Надежность технических систем и техногенный риск

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» С.Ю. Маринин «Надежность технических систем и техногенный риск» Конспект лекций для студентов всех форм обучения для направления 20.03.01 «Техносферная безопасность» г. Краснодар 2015 Составитель: к.т.н., доцент С.Ю. Маринин Надежность технических систем и техногенный риск: конспект лекций для студентов всех форм обучения направления 20.03.01 «Техносферная безопасность». Часть I. / Сост.: Маринин С.Ю.; Кубан.гос. технол. ун-т., каф. «Безопасность жизнедеятельности». – Краснодар, 2015 – 77 с. Режим доступа: http://moodie.kubstu.ru (по паролю). В конспекте лекций изложены основные теоретические подходы к оценке надежности технических систем и анализу техногенного риска. Рецензенты: Зав. кафедрой БЖ, д.т.н., профессор Ксандопуло С.Ю.; ИО зав. кафедрой ФКХиУК, д.т.н. Новиков В.В. Лекция № 1 Теория надежности – характеристика научно-технического направления, основные понятия, термины и определения Цель: 1). Дать характеристику научно-технического направления « надежность технически » и дисциплины « Надежность технических систем и техногенный риск » 2). Дать основной понятийный аппарат теории надежности. Время: 2 часа. Учебные вопросы: 1. Характеристика научно-технического направления "теория надежности ". 2. Предмет, задачи теории надежности, ее значение в подготовке инженера. 3. Основные понятия теории надежности. 4. Характеристика состояний технического объекта. 5. Свойства надежности технических систем. В условиях перехода к рыночной экономике задача всемирного улучшения технического уровня и качества продукции приобретает первостепенное значение. Надежность и качество машин необходимы для повышения степени автоматизации, уменьшения огромных затрат на ремонт и убытков от простоя оборудования и техники, обеспечения безопасности людей и охраны окружающей среды. Наука о надежности, выросшая из проблемы надежности подшипников качения, в дальнейшем развивалась главным образом применительно к радиоэлектронным системам и в направлении математической теории. Современная техника - это совокупность многочисленных структурно и функционально взаимосвязанных объектов различного назначения, сложности, а следовательно, и степени надежности. На практике надежность любого технического устройства закладывается при проектировании, обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается при эксплуатации. Требования к надежности и качеству возрастают в связи с усложнением функций, выполняемых как отдельными элементами, так и техническими объектами в целом. Существенным фактором при этом являются условия эксплуатации. Бесперебойную работу механизмов при воздействии климатических, механических и других факторов гарантирует только достижение необходимого уровня надежности каждой из его составных частей. В свою очередь количественные характеристики надежности являются также показателями, влияющими на эффективность и безопасность техники. Огромное внимание, которое уделяется проблеме надежности техники, обусловлено рядом причин. С одной стороны, автоматизация управления технологическими процессами и применение ЭВМ во всех сферах народного хозяйства в значительной степени увеличили зависимость результатов работы от надежности отдельных устройств, с другой стороны, резко возросла так называемая цена отказа, т. е. стоимость ущерба, нанесенного в результате выхода из строя системы. Эта стоимость в условиях чрезвычайных ситуаций определяется не столько затратами на восстановление системы, сколько ценой причиняемого ущерба из-за отказа ее в работе. Кроме того, недостаточная надежность техники заставляет иметь большой комплект ЗИП по количественному и номенклатурному составу, контрольно-измерительной аппаратуры и значительное количество ремонтных формирований и материальных ресурсов для ее обеспечения. В этой связи существует настоятельная необходимость не только изучения способов задания и обеспечения требуемых надежностных характеристик техники на этапе ее проектирования и производства, но и осмысления физических основ надежности с целью разработки будущими специалистами оптимальной системы технических, организационных и эксплуатационных мероприятий, направленных на поддержание высокой надежности выполнения задач человеко-машинной системой на протяжении всего ее "жизненного цикла". Поэтому в настоящем курсе в систематизированном виде излагается как терминологический аппарат теории надежности и методы расчета ее характеристик, так и принципы прогнозирования, оценки показателей надежности в процессе эксплуатации, а также обосновываются практические рекомендации по ее всестороннему обеспечению. 1. Характеристика научно-технического направления "теория надежности" Обеспечение качества и надежности техники на современном этапе является важнейшей проблемой, от успешного решения которой во многом зависит научно-технический и социальный прогресс. Есть основания полагать, что случаи поломок, разрушений, износа, т. е. отказа орудий труда, средств передвижения были известны еще значительно раньше, много веков назад, однако именно развитие промышленного производства, открывшего энергетическую основу существования человечества, положило начало коллективному опыту массового изготовления и применения техники и привлекло внимание общества к практическим вопросам обеспечения надежности. Середина прошлого столетия, ознаменовавшаяся новым качественным скачком в развитии техники - созданием и широким распространением сложных автоматизированных комплексов различного назначения, положила начало важному научно-техническом направлению "надежность техники". В развитии научно-технического направления "надежность техники" можно выделить следующие этапы: 1-й этап - 50-е году - становление направления; 2-й этап - 60-е этап классической теории надежности; 3-й этап - 70-е-90-е годы — современный этап. Первый шаг в решении проблемы надежности был направлен на выяснение причин отказов оборудования. По очевидным причинам начальный импульс к созданию численных методов оценки надежности был дан авиационной промышленностью как у нас в стране , так и за рубежом. В декабре 1950 г. в ВВС была создана исследовательская группа по надежности летательных аппаратов для изучения проблемы, выработки мер по повышению надежности и сокращению эксплуатационных затрат, которая пришла к выводу, что основной причиной возникновения проблемы надежности аппаратуры была низкая надежность комплектующих элементов. Поэтому при более подробном рассмотрении перед исследователями встали следующие вопросы. Каковы основные причины ненадежности элементов и пути их устранения? Существуют ли возможности создания надежных систем из элементов ограниченной надежности? Можно ли прогнозировать надежность создаваемой системы на этапе проектирования? Значительные успехи в деле повышения надежности элементов были достигнуты благодаря изучению влияния на отказы таких факторов, как температура окружающей среды, вибрации, электрическая нагрузка и т.п. При этом был собран богатый статистический материал для получения оценок характеристик надежности радиоэлементов от электрических, механических и тепловых нагрузок, что привело к совершенствованию технологии производства, рациональному выбору материалов для их изготовления, внедрению средств защита элементов от вышеуказанных нагрузок. На второй вопрос тоже был найден положительный ответ: резервирование ненадежных элементов и схем. Использование схем с избыточностью дало толчок к дальнейшему развитию методов анализа надежности, а также теоретических методов синтеза надежных схем из ненадежных элементов. Использование вероятностных моделей, основанных на гипотезе об экспоненциальном законе распределения времени до отказа оборудования, дало положительные результаты. Таким образом, появились возможности прогнозирования надежности создаваемых систем. Одновременно с существенным повышением надежности электронного оборудования происходит перераспределение значимости источников ненадежности. Центр тяжести перемешается на механическое и электромеханическое оборудование, на конструкцию приборов и агрегатов, на стыки систем, на обеспечение работы оборудования в новых, порой недостаточно хорошо известных условиях. Осознается важность экспериментальных работ для обеспечения надежности. Аналогичные работы проводились и за рубежом. Так в США в 40-х годах основные усилия для повышения надежности были сконцентрированы на всестороннем улучшении качества. Улучшенные конструкции, прочные материалы, повышение твердости и качества обработки изнашиваемых поверхностей – все было направлено на то , чтобы увеличить активную долговечность узлов и агрегатов. Другой формой повышения надежности – разработка и внедрение типовых графиков периодических проверок, карт контроля оборудования. 50-е годы считаются началом использования основных понятий надежности элементов, таких как интенсивность отказов, ожидаемая долговечность. Переход ко второму этапу начался в начале 60-х годов, когда появились первые экспериментальные разработки методов обеспечения надежности. Возрастающее количество испытаний на надежность и критический анализ причин отказов показали существование зависимости между конструкцией приборов, технологией производстве, испытаниями, эксплуатационными условиями, с одной стороны, и отказами элементов, с другой. Было осознано, что отказы имеют причины, которые следует обнаружить и устранить до начала эксплуатации. Большое внимание в эти годы уделяется разработки статистических методов оценки надежности. В процессе работы на втором этапе была отмечена недостаточная эффективность прямых статистических испытаний на надежность в сочетании с последующим выборочным производственным контролем работоспособности элементов и систем, не исключающих отказов техники при эксплуатации. За рубежом в 60-е годы центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа ( механических, электрических и гидравлических) на последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующих системах. Были предложены новые принципы анализа с помощью дерева отказов и дерева событий. Все большую роль начинают играть ЭВМ. В 1966 году Министерство обороны США приняло стандарты ВВС и ввело требование по проведению анализа надежности на всех этапах разработки всех видов вооружения. Появились стандарты по надежности, работоспособности и ремонтопригодности промышленных изделий. 60-е годы также отмечены началом широкого издания книг и журналов по проблеме надежности. Так в 1961 году вышла монография И. Базовски «Надежность: теория и практика». В месте с тем появились новые вопросы. Как определить на самых ранних стадиях создания системы пути и возможности обеспечения ее надежности? Как соизмерять программу обеспечения надежности со степенью ответственности решаемых задач и ожидаемым от решения этих задач эффектом? Ответ на эти вопросы был получен на современном этапе развития научно-технического направления. Этому способствовало широкое использование в решении задач надежности ЭВТ и современных методов исследования, эффективность мероприятий по обеспечению надежности была достигнута за счет: - обеспечения полноты проверки параметров; - использования многократного контроля различными методами и средствами; - снижения вредных воздействий на аппаратуру во время контроля; - распознавания сочетаний параметров, потенциально опасных для работы аппаратуры; - прогнозирования поведения определяющих параметров. В результате беглого обзора основных этапов развития научно-технического направления "надежность техники", описания его организационных основ, а также рассмотрения мер и средств обеспечения надежности можно представить себе широкий круг проблем, с которыми сталкивается современная теория надежности. Опыт эксплуатации современных технических комплексов наглядно показывает, к чему приводит недостаточная отработанность отдельных систем к началу их использования по назначению, низкий уровень надежности комплектующих элементов, дефекты в процессе серийного производства и какой ценой приходится исправлять положение. Во-первых, это большое число доработок, во-вторых, значительные неплановые потери в производстве, в-третьих, необходимость изменения на начальном этапе эксплуатации объема и периодичности проверок, в-четвертых, значительный расход ресурса приборов и ЗИП, в-пятых, огромная загрузка ремонтно-восстановительных формирований. Это приводит к выводу о том, что обоснованное задание требований к эксплуатационным характеристикам и их качественная отработка на всех стадиях создания, производства и испытаний являются одним из главных условий дальнейшего совершенствования качества и надежности технических систем. К проблемным вопросам относится также разработка методологических основ оценки и контроля надежности технических систем, которые позволяли бы учитывать зависимость надежности техники от периодичности их проверки и восстановления, а также от структурно-технических преобразований в них. 2. Предмет, задачи теории надежности, ее значение в подготовке инженера. Теория надежности - наука, занимающаяся разработкой методов определения, контроля и обеспечения надежности систем. Базой для ее развития служит диалектический метод, ориентирующий исследователей на принципиальную познаваемость сложных явлений. В объектах происходит непрерывный переход количественных изменений в новое качество, взаимодействие и взаимосвязь разнообразных, часто противоречивых явлений. В них отчетливо наблюдается закон единства и борьбы противоположностей, сложная взаимосвязь случайного и необходимого. Появление отказов, время восстановления техники зависят от многих случайных причин. Поэтому в теории надежности широко применяют вероятностные методы исследования, она базируется на таких разделах математики, как теория вероятностей и случайных процессов, теория кассового обслуживания теория информации, теория игр и статистических решений, математическая статистика и математическое моделирование. В основу теории надежности положены работы многих ученых в их числе труды наших соотечественников А.А. Маркова, А.Н. Колмогорова, А.Я. Хинчина. Большой вклад в развитии современной теории надежности внесли советские академики А. И. Берг, Н.Т. Бруевич, Б.В. Гнеденко. Важное место в разработке теоретических и прикладных вопросов надежности занимают труды Ю.К. Беляева Н.П. Бусленко, Г.В. Дружинина, А,М. Половко, Я.Б. Шора и пр. Вопросы надежности техники изучаются во всех технических вузах. Теорию надежности рассматривают как часть науки об управлении, а обучение инженеров научным методам управления - как одну из важнейших современных задач высшей школы. Теория надежности не дает окончательных решений. пригодных для всех случаев инженерной практики. Она позволяет получить лишь исходные данные для принятия управленческих решений. Для правильного решения задач нужна еще инженерная интуиция, дополняющая количественные результаты теми факторами, которые не учтены в моделях надежности. Предметом исследования теории надежности является изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов расчета и испытаний, разработка путей и средств повышения надежности. «Надежность технических систем и техногенный риск» обще- профессиональная дисциплина, занимающаяся изучением методов задания, оценки, прогнозирования, контроля и обеспечения эксплуатационно-технических показателей качества, эффективности и безопасности промышленных объектов различного назначения на всех этапах их жизненного цикла. Базой для построения дисциплины принято считать системный подход, ориентирующий обучаемых на осознание принципиальной познавательности сложных процессов и явлений, на рассмотрение во взаимосвязи и взаимодействии процессов функционирования элементов таких образований как «человек - машина - среда обитания», на понимание потенциальной опасности причинения ущерба человеку и окружающей среде техногенными факторами чрезвычайных ситуаций. На практике надежность технических систем закладывается при проектировании, обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается при эксплуатации. Требования к надежности и качеству техники возрастают в связи с усложнением функций, выполняемых как отдельными элементами, так и технологическим оборудованием в целом. Существенным фактором при оценке показателей надежности являются условия эксплуатации, степень подготовленности обслуживающего персонала. Все это обуславливает перечень задач, которыми занимается дисциплина «надежность технических систем и техногенный риск». В результате изучения дисциплины студенты должны иметь представление: - о принципах анализа и моделирования надежности технических систем и оценки техногенного риска; - о методах прогнозирования и испытаний элементов технических систем, технологического оборудования, устройств защиты и безопасности на надежность; - о структуре и общих правилах задания требований по надежности устройств, обеспечивающих безопасность эксплуатации технических систем; должны знать и уметь использовать: - расчетно-статистические методы оценки и анализа количественных показателей надежности технических систем с использованием ПЭВМ; - основные свойства и показатели качества технических устройств; - способы обеспечения надежности технических систем на этапе проектирования, модернизации и эксплуатации; должны иметь опыт: - математического моделирования надежности работы отдельных элементов технических систем и объектов в целом; - обоснования организационных и технических решений по обеспечению пробуемых показателей надежности, снижению уровня техногенного риска. Дисциплина обеспечивает изучение специальных курсов: «Техника и технология защиты окружающей среды», «Производственная безопасность», «Управление безопасностью труда в технических системах», «Осложнения и аварии в отраслях промышленности», «Экономический ущерб на производстве», выполнение дипломных работ и проектов. Несмотря на малый объем изучаемого материала, основы теории надежности составляют фундамент инженерной подготовки специалистов, ибо знание ими технического состояния оборудования отрасли промышленности -залог успешного выполнения экологических задач. На практических занятиях при расчете показателей надежности образцов техники обучаемые ставятся в реальные условия, характерные для соответствующих отраслей экономики, т.