Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность технических систем и техногенный риск. Учебное пособие
.pdf
71
Пример 8.5. Во дворе предприятия водитель тягача приступил к сцепке
Причины несчастного
случая
Источники опасности
Предупредительные
мероприятия
Двор с уклоном
Неподходящие места стоянки
Реконструкция двора
Тягач, вышедший из строя
Поломка оборудования
Предупредительный ремонт
транспортных средств
Разная высота прицепа и тягача
Техническая несовместимость оборудования
Стандартизация соединения
оборудования
Неустановленный тормоз,
работающий двигатель
Недостаточная подготовка
персонала
Инструктаж водителей
3
2
1
ИСА
Конечное состояние
СП
ССП
ССП
б
СП вызов 01
ВОЗГОРАНИЕ
ЗАДЫМЛЕНИЕ
СВАРОЧНЫЕ
РАБОТЫ
ИСКРА
тягача с прицепом. Операция осложнилась из-за различной высоты тягача и
прицепа, и водитель спустился вниз, чтобы выяснить причину, забыв поставить
тягач на тормоз. Когда водитель находился между прицепом и тягачом, тягач с
работающим двигателем скатился назад по небольшому уклону и придавил водителя к раме прицепа.
Анализ происшествия состоит в выяснении причин несчастного случая,
выявлении источников опасности и выработке предупредительных мероприятий. Результаты анализа приведены в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Результаты анализа происшествия
а
Рис.8.6. Дерево событий при выполнении сварочных работ:
а – принципиальная схема; б – диаграмма событий
72
Пуск
Насос
а
НАСОС
б
в
Насос (Р)
Клапан (V)
Успех
Клапан
Р 0,98
Р 0,02
V 0,95
V 0,05
Отказ
системы
ПУСК
НОРМАЛЬНАЯ
РАБОТА
КЛАПАН
ОТКАЗ В
РАБОТЕ
СИСТЕМЫ
ОТКАЗ В
РАБОТЕ
ОТКАЗ В
РАБОТЕ
НОРМАЛЬНАЯ
РАБОТА
СИСТЕМЫ
Рис. 8.7. Дерево решений для двухэлементной схемы (работа насоса):
а – принципиальная схема; б – дерево решений; в - диаграмма решений
73
Пример 8.6. При построении дерева событий для определения безопасно-
Состояние насоса
Состояние
клапана
Вероятность работо-
способного состоя-
ния системы
Вероятность
отказа системы
Работает
Отказ
Работает
Отказ
Работает
Работает
Отказ
Отказ
0,98 0,95
-
-
-
0,02 ∙0,95
0,98 ∙0,05
0,02 ∙0,05
Суммарная величина
0,931
0,069
сти выполнения сварочных работ исходное событие аварии (ИСА)– искра, вызывающая возгорание. В случае возникновения задымления в помещении автоматически срабатывает спринклерная система пожаротушения (ССП). При
большом очаге пожара необходимо в соответствии с инструкцией включить систему пожаротушения (СП) и вызвать пожарных. Возможное дерево событий
представлено на рис. 8.6, где «ступенька» верх означает срабатывание соответствующей системы, а «ступенька» вниз – ее отказ [2].
Анализ конечных условий показывает, что состояние под номером 3 свя-
зано с тяжелыми последствиями, поэтому путь, приводящий к конечному состоянию 3, является аварийным. Если известны вероятность наступления ИСА
и вероятность отказов ССП и СП, то с помощью методов теории вероятностей
можно рассчитать риск пожара с тяжелыми последствиями.
Постулируя очередное ИСА, аналогичным образом можно построить со-
ответствующее дерево событий, определить возможные аварийные цепочки и
вычислить вероятность их реализации. В окончательном виде величина риска
R=∑ri, где ri – вероятность реализации i-й аварийной цепочки.
Пример 8.7. На рис. 8.7. показана система последовательно соединенных
элементов, которая включает насос и клапан, имеющие соответственно вероятности безотказной работы 0,98 и 0,95, а также приведено дерево решений для
этой системы. Согласно принятому правилу верхняя ветвь соответствует желательному варианту работы системы, а нижняя - нежелательному. Дерево решений читается слева направо. Если насос не работает, система отказывает независимо от состояния клапана. Если насос работает, с помощью второй узловой
точки изучается ситуация, работает ли клапан [2].
