Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
А. Б. Корчагин, в. С. Сердюк, а. И. Бокарев Надежность технических систем и техногенный риск
Учебное пособие в двух частях
Часть 1. Основы теории
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов специальностей направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности»
Омск
Издательство ОмГТУ
2011
УДК 62-192.002.5(073)
ББК 30.14я73
К70
Рецензенты:
А. И. Володин, д-р техн. наук, проф., проректор по учебной работе ОмГУПС;
В. В. Титенко, канд. техн. наук, доц., проректор по учебной работе СибАДИ
Корчагин, А. Б.
К70 Надежность технических систем и техногенный риск : учеб. пособие : в 2 ч. / А. Б. Корчагин, В. С. Сердюк, А. И. Бокарев. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011.
ISBN 978-5-8149-1066-0
Ч. 1 : Основы теории. – 228 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-1067-7
Учебное пособие посвящено вопросам анализа и последующего расчета надежности технических систем и сопутствующего риска. Состоит из двух частей. В первой части изложены основы теории надежности. Рассмотрены основные понятия, описаны математические модели объектов и методы их анализа. Приведены данные об отказах элементов и систем, о методах поддержания работоспособности. Дана последовательность построения графов.
Предназначено для студентов специальностей направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности»; может быть полезным при профессиональной переподготовке специалистов.
УДК 62-192.002.5(073)
ББК 30.14я73
I
© ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2011
ISBN 978-5-8149-1066-0
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ 9
1.1. История развития научно-технического направления «надежность» 9
1.2. основные понятия и определения теории надежности 10
1.3. Классификация и характеристики отказов 13
2. КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ 17
2.1. Основные понятия и определения 17
2.2. Теорема сложения вероятностей 20
2.3. Теоремы умножения вероятностей 21
2.4. Теорема о повторении опытов 21
2.5. Формула полной вероятности 22
2.6. Формула Байеса (формула вероятностей гипотез) 22
2.7. Законы распределения случайной величины 23
2.8. Числовые характеристики случайных величин 26
3. Показатели безотказности объектА 30
3.1. Предварительные сведения 30
3.2. Показатели безотказности невосстанавливаемых объектов 32
3.3. Показатели безотказности восстанавливаемых объектов 35
3.4. Показатели долговечности объектов 41
3.5. Показатели сохраняемости объектов 44
3.6. Экономические показатели надежности объектов 45
3.7. Комплексные показатели надёжности объектов 45
4. Математические модели теории надежнОсти 48
4.1. Статистическая обработка результатов испытаний 48
4.2. Надежность объектов в период нормальной эксплуатации 49
4.3. Надежность объектов при постепенных отказах 53
4.3.1. Нормальный закон распределения наработки до отказа 54
4.3.2. Усеченное нормальное распределение 58
4.3.3. Логарифмически нормальное распределение 60
4.3.4. Гамма-распределение 62
4.3.5. Распределение Вейбулла – Гнеденко 63
4.4. Совместное действие внезапных и постепенных отказов 66
4.5. Надёжность восстанавливаемых объектов. Постановка задачи. Общая расчетная модель 67
4.5.1. Показатели надежности восстанавливаемых объектов 70
4.5.2. Связь логической схемы надежности с графом состояний 76
4.6. Пример расчета безотказности с использованием модели «прочность – нагрузка» 77
5. Структурно-логический анализ технических систем 82
5.1. Надёжность систем. Структурная схема надежности системы 82
5.2. Расчёт надёжности систем с последовательным соединением элементов 87
5.3. Расчет надежности систем с параллельным соединением элементов 89
5.4. Анализ сложных систем 91
5.5. Расчет структурной надежности систем 94
5.5.1. Системы типа «m из n» 94
5.5.2. Мостиковые схемы 98
5.5.3. Комбинированные системы 105
6. Методы повышения надежности ТЕХНИЧЕСКИХ систем 108
6.1. Резервирование 108
6.2. Кратность резервирования и основные расчетные формулы 112
6.3. Замечания к расчетам надежности систем с резервированием 123
7. Опасности технических систем и защита от них 131
7.1. Анализ риска 131
7.2. Выбор методов анализа риска 132
7.3. Методы проведения анализа риска 134
7.3.1. Анализ опасностей и связанных с ними проблем 134
7.3.2. Анализ видов, последствий и критичности отказов 134
7.3.3. Анализ диаграммы всех возможных последствий несрабатывания или аварии системы («дерево неисправностей») 136
7.3.4. Анализ диаграммы возможных последствий события («дерево событий») 136
7.3.5. Предварительный анализ опасностей 139
7.3.6. Оценка влияния на надежность человеческого фактора 140
7.3.7. «Дерево решений» 140
7.3.8. Таблица решений 142
8. Построение «дерева неисправностей» 143
8.1. «Дерево неисправностей» как модель структуры отказов системы 143
8.2. Достоинства «дерева неисправностей» 144
8.3. Недостатки «дерева неисправностей» 145
8.4. Структура «дерева неисправностей» 145
8.5. Логические символы 146
8.6. Правила применения логических символов 150
8.7. Символы событий 154
8.8. Последовательность построения «дерева неисправностей» 157
9. Расчет риска 170
9.1. Количественная оценка риска 170
9.2. Определение величины риска сокращения продолжительности жизни от воздействия радиоактивного загрязнения 171
9.3. Определение величины риска заболевания профессиональной вибрационной болезнью 172
9.4. Метод «дерева рисков» 175
9.5. Метод рейтинговой оценки риска 178
9.6. Метод полуколичественной оценки риска 182
10. Прогнозирование аварий и катастроф 183
10.1. Номенклатура аварий и катастроф 183
10.2. Статистика аварий и катастроф 185
10.3. Причины аварийности на производстве 187
10.4. Человеческий фактор как источник риска 190
10.5. Факторы производственной среды и их влияние на надежность системы «человек – машина» 194
10.6. Применение распределения Пуассона для оценки риска аварий 195
10.7. Примеры оценки риска аварий 202
10.8. Примеры определения вероятности безотказной работы технической системы 202
11. Обеспечение надежности 209
11.1. Организация работ по обеспечению надёжности 209
11.2. сертификация систем обеспечения надёжности 212
11.3. Подготовленность к аварийным ситуациям и реагирование на них 215
11.3.1. Цель мероприятий по обеспечению аварийной подготовленности 215
11.3.2. Задачи организации по обеспечению аварийной подготовленности 216
11.3.3. Действия по обеспечению аварийной подготовленности 217
11.3.4. Анализ произошедших аварий 217
11.3.5. Предупреждение, локализация, ликвидация и учет аварийных ситуаций и аварий 218
11.3.6. Техническое обеспечение аварийной подготовленности и реагирования 220
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 222
Библиографический список 223