е. реализуется принципы активных методов обучения (игровой , проблемный, ситуационный). С этой целью в распоряжение студентов предоставляется электронно-вычислительная техника кафедры. При проведении самостоятельной работы под руководством преподавателя упор делается на индивидуальное обучение в виде собеседования с отстающими, слабоуспевающими студентами. В этой связи, обучаемым рекомендуется в часы самостоятельной подготовки изучить не только теоретический материал, но и решить практические задачи для его закрепления. В ходе изучения дисциплины на семинарских и практических занятиях проводится фронтальный опрос с контролем работы каждого над пройденным материалом (по конспектам). В конце изучения раздела студенты сдают экзамен, одним из основных вопросов которого является практическая задача по расчету отдельных показателей надежности технических устройств безопасности. В шестом семестре учебным планом предусмотрено выполнение студентами курсовой работы. С целью качественной работы студента над материалом дисциплины рекомендуется литература : 1. Острейковский В.А. Теория надежности: Учеб.для вузов/В.А.Острейковский.-М.: Высш.шк.,2003.-463 с. 2. Алымов В.Т., Тарасов Н.П. Техногенный риск: Анализ и оценка: учебное пособие для вузов.-М.:ИКЦ «Академкнига»,2005.-118с. 3. Бессонова А.А., Мороз А.В. Надежность систем автоматического регулирования. – Л.: Энергоатомиздат, 1984. 4. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. Киев, КМУГА, 1997 г. 5. Галинкевич Т.А. Прикладная теория надежности. М., ВШ, 1985г. 6. Половко А.М. Основы теории надежности.- М.: Наука, 1964. 7. Хенли Э., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска. М., Машиностроение, 1984 г. 3. Основные понятия теории надежности. Каждая наука опирается на основные понятия и определения. Таковыми , например, являются понятие точки и прямой в геометрии, массы, силы и скорости – в механики, события и вероятности в теории вероятностей и т.п. Теория надежности также имеет свои понятия. К ним в первую очередь относится понятие надежности. Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. В теории надежности все термины и определения относятся к объектам, под которыми понимаются изделия, системы и их элементы, в частности сооружения, установки, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали. Изделием называют единицу продукции, выпускаемую данным предприятием, цехом и т.п., например подшипник, телевизор, станок, автомобиль. Системой называют совокупность совместно действующих объектов, предназначенных для самостоятельного выполнения заданных функций. При этом объекты не всегда могут быть объединены конструктивно, иногда они объединяются лишь функционально. Элементом называют часть системы (изделия), предназначенную для выполнения отдельных функций и не имеющую самостоятельного эксплуатационного значения. Понятия "система" и "элемент" относительны. Системы могут быть элементами более общей системы. Все зависит от степени детализации. Иногда элементы делят на основные, составляющие и комплектующие. Основными считают агрегаты и подсистемы, из которых достоит вся система. Основные элементы состоят из составляющих элементов. К составляющим элементам относятся приборы, узлы, блоки, входящие в основные элементы. В свою очередь, составляющие элементы состоят из комплектующих элементов, т. е. тех простейших элементов (конденсаторов, сопротивлений, клапанов, пружин, шайб и т. д.), из которых конструируются составляющие элементы. Технические объекты по принципу восстановления подразделяются на восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем, например станок, автомобиль, телевизор и невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановлены потребителем и подлежат замене, например подшипники, диоды и сопротивления. Объект как продукция производства обладает качеством, т.е. совокупностью свойств, обусловливающих пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением, т. е. пригодность к эксплуатации в режимах, определенных нормативно-технической документацией. Часто используют более узкое, чем качество, понятие эффективности объекта. Под эффективностью понимают свойство объекта, определяющее степень его пригодности непосредственно к применению по назначению. По мере эксплуатации объекта совокупность свойств, определяющих его качество, как правило, ухудшается. Жизненный цикл любого технического устройства включает в себя стадии: проектирования, создание и испытание опытного образца, производство, эксплуатацию и ремонт (рис. 1.1). Проектирование Создание и испытание опытного образца Производство Эксплуатация Ремонт, списание Проработка возможных вариантов. Научно- исследовательские работы. Формирование технического задания Создание опытного образца Конструкторские испытания Изготовление, испытания, приемка Ввод в эксплуатацию Проведение строительных, монтажных и пусконаладочных работ , автономных и контрольных испытаний (АИ, КИ) Капитальные ремонты, снятие с эксплуатации, списание, утилизация Рисунок 1.1. Жизненный цикл ТУ Проектирование изделия включает проработку возможных вариантов, научно-исследовательские работы, формирование технического предложения (задания), создание опытного образца и конструкторские испытания. Ввод в эксплуатацию технического устройства предполагает проведение строительных, монтажных, пуско-наладочных работ, автономные испытания (АИ), комплексные испытания (КИ). Дальнейшая эксплуатация есть чередование этапов применения и технического обслуживания. Способность объекта сохранять качество в процессе длительной эксплуатации определяется его надежностью. Под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции .в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Из формулировки следует, что определить такое свойство объекта, как надежность, можно, если установлен его объект, заданы режимы и условия его эксплуатации при применении по назначению или использованию, техническом обслуживании, ремонтах, хранении, транспортировании, назначены эксплуатационные показатели для каждого из перечисленных режимов эксплуатации объекта, а также допустимые пределы их изменения Надежность - комплексное свойство объекта, включающее в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Близким к понятию надежности и эффективности, но не совпадающим с ним, является свойство объекта, называемое живучестью. Живучесть - такое свойство объекта, которое характеризует его возможности сохранять работоспособное состояние при внешних воздействиях, превышающих установленные эксплуатационные уровни, например при порывах ветра, повышении давления, влажности, возникновении вибраций, механических нагрузок, грозовых разрядах и т.д. Рисунок 1.2 Если для объектов такие режимы заданы ЭТД, то свойство живучести совпадает с надежностью. В общем случае высокая надежность еще не гарантирует высокой живучести: объект может иметь высокую надежность, но при малейшем превышении установленных нагрузок отказывает, и, наоборот, может иметь высокую живучесть к вибрациям, ударам, но терять работоспособность после короткого срока работы в обычных условиях. Таким образом, совокупность свойств, определяющая качество объекта, включает в себя более узкие и пересекающиеся свойства эффективности, надежности и живучести (рисунок 1.2). Для некоторых частных случаев свойство эффективности может полностью включать в себя надежность и живучесть, но в общем случае ряд составляющих свойств надежности (например, сохраняемость и ремонтопригодность) не покрываются свойством эффективности. 4. Характеристика состояний технического объекта Надежность как свойство объекта характеризуется состояниями и событиями. Любой объект может находиться в исправном, неисправном , работоспособном и неработоспособном, предельном состоянии. Исправное состояние - такое состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической и (или) конструкторской документацией. Если его состояние не соответствует хотя бы одному из требований этой документации, объект считается неисправным Работоспособное состояние - такое состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функций, соответствует требованиям ЭТД. При несоответствии хотя бы одного значения такого параметра требованиям ЭТД объект является неработоспособным. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого ухода заданных параметров за установленные пределы или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже «допустимой, или необходимости проведения среднего или капитального ремонта. Признаки предельного состояния устанавливаются НТД. Переход объекта из одного состояния в другое происходит в результате отказа или повреждения. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Повреждение - событие, характеризующее нарушение исправного состояния объекта. Таким образом, если объект исправен, то он всегда работоспособен, а вот работоспособный объект может быть неисправен. При этом группа параметров объекта, определяющих его работоспособность, находится в установленных пределах, а некоторые характеристики непосредственно не влияющие на его работоспособность, не соответствуют требованиям. Например, нарушение окраски, ржавчина, незначительные внешние царапины и т. д. являются неисправностями, но до определенных пределов не влияют на работоспособность. В неработоспособное состояние объект может перейти через отказ как из исправного, так и неисправного, но еще работоспособного состояния. Диаграмма состояний технического объекта представлена на рисунке 1.3. Исправное состояние Работоспособное Неисправное состояние Работоспособное Неисправное состояние Неработоспособное Предельное состояние Рис. 1.3. Диаграмма состояний технического объекта Остановимся более подробно на понятии отказ. Отказ – событие, после появления которого выходные характеристики аппаратуры выходят за допустимые пределы. Отказ может наступать не только при механических или электрических повреждениях элементов (обрывы, КЗ ) , но и при нарушении регулировки, из-за ухода параметров элементов за допустимые пределы и т.п. Моменты возникновения отказов в сложной системе обычно являются событиями случайными. Однако место их возникновения удается иногда предсказать заранее. Это возможно в тех случаях, когда систематически наступает механический или электрический износ одного и того же элемента во многих однотипных системах. Подобные отказы иногда называют закономерными в противоположность отказам случайным, место и момент возникновения которых заранее предсказать затруднительно Причинами отказов, определяющих ненадежность объектов, могут быть: - ошибки, допущенные при конструировании, производстве, ремонте; - нарушение правил и норм эксплуатации; • естественные процессы старения и износа. Отказы различают по нескольким признакам: I. По характеру проявления отказы могут быть окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие то исчезающие). Окончательные отказы являются следствием необратимых процессов в деталях и материалах. При окончательных отказах для восстановления работоспособности объекта необходимо производить его ремонт (регулировку). Перемежающиеся отказ в большинстве случаев является следствием обратимых случайных изменений режимов работы параметров объектов. При возвращении режима работы в допустимые пределы объект сам обычно без вмешательства человека, возвращается в работоспособное состояние. Перемежающиеся отказы особенно неприятны в информационных системах, где они известны под названием сбоев. Появление сбоя трудно обнаружить, так как после его исчезновения объект остается работоспособным. Таким образом, перемежающиеся отказы существенно отличаются oт окончательных причиной возникновения, внешними проявлениями и последствиями появления. Поэтому на практике рассчитывают показатели надежности как для окончательных, так и перемежающихся отказов. 2. По связи с другими отказами различают отказы первичные, т. е. возникшие по любым причинам, кроме действия другого отказа, вторичные, т. е. явившиеся следствием другого отказа. Например, из-за пробоя конденсатора может сгореть резистор. При вычислении показателей надежности обычно учитываются лишь первичные отказы. Отказы являются случайными событиями, которые могут быть зависимыми и независимыми. Отказы считают зависимыми, если при появлении одного из них изменяется вероятность появления второго отказа. Для .независимых отказов вероятность появления одного из них не зависит от того, произошли другие отказы или нет. 3. По сложности обнаружения отказы могут быть очевидными (явными) или скрытыми (неявными). 4. Для каждого определенного типа. объектов отказы можно различать по внешним проявлениям. Например, различные отказы конденсаторов можно разбить на две группы: типа "обрыв" или типа "замыкание". 5. По характеру возникновения можно различать отказы внезапные (катастрофические), состоящие в резком, практически мгновенном изменении характеристик объектов, и отказы постепенные, происходящие из-за медленного, постепенного ухудшения качества объектов. Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (поломок, трещин, обрывов, пробоя изоляции и т. п.), из-за чего эти отказы часто называют грубыми (отсутствуют видимые признаки их приближения, т. е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные изменения характеристик объекта). Постепенные отказы (параметрические, плавные) связаны с износом деталей, старением материалов, разрегулированием устройств. Параметры объекта могут достигнуть критических значений, при которых его состояние считается неработоспособным; т. е. происходит отказ. Внезапный отказ объекта также является следствием накопления, необратимых изменений материалов. Внезапным отказ кажется лишь потому, что не контролируется изменяющийся параметр, при критическом значении которого наступает отказ объекта, обычно связанный с его механическим повреждением. Таким образом , возникновению всякого отказа предшествует накопление тех или иных изменений внутри объекта (при этом,, конечно, не рассматриваются отказы, происшедшие из-за небрежности или неумения работников). Для объектов различного назначения и устройства применяются соответствующие показатели надежности. В настоящее время можно выделить четыре группы технических объектов, различающихся показателями и методами оценки надежности: -невосстанавливаемые объекты, применяемые до первого отказа (конденсатор, прокладка); - восстанавливаемые вне процесса применения объекта; -восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых допустимы перерывы в работе; - восстанавливаемые объекты, в процессе применения которых допустимы кратковременные перерывы в работе. 