Решение
Вероятность безотказной работы системы 0,98 ∙ 0,95 = 0,931. Вероятность
отказа 0,98 ∙ 0,05 + 0,02 = 0,069, и суммарная вероятность двух состояний системы равна единице.
Этот результат можно получить другим способом – с помощью таблицы
истинности (табл. 8.3).
Таблица 8.3
Таблица истинности
74
8.4. Качественная и количественная оценка дерева отказов
D=E1E2(E3+E4)
B=E1E2
C=E3+E4
E1
E4
E3
E2
Методы анализа деревьев наиболее трудоемки, они применяются для анализа проектов или модернизации сложных технических систем и производств и
требуют высокий квалификации исполнителей.
Излагаемый ниже подход основан на использовании так называемых минимальных сечений дерева неисправностей [2].
Сечение определяется как множество элементарных событий, приводящих к нежелательному исходу. Если из множества событий, принадлежащих
некоторому сечению, нельзя исключить ни одного и в то же время это множество событий приводит к нежелательному исходу, то в этом случае говорят о
наличии минимального сечения. Выявление минимальных сечений требует
больших затрат времени, и для их нахождения требуется машинный алгоритм.
Пример качественной оценки дерева неисправностей представлен на рис. 8.8.
Количественная оценка производится на основании информации о таких
количественных показателях надежности для завершающего события, как вероятность отказа, интенсивность отказов или интенсивность восстановлений.
Вначале вычисляют показатели надежности элемента, затем находят критический путь и, наконец, оценивают завершающее событие.
Количественная оценка дерева осуществляется либо с помощью статического моделирования, либо аналитическим методом.
Рис. 8.8. Дерево неисправностей для гипотетического случая
75
Примечание. Промежуточный отказ B может появиться только в том слу-
чае, когда имеют место оба события «Е1» и «Е2.» Что касается промежуточного
события «С», то оно может произойти только при появлении события «Е3» или
«Е
». Завершающее событие наступает только при появлении одновременно
4
промежуточных событий «В» и «С».
В первом случае дерево неисправностей моделируется на ЭВМ обычно
для нескольких тысяч или даже миллионов циклов функционирования системы.
При этом основными этапами моделирования являются:
задание показателей надежности для элементарных событий;
представление всего дерева неисправностей на цифровой ЭВМ;
составление перечня отказов, приводящих к завершающему событию, и
перечня соответствующих минимальных сечений;
вычисление требуемых конечных результатов.
Во втором случае используют существующие аналитические методы.
8.5. Преимущества и недостатки метода дерева отказов
Данный метод, как и любой другой, обладает определенными достоинствами и недостатками [2]. Так, например, метод дает представление о поведении системы, но требует от специалистов по надежности глубокого понимания
системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного
отказа; помогает дедуктивно выявлять отказы; дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных
изменений и анализа компромиссных решений; позволяет выполнять количественный и качественный анализ надежности; облегчает анализ надежности
сложных систем.
Вместе с тем реализация метода требует значительных затрат средств и
времени. Кроме того, полученные результаты трудно проверить и трудно
учесть состояния частичного отказа элементов, поскольку при использовании
метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа. Существенные трудности возникают и при получении в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащих резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех
значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов.
76
9. СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОГО РИСКА
чсдопчс
RRRR /
ОБЪЕКТОВ ЭКОНОМИКИ
9.1. Понятие риска
Специалисты различных отраслей промышленности в своих сообщениях
и докладах постоянно оперируют не только определением "опасность", но и таким термином, как "риск".
В научной литературе встречается весьма различная трактовка термина
"риск" и в него иногда вкладываются отличающиеся друг от друга содержания
[1]. Например, риск в терминологии страхования используется для обозначения
предмета страхования (промышленного предприятия или фирмы), страхового
случая (наводнения, пожара, взрыва и пр.), страховой суммы (опасности в денежном выражении) или же как собирательный термин для обозначения нежелательных или неопределенных событий.
