 |
Тема № 4 «Мероприятия по обеспечению надежности технических систем»
|
|
|
|
Порядок изучения материала темы
В ходе изучения темы на занятиях будут рассмотрены: исследование безопасности технических систем; количественный и качественный подход к анализу опасностей при обеспечении требуемой надежности, предварительный анализ опасностей, анализ вида, последствий и критичности отказов, мероприятия по обеспечению надежности технических систем
Содержание темы
Качественный и количественный анализ опасностей
Оценивание каждой опасности включает:
- изучение вероятности ее появления;
- выбор метода анализа опасности;
- изучение последствий для персонала;
- изучение последствий для оборудования;
- изучение последствий для окружающей среды.
Проблема безопасности решается выбором метода, который дает более выгодное решение при несовершенных исходных данных.
Методы анализа опасностей основаны на качественном и количественном подходах к оценке опасностей.
Качественный анализ системы подразумевает;
-выделение проблемы безопасности (идентификация опасностей);
-определение источников повышенной опасности или ненадежных компонентов системы;
-формирование предварительного решения по выявленной проблеме безопасности.
Качественные методы допускают использование полуколичественных оценок (больше, меньше, редко, часто и т.д.).
Количественные методы более эффективны при оценке степени опасности, так как позволяют получить конкретные значения степени опасности того или иного явления. Применение этих методов предполагает определение группы показателей, характеризующих данную опасную ситуацию, и выбор критерия, определяющего основу для принятия решения.
|
|
|
Критерий должен отвечать следующим основным требованиям:
- иметь ясный физический смысл;
- быть определяющим и соответствовать основной цели функционирования системы;
- учитывать основные детерминированные и стохастические факторы, определяющие уровень безопасности системы;
- быть критичным к анализируемым параметрам и достаточно чувствительным к ним.
По результатам качественного анализа может быть приняты обоснованные решения по корректировке перечня возможных отказов и ранжирования причин отказов.
Имеется два подхода к анализу опасностей:
- прямой анализ (индуктивная логика);
- анализ с обратным порядком (дедуктивная логика).
Предварительный анализ опасностей
Анализ с обратным порядком начинается с определения опасных состояний системы, от которого в обратном направлении прослеживаются причины возникновения этого состояния (сверху вниз), при этом используется метод построения дерева отказов.
При выполнении анализа определяются причинные связи, ведущие к данному опасному состоянию. При этом задается вопрос: «что привело к такому состоянию системы» (пример: что может привести к разрыву трубопровода).
Целью предварительного анализа опасностей является определение системы, части системы или отдельного элемента, топография опасностей, которые могут привести к опасным событиям.
Результатом предварительного анализа опасностей будут выявленные приоритеты и виды опасностей, которые следует рассматривать более подробно.
Структура исследования при предварительном анализе опасностей выглядит следующим образом:
1) система, подсистема или элемент-аппаратура, механизм или функциональный элемент, технологические операции, подвергаемые анализу;
2) ситуация - соответствующая фаза работы аппаратуры, механизма, элемента или вид технологической операции;
|
|
|
3) опасный элемент - анализируемый элемент аппаратуры, механизма, или технологическая операция, являющиеся по своей природе опасными;
4) причина, вызывающая опасное состояние (нежелаемое событие или ошибка, которые могут быть причиной того, что опасный элемент вызовет определенное опасное состояние);
5) опасные условия – результат взаимодействия элементов в системе и система в целом, при котором может быть создано опасное состояние;
6) событие, вызывающее опасные условия;
7) потенциальная авария (рассматривается любая возможная авария, которая возникает в результате определенного опасного состояния);
8) последствия (рассматриваются возможные последствия потенциальной аварии в случае её возникновения);
9) класс опасности
Выполняется качественная оценка потенциальных последствий для каждого опасного состояния в соответствии с следующими критериями:
класс 1 – безопасный. Состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или её несоответствие проекту, а также неправильной работой, которое не приводит к нарушениям и не вызывает повреждение оборудования и несчастных случаев с людьми.
класс 2 – граничный (предельно допустимый). Состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или её несоответствие проекту, а также неправильной работой, которое приводит к нарушениям в работе, но может быть компенсировано или взято под контроль без повреждения оборудования и несчастных случаев с людьми.
класс 3 – критический. Состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или её несоответствие проекту, а также неправильной работой, приводящее ксущественным нарушениям в работе, повреждению оборудования и создающие опасную ситуацию, требующую немедленных мер по спасению персонала и оборудования.
класс 4 – катастрофический. Состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или её несоответствие проекту, а также неправильной работой, полностью нарушающее работу и приводящее к разрушению системы и (или) гибели или массовому травмированию персонала.
10) построение дерева отказов в соответствии с определенными правилами.