5.Свойства надежности технических систем. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости (рис. 1.4). Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. В основном безотказность рассматривается применительно к режиму работы объекта, но во многих случаях необходима оценка безотказности при хранении и транспортировке объекта. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Объект может перейти в предельное состояние, оставаясь работоспособным, если, например, его дальнейшее применение по назначению станет недопустимым по требованиям безопасности, экономичности, эффективности и безвредности. Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и к поддержанию, восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Совместно с надежностью ремонтопригодность характеризует способность системы выполнять заданные функции в любой момент времени. Чем надежнее система и чем выше ее ремонтопригодность, тем реже она отказывает и меньше простаивает, т.е. тем выше вероятность застать систему в любой момент времени в исправном состоянии. Ремонтопригодность совместно с надежностью определяют эффективность действия системы. Если система достаточно надежна и редко отказывает, но, имея низкую ремонтопригодность, требует больших затрат времени на профилактику и восстановление, то она не всегда может конкурировать с системой, которая менее надежна, но зато время ее простоя, потребное на профилактику и восстановление, мало. Кроме того, она совместно с надежностью определяет стоимость эксплуатации, необходимое количество резервных систем, объем ремонтных средств и т.п. В связи с этим понятие ремонтопригодности является важным понятием в теории надежности. Ремонтопригодность представляет собой совокупность технологичности при техническом обслуживании и ремонтной технологичности объектов. Затраты времени и труда определяются в заданных условиях выполнения операми технического обслуживания и ремонта в части организации, технологии, материально-технического обеспечения, квалификации персонала. Понятие ремонтопригодности относится к системам длительного использования. Сохраняемость - свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и(или)транспортирования. Сохраняемость объекта зависит от большего числа факторов, большинство из которых являются случайными. Поэтому оценить этот параметр можно с помощью вероятностных методов. Сохраняемость является достаточно сложным параметром, поэтому никакой одной характеристикой невозможно оценить его полностью. Для достаточно полной оценки необходимо иметь несколько критериев и количественных характеристик. Особенность ТС состоит в том, что в условиях ее хранения преобладают постепенные отказы из-за ухудшения характеристик элементов вследствие их старения. При этом даже для однотипных элементов зависимость параметров системы от времени является случайной функцией. Существует большой класс систем, время хранения которых соизмеримо с временем их работы, а иногда во много раз его превосходит. Рисунок 1.4 Лекция № 2. Основные количественные показатели надежности технических систем Цель: Рассмотреть основные количественные показатель надежности Время: 4 часа. Вопросы: 1. Показатели оценки свойств технических систем. 2. Основные показатели безотказности. 3. Основные показатели ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости. 4. Комплексные показатели надежности. 5. Основные законы распределения случайных величин, используемые в теории надежности. 1. Показатели оценки свойств технических систем Для сравнения надежности различных объектов, задания тактико-технических требований к надежности проектируемых образцов, расчета надежности и определения влияния условий эксплуатации на надежность систем и их элементов нужны количественные показатели надежности. Показатель надежности — это количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. Показатель надежности может иметь размерность (например, вероятность безотказной работы). При рассмотрении показателей надежности следует различать: - наименование показателя (например, средняя наработка на отказ); - численное значение, которое может изменяться в зависимости от условий эксплуатации объектов; - формулировку сущности этой величины; - размерность показателя (при ее наличии). Формулировка показателя должна содержать указания о способах расчетного или экспериментального определения его численного значения. Многие показатели надежности являются параметрами распределения случайных величин. Различают единичные и комплексные показатели надежности. Единичный показатель надежности - это показатель, характеризующий одно из свойств, составляющих надежность объекта (например, наработка на отказ датчика характеризующая безотказность). Комплексный показатель надежности - это показатель, характеризующий несколько частных свойств надежности объекта. Основные единичные и комплексные показатели надежности, применяемые на этапе испытаний и эксплуатации невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов техники, приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1. Свойство Показатель Условное обозначение Наименование показателя Безотказность P(t) (t) То (t) Тоn Вероятность безотказной работы Интенсивность отказов Средняя наработка до отказов Параметр потока отказов Средняя наработка на отказ Ремонтопригод­ность Р(tв) (t) ТВ Вероятность восстановления Интенсивность восстановления Среднее время восстановления Безотказность и ремонтопригод­ность Кг Кп Ки Ког Коэффициент готовности Коэффициент простоя Коэффициент технического использования Коэффициент оперативной готовности Долговечность Rн Rмр Тсл Назначенный ресурс Средний ресурс между капитальными (средними) ремонтами (межремонтный ресурс) Средний срок службы Сохраняемость Тсх сх Средний срок сохраняемости Гамма — процентный срок сохраняемости 2. Основные показатели безотказности. 2.1.Вероятность безотказной работы. Под вероятностью безотказной работы понимается вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки отказ не возникает. Математически этот показатель можно определить как вероятность того, что время Т безотказной работы, являющегося случайной величиной, будет больше некоторого заданного времени t, т.е. P*( t )=P{Т>t} Согласно определению вероятность безотказной работы подсчитывается по формуле: , где : N0 – число образцов аппаратуры в начале испытаний; n(t) –число отказавших образцов за время t. На практике пользуются приближенной зависимостью: . Точность определения Р* (t) зависит от числа N0. Функция вероятности безотказной работы Р (t) является не возрастающей функцией времени и обладав следующими очевидными свойствами: а) 0  Р (t) 1; б) Р (0) = 1; в) Р () = 0. График зависимости P(t) от времени представлен на рис. 2.1. Рис. 2.1 На практике часто приходится пользоваться понятием вероятности отказа Q* (t), т.е. события, противоположного событию безотказной работы. Из определения Q* (t)= P*{T < t}=l - P (t) очевидно, что Р* (t) + Q* (t)= 1- как сумма противоположных событий. Вероятность безотказной работы является основным количественным показателем надежности, так как наиболее полно охватывает все многообразие факторов, влияющих на надежность. Чем больше P(t), тем выше ее надежность 2.2. Частота отказов Частота отказов - число отказов в единицу времени, отнесенное к первоначальному числу элементов. Прежде всего, определим статистически частоту отказов f * (t), которая имеет важное теоретическое значение, так как применяется в расчетах для связи с другими основными показателями надежности. В математическом смысле f * (t) есть безусловная плотность распределения наработки до отказа. Из статистических данных, полученных в результате испытаний или опытной эксплуатации, частота отказов определяется по формуле: , где n(t) - число отказавших изделий в рассматриваемый интервал времени t, т.е. в период от до ; N0 - число изделии, первоначально взятых на испытание (поставленных на эксплуатацию). Считаем, что изделия при испытании (эксплуатации) не восстанавливаются и не заменяются новыми. Типичная кривая изменения частоты отказов изделий в соответствии с зависимостью f * (t) показана на рис. 2.2. На этой кривой можно отметить три характерных участка. Первый участок характеризуется большими значениями частоты отказов. Здесь проявляются отказы, обусловленные грубыми ошибками в принципиальной схеме или в конструкции изделия, технологии его изготовления, несоблюдением требований конструкторской и технологической документации, применением некондиционных материалов и элементов, слабым контролем качества изделий на всех этапах производства и ввода техники в эксплуатацию. К этой группе отказов можно отнести также эксплуатационные отказы, вызванные слабым знанием правил эксплуатации (или отсутствием необходимого опыта). Поэтому первый период называется периодом приработки изделий (элементов). Второй участок характерен сравнительно постоянным значением частоты отказов и называется периодом нормальной эксплуатации. На третьем участке частота отказов вначале вновь возрастает за счет наступления старения и износа элементов или устройств, а затем падает до нуля. Этот период называется периодом старения. Длительность вышерассмотренных участков различна: для первого она составляет величину порядка нескольких десятков, нескольких сотен часов в зависимости от сложности изделия; второй участок самый продолжительный и при расчетах принимается равным 2/3 технического ресурса; третий период зачастую не достигается, так как раньше наступает "моральное старение", при котором данный ТУ списывается. Рисунок 2.2. Кривая изменения частоты отказов от наработки 2.3.Интенсивность отказов Интенсивность отказов - вероятность отказов невосстанавливаемого изделия в единицу времени после данного момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Интенсивность отказов определяется числом отказов в единицу времени, отнесенному к среднему числу элементов, исправно работающих в данный отрезок времени, т.е. , где - среднее число элементов, продолжающих исправно работать на интервале t. Рисунок 2.3. Зависимость интенсивности отказов от наработки Число определяют с помощью выражения: Интенсивность отказов характеризует степень надежности элементов (изделий) в каждый момент времени, поэтому является более полной и качественной характеристикой надежности. Зависимость * от t представлена на рисунке 2.3. Из сравнения данных по f * (t) и * (t) следует, что * (t) в начале испытаний (эксплуатации) несколько выше f * (t) , а в конце испытаний существенно отличается от частоты отказов (см. рис. 2.2). Интенсивность отказов, являясь одним из основных количественных показателей надежности изделий, широко используется для определения других показателей свойств надежности. 2.4.Средняя наработка до отказа Средняя наработка до отказа - это математическое ожидание наработки изделия до первого отказа. Для уяснения сущности этого понятия рассмотрим модель испытаний на надежность невосстанавливаемого изделия (рис. 2.4). В простейшем случае, когда за время испытаний отказали все изделия, cpeдняя наработка до отказа определяется по формуле: Геометрически Т*0 соответствует площади, ограниченной сверху кривой P(t) ( см. рис. 2.5). Если P(t) построена по опытным данным, то путем замера площади можно приближенно найти Т*0 Связь между одной (известной) из четырех функций и остальными (неизвестными). Если хотя бы один из основных показателей надежности известен, то остальные могут быть определены по формулам, приведенным в табл. 2.2. Таблица 2.2. Связь между функциями Известные функции Неизвестные (определяемые) функции P(t) Q(t) f(t) (t) P(t) - 1-P(t) - - Q(t) l-Q(t) - f(t) - (t) - 2.5. Количественные характеристики надежности восстанавливаемых объектов В большинстве своем технические системы являются восстанавливаемыми, т.е. такими отказы которых устраняются. Для восстанавливаемых систем введенное ранее определение для вероятности безотказной работы может не иметь смысла. Действительно, может наступить такая ситуация, когда n(t)N0 . Тогда по формуле: . Получается, что Р* (t) 0, а это абсурд. Аналогично теряют физический смысл и понятия f * (t) и * (t). Поэтому для восстанавливаемых систем необходимо ввести новые понятия критериев надежности. 2.5.1.Параметр потока отказов Под потоком отказов понимается последовательность отказов, происходящих один за другим в случайные моменты времени. Параметром потока отказов (t) называется предел отношения вероятности появления хотя бы одного отказа за промежуток t к данному промежутку при т.е. , Простейшим потоком отказов называется такой поток, при котором время возникновения отказов удовлетворяет одновременно условию стационарности, отсутствия последствий и ординарности. Стационарность случайного процесса времени возникновения отказа означает, что на любом промежутке времени t вероятность возникновения n отказов зависит только от n и величины промежутка t, но не изменяется от сдвига t по оси времени. Ординарность потока отказов означает невозможность появления в один и тот же момент времени более одного отказа. Параметр потока отказов статистически определяется как отношение общего количества отказов к суммарной наработке всех испытываемых (эксплуатируемых) объектов, т.е. . Чтобы условие ординарности выполнялось, в формулу надо подставить довольно малое значение t. Тогда ni(t) = n(t)  N0 и поэтому неравенство Р* (t) 0 – невозможно. Рисунок. 2.6 Если после некоторого t0 функция n(t) окажется линейной, то параметр потока отказов * (t) можно определить как: . Для простейшего потока отказов справедливо равенство * (t) = * (t). 2.5.2.Наработка на отказ Наработка на отказ ( средняя наработка на отказ ) Т*0 – это среднее время между соседними отказами. Практически Т*0 определяется отношением суммарной наработки восстанавливаемых изделий к суммарному числу отказов за какое-то время испытаний (рис. 4.6): , где j – индекс номера отказа i-го изделия;  ij – сумма наработки с учетом восстановления;  rij – суммарное число отказов. Поскольку для простейшего потока отказов * (t) = * (t), а * (t) = 1/T*0 (t), то Т*0(t) =1/* (t). 3. Основные показатели ремонтопригодности , долговечности и сохраняемости. Выше мы рассматривали надежность в смысле одного ее свойства, хотя и главного - свойства безотказности. Дадим краткую характеристику и принципы определения показателей долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости в соответствии с ГОСТ 27.002-89. Показатели ремонтопригодности. Вероятность восстановления работоспособного состояния – это веро­ятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного. Вероятность восстановления работоспособного состояния представляет собой значение функции распределения времени восстановления при tв=Tз, где Тз - заданное время восстановления, Р(tв)=Р(tв < Тз)=F(tв). Для экспоненциального закона распределения: или P(tв) =, где  - интенсивность восстановления. Среднее время восстановления работоспособного состояния - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния. Определяется по формуле Tв == = , где: F(tв) - функция распределения времени восстановления; f(tв) - плотность распределения времени восстановления. Для экспоненциального закона tв =, при расчете по статистическим данным : Tв = . Показатели долговечности. Средний ресурс - математическое ожидание ресурса. В терминах показателей долговечности указывают вид действий после наступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального ремонта и т.д.). Если предельное состояние обусловливает окончательное снятие объекта с эксплуатации, то показатели долговечности называют: полный средний ресурс (срок службы), полный назначенный ресурс. В полный срок службы входят продолжительности всех видов ремонта объекта. Выражение для расчета среднего ресурса имеет вид: Rср = = = , где: Rср - средний ресурс (средний срок службы); F(t) - функция распределения аработки до отказа (ресурса срока службы); ; f (t) - плотность распределения ресурса, срока службы. Гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах. . Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено. Цель установления назначенного ресурса (назначенного срока службы) обеспечение принудительного, заблаговременного прекращения применения объекта по назначению, исходя из требований безопасности и экономических соображений. Для объектов, подлежащих длительному хранению, может быть установлен назначенный срок хранения, по истечению которого дальнейшее хранение недопустимо. При достижении объектом назначенного ресурса (срока службы), в зависимости от его назначения, особенности эксплуатации, технического состояния и других факторов, объект может быть списан, направлен на средний или капитальный ремонт, передан для применения не по назначению, переконсервирован (при хранении) или может быть принято решение о продолжении эксплуатации. Средний срок службы - математическое ожидание срока службы. Физический смысл и аналитическое выражение для расчета показателя аналогичный показателю «средний ресурс». Отличие составляет вид зависимости для расчета функции распределения F(t) и функции плотности распределения срока службы f(t). Гамма- процентный срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которой он не достигнет предельного состояния с заданий вероятностью , выраженной в процентах. Назначенный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено. Методика определения показателей долговечности изложена в источниках [2, 3, 8]. Показателя сохраняемости. Средний срок сохраняемое - математическое ожидание срока сохраняемости. Гамма-процентный срок сохраняемости - срок, достигаемый с заданной вероятностью  выраженной в процентах. 4. Комплексные показатели надежности Коэффициент готовности – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов времени, в течение которых применение по назначению не предусмотрено. Коэффициент оперативной готовности определяется как вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течении которых применение объекта по назначению не предусматривается и, начиная с этого момента , будет работать безотказно в течении заданного интервала времени tог tог). Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность объекта , необходимость применения которого возникает в произвольный момент времени, после которого требуется определенная безотказная работа. До этого момента времени такие объекты могут находиться в режиме дежурства. Иногда пользуются коэффициентом простоя (обратной функцией): Коэффициент технического использования – это отношение математического ожидания интервалов времени пребывания объекта в состоянии постоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом, за тот же период эксплуатации Где - математическое ожидание наработки восстанавливаемого объекта; - математическое ожидание интервалов времени простоя при техническом обслуживании; - математическое ожидание интервалов времени затраченного на плановые и не плановые ремонты. Коэффициент планируемого применения – представляет собой долю периода эксплуатации, в течении которого объект не должен находиться на плановом ТО и Р . Кроме того могут применяться и другие коэффициенты такие как - коэффициент профилактики; - коэффициент частоты профилактики; - коэффициент отказов; - коэффициент расхода элементов; - коэффициент значимости и др. 5. Основные законы распределения случайных величин, используемые в теории надежности. В теории надежности приходится встречаться со множеством величин, случайных по своей природе. К ним относятся: • наработка до отказа для однотипных объектов; • наработка между соседними отказами для восстанавливаемого объекта; • суммарная наработка объекта до среднего (капитального) ремонта; • время восстановления ремонтируемых объектов; • суммарная стоимость ремонтов и др. Наиболее полно случайная величина может быть охарактеризована законом распределения случайной величины в виде функции распределения F(t) = P(T < t) или плотности распределения (для непрерывной случайной величины) . В зависимости от характера самих объектов, условий работы и способов соединения элементов в соответствии с работой (5) имеют место следующие наиболее распространенные законы распределения случайных величин: • нормальный закон распределения (закон Гауса); • экспоненциальный (показательный) закон; • закон распределения Вейбулла; • распределение Пуассона. Экспоненциальное распределение Распределение случайной положительной величины называется экспоненциальным, если его плотность распределения вероятности имеет вид , t ≥ 0, (2.1) где λ – параметр распределения, λ > 0. Характер изменения f(t) для различных λ показан на рис. 2.7. Из рисунка видно, что чем больше λ, тем быстрее уменьшается во времени f(t). Рисунок 2.7 Пусть λ(t) = x, тогда . Математическое ожидание и дисперсию случайной величины, удовлетворяющей уравнению (2.1) , находят по формулам: ; Экспоненциальное распределение часто используется при рассмотрении внезапных отказов в тех случаях, когда явления износа и старения выражены настолько слабо, что ими можно пренебречь. Наработка до отказа многих невосстанавливаемых элементов радиоэлектронной аппаратуры подчиняется экспоненциальному распределению. После окончания периода приработки поток отказов у восстанавливаемых объектов часто становится простейшим. В этом случае наработка между соседними отказами имеет экспоненциальное распределение. В ряде случает в первом приближении принимают, что время восстановления ТУ распределено по экспоненциальному закону. Распределение Вейбулла. Случайная положительная величина имеет распределение Вейбулла, если для плотности распределения справедливо уравнение , (2.2) где а и b – параметры распределения. Параметры a и b могут очень сильно менять вид кривой. На рис. 2.8 показан характер изменения f(t) при изменении b. При b = 1 распределение Вейбулла вырождается в экспоненциальное распределение. Рисунок 2.8. Для математического ожидания и дисперсии случайной величины, удовлетворяющей уравнению (2.2) справедливы формулы: , , где , а х – табличная гамма – функция. Наработка до отказа у многих невосстанавливаемых объектов имеет распределение Вейбулла. К таким объектом относятся, например, подшипники качения, отдельные типы электронных ламп, полупроводниковых приборов, приборы СВЧ, некоторые объекты, у которых отказ наступает вследствие усталостного разрушения. Нормальное распределение. Плотность вероятности нормального распределения находят по уравнению: ; t ≥ 0, (2.3) где а и σ – параметры распределения, a > 0, σ > 0, < 0,25. В общем случае нормально распределенная случайная величина изменяется в интервале (-∞, ∞), а время t не имеет отрицательного значения, поэтому необходимо выполнение условия < 0,25. В этом случае практически весь диапазон изменения случайной величины будет иметь положительные значения. Вид кривой плотности распределения для нормального закона изображен на рис. 2.9. Из рисунка видно, что этот закон симметричен относительно а и обладает максимальной плотностью в точке t = a. Рисунок 2.9 Параметры закона а и σ являются его числовыми характеристиками: M(t) = a, σ 2 (t) = a2. Наработка до отказа невосстанавливаемых объектов иногда приближенна распределена по нормальному закону (Гаусса). Это характерно для объектов, подверженных старению и износу. Суммарная наработка восстанавливаемого объекта до капитального ремонта и время восстановления ремонтируемых объектов в ряде случаев приближенно распределены по нормальному закону. Нормальное распределение часто используют для приближенных расчетов в тех случаях, когда имеет место биноминальное распределение или распределение Пуассона. Распределение Пуассона. Случайная величина имеет распределение Пуассона тогда, когда вероятность, что она принимает целое положительное значение, находится по формуле , (2.4) где а – параметр распределения, а > 0. Для математического ожидания и дисперсии имеют место уравнения: M(t) = a, σ 2 (t) = a2. Распределение Пуассона является частным случаем биноминального распределения, когда число испытаний n достаточно велико, а вероятность наступления события А в одном испытании достаточно мала (Р < 0,1). Этот закон называют еще «редких событий» из – за малости Р. Закону Пуассона подчиняются следующие случайные величины: • число отказов элементов за время t, если наработка до отказа у каждого из однотипных элементов распределена по экспоненциальному закону; • число отказов за время t для восстанавливаемого объекта, у которого промежутки времени между соседними отказами имеют экспоненциальное распределение; число дефектных изделий в выборке, если доля дефектных изделий q < 0,1 и др. Лекция № 3. Методы расчета систем на надежность Цель: Рассмотреть основные методы расчета технических систем на надежность. Время: 4 часа Учебные вопросы: 1. Классификация методов расчета систем на надежность. 2. Расчет надежности систем при основном соединении элементов и внезапных отказах. 3. Классификация методов резервирования. 4. Расчет надежности сложных технических систем с резервированием. 1. Классификация методов расчета систем на надежность. Рассчитать систему на надежность – это значит определить одну или несколько характеристик свойств надежности. Выбор метода расчета надежности зависит от ряда факторов: • этапа разработки системы; • характера отказов элементов; • способа соединения элементов в системе; • вида закона распределения времени безотказной работы; • режима работы элементов; • восстанавливаемости объекта. На этапе проектирования выполняются следующие виды расчетов надежности: • расчет норм надежности (распределение требований к надежности элементов системы); • ориентировочный расчет надежности; • окончательный (полный) расчет надежности. На этапе создания – расчет надежности проводят по результатам испытаний. На этапе эксплуатации - расчет надежности проводят по результатам эксплуатации. По характеру отказов - различают методы расчета при внезапных, постепенных и перемежающих отказах. По способу соединения элементов – при основном соединении элементов и при резервном. По виду закона распределения времени безотказной работы: - при экспоненциальном - при нормальном - Вейбула и др. По признаку восстанавливаемости: - методы расчета восстанавливаемых объектов; - методы расчета невосстанавливаемых объектов. По способу анализа: - расчет структурной надежности (элементов); - расчет функциональной надежности. 2. Расчет надежности при основном соединении элементов и внезапных отказах Рассчитать надежность аппаратуры значит - определить ее коли­чественные характеристики надежности по известным характеристи­кам элементов, из которых состоит аппаратура. При этом не обя­зательно нужно вычислять все рассмотренные характери­стики. Часто оказывается достаточным определить лишь некоторые из них. Выбор тех или других характеристик зависит от того, на­сколько глубоко требуется оценить надежность. В настоящее время предложено большое число методов расчета. Поэтому целесообразно провести их классификацию, дать детальное описание и указать границы применимости. Метод расчета во многом определяется видом закона распреде­ления времени возникновения отказов. В свою очередь вид закона распределения отказов зависит от способа соединения элементов. Поэтому все методы расчета целесообразно разбить на две большие группы — методы, пригодные для оценки надежности аппаратуры с основным соединением элементов и методы, пригодные для оценки надежности аппаратуры с резервным соединением элементов. Вид закона распределения отказов также существенно зависит от характера отказов. Поэтому в каждой из перечисленных групп ме­тодов следует выделить методы расчета, пригодные для случая вне­запных отказов и для случая постепенных отказов. При расчете надежности сложных систем с основным соединением элементов предполагается, что поток отказов системы является простейшим, удовлетворяющим условиям стационарности, отсутствия последствия и ординарности. В силу условий отсутствия последствия и ординарности отказы элементов сложной аппаратуры являются событиями случай­ными и независимыми. Тогда вероятность безотказной работы Рс сколь угодно сложной системы будет равна произведению вероят­ностей безотказной работы ее элементов, т. е. Pc= p1p2 ….p n = i (3.1) где p i - вероятность безотказной работы i - элемента, N – число элементов системы. Обычно интересуются вероятностью безотказной работы как функ­цией времени. Так как формула (3.1) справедлива для любого фик­сированного времени t, то вероятность безотказной работы системы в течение времени t будет выражаться зависимостью Pc (t) = i (t) (3.2) В силу стационарности потока отказов Pi (t) = e -  t , тогда Pc (t) = e -  t = e - t i (3.3) Остальные количественные характеристики надежности вычисляются элементарно. Так как для данного случая Pc (t) = e -  t , интенсивность отказа системы  с и ее среднее время безотказной работы Тс будут выражаться формулами = , Tc = (3.4) Из (5.3), (5.4) видно, что для расчета надежности сложной системы необхо­димо знать интенсивность отказов всех ее элементов. При ориентировочном расчете надежности делается следующее упрощающее предположение: все однотипные элементы равнонадежны. Эго предположение означает, что независимо от режимов работы все однотипные элементы имеют одинаковую интенсивность отказов, равную среднестатистическому ее значению. При принятом допущении основные количественные характеристики надежности будут выражаться следующими формулами: Pc (t) = e - t i = , (3.5) Tc = Из выражений (3.5) видно, что для ориентировочного расчета надеж­ности сколь угодно сложной автоматической системы достаточно знать состав элементов, их число и среднестатистическое значение интенсив­ности отказов элементов каждого типа. Данные о составе элементов и их числе можно получить из принципиальной электрической схемы системы. Среднестатистические данные об интенсивностях отказов мо­гут быть получены из эксплуатации на основании анализа данных об отказах аппаратуры типа, подобного проектируемой. Таким образом, ориентировочный расчет надежности можно про­водить уже в начале проектирования параллельно с расчетом принци­пиальной схемы. Это позволяет не только оценить надежность раз­рабатываемой системы, но также вовремя внести коррективы в прин­ципиальную схему и тем самым повысить ее надежность. Ориентировочный расчет надежности сложной системы целесооб­разно вести по блокам или даже по узлам, конструктивно оформлен­ным в одно целое. Это позволяет сравнить блоки по надежности, вы­явить слабые места системы в смысле надежности и наметить пути по ее повышению. Это целесообразно еще и потому, что испытания на­дежности отдельных узлов или блоков с целью подтверждения пра­вильности расчетов проводить значительно проще, чем испытание всей системы. При расчете надежности существенным является выбор числа эле­ментов, которые должны быть учтены. Часто в сложных автомати­ческих системах имеются эле­менты, выход из строя которых приводит лишь к ухудшению некоторых характеристик си­стемы (точности, качества пе­реходного процесса и т. д.); отказы же других элементов приводят к нарушению рабо­тоспособности системы, т. е. в смысле надежности элементы системы не равноценны. При расчете надежности необходимо учитывать только те элементы, выход из строя которых при­водит к отказу. Таким обра­зом, прежде чем приступить к расчету надежности, необходимо четко сформулировать, что понимать под отказом системы. При ориентировочном расчете надежности необходимо знать средне­статистические данные об интенсивностях отказов элементов, из которых состоит проектируемая система. Эти данные можно получить из экс­плуатации на основании анализа отказов различной аппаратуры. Так как они могут иметь большой разброс, то целесообразно вести расчет проектируемой системы для двух крайних значений интенсивностей отказов, устанавливая тем самым границы, внутри которых будут находиться количественные характеристики надежности. Пользуясь описанным выше методом, полезно придерживаться следующего порядка расчета надежности: 1. Формулируется понятие отказа данной системы. 2. Составляется схема расчета надежности. На схеме расчета указы­вается временной интервал работы каждого узла или блока. Если в узлах и блоках имеются элементы, время работы которых отличается от времени работы узла или блока, то целесообразно такие элементы распределять по времени их работы на группы и образовывать из этих групп элементы расчета. 3. По формулам (3.5) вычисляются количественные характеристики надежности всех блоков. Зависимости Р (t) строятся графически. По виду кривых Р(t) и значениям других количественных характеристик делается сравнение блоков по их надежности. 4. Вычисляются количественные характеристики надежности всей системы. Полученные в результате расчета данные сравниваются с требуемыми и делается вывод о годности системы в смысле ее надежности. 