Экономисты и статисты, сталкивающиеся с этими вопросами, понимают
риск как меру возможных последствий, которые проявятся в определенный момент в будущем. В психологическом словаре риск трактуется как действие,
направленное на привлекательную цель, достижение которой сопряжено с элементами опасности, угрозой потери, неуспеха, либо как ситуативная характеристика деятельности, состоящая в неопределенности ее исхода и возможных неблагоприятных последствиях в случае неуспеха, либо как мера неблагополучия
при неуспехе в деятельности, определяемая сочетанием вероятности и величины неблагоприятных последствий в этом случае.
Ряд трактовок раскрывает риск как вероятность возникновения несчастного случая, опасности, аварии или катастрофы при определенных условиях
(состоянии) производства или окружающей человека среды. Приведенные
определения подчеркивают как значение активной деятельности субъекта, так и
объективные свойства окружающей среды.
Риск – это вероятность реализации негативного воздействия факторов
техносферы в зоне пребывания человека.
(9.1)
где R – риск; Rчс – реализованное число событий; R
R
– допустимое число событий.
доп
– общее число событий;
общ
Допустимый уровень пожарной опасности (риска) для каждого человека
составляет 10-6. Это означает, что в течение года от воздействия ОФП в нашей
стране не должно погибнуть более одного человека на миллион россиян.
77
Пример 9.1. Определить риск возможной гибели человека во время по-
463
101101381014 **/*N/nR
жара (уровень пожарной безопасности населения), если ежегодно погибает
n=14 000 человек, а численность населения N = 138000000 человек.
.
Вывод: не обеспечивается защита населения в области пожарной без-
опасности.
Общим во всех приведенных представлениях является то, что риск включает неуверенность, произойдет ли нежелательное событие и возникнет ли неблагоприятное состояние. Заметим, что в соответствии с современными взглядами риск обычно интерпретируется как вероятностная мера возникновения
техногенных или природных явлений, сопровождающихся возникновением,
формированием и действием опасностей, и нанесенного при этом социального,
экономического, экологического и других видов ущерба и вреда.
Под риском следует понимать ожидаемую частоту или вероятность возникновения опасностей определенного класса, или же размер возможного
ущерба (потерь, вреда) от нежелательного события, или же некоторую комбинацию этих величин.
Применение понятия риск, таким образом, позволяет переводить опасность в разряд измеряемых категорий. Риск фактически есть мера опасности.
Часто используют понятие "степень риска" (Level of risk), по сути не отличающееся от понятия риск, но лишь подчеркивающее, что речь идет об измеряемой
величине.
Все названные (или подобные) интерпретации термина "риск" используются в настоящее время при анализе опасностей и управлении безопасностью
(риском) технологических процессов и производств в целом.
Формирование опасных и чрезвычайных ситуаций - результат определенной
совокупности факторов риска, порождаемых соответствующими источниками.
Применительно к проблеме безопасности жизнедеятельности таким событием может быть ухудшение здоровья или смерть человека, авария или катастрофа технической системы или устройства, загрязнения или разрушение экологической системы, гибель группы людей или возрастание смертности населения, материальный ущерб от реализовавшихся опасностей или увеличение
затрат на безопасность.
Каждое нежелательное событие может возникнуть по отношению к определенной жертве - объекту риска. Соотношение объектов риска и нежелательных событий позволяет различать индивидуальный, технический, экологический, социальный и экономический риск [1]. Каждый вид его обусловливают
характерные источники и факторы риска, классификация и характеристика которого приведены в табл. 9.1.
78
Классификация и характеристика видов риска
Вид
риска
Объект
риска
Источник риска
Нежелательное
событие
Инди-
видуальный
Человек
Условия жизнедеятельно-
сти человека
Заболевание, травма,
инвалидность, смерть
Техни-
ческий
Технические системы и
объекты
Техническое несовершенство, нарушение правил эксплуатации технических систем и объектов
Авария, взрыв, катастрофа, пожар, разрушение
Экологический
Экологические
системы
Антропогенное вмешательство в природную среду,
техногенные чрезвычайные
ситуации
Антропогенные экологические катастрофы,
стихийные бедствия
Социальный
Социальные
группы
Чрезвычайная ситуация,
снижение качества жизни
Групповые травмы, заболевания, гибель людей,
рост смертности
Экономический
Материальные ресурсы
Повышенная опасность
производства или природной
среды
Увеличение затрат на
безопасность, ущерб от
недостаточной защищенности
()
()
И
Pt
R
Lf
Таблица 9.1
Индивидуальный риск обусловлен вероятностью реализации потенци-
альных опасностей при возникновении опасных ситуаций. Его можно определить по числу реализовавшихся факторов риска [1]:
(9.2)
где Rи – индивидуальный риск; P – число пострадавших (погибших) в единицу
времени t от определенного фактора риска f; L – число людей, подверженных
соответствующему фактору риска f в единицу времени t.
