 Содержание дисциплины
Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:
1. Основные понятия и определения надежности
Проблема обеспечения надежности и развитие научно-технического прогресса. Надежность и эффективность - важнейшие показатели технического прогресса. Надежность как комплексное свойство объекта (машины, аппарата, системы). Критерии и признаки обнаружения отказов оборудования и технологических схем. Причины возникновения отказов. Классификация и характеристика отказов.
2. Показатели надежности объектов
5
Общие сведения о показателях надежности. Выбор и назначение показателей надежности. Долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Вероятность безотказной работы. Вероятность отказа. Гамма-процентный ресурс. Коэффициент готовности. Коэффициент технического использования. Срок службы. Срок гарантии. Плотность вероятности. Алгоритмы и вычислительные методы определений основных характеристик надежности.
3. Методы повышения надежности объектов
Общая характеристика методов повышения надежности. Виды и способы резервирования. Структурное резервирование. Временное резервирование. Информационное, функциональное и нагрузочное резервирование. Способы структурного резервирования и виды резерва. Показатели надежности и свойства способов структурного резервирования. Постоянно включенный резерв.
Резервирование замешением. Расчёт показателей надежности невосстанавливамых |
простых ХТС. |
||
Расчет показателей надежности резервированных ХТС. Свойства |
способов |
структурного |
|
резервирования. Технико-экономическая целесообразность |
резервирования. |
Оптимальное |
резервирование.Метод уменьшения интенсивности отказов. Метод уменьшения среднего времени восстановления.
4. Организационно-технические и технологические способы повышения надежности объектов
Общая характеристика способов обеспечения и повышения надежности. Методы контроля показателей надежности. Техническая диагностика. Техническое обслуживание. Методы оптимизации технического обслуживания. Технологические способы повышения надежности. Комплексные испытания на надежность. Расчеты экономической эффективности повышение надежности.
5. Методология анализа и оптимизации надежности.
Системный подход к исследованию и оптимизации надежности производств. Символические и топологические модели надежности. Методы и алгоритмы расчета показателей надежности. Методы оптимизации надежности.
6. Риск как количественная мера опасности Опасность. Риск. Классификация рисков. Трактовки риска как количественной меры опасности.
Предприятие, |
как объект повышенной опасности. |
Нормальное и |
пораженное |
состояния |
||||
предприятия. |
Аварийная |
ситуация. Стадии развития |
аварии. |
Статистика |
аварий |
и катастроф. |
||
Вероятность безопасной работы. Вероятность аварии. |
|
|
|
|
|
|||
7. Прогнозирование техногенного риска |
|
|
|
|
|
|||
Методы |
анализа техногенного риска. Последовательность |
прогноза |
техногенного риска. |
|||||
Декомпозиция |
технологического объекта |
до сравнительно простых |
элементов /человек - машина - |
|||||
среда /. Выбор показателя опасности-риска. |
Выделение из |
состава объекта |
источников повышенной |
опасности. Выявление сценариев нежелательного высвобождения энергозапаса или вредных выбросов по результатам моделирования процесса или экспертного анализа. Оценка предполагаемой частоты появления различных сценариев нежелательного высвобождения вредных веществ и энергии с учетом имеющихся статистических данных и результатов количественного анализа соответствующих моделей. Определение предполагаемых объемов высвободившихся энергии и вредных веществ. Определение вероятности первичного (непосредственного) ущерба. Расчет размеров зон вероятного поражения. Оценка вторичного ущерба.
6
8. Прогнозирование техногенного риска для совокупности технологических объектов
Необходимость разработки экономических механизмов регулировании техногенного риска. Внедрение экономических механизмов регулирования техногенного риска. Представление степени техногенной опасности через риск социально-экономического ущерба. Аварийная подготовленность, аварийное реагирование. Оценка экологического риска и управление экологическим риском.