3. Классификация методов резервирования. Резервирование – это одно из основных средств обеспечения заданного уровня надежности объекта при недостаточно надежных элементах. Резервированием называется применение дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов (ГОСТ 27.002 – 89). Таким образом, резервирование – это метод повышения надежности объекта путем введения избыточности. Существуют различные методы резервирования. Их целесообразно разделить по следующим признакам : вид резервирования, способ соединения элементов, кратность резервирования, способ включения резерва, режим работы резерва, восстанавливаемость резерва. По виду резерва различают: структурное резервирование, временное, информационное, функциональное и нагрузочное. Структурное резервирование предусматривает применение резервных элементов структуры объекта. Суть структурного резервирования заключается в введении в структуру объекта наряду с основным элементом резервного элемента. Резервный элемент – это элемент объекта, предназначенный для выполнении функции основного элемента, в случае его отказа. Резервируемый элемент – основной элемент, на случай отказа которого в объекте предусмотрен резервный элемент. Временное резервирование связано с использованием резервов времени. При этом предполагается , что на выполнением объектом необходимой работы отводится время, заведомо большее минимально необходимого. Резервы времени могут создаваться за счет повышения производительности объекта, инерционности его элементов и т.п. Информационное резервирование – это резервирование с применением избыточности информации. Например, многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи, передача сообщения по разным каналам связи. Избыток информации позволяет в той или иной мере компенсировать искажение передаваемой информации. Функциональное резервирование – резервирование, при котором заданная информация может выполняться различными способами и техническими средствами. Например, функция передачи информации в АСУ может выполняться с использованием радиоканалов, телефона, интернета или специально выделенных каналов связи. Нагрузочное резервирование – это резервирование с применением нагрузочных резервов, заключающееся в способности элементов длительно выдерживать действующие на них нагрузки. По способу соединения элементов различают: общее резервирование, раздельное и смешанное. Общее резервирование связано с резервированием всех элементов, входящих в состав основной цепи (рис. 3.1). Раздельное резервирование предполагает резервирование отдельных, как правило, наименее надежных элементов (Рис. 3.2). Смешенное резервирование предполагает резервирование одних элементов виде общего, других – виде раздельного резервирования. Степень избыточности характеризуется кратностью резервирования. Кратность резерва - это отношение числа резервных элементов объекта к числу резервируемых ими основных элементов, выраженное дробью. Резервирование с целой кратностью имеет место, когда основной элемент резервируется одним или более резервными элементами. Резервирование с дробной кратностью – это такое резервирование, когда два и более однотипных элементов резервируются одним и более резервными элементами. Резервирование, кратность которого равна единицы, называется дублированием. По способу включения резервных элементов различают постоянное, динамическое, резервирование замещением, скользящее и мажоритарное резервирование. Постоянное резервирование – это резервирование без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента. В случае отказа основного элемента при данном виде резервирования не требуется специальных устройств, вводящих в действие резервный элемент, при этом работа объекта не нарушается. Постоянное резервирование представляет собой параллельное соединение элементов без переключающих устройств. Динамическое резервирование - это резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента. Динамическое резервирование имеет ряд разновидностей. Резервирование замещением – это динамическое резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента. Включение резерва замещением обладает следующими преимуществами: • не нарушает режим работы резерва; • сохраняет в большей степени надежность резервных элементов, т.к. при работе основных элементов они находятся в нерабочем состоянии; • позволяет использовать резервный элемент на несколько основных элементов Существенным недостатком резервирования замещением является необходимость наличия переключающих устройств. При раздельном резервировании число переключающих устройств равно числу основных элементов, что может сильно понизить надежность всей системы. Поэтому резервировать замещением выгодно крупные узлы или всю систему. При этом важным вопросом является надежность самих переключающих устройств. Скользящее резервирование - это резервирование замещением , при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе. ( рис. 3.5.). Мажоритарное резервирование – это резервирование основано на применении дополнительного элемента, называемого мажоритарным, или логическим. Данный вид резервирования нашел применение в системах управления. Логический элемент позволяет вести сравнение сигналов, поступающих от элементов, выполняющих одну и ту же функцию. Если результаты совпадают, то они передаются на выход устройства. Одним из видов мажоритарного резервирования является резервирование «m» из «n» (рис. 3.6.). Для данного вида резерва характерно, что объект будет выполнять свою функцию при m работоспособных элементов из n существующих. Если количество работоспособных элементов будет меньше m ( например m-1), то объект не будет выполнять свою функцию. Например, в гидросистеме необходимое давление создается при работе 2-х насосов. Если в работе останется один исправно работающий насос давление упадет до критического и гидросистема не выполнит свою функцию ( не будет необходимого давления). 4. Расчет надежности сложных технических систем с резервированием. 4.1 Расчет надежности при общем и раздельном резервировании. 4.1.1. Постоянное общее резервирование Будем считать, что резервируемые и резервные элементы равнонадежны, т. е. pi (t)= p(t) и qi (t) = q(t) . С учетом схемы замещения (рис. 3.1) и формулы вероятность отказа системы с т резервными цепями можно рассчитать следующим образом: (3.6) где - вероятность отказа основной цепи, - вероятность отказа i –й резервной цепи. Соответственно вероятность безотказной работы системы : (3.7) Т.к. вероятность последовательной структуры то (3.8) При одинаковых вероятностях отказов основной и резервной цепей, формулы (3.6) и (3.7) принимают вид: (3.9) (3.10) Среднее время безотказной работы системы при общем резервировании , (3.11) где - интенсивность отказов системы, - интенсивность отказов i-го элемента. Для системы из двух параллельных цепей ( m=1) формула (3.11) приобретает вид: 4.1.2. Постоянное раздельное резервирование Изобразим схему замещения при постоянном раздельном резервировании (рис. 3.8). Вероятность того, что произойдет отказ элементов i -го типа, равна произведению вероятностей отказов i-го элемента и всех элементов, его резервирующих, т. е. (3.12) Вероятность безотказной работы i-го и всех резервирующих его эле- ментов (3.13) Если резервные и резервируемые элементы равнонадежны, то (3.14) Поскольку функциональные группы элементов соединены последова­тельно, то вероятность безотказной работы в целом равна произведению ве- роятностей безотказной работы функциональных групп, т. е. (3.15) Если все элементы равнонадежны, то (3.16) 4.2. Расчет надежности при резервировании систем с дробной кратностью. При резервировании с дробной кратностью нормальная работа резервированного соединения возможна при условии, если число исправных элементов не меньше необходимого для нормальной работы. Кратность резервирования определяется из соотношения , (3.17) Где Z – общее число элементов расчета резервированного соединения; N- число элементов, необходимое для нормальной работы соединения; Z – N=М - число резервных элементов. На рисунке 3.9 представлена система резервирования с дробной кратностью, состоящая из N основных и M резервных элементов. В случае общего резервирования кратность резервирования всегда равна числу резервных устройств. Кратность резервирования всегда записывают в виде простой дроби без сокращения. Например, если записано K = 2/4 , то это означает, что здесь имеет место резервирование с дробной кратностью, причем для нормальной работы соединения необходимо не менее двух элементов, при этом число резервных элементов равно четырем. Пусть резервированная система состоит из N основных и М резервных элементов (N>M). При отказе одного из основных элементов на его место без перерыва в работе включается один из резервных. Средняя наработка до отказа такой резервированной системы при равнонадежных элементах равна: Безотказная работа системы в течении времени t будет иметь место, если за это время осуществится хотя бы одна гипотеза: Н0 – все элементы исправны; H1– один элемент отказал, (М + N -1) элементов исправны; (Hi – i) элементов отказали; ( М + N – i) элементов исправны; (Hk – М) элементов отказали, N элементов исправны. Число различных состояний системы можно описать выражением: (3.18) Вероятность безотказной работы системы с резервированием с дробной кратностью может быть определена выражением (3.19) Лекция № 4. Методы повышения надежности технических систем Цель : Рассмотреть основные методы повышения надежности технических систем Вопросы: 1. Методы повышения надежности сложных систем. 2. Резервирование как средство повышения надежности. 3. Уменьшение интенсивности отказов элементов. 4. Сокращение времени непрерывной работы. 5. Методы обеспечения требуемых показателей надежности техники на этапе эксплуатации. 1. Методы повышения надежности сложных систем. Рассмотрим обобщенную систему, состоящую из 4 элементов. Все элементы не равнонадежны. По расчету надежность системы оценивается величиной Р = 0,75 . Необходимо повысить надежность системы до Р = 0,95. Все методы повышения надежности принципиально могут быть сведены к следующим основным: 1. резервирование; 2. уменьшение интенсивности отказов системы; 3. сокращение времени непрерывной работы; 4. уменьшение среднего времени восстановления работоспособного состояния. Реализация указанных методов может осуществляться при проектировании, при производстве, при эксплуатации. Резервирование является одним из наиболее эффективных методов повышения надежности технических систем. Однако , данный метод не всегда оправдан из - за экономических соображений. Уменьшить интенсивность отказав системы можно следующими способами: a) упрощение системы; b) выбор наиболее надежных элементов; c) облегчение электрических, механических, тепловых, и других режимов работы элементов; d) стандартизация и унификация элементов и узлов; e) совершенствование технологи производства; f) автоматизация производства; g) проведение профилактических мероприятий при эксплуатации аппаратуры. Наиболее эффективными и многочисленными методами повышения надежности являются методы, которые применяются при проектировании технических устройств. К таким методам относятся: 1) резервирование; 2) упрощение системы; 3) выбор наиболее надежного элемента; 4) создание схем с ограниченными последствиями отказов элементов; 5) облегчение электрических, механических, тепловых и других режимов работы элементов; 6) стандартизация и унификация элементов и узлов; 7) встроенный контроль; 8) автоматизация проверок. Эффективность этих методов состоит в том , что они принципиально позволяют из малонадежных элементов строить надежные системы. Уменьшить интенсивность отказов, уменьшить средне время восстановления и время непрерывной работы системы. Повысить надежность аппаратуры в процессе ее эксплуатации чрезвычайно трудно. Это объясняется тем, что надежность системы в основном закладывается при ее проектировании и изготовлении, а при эксплуатации надежность только расходуется. Скорость ее расхода зависит от методов эксплуатации, квалификации обслуживающего персонала, условий эксплуатации. Задача инженера эксплуатационника состоит не в повышении надежности системы, а в том , чтобы как можно дольше сохранить надежность аппаратуры, заложенную в процессе ее проектирования и изготовления. В месте с тем при правильной организации эксплуатации удается повысить надежность аппаратуры. Действительно , если профилактические мероприятия предупреждают отказы, то это аналогично уменьшению интенсивности отказов системы. Разница состоит лишь в том, что здесь надежность элементов фактически не повышается, как это имеет место при проектировании и изготовлении, а своевременно происходит смена или ремонт еще не отказавших элементов, вероятность отказов которых сильно возросла. Эксплуатация оказывает очень сильное влияние на проектирование и изготовление вновь разрабатываемой аппаратуры. Это объясняется тем, что данные об отказах аппаратуры, полученные при ее эксплуатации, полностью характеризуют ее надежность и поэтому являются часто исходными данными при проектировании высоконадежной аппаратуры подобного типа. Таким образом , перечисленные методы повышения надежности не являются обязательными для любой аппаратуры. Одни методы могут быть использованы для повышения надежности аппаратуры одного класса, другие – другого. Все зависит от типа аппаратуры и условий ее эксплуатации. Для уяснения целесообразности применения того или иного способа, его эффективности, достоинств и недостатков рассмотрим более подробно основные из перечисленных методов. 2. Резервирование как средство повышения надежности. В настоящее время резервирование является одним из самых распространенных способов повышения характеристик надежности систем. Однако этот метод ведет к усложнению систем, увеличению их массы , стоимости и габаритов. Поэтому всегда разработчики и конструкторы сталкиваются с задачей как при допустимой массе, стоимости и габаритах получить максимальный выигрыш в надежности. Для оценки эффективности резервирования вводится понятие – выигрыш надежности резервированной системы по сравнению с нерезервированной: =, (4.1) Где Q – вероятность отказа резервированной системы; Q0 - вероятность отказа нерезервированной системы. На рисунке 4.1 и 4.2 показаны зависимости выигрыша надежности при различных кратностях и способах резервирования. Сплошной линией показаны кривые для случая резервирования с целой кратностью, пунктиром – резервирование с дробной кратностью. Для резервированных систем характерны следующие свойства: 1. При резервировании с дробной кратностью интенсивность отказов резервированной системы при определенных значениях m и t может быть больше интенсивности отказов нерезервированной системы. Это означает, что система, у которой применено резервирование с дробной кратностью, может быть менее надежной, чем нерезервированная. На рисунке 4.3 видно, что существует такое критическое значение времени работы τ, выше которого резервирование с дробной кратностью нецелесообразно. 2. Выигрыш надежности по вероятности отказа тем больше, чем меньше интенсивность отказов нерезервированной системы, т.е. чем более надежная система резервируется. Это основное противоречие всякого резервирования. Т.е. для повышения надежности системы необходима высокая кратность резервирования. 3. Значительное увеличение массы системы при резервировании приводит к менее значительному увеличению средней наработки до отказа. 3. Уменьшение интенсивности отказов элементов. Уменьшение интен6сивности отказов может привести к существенному повышению надежности системы. Вероятность безотказной работы системы, интенсивность отказов которой уменьшена в k раз, равна . (4.2) Выигрыш надежности в данном случае определяется выражением: Зависимости выигрыша надежности при различных k приведены на рисунке 4.4, из которых видно, что при малых Λ0t выигрыш надежности по средней наработке растет пропорционально k. Эффективными методами понижения интенсивности отказов систем являются: • Применение наиболее надежных элементов; • Отбраковка («выжигание») малонадежных элементов; • Облегчение режимов работы элементов 3.1. Отбраковка («выжигание») малонадежных элементов Уменьшить интенсивность отказов можно путем отбраковки, или «выжигания» элементов, имеющих конструктивные и производственные дефекты. С этой целью осуществляется тренировка элементов системы в тяжелых условиях работы. Идея метода состоит в исключении начального участка λ – характеристики (рис. 4.5) 4. Сокращение времени непрерывной работы. При эксплуатации с течением времени надежность аппаратуры (ТУ) теряется. Уменьшая суммарное время работы ТУ, можно тем самым увеличить время ее существования в исправном состоянии. Этот способ позволяет лишь разумно расходовать надежность. Сохранить надежность системы путем сокращения времени ее непрерывной работы можно лишь в том случае, если число включений и выключений мало. Рассмотрим 2 системы при непрерывной и дискретной работе: P1(t) = e –λ t и P2 (t) = e –λ t/k , Где k – коэффициент, показывающий во сколько раз время работы второй системы меньше, чем первой. Тогда выигрыш по вероятности отказов определяется: GQ = Т.