 |
Пример 5.1. Этапы синтеза в анализе дерева отказов.
|
|
|
|
АНАЛИЗ ДЕРЕВЬЕВ ОТКАЗОВ
ВВЕДЕНИЕ
В гл. 4 было показано применение теории вероятностей для определения надежности систем. Теперь эти понятия будут обобщены для того, чтобы включить в систему людей, машины и материалы. Вместо надежности мы будем оперировать понятием вероятности несчастного случая, которая может трактоваться как «ненадежность» системы. Ввиду того, что надежность используется для обозначения вероятности успешного функционирования, которое может зависеть от многих факторов, не имеющих отношения к безопасности людей или систем, термины надежность и безопасность использованы ниже в разных смыслах. В то же время постановка и решение задач ненадежности и безопасности остается одинаковой.
В этой главе изучается процесс нахождения вероятности события в терминах затрат и прибылей. Задача будет заключаться в отыскании оптимального решения, по возможности снижающего вероятность несчастного случая. Она аналогична задачам надежности, где максимизируется вероятность успешного функционирования систем.
Вместо структурных схем надежности мы воспользуемся другим видом диаграмм, называемых деревом отказов.
Метод дерева отказов часто обсуждается в литературе (см. [1] и [3]). Он является логическим методом локализации наиболее опасных участков системы. Согласно Рехту [3], анализ дерева отказов разработан Н. А. Ватсоном из лаборатории фирмы Bell Telephon в 1962 году. Этот метод широко используется при проектировании космической техники организациями НАСА, но в проблемах профессиональной безопасности и охраны здоровья его применение пока ограничено.
Внедрение сложных методов, таких как анализ дерева отказов, происходит постепенно. В прошлом попытки решения проблем промышленной безопасности велись с помощью недорогих средств, например, кампаний по безопасности, лозунгов, пропаганды и т. д. Малые затраты, необходимые для проведения этих мероприятий, делали их излюбленной формой деятельности. То же относится и к недорогому оборудованию вроде касок и огнетушителей. Не надо было прилагать никаких дополнительных усилий, чтобы увеличить эффективность упомянутых средств. Кроме того, не нужно было никаких тонких методов анализа для определения целесообразности их использования.
|
|
|
Однако, если интенсивность возникновения аварий или несчастных случаев остается высокой, когда обычные меры уже приняты, то необходим новый уровень изучения. Можно использовать различные устройства, защитное оборудование, программы обучения и т. д., но финансовые возможности их применения ограничены. Главная задача состоит в наиболее эффективном распределении отведенных средств, чтобы получить наибольший экономический эффект.
В этой главе описываются правила использования анализа дерева отказов для определения экономической эффективности. Простота структуры деревьев отказов позволяет вскрывать замаскированные критические точки систем. С точки зрения лучшего понимания проблем безопасности систем или выявления наиболее критических участков анализ деревьев отказов дает немного, но количественные возможности этого метода придают ему силу. В этой главе рассматривается методика анализа деревьев отказов, включая построение деревьев, использование этого метода при классификации аварий и несчастных случаев и, наконец, при определении экономической эффективности.
МЕТОДОЛОГИЯ
Излагаемая ниже методология не является исчерпывающим обзором по всем работам в области анализа деревьев отказов. Здесь излагается лишь руководство, позволяющее читателю применить этот метод к задачам, рассматриваемым в книге.
|
|
|
Приведем некоторые понятия, необходимые при описании метода дерева отказов.
1. Событие: предварительно определяется и оговариваются условия его появления в системе. Событие определяется на уровне системы или компонента. Примеры: а) отказ переключателя А;
б) отказ переключателя А вызван предельной температурой; в) режим системы изменяется переключателем А. Замечание: для наших целей удобно события определять так, чтобы они имели двоичный характер. Они либо появляются, либо нет — только два состояния. Событие не обязательно связано с отказом, оно может появляться в нормальном состоянии системы.
2.Отказ: событие, характеризуемое тем, что одно из двух его состояний связано с ненормальной работой, являющейся следствием поломки или дефекта.
3. Нормальное событие: событие, которое может появиться или не появиться в определенное время. Нормальное событие может рассматриваться как отказ, если оно произошло не вовремя. Важно, чтобы время появления нормального события оговаривалось (если это существенно). События, определенные в пп. 2 и 3, взаимно исключают друг друга и охватывают все множество событий.
4. Основное событие: событие (ошибочное или нормальное), которое появляется на элементарном уровне. Под элементом имеется в виду наименьшая анализируемая составная часть системы. Например, если рассматривать интенсивность отказов некоторых компонентов, то эти компоненты будут элементами системы, поскольку дальнейшее разделение этих компонентов не требуется. Основное событие может состоять в отказе одного из таких компонентов. В то же время оно будет и ошибочным событием.
5. Первичное событие: событие, вызванное особенностями самого компонента, например, отказ лампочки, связанной с перегоранием нити накала.
6. Вторичное событие: событие, вызванное внешней причиной, например, отказ лампочки, связанный со скачком напряжения.
