Количественный анализ опасностей

Сущность количественного анализа опасностей

Эффективность количественных методов имеет свои причины:

• По имеющимся характеристикам компонентов системы могут выполняться оценки будущих её характеристик, которые более точны на этом уровне, а имеющиеся погрешности на результат влияют меньше;
• Каждый вид оценок может быть выполнен различными людьми, а это дает возможность привлечь более квалифицированного специалиста;
• Для оценки может использоваться метод последовательного приближения, а каждый пересчет дает возможность изучения влияния изменения исходных данных.

Чтобы применить количественный метод анализа сначала надо выбрать группу критериев или критерий, выступающих в роли меры сравнения количественных показателей исследования в отношении затраченных усилий и полученных результатов. Для критериев существуют основные требования, и они должны им отвечать:

• Критерии должны иметь физический смысл;
• Соответствовать основной цели функционирования системы и быть определяющими;
• Детерминированные и стохастические факторы, которые определяют уровень безопасности системы, должны обязательно учитываться;
• Критерии к анализируемым параметрам должны быть критичными и чувствительными.

В классификацию критериев входят:

• Интегральные критерии, т.е. общие, позволяющие дать полную оценку совершенствования системы;
• Косвенные критерии – условные. Они отражают какое-либо свойство системы путем отнесения его к некоторому показателю. Это может быть стоимость единицы конечной продукции, вероятность аварийной ситуации и др.;
• Нормированные критерии – относительные. Они характеризуют безопасность системы с точки зрения оснащенности и эффективности средств защиты.

Полнота и достоверность исходных данных играют большую роль при проведении количественного анализа. От достоверности информации, а также от адекватности и точности используемых схем будут зависеть рекомендации и выводы. На различных стадиях проектирования и эксплуатации технологического оборудования, в основе которых лежит качественный и количественный подходы, методы анализа в значительной степени будут зависеть от целей анализа. Элементы одних методов могут использоваться с целью усиления других методов. Метод «дерева отказов», например, можно использовать как для качественного, так и количественного анализа безопасности системы на этапах её проектирования и эксплуатации. Объясняется это тем, что строго качественные и количественные методы анализа выделить достаточно трудно. К количественным методам анализа относятся метод дерева отказов, метод дерева событий, метод дерева решений. Чтобы построить дерево событий, необходимы закономерности:

• Отказы должны быть независимы;
• Использовать только две разновидности состояния системы – сработала или отказала. Логика булевая – промежуточных состояний нет;
• Использование индуктивной логики – при отказе какого-либо элемента, что может случиться.

Чтобы построить дерево отказов надо использовать:

• Обратную логику, т.е. дедуктивную;
• Булевую логику;
• Полную независимость отказов;
• Символы событий и логические символы.

Разновидностью дерева событий является дерево решений. Рабочие состояния дерева решений выражаются через состояния элементов, а это значит, что сумма вероятностей всех событий равна единице. Получается, что все состояния системы взаимно увязаны. Используются они тогда, когда отказы всех элементов независимы, есть односторонние зависимости или элементы с несколькими возможным состояниями. Использоваться при наличии двусторонних зависимостей они не могут и не обеспечивают логический анализ при выборе начальных событий. В основе диаграмм этих деревьев лежит теория графов. Само дерево – это неориентированный связной граф без циклов.

Методика количественного анализа безопасности с помощью дерева отказов

Например, для начала работы работник включил станок, включилось резервное устройство при аварии какого-то устройства. Если в течение определенного времени нормальное событие не появляется, то оно рассматривается отказ. Отказы могут быть следующих видов:

1. Первичные отказы, вызванные возможным износом элемента системы или производственным дефектом;
2. Вторичные отказы. Событие, приведшее к отказу, может быть вызвано вешними причинами;
3. Отказ в виде ошибочной команды. Это могут быть ошибочные действия оператора, сигналы помех, неправильный сигнал управления.