е. сокращение времени непрерывной работы эквивалентно уменьшению в то же число раз интенсивности отказов системы. Особенно большой эффект дает сокращение времени непрерывной работы резервированной системы (рис.4.6). При большом значении времени t = t2 – выигрыш очень мал. При уменьшении времени в 2 раза t = t1 значение P1 (t) в два раза больше P2 (t), значит и выигрыш больше. 5. Методы обеспечения требуемых показателей надежности техники на этапе эксплуатации. 5.1. Влияние периодичности и объема профилактических мероприятий Важное место среди мероприятий по повышению надежности при эксплуатации оборудования сложных систем отводится техническому обслуживанию (ТО). Под ТО понимается комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на предупреждение отказов. К основным задачам ТО относятся предупреждение ускоренного износа, коррозии и старения, поддержания основных характеристик оборудования на заданном уровне. Основу ТО составляют профилактические работы и регламентные проверки. Профилактические работы проводятся периодически с целью выявления ненадежных, неисправных элементов, а также для устранения причин, способствующих возникновению отказов. При проведении профилактических работ (ТО) кривая P(t) приобретает «пилообразный» вид (рис. 4.7). Время профилактической проверки работоспособности (периодичности профилактики) необходимо выбирать так, что бы обеспечить требуемое время вероятности безотказной работы. Периодичность профилактики (ТО) назначают, исходя из следующих соображений: 1). При нормальном периоде эксплуатации ( λ = const, P Доп) время профилактики выбирается, чтобы Q(t) ≤ Q Доп = 1 – e –λ t , (4.3) . (4.4) 5.2. Обеспечение рационального состава ЗИП При рассмотрении задач надежности были получены некоторые исходные предпосылки, которые могут быть использованы для решения ряда других эксплуатационных задач. Рассмотрим некоторые из них. 5.2.1. Расчет количества запасных невосстанавливаемых элементов. Для обеспечения возможности быстрого восстановления ТУ путем замены комплектующих элементов необходимо иметь запасные элементы в количестве Z, не меньшем, чем ожидаемое количество отказов nот за определенное время t. Математическим языком это выражается так: Z  nот за время t . За расчетное время t принимается обычно календарный год или другое время, в течение которого не предполагается пополнение запаса. Точное значение nот нам неизвестно. Поэтому мы можем довольствоваться только простейшим случаем, когда Z  nот  nср, (4.5) где nср - среднее количество ожидаемых отказов какого-то элемента за указанное время t. Найдем nср при следующих допущениях: поток отказов является простейшим, число элементов данного типа в системе равно N, элементы за период t находятся в рабочем режиме времени tр и имеют при этом интенсивность отказов р, остальное время t-tp, простаивают, т.е. находятся в режиме простоя времени tпр и имеют при этом интенсивность отказов пр. Тогда среднее число отказов nсрN(ptp+прtпр). (4.6) Неравенство (4.5) с учетом выражения (4.6) принимает вид: Z  N(ptp+прtпр) = nср . (4.7) В реальных случаях число отказов nот может быть больше или меньше среднего значения nср , поэтому необходимо знать, какова вероятность того, что число отказов nср не превысит числа запасных элементов, т.е.  = Р{nср<=Z}. (4.8) Если бы нам потребовалось найти вероятность того, что произойдет ровно M отказов, то для простейшего потока отказов она определилась бы по формуле Пуассона , (4.9) Но мы не знаем, сколько будет отказов за время t, поэтому должны перебрать все вероятности от M=0 до M=Z. Тогда вероятность того, что среднее число отказов nср не превысит числа запасных элементов Z (т.е. доверительную вероятность ), можно записать в виде суммы вероятностей РM . (4.10) Теперь из выражения (4.10) видна зависимость (функция) Z = (,nср). (4.11) Эта функция затабулирована, и ее значения приводятся в таблицах справочников . Вычислив nср и задаваясь , по табл.2 находят Z. Следует отметить, что на практике произведение прtпр обычно бывает неизвестным из-за того, что все отказы, возникшие при простое, появляются только во время включенного состояния аппаратуры, поэтому их относят, как правило, к отказам за счет работы аппаратуры. Поэтому среднее число отказов на практике подсчитывается по формуле nсрNptp . (4.12) При расчетах следует иметь в виду также, что запасные элементы Z, хранящиеся на складах, тоже могут отказывать, поэтому в рассчитанное количество запасных элементов необходимо внести поправку z, которая подсчитывается: zZxptxp , (4.13) где xp – интенсивность отказов при хранении (на складах); txp – время хранения. Таким образом, общее количество запасных элементов Z0=Z+z . (4.14) В заключение отметим, что вопросам расчета ЗИП невосстанавливаемых элементов в настоящее время уделяется достаточно большое внимание. Некоторые авторы довели свои исследования до инженерных методик (14). Накоплен большой статистический материал, который может быть использован при реализации разработанных методик. Однако, рассмотренная выше методика, не претендуя на математическую строгость, может быть рекомендована пока что как прикидочная, упрощенная. Пример. Определить необходимое число запасных элементов для системы, если известно, что поток отказов является простейшим, число элементов данного типа в системе равно 20, элементы за период t находятся в рабочем режиме времени tр = 10000 ч и имеют при этом интенсивность отказов р =2•10-5 1/ч. Элементы системы не восстанавливаемые. Решение: В соответствии с выражением (2.24) определяем nсрNptp = . С учетом (4.17) Z  nот  nср = 4. Вывод: Система должна иметь 4 запасных элемента данного типа. 5.2.2. Оценка потребного количества запасных ремонтируемых ТУ. На первый взгляд задача по определению количества запасных блоков кажется аналогичной предыдущей. Следует, казалось бы, только условиться, что под элементом мы будем понимать блок, узел т.п. Но это не так просто. В предыдущей задаче мы имели дело с невосстанавливаемыми элементами типа электрических ламп, конденсаторов, резисторов и др., а здесь – с ремонтируемыми объектами: блоками, узлами и даже целыми системами, которые при нормальной организации технической эксплуатации обязательно надо иметь в качестве запасных. Очевидно, что количество запасных блоков, узлов должно быть меньше ожидаемого количества их отказов за данный промежуток времени. Так как каждый запасной объект нужен для подмены рабочего только на время ремонта последнего. А по условию ординарности простейшего потока невозможно, чтобы отказали одновременно все блоки, узлы или станции. Задача формируется так. Требуется определить количество запасных блоков Z, необходимых для функционирования системы, состоящей из N блоков (это могут быть, например, стойки, пульты, установленные на однотипных агрегатах ) с вероятностью P(Z) того, что система будет обеспечена запасными блоками, т.е. с доверительной вероятностью. Эта задача является трудной, поэтому мы ее лишь сформулируем, укажем план решения и затем приведем окончательный результат. Такая задача обычно решается при следующих ограничениях: 1) распределение времени до отказа блока подчиняется экспоненциальному закону при интенсивности отказов, равной ; 2) время на замену неисправного блока начинается сразу же после отказа, а интенсивность восстановления равна =1/ТВ; 3) все случайные величины времени безотказной работы и времени восстановления взаимонезависимы, но выполняется условие N/=a<1, (4.15) где N - интенсивность отказов системы из N блоков;  - интенсивность восстановления только одного блока. Накладывая условие (4.15), мы хотим, чтобы первая интенсивность была меньше второй. Это необходимо для того, чтобы не было простоев ТУ из-за отсутствия уже отремонтированных блоков; 4) отказ системы блоков происходит только тогда, когда в момент отказа нет ни одного запасного блока, т.е. в самой худшей из возможных практических ситуаций; 5) все блоки поддаются ремонту. При этих ограничениях вероятность P(Z) того, что рассматриваемая система будет обеспечена запасными блоками, может быть найдена. На практике для приближенного расчета Z интересуются вероятностью противоположного события, т.е. вероятностью Q(Z) необеспечения системы запасными блоками Q(Z)=1-P(z) . (4.16) Доказано, что минимально необходимое число запасных блоков (узлов) Z должно быть таким, чтобы выполнялось следующее неравенство: . (4.17) Значение Z, удовлетворяющие неравенству (4.17), находятся (путем подбора) следующим образом. По заданному значению P(Z) с помощью выражения (4.16) находят Q(Z). Затем, назначая Z целыми числами, т.е. 1,2,3 и т.д., подсчитывают правую часть неравенства (4.17). Минимальное значение Z , при котором неравенство (4.17) выполняется, принимается как результат оценки потребного количества запасных блоков ил узлов ТУ. Рассмотренная методика оценки Z не претендует на полноту и соблюдение всех математических строгостей, однако она вполне удовлетворяет интересам инженерной практики. Пример. В состав системы входят 22 однотипных блока. Интенсивность отказов системы λ = 1 10-3 1/ч. Для восстановления неисправного блока необходимо 100 часов (ТВ =100 ч). Определить количество запасных блоков необходимых для функционирования системы с доверительной вероятностью P(Z)=0,8. Решение: По выражению (7.16) определим Q(Z)=1-P(z) = 1 – 0,8=0,2. По заданному значению ТВ =100 ч определим =1/ТВ =1/100 =0,01 1/ч. По выражению (4.15) определим а = N/= Полученные значения подставим в выражение (4.17) Для Z+1 - - неравенство не выполняется. Для Z+2 - - неравенство выполняется. Вывод: необходимое количество запасных блоков для системы – 2. Раздел 2. Основы анализа и оценки техногенного риска Лекция 5 (1Р) Основные понятия и определения теории риска. Учебные вопросы: 1. Опасность и риск 2. Классификация рисков 3. Реализация опасностей. Опасные техногенные события 4. Опасности аварий и их последствия. Литература: [1] с. 510 Определяйте значения слов и вы избавите свет от половины его заблуждений. А.С. Пушкин 1. Опасность и риск Зарождение и развитие жизни на Земле произошло в пределах природной оболочки планеты, именуемой биосферой. Биосфера включает в себя атмо- и гидросферу, а также верхние слои литосферы (твердой оболочки). Полярные и материковые льды (криосферу) можно отнести к твердому фазному состоянию гидросферы. Биосфера – исторически естественная среда обитания человека. Эволюционные преобразования человека и измененной им природы (техногенез) привели к созданию техногенной сферы (техносферы). Техносфера – это преобразованная человеком часть биосферы, в которой наряду с природными опасностями присутствуют опасности, связанные с деятельностью человека в интересах своих жизненных потребностей. Техносфера – среда жизнедеятельности человека. Техносферу составляют территории жилой, промышленной, сельскохозяйственной и рекреационной зон, ландшафт (тип рельефа местности, почв, растительный мир). История развития техносферы свидетельствует о прогрессирующем увеличении площадей преобразованных территорий. Техносфера в настоящее время стала фактически окружающей средой, представляя собой техноприродный комплекс. Вместе с тем биосфера и техносфера не имеют четких границ, существует и переходная (техноприродная) зона, испытывающая влияние техносферы. Компонентами техносферы являются объекты: - природные (земля, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, расти-тельный и животный мир); - техногенные (все, что создано трудом и руками человека, включая про-стейшие орудия труда и созданные с их помощью антропогенные объекты). Неизбежные природные опасности способствовали развитию и услож-нению техники в целях борьбы за выживание, а затем – за качество жизни. Неожиданным результатом интенсификации технического прогресса в процессе развития общества явился значительный рост техногенных опасностей в техносфере и реальных техногенных аварий, в ряде случаев превосходящих уровень стихийных (природных) бедствий. Пример крупных техногенных ка-тастроф показал неготовность общества предвидеть и предотвратить воз-можность их возникновения либо, по меньшей мере, предусмотреть меры снижения тяжести последствий. Опасность – центральное понятие наук о безопасности и всей сферы деятельности в этой области. Опасности и, следовательно, риск (как произ-водная от опасности) являются неотъемлемой частью жизнедеятельности ка-ждого человека, общества, государства, био- и техносферы. Пространство, в котором постоянно существуют или периодически возникают опасности, по-лучило название ноксосфера. Опасность является негативным свойством объекта-источника. Вместе с тем, говорить об опасности безотносительно к объекту, ее воспринимающему (объекту-реципиенту), не имеет смысла. Опасность представляет угрозу только тогда, когда может причинить ущерб конкретному объекту. Следовательно, опасность существует только в системе, включающей, как минимум, два элемента: «источник» и «реципиент», при совпадении факторов пространства и времени. Вне этой системы опасности (как и безопасности) не существует. Опасность, таким образом, является системообразующим понятием. Если объект-источник (рис. 5.1), или зона его опасности, затрагивают объект-реципиент, или область его интересов (жизненное пространство), происходит актуализация опасности. По характеру своего воздействия (в координатах времени) опасность может быть внезапно возникающей, периодически или постоянно действующей. Направление вектора опасности здесь вполне очевидно. Прежде чем оценивать риск, надо определить сам термин «риск». Дело в том, что в литературе используются противоречащие друг другу определения. Нередко понятие риска употребляется для обозначения опасности. Можно привести целый ряд примеров определений типа «риск – опасность будущего ущерба» или «риск – это опасность возникновения неблагоприятных последствий рассматриваемого события». Другая тенденция в определение риска состоит в том, что под риском подразумевают возможность или вероятность наступления нежелательного события или явления. Обзор научных публикаций показывает, что все большее признание получает такой подход к определению риска неблагоприятного события, который учитывает не только вероятность этого события, но также все его возможные последствия. Вероятность события или процесса здесь выступает одним из компонентов риска, а мера последствий (ущербы) – другим. Такое двумерное определение риска используется при количественном оцениванием риска. Однако существует и иной подход к определению риска – многомерный. Он основан на многочисленных факторах, ответственных за восприятие риска и влияющих на принятие связанных с риском решений. Многомерное определение носит качественный характер, оно полезно при выявлении приоритетов людей в их отношении к совокупности опасных событий или процессов. Рассмотрим простой пример, иллюстрирующий различие между опасностью и риском. Вождение автомобиля – это опасность, ее можно выразить с помощью доли, которую составляет гибель людей в автомобильных авариях в общем количестве смертей, фиксируемых ежегодно в определенной стране. Но риск здесь не только в том, что каждый краснодарец может попасть в пресловутые три процента от числа всевозможных смертей, случающихся в крае. Надо еще учесть ущерб, связанный с аварийным состоянием автомобиля, потери страховой компании, расхода на похороны, моральный ущерб родственников и т. д. Риск выступает здесь количественной мерой, учитывающей не только вероятность опасности, но и конкретизированные последствия ее проявления. Опасность – это угроза людям и всему тому, что представляет для них ценность. Опасность является вероятностной категорией, которая может меняться в пространстве и во времени. Опасности различных событий или процессов сопоставляют путем усреднения вероятностей их проявления по пространственным и временным параметрам. В ряде случаев пространственную и временную зависимости вероятности проявления опасности можно рассматривать отдельно друг от друга. Тогда в соответствии с теоремой умножения вероятностей, вероятность опасности Р можно представить в виде произведения: Р = РS РТ, (5.1) где РS РТ – соответственно вероятности опасности, зависящей от пространственных и временных характеристик. В других случаях опасность проявляется в определенных обстоятельствах при осуществлении совокупности некоторых событий S1, S2,…, Sn тогда ее вероятность может быть выражена с помощью формулы полной вероятности: Р = Р(G/ Si) Р( Si), (5.2) где Р(G/ Si) - условная вероятность опасности G, т. е. вероятность, проявляющаяся при условии совершения некоторого события Si; Р(Si) – вероятность этого события. Итак, риск в отличие от опасности нельзя рассматривать в отрыве от возможных последствий проявления данной опасности. Риск – количественная мера опасности с учетом ее последствий (экономических, социальных, экологических и т. п.). Чем больше ожидаемый ущерб, тем значительнее риск. Поэтому риск R может быть определен как произведение вероятности опасности и рассматриваемого события (процесса) Р на величину (магнитуду) ущерба Q. (5.3) В дальнейшем мы будем использовать формулировки, общий и краткий вид которых представлен ниже. Опасность – источник потенциального ущерба (вреда) или ситуация с потенциальной возможностью нанесения ущерба (вреда). Безопасность – состояние (или свойство) объекта, при котором от-сутствует недопустимый риск. Техногенный риск – мера безопасности (или опасности), порожденной техническими объектами. Важный вывод заключается в том, что все ключевые понятия данной области знаний и деятельности: «опасность», «риск», «безопасность», – являются взаимосвязанными. Они относятся, существуют и востребованы лишь в пределах системы, включающей два обязательных элемента – источник опасности и объект, на который этот источник может негативно воздействовать. Использование какого-либо из данных ключевых понятий в каждом конкретном случае требует присутствия (в явной или неявной форме) обоих элементов указанной системы. 