11) определение значений количественных показателей.
|
|
|
12) мероприятия для предотвращения аварии (рассматриваются рекомендуемые защитные меры для исключения или ограничения выявленных опасных состояний и (или) потенциальных аварий – требования к конструкции, введение защитных приспособлений, изменение конструкции, изменение алгоритма действий операторов, введение инструкций для персонала.
Дерево отказов лежит в основе логико – математической модели причинно – следственных связей отказов системы с отказами ее элементов, т.е. представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеженных опасных ситуаций в обратном порядке, для того, чтобы оттаскать возможные причинные ситуации.
Построение дерева отказов и анализ исследуемого объекта с его использованием проводятся следующим образом:
1. определяют аварийное событие, которое образует вершину дерева (данное событие четко формулирую, оговаривают условия его появления, дают признаки его точного распознавания);
2. используя стандартные символы событий и логические знаки строят дерево;
3. квалифицированные эксперты проверяют правильность построения дерева;
4. определяются минимальные аварийные сочетания и минимальную траекторию для построения дерева (группа событий);
5. проводится анализ дерева отказов с целью выявления путей приводящих к авариям;
6. разрабатывают рекомендации по введению изменений в системе, в процессе контроля и управления с целью повышения её безопасности.
Логические знаки
Логический знак «И» - выходное событие происходит, если все входные события случаются одновременно.
Логический знак «ИЛИ» - выходное событие происходит, если случается любое из входных событий.
Логический знак «ЗАПРЕТ» - наличие входа вызывает наличие выхода тогда, когда происходит условное событие.
Логический знак «Приоритетное И» - выходное событие происходит, если все входные события происходят в нужном порядке.
Логический знак «Исключающее ИЛИ» - выходное событие происходит, если все входные события случаются одновременно.
|
|
|
Логический знак «m» из «n» - выходное событие происходит, случается «m» из «n» входных событий.
Символы событий
- исходное событие, обеспеченное достаточными данными
- событие, недостаточно детально разработано
- событие, водимое логическим элементом
- условное событие, используемое с логическим знаком «запрет»
- событие, которое может произойти или не произойти
 | |||
 |
- символ перехода от одного события к другому («из, в»).
Анализ вида, последствий и критичности отказа.
Анализ с прямым порядком начинается с определения перечня отказов и развивается в прямом направлении с определением последствий этих событий (снизу вверх), при этом используется метод построения дерева событий.
При выполнении анализа принимается ряд определённых последовательностей событий и составляются соответствующие этим последствиям сценарии, оканчивающиеся опасным состоянием системы. При этом задается вопрос: «к какому событию в процессе работы системы приводит отказ» (пример: что случится, если произойдет разрыв трубопровода).
Анализ, вида и критичности отказа проводиться при необходимости количественной оценки опасности, при этом на основе последовательного рассмотрения одного элемента за другим анализируются все возможные отказы или аварийные ситуации и выявляется их результирующее влияние на систему. Определение количественных характеристик возможно путем применения несложного математического аппарата и прост для понимания.
Кроме того, каждый вид отказа ранжируется с учетом двух составляющих критичности – вероятности его появления и тяжести последствий. Определение критичности необходимо для выработки приоритетности мер безопасности. Ранжирование проводят по коэффициенту критичности.
Анализ с прямым порядком начинается с определения перечня отказов и развивается в прямом направлении с определением последствий этих событий (снизу вверх), при этом используется метод построения дерева событий.
При выполнении анализа принимается ряд определённых последовательностей событий и составляются соответствующие этим последствиям сценарии, оканчивающиеся опасным состоянием системы. При этом задается вопрос: «к какому событию в процессе работы системы приводит отказ» (пример: что случится, если произойдет разрыв трубопровода).
ПРИМЕР: холодильная установка атомного реактора
А - поломка трубопровода;
В - электропитание;
С - аварийная система охлаждения реактора:
|
|
|
D - удаление радиоактивных продуктов;
Е - целостность замкнутого контура.
РА
 |
РD1 РА*РD1
 | |||
 | |||
Инициирующее РА*РС!
РС1
событие РА
РD2 РА*Рс1*РD2
РВ
РА*РВ
 |
Дерево решений – такое построение, при котором все возможные состояния системы выражаются через состояния элементов
|
|
 | |||||||
 | | ||||||
 |
| Состояние насоса | Состояние клапана | Вероятность работоспособного состояния | Вероятность отказа системы |
| работает | работает | 9,98*0,95 | |
| отказ | работает | 0,02*0,95 | |
| работает | отказ | 0,98*0,05 | |
| отказ | отказ | 0,02*0,05 | |
| Суммарная величина | 0,931 | 0,069 |
Построение дерева событий и анализ исследуемого объекта с его использованием проводятся аналогично с построением дерева отказов:
|
|
|