Нормальное событие или отказ могут выступить в качестве исходного события, которое может проявиться на уровне элементов. Элемент как составная часть системы относится к наименее анализируемым частям. Исходными событиями могут стать ошибки оператора, отказы элементов, повреждения, состояние окружающей среды. Головное событие занимает вершину дерева отказов и анализируется с помощью остальной части дерева. Результирующий отказ возникает при основном событии и выводит машину из строя, а человека из работоспособного состояния. При построении дерева отказов используется символика:

1. Символ прямоугольника. Он обозначает событие, головное событие, и ли то событие, которое будет анализироваться далее;
2. Символ круга. Символом обозначается нормальное событие, которое далее не анализируется;
3. Символ ромба. Недостаточно разработанное событие, поэтому далее не анализируется.

Кроме символов используются знаки логических операций:

• Для операции ИЛИ входные события формулируются таким образом, чтобы вместе они исчерпывали возможные пути появления выходного события. Чтобы сделать анализ любого события сначала рассматриваются события, которые являются входами операций ИЛИ. Затем рассматриваются события, являющиеся входами операций И.
• Исходное событие операции ИЛИ должно обеспечить появление выходного события. События, происходящие все вместе и являющиеся входами операции И приводят к реализации выходного события.

Построение дерева отказов имеет следующие этапы:

1. Рассматриваются все нежелательные события в выбранном уровне детализации эрготической системы;
2. Деление событий на самостоятельные группы;
3. Выделяется головное событие для каждой группы;
4. Головное событие может быть вызвано первичными и вторичными событиями, которые рассматриваются в обязательном порядке;
5. С помощью логических операций устанавливается связь между событиями;
6. События, необходимые для анализа каждого предыдущего, обязательно рассматриваются;
7. Представляются все события в виде дерева отказов;
8. В заключении, вычисляя вероятность головного события, выполняется количественный анализ опасности.

Рассмотрим пример работы на заточном станке. В ходе работы возможны такие травма-опасности:

• Травмирование пальцев и кистей рук;
• Травмирование локтевой части руки;
• Проникновение одежды в станок;
• Повреждение глаз металлической крошкой;
• Пожар в результате перегрузки двигателей;
• Поражение током из-за возможных неполадок электросистемы.

Каждое из этих событий можно представить в виде логической функции:

$A=B+C$

$C=D\cdot E\cdot F\cdot G$

Определенная вероятность при построении дерева присваивается каждому событию.

$Pс = Pд \cdot Pe\cdot Pf\cdot Pg$

$Pа =1-(1-Pb)(1-Pc)$

Если число событий большое, тогда удобнее использовать формулу $И:T=A_1\cdot A_2\cdot ... An$, тогда вероятность будет иметь вид произведения, если $ИЛИ:T=A_1+A_2+A_3...+An$, тогда исходным выходом является определение вероятности НС, т.е. Р(НС).

Мероприятия, обеспечивающие надежность и безопасность технических систем

Пройдя путь от примитивных машин до современного сложнейшего оборудования, техника объединена в единое целое – систему, которая имеет соответствующую структуру и определенные цели. Техническая система – это упорядоченная совокупность функционально связанных между собой отдельных элементов и взаимодействующих таким образом, чтобы выполнить заданные функции при различных состояниях работоспособности.

Функционирование технических систем происходит в пространстве и времени, в ходе которого происходит их изменение. Системы переходят из одного состояния в другое и подразделяются на статические и динамические. Статические системы имеют одно возможное состояние, в то время как у динамических систем состояний множество. С точки зрения безопасности технические системы должны быть более надежными для работников и окружающей среды. Пути, обеспечивающие надежность систем, достаточно разнообразны и могут быть связаны с повышением стойкости изделия к внешним воздействиям. Например, создание прочных, жестких, износостойких узлов для механических систем. Решением проблемы может быть рациональная конструкция, применение материалов высокой прочности, износостойкости, теплостойкости, обладающих антикоррозийными свойствами.

Обеспечить достаточную надежность можно и другим путем, например, изоляцией от вредных воздействий – установка машин на фундамент, защита поверхностей от загрязнения и запыления, создание специального температурного режима и влажности, использование антикоррозийных покрытий, виброизолирующих устройств. Использование автоматики является активным средством для решения проблемы надежности и безопасности. В вопросах безопасной эксплуатации технических систем большое значение имеет обучение персонала. Существуют также типовые мероприятия, методы и средства предупредительного, контролирующего, защитного характера. Выполнение этих мероприятий обеспечивает надежность и безопасность технических систем.