7. Головное событие: событие при вершине дерева отказов, которое анализируется с помощью всей остальной части дерева. Обычно это результирующий отказ, выводящий систему (человека или машину) из нормального состояния.
Символика анализа дерева отказов описана на примерах в следующем разделе. Для лучшего понимания полезно сначала рассмотреть метод в общих чертах. Построение дерева отказов начинается с процессов синтеза и анализа, которые можно проследить по описанию этапов следующей процедуры.
|
|
|
А. Синтез. 1. Определяем наиболее общий уровень, на котором должны быть рассмотрены все события, являющиеся нежелательными для нормальной работы рассматриваемой системы.
2. Разделяем событие на несовместные группы, причем группы формируются по некоторым общим признакам, например, по одинаковым причинам возникновения.
3. Используя общие признаки, выделяем одно событие, к которому приводят все события каждой группы. Это событие является головным и будет рассматриваться с помощью отдельного дерева отказов.
Б. Анализ: Метод «сверху вниз». 1. Выбираем головное событие, которое должно быть предотвращено. Как указано в п. А.З, в одной системе может рассматриваться много головных событий.
2. Определяем все первичные и вторичные события, которые могут вызвать головное событие.
3. Определяем отношения между вызывающими и головными событиями в терминах логических операций И и ИЛИ.
4. Определяем величины, необходимые для дальнейшего анализа каждого из событий, выделенных на этапе 2 и 3. Для каждого вызывающего события, которое уточняется далее, повторяем этапы 2 и 3, причем, термин «головное событие» теперь будет относиться к данному событию — причине, которое продолжаем анализировать.
5. Продолжаем этапы 2, 3 и 4 пока либо все события не выразятся через основные события, либо перестаем дробить анализ дальше в силу незначительности событий, отсутствия данных и т. п.
6. Представляем события в виде диаграммы, используя описываемую ниже символику.
7. Выполняем качественный и количественный анализ согласно излагаемым ниже рекомендациям.
Эта процедура является упрощенным представлением процесса, который может повторяться многократно. Основным принципиальным моментом в процедуре оказывается упомянутое выделение" общих признаков. Другим важным фактором, который должен учитываться, когда дело доходит до количественных методов служит серьезность последствий, связанных с головным событием. Разные головные события потребуют различной степени внимания в зависимости от серьезности последствий, так как аварии могут привести к самым различным повреждениям и несчастным случаям. Когда один класс аварий более серьезен, чем другой, то такие классы аварий следует рассматривать как отдельные головныесобытия. Например, при построении дерева отказов для анализа возможных несчастных случаев при лесоразработках явно различны последствия таких аварий, как удар ветвями и удар стволом дерева. В первом случае обычно отделываются царапинами, а во втором, по крайней мере в среднем, последствия гораздо более серьезны. Следовательно, эти два класса аварий требуют построения различных деревьев отказов. Это потребуется для расчета экономической эффективности соответствующих мероприятий, излагаемого ниже.
|
|
|
Обычно для каждой системы строят несколько деревьев отказов. Впоследствии они могут быть и связаны, но на этапе построения с ними работают отдельно. Аналогично, если система функционирует в различных режимах, то может понадобиться анализ деревьев отказов для каждого из режимов.
Пример 5.1. Этапы синтеза в анализе дерева отказов.
Предложим, что рассматриваемой системой является операция заточки инструмента. Тогда в соответствии с этапом 1 синтеза можно перечислить события, которые должны быть предотвращены.
1. Касание кистью или пальцами наждачного круга.
2. Контакт локтевой части руки с кругом.
3. Попадание одежды в станок.
4. Попадание металлической крошки в глаз.
5. Электрический удар из-за плохого заземления.
6. Воспламенение из-за перегрузки двигателя.
Разумеется это примерный список нежелательных событий, но он достаточен для примера. Более подробный список можно составить на основании записей об авариях за прошлое время. В данном примере предполагается, что нет существенной разницы в серьезности последствий каждого из перечисленных событий.
Второй этап синтеза состоит в разделении перечисленных событий на несовместные группы согласно некоторой схеме. Это, в некотором смысле, скорее искусство, чем наука и успех его зависит в основном от способностей человека, проводящего анализ. Однако некоторые признаки могут быть выделены сразу. События 1 и 2 тесно связаны и могут анализироваться совместно. То же справедливо для пары событий 5 и 6. Событие 4 обособлено и должно рассматриваться отдельно. Событие 3 можно рассматривать как часть группы, в которую входят события 1 и 2, но оно относится к одежде, а не к прямому контакту, поэтому мы предпочитаем его изучать отдельно.
|
|
|
Теперь для четырех групп можно сформулировать четыре головных события.
| Событие | Головное событие |
| 1 и 2 | Контакт круга с человеком |
| Попадание одежды в станок | |
| Попадание частиц в глаз | |
| Аварии с двигателем |
Для каждого из этих головных событий можно начать построение дерева отказов, как описано в разделе «Анализ». Прежде чем продолжить рассмотрение этого примера, нам предстоит ознакомиться с символикой и с логическими методами анализа дерева отказов.
|
|
|