1.3 Порядок освоения материала
Материал дисциплины изучается в соответствии с порядком, определённым в следующей таблице:
|
|
Таблица 1 |
|
|
Порядок освоения дисциплины |
|
|
|
|
|
|
№ |
Раздел дисциплины |
№№ предшествующих разделов |
|
|
|
|
|
1 |
Основные понятия и определения надежности |
- |
|
|
|
|
|
2 |
Показатели надежности объектов |
1 |
|
|
|
|
|
3 |
Методы повышения надежности объектов |
1,2 |
|
|
|
|
|
4 |
Организационно-технические и технологические способы повышения |
1,2 |
|
надежности объектов |
|||
|
|
||
|
|
|
|
5 |
Методология анализа и оптимизации надежности |
1,2,3,4 |
|
|
|
|
|
6 |
Риск как количественная мера опасности |
1,2,3,4,5 |
|
|
|
|
|
7 |
Прогнозирование техногенного риска |
1,2,3,4,5 |
|
|
|
|
|
8 |
Прогнозирование техногенного риска для совокупности технологических |
1,2,3,4,5 |
|
объектов |
|||
|
|
||
|
|
|
7
2. Методические указания по подготовке к лекциям
2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях
Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.
Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.
Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.
При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.
2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций
Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.
Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.
Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.
2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций
Раздел 1. Основные понятия и определения надежности — 1 лекция.
Цель: вызвать интерес к изучению курса, сформировать представление об надежности систем как науке и практики.
На лекциях рассматриваются проблемы обеспечения надежности и развитие научно-технического прогресса. Разбираются основные виды отказов технологического оборудования и причины, приводящие к этим отказам. Классифицируются критерии и признаки обнаружения отказов оборудования и технологических схем. Из этого можно вывести главное, на что направлено внимание при изучении надежности технических систем.
Раздел 2. Показатели надежности объектов — 1 лекция.
Цель: изучить критерии и методы определения основных характеристик надежности.
8
Даются критерии выбора и назначение показателей надежности. Разбираются понятия долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, вероятность безотказной работы, вероятность отказа, коэффициент готовности, коэффициент технического использования, срок службы, срок гарантии. Рассматриваются алгоритмы и вычислительные методы определений основных характеристик надежности.
2.4 Контрольные вопросы Контрольные вопросы к разделу 1: Основные понятия и определения надежности
1.Признаки отказа оборудования.
2.Основные причины отказов оборудования.
3.Классификация отказов оборудования.
4.Лимитирующие факторы обеспечения надежности технических систем.
5.Дефекты, повреждения, отказы.
6.Виды испытания на надежность.
Контрольные вопросы к разделу 2: Показатели надежности объектов
1.Показатели безотказности
2.Показатели долговечности.
3.Показатели сохраняемости.
4.Показатели ремонтопригодности.
5.Комплексные показатели надежности.
6.Статистический аппарат оценки надежности.
Контрольные вопросы к разделу 3: Методы повышения надежности объектов
1.Виды и способы резервирования.
2.Структурное резервирование.
3.Временное резервирование.
4.Информационное, функциональное и нагрузочное резервирование.
5.Показатели надежности и свойства способов структурного резервирования.
6.Расчёт показателей надежности невосстанавливамых систем.
9
3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям
3.1Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям
Входе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях: журналах, газетах и т.д. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы.
Всоответствии с этими рекомендациями и подготовкой полезно дорабатывать свои конспекты лекции, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой. Целесообразно также подготовить тезисы для возможного выступлений по всем учебным вопросам, выносимым на практическое занятие.
При подготовке к занятиям можно также подготовить краткие конспекты по вопросам темы. Очень эффективным приемом является составление схем и презентаций.
Готовясь к докладу или реферативному сообщению, желательно обращаться за методической помощью к преподавателю. Составить план-конспект своего выступления. Продумать примеры с целью обеспечения тесной связи изучаемой теории с реальной жизнью. Своевременное и качественное выполнение самостоятельной работы базируется на соблюдении настоящих рекомендаций и изучении рекомендованной литературы. Студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при написании курсовых и дипломных работ.
3.2Примеры задач для практических занятий
Задачи для раздела 3.
1. Определить вероятность безотказной работы системы при Р1= Р2= Р3=0,9; Р4= Р5=0,9; Р6=
Р7=0,7.
2. Применяя логико-вероятностный метод определить вероятность безотказной работы систем при Р1=0,93; Р2=0,90; Р3=0,91; Р4=0,89; Р5=0,83.
3. Схема расчета надежности изделия приведена на рисунке. Найти вероятность безотказной работы изделия, если известны вероятности отказов элементов.
10