Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность технологического оборудования. Анализ видов и последствий отказов. Учебник
.pdf
8.2. АНАЛИЗ ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ – АДН (FTA)
сатор замыкает батарею на землю; 15 – нет сигнала на выходе
1; 16 – нет сигнала на выходе 2; 17 – обрыв входной катушки
индуктивности; 18 – короткое замыкание сглаживающего конденсатора; 19 – выход 1; 20 – выход 2; 21 – обрыв катушки индуктивности вызван случайным отказом; 22 – обрыв вызван
производственным дефектом; 23 – короткое замыкание конденсатора вызвано случайным отказом; 24 – короткое замыкание обусловлено производственным дефектом; 25 – обрыв
компонента L1; 26 – обрыв вызван производственным дефектом; 27 – короткое замыкание компонента С1; 28 – короткое
замыкание вызвано производственным дефектом; 29 – недостаток припоя вызвал обрыв соединения; 30 – катушка индуктивности повреждена при сборке; 31 – избыток припоя привел
к замыканию контактов; 32 – компонент поврежден при сборке – короткое замыкание; 33 – припой L1; 34 – повреждение
L1; 35 – короткое замыкание С1, вызванное припоем; 36 – повреждение С1 Символы, обозначающие события дерева неисправностей, зависят от предпочтения пользователя и используемого программного обеспечения. Символы, наиболее
часто используемые при анализе дерева неисправностей,
приведены в табл. 8.1; под вентилем понимается символ, используемый для обозначения связи между выходным событием и соответствующими входными воздействиями.
Построение дерева неисправностей начинают с точного
определения завершающего события или нежелательного
итога. Таким событием может быть существование или формирование опасного состояния или невыполнение системой
требуемых функций.
Если событие на выходе вентиля указывает на невозможность выполнения функции, то входные события должны
представлять собой соответствующие причины, например
отказ вследствие неисправности аппаратных или программных средств, рабочих ограничений, неправильных команд
(отказ системы управления) и ошибок человека.
191
8. Анализ и диагностика отказов с помощью информационных графов
Таблица 8.1
Логические символы
(выборка из ГОСТ Р 27.302–2009)
Символ
Наимено-
вание
Базисное
событие
Неразвитое
событиее
Вентиль
ИЛИ
Мажори-
тарный
вентиль
(m из n)
Вентиль
И
Вентиль
запрета
Вентиль
НЕ
Вентиль
переноса
Описание
Событие самого низкого
уровня, для которого име-
ются данные о вероятности
его появления
Первичное событие, отно-
сящееся к неразработанной
части системы
Выходное событие насту-
пает, если наступает любое
из входных событий
Выходное событие насту-
пает, если наступает m или
более входных событий
из общего числа n
Выходное событие насту-
пает, если наступают все
входные события
Выходное событие насту-
пает, если наступают оба
входных события, одно
из которых условное
Выходное событие насту-
пает, если не наступает
входное событие
Вентиль, указывающий
на то, что данная часть
системы разрабатывается
в другой части страницы
или диаграммы
Число
входных
событий
0
0
2
3
2
= 2
1
0
192
8.2. АНАЛИЗ ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ – АДН (FTA)
Построение конкретных ветвей дерева заканчивают по-
сле определения одного или более из следующих событий:
– первичных событий, т.е. независимых событий, характеристики которых могут быть определены методами без построения дерева неполадок;
– событий, которые, по мнению разработчика, можно
не развивать дальше;
– событий, которые были или будут развиваться при перемещении в другое дерево неполадок.
Дерево неисправностей может быть расположено вертикально или горизонтально: при вертикальном расположении завершающее событие должно находиться наверху
страницы, а базисные события – внизу; при горизонтальном
расположении завершающее событие располагают на левой
стороне страницы, а базисные события – справа.
Обычно в дереве неисправностей используют клапаны И,
ИЛИ и НЕ. Однако при анализе сложных систем могут потребоваться дополнительные символы для клапанов, что позволяет добиться максимальной простоты дерева неисправностей и обеспечить его читаемость.
Логический знак «И» (схема совпадения). Выходное событие логического знака И наступает в том случае, если все входные события появляются одновременно. Эту операцию обычно
используют в том случае, когда имеются несколько причин,
которые должны появиться одновременно, при этом входы
операции должны отвечать на вопрос: «что необходимо для появления выходного события?» События, входные по отношению к операции И, должны формулироваться так, чтобы второе было условным по отношению к первому, третье условным
по отношению к первому и второму, а последнее – условным ко
всем предыдущим. Кроме того, по крайней мере одно из событий должно быть связано с появлением выходного события.