Источники и факторы индивидуального риска приведены в табл. 9.2.
79
Источники и факторы индивидуального риска
Источник индивидуально-
го риска
Наиболее распространенный фактор риска смерти
Внутренняя среда
организма человека
Наследственно-генетические, психосоматические за-
болевания, старение
Виктимность
Совокупность личностных качеств человека как
жертвы потенциальных опасностей
Привычки
Курение, употребление алкоголя, наркотиков, ирра-
циональное питание
Социальная экология
Некачественные воздух, вода, продукты питания; ви-
русные инфекции, бытовые травмы, пожары
Профессиональная
деятельность
Опасные и вредные производственные факторы
Транспортные сообщения
Аварии и катастрофы транспортных средств, их
столкновения с человеком
Непрофессиональная
деятельность
Опасности, обусловленные любительским спортом,
туризмом, другими увлечениями
Социальная среда
Вооруженный конфликт, преступление, суицид,
убийство
Окружающая природная среда
Землетрясение, извержение вулкана, наводнение,
оползни, ураган и другие стихийные бедствия
()
()
Т
Тt
R
Тf
Таблица 9.2
Индивидуальный риск может быть добровольным, если он обусловлен де-
ятельностью человека на добровольной основе, и вынужденным, если человек
подвергается риску в составе части общества (например, проживание в экологически неблагоприятных регионах, вблизи источников повышенной опасности).
Технический риск - комплексный показатель надежности элементов тех-
носферы. Он выражает вероятность аварии или катастрофы при эксплуатации
машин, механизмов, реализации технологических процессов, строительстве и
эксплуатации зданий и сооружений:
(9.3)
где Rт – технический риск; T – число аварий в единицу времени t на идентичных технических системах и объектах; T – число идентичных технических систем и объектов, подверженных общему фактору риска f.
Источники и факторы технического риска приведены в табл. 9.3.
80
Источники и факторы технического риска
Источник
технического риска
Наиболее распространенные факторы
технического риска
Низкий уровень
научно- исследовательских работ
Ошибочный выбор направлений развития техники и
технологии по критериям безопасности
То же, опытно-
конструкторских работ
Выбор потенциально опасных конструктивных схем и
принципов действия технических систем. Ошибки в определении эксплуатационных нагрузок. Неправильный выбор конструкционных материалов. Недостаточный запас
прочности. Отсутствие в проектах технических средств
безопасности
Опытное производ-
ство новой техники
Некачественная доводка конструкций, технологии, до-
кументации по критериям безопасности
Серийный выпуск
небезопасной техники
Отклонение от заданного химического состава кон-
струкционных материалов. Недостаточная точность конструктивных размеров. Нарушение режимов термической
и химико-термической обработки деталей. Нарушение регламентов сборки и монтажа конструкций и машин
Нарушение правил
безопасной эксплуатации технических систем
Использование техники не по назначению. Нарушение
паспортных (проектных) режимов эксплуатации. Несвоевременные профилактические осмотры и ремонты. Нарушение требований транспортирования и хранения
Ошибки персонала
Слабые навыки действия в сложной ситуации. Неумение
оценивать информацию о состоянии процесса. Слабое
знание сущности происходящего процесса. Отсутствие
самообладания в условиях стресса. Недисциплинированность
()
О
Оt
R
О
Таблица 9.3
Экологический риск выражает вероятность экологического бедствия, ка-
тастрофы, 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 RО – экологический риск; O – число антропогенных экологических катастроф и стихийных бедствий в единицу времени t; O – число потенциальных
источников экологических разрушений на рассматриваемой территории.
(9.4)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]