2. Классификация рисков В основу классификации рисков положены два разнородных главенствующих типа: «природный риск» и «техногенный риск». Здесь уже определяющее родовое слово использовано для пояснения источника или происхождения опасности, будь то природные явления и процессы в первом случае, либо технические объекты – во втором. Поскольку величина риска может быть определена количественно (риск, как мы установили, является измеряемой величиной), то все поле его возможных значений принято условно делить на три области (рис. 5.2). Названия этих областей качественно (или лингвистически) характеризуют степень риска (пренебрежимый, приемлемый, чрезмерный риск), а границы областей являются уровнями риска. В современной научной литературе рассматривается несколько разновидностей риска, каждый из которых имеет свои особенности: • риски, угрожающие безопасности; • риски, угрожающие здоровью; • риски, угрожающие состоянию среды обитания; • риски, отражающие угрозу общественного благосостоянию; • финансовые риски. Риски, угрожающие безопасности, обычно характеризуются малыми вероятностями, но тяжелыми последствиями; он проявляются быстро, к ним, в частности, могут быть отнесены несчастные случаи на производстве. Риски, угрожающие здоровью, напротив, обладают довольно высокой вероятностью и часто не имеют тяжелых последствий, многие из них проявляются с определенной задержкой. Под рисками грозы состоянию среды обитания понимается бесчисленное количество эффектов, мириады взаимодействий между популяциями, сообществами, экосистемами на микро- и макроуровнях, при наличии весьма существенных неопределенностей как в самих эффектах, так и в их причинах. Риски, угрожающие общественному благосостоянию, обусловлены тем, как общество воспринимает и оценивает деятельность данного объекта (промышленного, сельскохозяйственного, военного и т. д.), в какой степени эта деятельность связана с рациональным использованием природных ресурсов, как она отражается на состоянии окружающей среды; негативное восприятие деятельности рассматриваемого объекта проявляется быстро и оказывается устойчивым. Финансовые риски связаны с возможными потерями собственности или доходов, неполучением страховой премии или прибыли от инвестиций (включая инвестиции в природоохранные мероприятия). Распределение рисков по перечисленным разновидностям является условным. Очень часто риски, сопряженные с угрозой состояния среды обитания, одновременно являются рисками для жизни и здоровья людей. Виды опасного воздействия (риски) можно разделить на три категории: а) экологическое воздействие – человеческая деятельность, а также стихийные природные бедствия, катастрофы, в результате которых изменяется окружающая среда и вследствие этого условия существования человека и общества; б) техногенное воздействие – деятельность техногенных объектов, непосредственно приводящая к ухудшению состояния (поражения) человека и окружающей среды; в) природное воздействие – природные процессы, обуславливающие ухудшение состояния человека окружающей среды. В соответствии с общепринятыми определениями воздействие техногенных объектов на человека и окружающую среду реализуется двумя путями: • при постоянной эмиссии опасных веществ техногенными объектами, что и определяется как экологическое воздействие (включая разовые выбросы ПДВ, ПДУ); • при авариях на этих объектах, при которых непосредственно поражается человек и окружающая среда. При таком определении техногенного воздействия позиция в области управления риском должна предусматривать действия по обоснованию соответствующих затрат на анализ риска, разработку мер по его снижению и компенсации ущерба от негативных последствий. Всегда существует какой-то уровень затрат на проведение анализа риска, выше которого они экономически не оправданы. Невозможно выявить и описать все типы рисков, однако можно построить определенную классификационную схему, в рамках которой следует действовать при решении конкретной задачи. По объектам исследования риски можно подразделить: а) человек: индивидуальный, генетический; б) общество: социальный, психологический, нравственный, правовой, информационный, технический, экономический, ресурсный, демографический; в) окружающая среда: биологический, экологический, географический. По видам воздействия: химические, радиационные, биологические, транспортные, стихийные бедствия. По виду рассматриваемых параметров ущерба: риск поражения человека, риск летального исхода, риск материального ущерба, риск ущерба окружающей среде, интегральный риск (учитывающий все предыдущие категории), вероятностный (отражающий только случайный характер событий). По степени опасности для персонала (населения) различают: а) индивидуальный риск – это мера возможности наступления негативных последствий для здоровья вследствие действия на человека опасных факторов профессиональной деятельности при нахождении на конкретной территории в течение определенного времени; б) коллективный риск – интегральная характеристика опасностей определенного вида, характеризующая масштаб возможной аварии. Этот риск оценивается числом смертей в результате действия определенного опасного фактора на рассматриваемую совокупность людей; в) добровольный риск относится к личной жизни. Примерами его являются непрофессиональные занятия альпинизмом, прыжки с парашютом, т. е. виды деятельности, которыми человек занимается ради собственного удовольствия, улучшения комфорта, повышения престижа. Риск таких занятий бывает выше профессионального риска и ограничивается самим рискующим; г) вынужденный риск связан с необходимостью выполнения профессиональных обязанностей в определенных условиях. Выбирая профессию, индивидуум в праве знать величину риска, связанного со своей работой, и вправе рассчитывать на социально-экономические компенсации за него. Общество несет ответственность за соответствующий уровень безопасности видов деятельности и технологий. Применительно к ситуации выбора решения в условиях неопределенности различают риск мотивированный, рассчитанный на ситуативные преимущества в деятельности, и немотивированный. Исходя из соотношения ожидаемых выигрыша и проигрыша при реализации соответствующих действий выделяют оправданный и неоправданный риск. Имеется различие между ситуациями, где исход зависит от случая, и теми, в которых он связан со способностями субъекта (ситуации навыка). Установлено, что при прочих равных условиях люди готовы к более высокому уровню риска в ситуациях, связанных не с шансом, а с навыком. В интересах управления риском используют понятие: а) приемлемый риск – уровень индивидуального риска, обусловленный хозяйственной деятельностью, который является оптимальным для управляющего органа. Он находится в диапазоне от предельно допустимого уровня до пренебрежимого уровня риска и должен быть настолько низким, насколько это возможно по экономическим и социальным соображениям; б) неприемлемый риск, или предельно допустимый уровень риска, который не должен превышаться независимо от экономических и социальных преимуществ хозяйственной деятельности для общества в целом. Он должен быть настолько низким, чтобы это не вызывало беспокойство индивидуума; в) пренебрежимый риск. Это уровень риска, устанавливаемый управляющим органом, как максимальный, выше которого необходимо принимать меры по управлению им. 2.1. Индивидуальный и потенциальный риск 2.1.1 Индивидуальный риск Индивидуальный риск в соответствии с названием и практикой применения характеризует риск человека (индивидуума) как объекта уязвимости определенных опасностей и угроз. Приоритетное положение этого по-казателя риска в существующей системе ценностей обусловлено ее высшим элементом – человеческой жизнью. Таким образом, индивидуальный риск за-нимает главенствующее положение среди других показателей и является од-ной из наиболее часто используемых характеристик опасностей, выражаю-щей частоту (или вероятность) потери здоровья либо смерти человека. Источники и факторы индивидуального риска приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 – Источники и факторы индивидуального риска. Источник индивидуального риска Наиболее распространенный фактор риска смерти Внутренняя среда организма человека Наследственно-генетические, психосоматические заболевания, старение Виктимность (возможность стать жертвой обстоятельств) Совокупность личностных качеств человека как жертвы потенциальных опасностей Привычки Курение, употребление алкоголя, наркотиков, иррациональное питание Социальная экология Некачественный воздух, вода, продукты питания; вирусные инфекции, бытовые травмы, пожары Профессиональная дея-тельность Опасные и вредные производственные факторы Транспортные сообщения Аварии и катастрофы транспортных средств, их столкновения с человеком Непрофессиональная деятельность Опасности, обусловленные любительским спортом, туризмом, другими увлечениями Социальная среда Вооруженный конфликт, преступление, суицид, убийство Окружающая среда Землетрясение, извержение вулкана, наводнение, оползни, ураган и другие стихийные бедствия Математическая формализация индивидуального риска, т.е. представление его содержательной стороны в виде численного измерения, наиболее просто может быть выражена отношением количества пострадавших (погибших) людей к общему числу рискующих: , 1/год (5.1) где n – число пострадавших (погибших) в единицу времени Δt от определен-ного фактора риска f; Nf – число людей, подверженных соответствующему фактору риска f в единицу времени Δt. Например, в России в 2008 г. зарегистрировано около 200 тыс. пожаров, в которых погибло 15165 человек (статистика МЧС России). Численность населения РФ в 2008 г. составляла примерно 141,8 млн. человек. Пожары происходили в различных регионах страны, в городах и сельской местности, и гибли в них мужчины и женщины, люди всех возрастных групп, включая стариков и детей. Таким образом, можно считать, что общее число рискующих составляет всё население РФ, что вызывает особую тревогу. Ве-личина среднего индивидуального риска смерти в России по причине пожа-ров определена по зависимости (5.1): , 1/год. (5.2) Для сравнения, в 2007 г. этот показатель был равен 1,13·10-4 1/год. Тен-денция к уменьшению индивидуального риска, на первый взгляд, статисти-чески незначительная, но в масштабах страны за этим стоят около 800 сохра-ненных жизней. Приведенные примеры относятся к апостериорному опреде-лению риска, т.е. характеристике уже свершившихся событий. Однако суще-ствующий методический аппарат позволяет решать и другую, не менее важ-ную задачу – прогнозирование риска, т.е. априорную оценку событий на оп-ределенный временной интервал будущего. Прогноз индивидуального риска можно выполнить, установив взаимосвязь Ru с вероятностными параметрами случайной величины – опасного события. Опасными событиями в общем случае являются происшествия, аварии, катастрофы, стихийные бедствия и т.д., либо их возможный результат – ЧС природного и техногенного характера, а также биолого-социальные ЧС и террористические акты. Индивидуальный риск в этом случае равен: , 1/год (5.3) где M[NA] – математическое ожидание числа опасных событий NA на терри-тории возможного нахождения индивидуума из оцениваемой группы N, на которую распространяется полученный прогноз (оценка). Наиболее востребованными в практических целях являются значения индивидуального риска как частоты поражения отдельного человека в ре-зультате воздействия всей совокупности исследуемых факторов техногенной опасности в рассматриваемой точке пространства. Индивидуальный риск в этом случае является функцией, определяемой по поверхности, прилегающей к опасному объекту. Расчет индивидуального риска вблизи ОПО определяется по формуле: , (5.4) где Rи (x, y) – величина индивидуального риска в точке с координатами х, у, 1/год; i = 1…n – число расчетных сценариев возникновения и развития аварии; j = 1…m – число видов воздействия поражающих факторов при реализации i-го сценария аварии; λi – частота реализации i-го сценария возникновения и развития аварии, 1/год; Pi,j(x, y) – вероятность реализации j-го вида воздействия (поражающего фактора) в точке с координатами х, у для i-го сценария; P(x,y) – вероятность присутствия человека в данной точке; PjP – условная вероятность поражения человека при реализации j-го вида воздействия (поражающего фактора). При этом вероятность присутствия человека в точке, имеющей коорди-натами х, у для работника предприятия (ОПО) с 8-ми часовым рабочим днем может быть принята P(x,y) = 0,3 либо установлена иным путем, например, с помощью фотографии рабочего дня. В случае постоянного присутствия че-ловека в данной точке в течение всего рассматриваемого промежутка време-ни P(x,y) = 1. Исключив сомножители P(x,y) и PjP из формулы (11.4), что математически идентично их равенству единице, получим другой расчетный показатель риска, который носит название потенциальный территориальный (или потенциальный) риск. 2.1.2 Потенциальный риск Потенциальный риск, в соответствии с названием, выражает собой по-тенциал максимально возможной опасности в данной точке и в общем виде может быть определен зависимостью: (5.5) Множество точек равной потенциальной опасности образуют замкнутую кривую, ограничивающую зону или территорию равного риска. Если ок-ружающая среда является пространственно однородной в плане распростра-нения опасности по всем направлениям от ее источника (рельеф местности, атмосферные воздействия) и не имеет препятствий в виде зданий, сооруже-ний, зеленых насаждений и т.д., замкнутая кривая имеет вид окружности. Области равного потенциального риска при этом образуют ряд концентриче-ских окружностей. Потенциальный риск не зависит от того, находится ли объект – источник опасности в многолюдном или пустынном месте, т.