Логический знак «ИЛИ» (схема объединения). Выходное событие логического знака ИЛИ наступает в том случае,
193
8. Анализ и диагностика отказов с помощью информационных графов
если имеет место любое из входных событий. Эту операцию
обычно используют в том случае, когда любая из причин
приводит к появлению выходного события, при этом входы
операции должны отвечать на вопрос: «какие события достаточны для появления выходного события?»
Рекомендуется следующий порядок применения логических знаков И и ИЛИ. Для любого события, подлежаще-
го дальнейшему анализу, вначале рассматриваются все возможные события, являющиеся входами операций ИЛИ,
затем входы операций И. Это справедливо как для головного
события, так и для любого события, анализ которого целесообразно продолжить.
Пример использования этих двух логических знаков показан на рис. 8.4. Событие «возгорание» (возникновение пожара)
происходит, если два события («утечка горючей жидкости» и
«наличие источника воспламенения») происходят одновременно. Последнее (критическое) событие случается, если происходит одно из двух событий – «электрическая искры» (неисправная электропроводка, разряд статического электричества) или
«открытый огонь» (курящий работник, газовая сварка).
Основной целью построения дерева неисправностей является символическое представление существующих в системе
условий, способных вызвать ее отказ и привести к аварии.
Кроме того, построенное дерево позволяет показать в явном
виде слабые места системы и является наглядным средством
представления и обоснования принимаемых решений, а также средством исследования компромиссных соотношений
или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям.
При построении дерева неисправностей выделяют пять
типов вершин (см. рис. 8.3):
– вершины, отображающие первичные отказы;
– вершины, отображающие результирующие или вто-
ричные отказы;
194
8.2. АНАЛИЗ ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ – АДН (FTA)
– вершины, отображающие локальные отказы, которые
не влияют на возникновение других отказов;
– вершины, соответствующие операции логического сло-
жения случайных событий (типа «ИЛИ»);
– вершины, соответствующие операции логического про-
изведения случайных событий (типа «И»).
Возгорание
И
Утечка горючей
жидкости
Электрическая
искра
Рис. 8.4. Структура дерева отказов
Наличие источника
воспламенения
ИЛИ
Открытый
огонь
Каждой вершине, отображающей первичный или результирующий отказ, соответствует определенная вероятность
возникновения отказа. Одним из основных преимуществ дерева неисправностей является то, что анализ ограничивается
выявлением только тех элементов систем и событий, которые приводят к постулируемому отказу или аварии. Чтобы
определить вероятность отказа, необходимо найти аварийные сочетания, для чего надо произвести качественный и количественный анализ дерева неисправностей.
Структура дерева неисправностей включает одно головное событие (аварию, инцидент), которое соединяется с набо-
195
8. Анализ и диагностика отказов с помощью информационных графов
ром соответствующих нижестоящих событий (ошибок, отказов, неблагоприятных внешний воздействий), образующих
причинные цепи (сценарии аварий). Для связи между событиями в узлах деревьев используются знаки «И» и «ИЛИ».
Логический знак «И» означает, что вышестоящее событие
возникает при одновременном наступлении нижестоящих
событий (соответствует перемножению их вероятностей для
оценки вероятности вышестоящего события). Знак «ИЛИ»
означает, что вышестоящее событие может произойти вследствие возникновения одного из нижестоящих событий.
Обычно предполагается, что исследователь, прежде чем
приступить к построению дерева неисправностей, тщательно изучает систему. Поэтому описание системы должно быть
частью документации, составленной в ходе такого изучения.
Примеры применения логических знаков «И» и «ИЛИ» по-
казаны на рис. 8.3. Событие «возникновение пожара» происходит, если два события («утечка горючей жидкости» и
«наличие источника воспламенения») происходят одновременно. Последнее (критическое) событие случается, если
происходит одно из двух событий – «наличие искры» (неисправная электропроводка, разряд статического электричества) или «открытый огонь» (курящий работник).
Кроме логических символов в АДН учитывают и используют следующие основные виды символов событий (см.
рис. 8.3), которые приведены в табл. 8.2.
Прямоугольник обозначает событие отказа, которое возникает в результате более элементарных, исходных отказов,
соединенных с помощью логических элементов.
Круг обозначает исходный отказ (исходное событие) отдельного элемента (в пределах данной системы или окружающей среды), который определяет таким образом разрешающую способность данного дерева отказов. Для того
чтобы получить количественные результаты с помощью дерева отказов, круглые блоки должны представлять события,
196
8.2. АНАЛИЗ ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ – АДН (FTA)
для которых имеются данные по надежности и которые называются исходными событиями.
Таблица 8.2
Символы событий
Символ события Содержание события
Исходное событие, обеспеченное достаточ-
ными данными
Событие недостаточно детально разработано
Событие, вводимое логическим элементом
Условное событие, используемое с логиче-
ским знаком «запрет»
Событие, которое может произойти или не
произойти
Событие, используемое для избежания повторений в дереве неисправностей или для
переноса информации на другую страницу
Ромб используется для обозначения детально не разработанных событий в том смысле, что детальный анализ
не доведен до исходных типов отказов в силу отсутствия
необходимой информации, средств иди времени. «Авария
из-за саботажа или диверсии» является примером детально
не разработанного события. Часто такие события не выявляются при количественном анализе. Они включаются на начальном этапе, и их присутствие служит показателем глубины и ограничений данного исследования.
Овал представляет естественное событие, которое присуще системе и не имеет ни отрицательного, ни положительного значения.
197
8. Анализ и диагностика отказов с помощью информационных графов
Символ «домик» обозначает ожидаемое событие. Его используют при рассмотрении различных особых случаев дерева неисправностей, заведомо предполагая, что одни события
происходят, а другие события исключаются из рассмотрения. Когда этот символ включают в дерево неисправностей,
предполагают, что данное событие обязательно происходит,
и возникает противоположная ситуация, когда его исключают. Можно также опустить причинные взаимосвязи, расположенные под знаком И, не учитывая события, заключенного в домике и стоящего на входе этого логического знака.
Подобным образом можно аннулировать связи под логическим знаком ИЛИ, присоединив событие, заключенное в домике, непосредственно к этому знаку.
Треугольные символы означают два подобных типа причинных взаимосвязей – переноса «ИЗ» (слева) и переноса
«В» (справа). Обоим треугольникам присвоен одинаковый
порядковый номер. Треугольник переноса «ИЗ» соединяет-
ся с логическим символом сбоку, а у треугольника переноса
«В» линия связи проходит от вершины к другому логическому символу. Треугольники используются для того, чтобы
упростить изображение дерева неисправностей.
8.2.4. Пример построения дерева
неисправностей
В качестве примера рассмотрим применение АДН для исследования химического реактора, в котором окислитель и
сырье непрерывно вступают во взаимодействие при высокой
температуре с образованием целевых продуктов (рис. 8.5)
1
Flournoy P.A., Hazlebecr D.E. DuPont adopts fault tree analysis to
assess plant reliability // DuPont Innovation. 1975. No 3. P. 1–6.
198
1
.
8.2. АНАЛИЗ ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ – АДН (FTA)
РР
Окислитель
Сырье
ПК – предохранительный клапан; РР – регулятор
расхода; штриховой линией показана дополнительная
защита – блокировка при высокой температуре
М
РР
М
ПК
Реактор
Блокировка
при высокой
температуре
Рис. 8.5. Реактор и система регулирования:
М – дифференциальный манометр;
Продукт
Из-за большой теплоты реакции необходимо тщательно контролировать скорость процесса путем поддержания
определенного соотношения окислитель/сырье. Главным событием является разрыв ректора; для его защиты в случае
сильного ускорения реакции предусмотрен предохранительный клапан ПК.
199
8. Анализ и диагностика отказов с помощью информационных графов
Разрыв реактора
И
Отсутствие блокировки
при высокой температуре
Клапан
подачи
окислителя
открыт
Система
блокировки
неисправна
Увеличение
диафрагмы
открыт по команде
регулятор расхода
отверстия
Большое отношение
окислитель/сырье
ИЛИИЛИ
Большая подача
окислителя
ИЛИ
Клапан подачи
окислителя
ИЛИ
Низкий уровень
сигнала на
ИЛИ
Понижение
напора
ПК
неисправен
и закрыт
Малая
подача
сырья
Клапан
окислителя
неисправен
и открыт
Неисправна
система РР
200
Рис. 8.6. Дерево неисправностей для процесса,
представленного на рис. 8.5: ПК – предохранительный
клапан; РР – регулятор расхода; штриховой линией
показана дополнительная защита – блокировка
при высокой температуре
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]