е. рассматривается безотносительно реципиентов, их свойств и жизненных интересов. Вместе с тем, посредством потенциального риска можно учитывать степень опасности для любых объектов воздействия (реципиентов), например, населения (в том числе индивидуальный риск), материальных или природных ресурсов. При этом условная вероятность поражения (нежелательных последствий) будет зависеть от уязвимости реципиента в результате воздействия исследуемого поражающего фактора. Различия регионов России в экономических, природно-географических, социальных и др. показателях весьма значительны и поэтому создают неодинаковый потенциал опасностей и угроз. Естественно, что в масштабах территории страны потенциальный риск, как природный, так и техногенный распределен неравномерно. Для определения риска смерти или потери здоровья в результате ЧС статистические данные необходимо дифференцировать по регионам и их участкам. Аналогично можно устанавливать распределение рисков по видам ЧС, профессиональной деятельности, по отраслям промышленности и т.д. При расчете распределения риска по территории вокруг ОПО (картировании риска) индивидуальный риск определяется потенциальным территориальным риском и вероятностью нахождения человека в районе возможного действия опасных факторов. В этом случае поле потенциального риска позволяет оценить общую картину опасности или поражения при возникновении аварии и его можно рассматривать как некоторый фон опасности вокруг объекта – источника опасности. На рис. 5.1 показаны зоны распределения индивидуального риска техногенного характера для ОПО. Рис. 5.1 Построение зон индивидуального риска 1 – ОПО (территория предприятия); 2 – территория жилой застройки; 3 – изо-линии равного риска; 4-7 – зоны различной степени риска. Замкнутые кривые (изолинии) равного риска характеризуют годовой риск смерти индивидуума при постоянном нахождении его в соответствующей зоне. Метод картирования зон потенциального риска используется в практике анализа риска при выполнении регламентных работ согласно требованиям нормативной документации для ряда ОПО. Обычно показатель индивидуального риска используется отдельно для персонала ОПО и для населения, проживающего (находящегося) вблизи ОПО. Возможна сравнительная оценка индивидуального риска для населения в зависимости от расстояния до предприятия – источника риска. 1.1.3 Приемлемый индивидуальный риск Введение понятия «индивидуальный риск» и появление количественных значений этого показателя создало предпосылки для установления некоторых «пороговых» значений, т.е. величин приемлемого индивидуального риска. Установление определенных нормативов приемлемого риска получило название нормирования рисков. На этой основе возникла и другая процедура, тесно связанная с оцениванием риска – анализ риска, суть которой состоит в сравнении полученных оценок риска (численных значений) с соответствующими показателями приемлемых значений. Количественные оценки риска являются объективными показателями опасности промышленных объектов. Однако возникает вопрос, что считать приемлемым риском? Для этого, прежде всего, приемлемую величину каждого вида риска необходимо обосновать. Так, приемлемую величину индивидуального риска смерти людей в результате общих заболеваний возможно установить равной 5·10-4 1/год. Эта величина соответствует данным ВОЗ, согласно которым в современном мире практически невозможно предотвратить 5 смертей от общих заболеваний на каждые 10 000 человек в возрасте до 30 лет. С таким риском общество вынуждено соглашаться, поскольку затраты на его снижение на современном уровне развития признаны нецелесообразными. Либо, по меньшей мере, необходимо выполнение большого объема фундаментальных и ресурсоемких исследований, направленных на снижение уровня заболеваемости. После принятия мировым сообществом концепции приемлемого риска начался этап ее реализации. Степень внедрения этой концепции в практическую деятельность сегодня различна в разных странах и в некоторых из них введена в законодательство. Например, в Нидерландах эта концепция уже в 1985 г. была принята парламентом страны в качестве государственного закона. Согласно этому закону, для предельно допустимого уровня индивидуального риска, обусловленного хозяйственной деятельностью, принято значение риска смерти, равное 10-6 1/год. Интересен механизм определения величины 10-6, ставшей определенным эталоном нормирования рисков различных видов. За основу был принят риск смерти индивидуума в возрасте 10 – 15 лет, который согласно статистическим данным по возрастной смертности в Нидерландах составляет примерно 10-4 1/год и является минимальным на протяжении всей его жизни. Отметим для сравнения, что максимальный риск смерти для человека соответствует первому году его жизни и равен 2·10-2 1/год. В Нидерландах, основываясь на этих данных, в качестве предельно допустимого максимального уровня индивидуального риска принято значение, которое составляет 1% от риска смерти в возрастном интервале от 10 до 15 лет, т.е. 10-6 1/год. Иными словами, вероятность гибели человека в течение года не должна превышать одного шанса из миллиона. Для сравнения можно привести некоторые дан-ные статистики: риск смерти человека, равный 10-6 1/год, соответствует рис-ку, которому он подвергается в течение своей поездки на автомобиле на рас-стояние в 100 км или в полете на самолете на расстояние 650 км, или, если он выкуривает 3/4 сигареты, или в течение 15 мин занимается альпинизмом и т.д. [4]. Уровень пренебрежимого риска в Нидерландах был принят исходя из условия, что его показатель должен составлять также 1% от предельно допустимого, т.е. 10-8 1/год. Приемлемый уровень риска выбирается в диапазоне от 10-8 до 10-6 1/год, исходя из социальных и экономических причин. Та-ким образом, между двумя этими уровнями находится область, в которой нужно последовательно уменьшать риск, отыскивая компромисс между социальной выгодой и финансовыми расходами, связанными с повышением безопасности. Проблемы контроля и уменьшения риска решаются в Нидерландах настолько активно и последовательно, насколько это возможно при современном уровне знаний. Это государство можно рассматривать как пример страны, где наиболее широко используются методы оценки и анализа риска в практической деятельности по обеспечению промышленной безопасности. При этом эксперты и рискменеджеры поставили своей задачей определять риск всесторонне. В этих целях учитываются показатели индивидуального, социального и экологического риска. Первый из них задается вероятностью гибели отдельного человека, второй – соотношением между количеством людей, которые могут погибнуть при одной аварии, и вероятностью такой аварии, а третий – процентом биологических видов экосистем, на которых скажется вредное воздействие. При этом максимальным приемлемым уровнем риска для экосистем считается такой, при котором может пострадать 5% видов биогеоценозов. В других странах масштабы использования концепции приемлемого риска в законодательстве более ограничены, но во всех странах существует тенденция к ее более полному применению. В странах Европейского союза (ЕС) сложились различные подходы к установлению критериев индивиду-ального риска для населения, проживающего вблизи ОПО. Классификация этих критериев может быть представлена в следующем виде [45]: 1. Критерии риска, определяющие цель и целевые показатели, но не средства обеспечения безопасности (Великобритания). 2. Предписывающие критерии риска, устанавливающие максимальный уровень риска для его контроля, при этом подходы к уменьшению риска имеют рекомендательный характер (Нидерланды, Венгрия, Чешская республика). 3. Предписывающие критерии, которые основаны на установленном государством (не максимальном) уровне риска для его контроля (Франция) или определяющие недопустимость риска, источником которого является ОПО, вне его границ, т.е. ограничение риска со стороны ОПО пределами его территории (Германия). Несмотря на методологические различия в формулировках критериев нормирования индивидуального риска, существует единая Директива ЕС (Севезо-2) по управлению безопасностью химических объектов при крупных авариях, которая применяется каждым государством – членом ЕС. При этом верхняя граница (предельно допустимый уровень) индивидуального риска для стран ЕС принят равным 10-5 1/год. В России в последние годы также активно используется методический аппарат количественного анализа индивидуального риска в различных областях. Однако до настоящего времени на государственном уровне не установлены информативные значения, опираясь на которые можно осуществлять эффективную политику менеджмента риска с применением различных механизмов регулирования и контроля. В одной из первых работ в этой области, выполненной под руководством А.Н. Елохина [24], обоснованы критерии приемлемости индивидуального риска с учетом амортизационного износа основного технологического оборудования и анализа аварийности в промышленности РФ. Предложены следующие уровни риска для населения (для одного человека в год) и соответствующие этим уровням зоны контроля риска: а) для территорий вблизи существующих ОПО уровень риска: - более 10-4 – зона недопустимого риска, - менее 10-4 , но более 10-5 – зона жесткого контроля риска, - менее 10-5 – зона приемлемого риска; б) для территории вблизи нового строительства уровень риска должен быть снижен для каждой зоны на порядок. Приведенным названиям зон соответствуют следующие описания: 1-я зона – зона недопустимого риска – это территория, где необходимо либо проводить соответствующий комплекс мероприятий, либо не допускать нахождение людей в этой зоне. Под комплексом мероприятий понимаются мероприятия, обеспечивающие снижения риска и проводимые либо на самом объекте (изменение технологических процессов, уменьшение запасов опасных веществ, введение дополнительных систем контроля и т.д.), либо вне его (улучшение организации экстренной медицинской помощи, обучение населения и т.д.). Для нового строительства в таких зонах вообще не следует предусматривать нахождение людей, не связанных непосредственно с обслуживанием технологического оборудования и производственных процессов на объекте. 2-я зона – зона жесткого контроля риска. В этой зоне должны выполняться следующие требования: - нахождение в зоне ограниченного числа людей в течение ограниченного отрезка времени (например, один – два объекта с наибольшей работающей сменой до 100 чел.); - персонал таких объектов должен быть хорошо обучен и готов к проведению защитных мероприятий в случае крупной производственной аварии на потенциально опасном объекте; - в зоне должна быть отработана система оповещения, позволяющая в кратчайшие сроки осуществить мероприятия по защите производственного персонала; - объект, находящийся в такой зоне, сам не должен являться потенциально опасным, поддерживающим эффект «домино», и не должен использовать непрерывные технологические процессы. 3-я зона – зона приемлемого риска – это территория, где допускается любое строительство и размещение населения. Исходя из уровня социально-экономического развития Российской Федерации и на основании существующего мирового опыта, Российским научным обществом анализа риска в 2006 г. принята Декларация об установлении предельно допустимого уровня индивидуального риска смерти, а также уровня социального риска. Предложенные нормативы носят рекомендательный и целеориентированный характер, отражают специфику промышленного объекта, а также характер опасного воздействия (рис. 10.2). Рис. 10.2 Значения рекомендуемых нормативных уровней индивидуального риска для функционирующих и вновь строящихся объектов–источников техногенного риска Для потенциально опасных производственных объектов России установлен предельно допустимый уровень индивидуального риска в диапазоне 10-4 –10-5 смертей в год в качестве общего федерального норматива. Указанный норматив дифференцирован в зависимости от специфики промышленных объектов – источников опасности и характера их опасного воздействия на население. Эта дифференциация отражает следующие показатели предельно допустимого уровня индивидуального риска смерти, являющиеся частными федеральными нормативами: а) по критерию новизны промышленного объекта (за исключением специаль-ных объектов): - не более 10-5 1/год – для новых (вновь проектируемых) объектов, - не более 10-4 1/год – для действующих объектов; б) по критерию комбинированности опасного воздействия: - не более 10-5 1/год – для систематического воздействия вредных факторов на здоровье населения, - не более 10-4 1/год – для совместного (комбинированного) систематического воздействия различных вредных факторов на здоровье населения. 2.2. Коллективный риск Показатель потенциального риска, как мы установили, определяет величину и основу пространственного распределения опасности – частоты реализации аварий (либо негативных воздействий определенного уровня) в виде вероятностных зон поражения. Величина индивидуального риска учитывает вероятность последствий этих событий для одного человека, т.е. смерти либо потери здоровья (летальный и нелетальный исходы) индивидуума. Однако опасные события могут оказывать воздействие на группу людей и тогда последствия определяются количеством пострадавших. Следовательно, необходим учет количества людей, находящихся в вероятностных зонах поражения. Данная величина может быть охарактеризована распределением персонала (или населения) на рассматриваемой территории и для произвольного момента времени также является вероятностной величиной. Количеством пострадавших, в соответствии с принятой терминологией при классификации ЧС, является число людей, погибших и/или получивших в результате ЧС ущерб здоровью. На языке военных специалистов это понятие часто звучит как сумма безвозвратных и санитарных потерь. Вместе с тем показатель коллективного риска в частных случаях должен оговаривать тяжесть последствий, поскольку термин «здоровье человека» в целом отражает не только отсутствие болезней или инвалидности, но и, как мы уже говорили, состояние физического, психического и социального благополучия. Известно, что в результате таких техногенных аварий и катастроф, как крушения самолетов, которые очень тяжело воспринимаются обществом, помощь психологов необходима многим людям. Таким образом, показатель «коллективный риск» в отличие от риска индивидуального, является интегральной мерой опасности, отражающей масштаб ожидаемых последствий для людей в результате потенциальных аварий или других негативных воздействий. Вероятность реализации события-аварии рА за рассматриваемый период времени t связана с частотой реализации этого события λА и может быть представлена в общем виде: t (5.6) поэтому коллективный риск является, по сути, математическим ожиданием дискретной случайной величины людских потерь n и может быть рассчитан в виде: , (5.7) где i = 1…k – число расчетных сценариев возникновения и развития аварии, при которых возможны людские потери; pi – вероятность реализации i-го сценария аварии; ni – значение величины людских потерь (общих либо пострадавших в определенной степени) при реализации i-го сценария аварии. Прогноз количества пострадавших в оцениваемой группе, когда статистические данные отсутствуют, можно выполнить с помощью математических моделей, например, по формуле: , чел., (5.8) где M[NA] – математическое ожидание числа случайных событий-аварий на рассматриваемой территории; SЗП – средняя площадь зоны поражения при реализации события-аварии (или ее фактора), км2/событие; П – средняя плот-ность населения в районе возможных опасных событий, чел/км2. Коллективный риск может быть выражен посредством индивидуального риска, например, вблизи ОПО: , (5.9) где S – область интегрирования, обычно площадь территории, км2; N(x,y) – плотность распределения населения и (или) персонала по территории, прилегающей к опасному объекту, чел./км2. Расчет показателя коллективного риска при известной величине индивидуального риска в общем виде может быть выполнен по формуле: , чел/год, (5.10) где N – число людей, подверженных рассматриваемой опасности (опасному фактору), чел. Поскольку коллективный риск характеризует масштаб опасности, этот показатель риска часто используется в следующих целях: - оценки и сравнения различных территорий по уровню опасности; - оценки и сравнения отдельных событий по уровню опасности; - оценки уровня опасности для отдельных групп людей, коллективов, экипажей, объединенных выполнением общих целей (рабочих и служебных обязанностей), местом проживания и т.д. Различия в рассмотренных показателях риска (потенциальный, индивидуальный, коллективный) можно проиллюстрировать на таком примере. Вблизи источника постоянной опасности (ОПО) расположено здание учреждения, где в течение рабочего дня находится 100 сотрудников, а в остальное время суток – 2 охранника. Потенциальный риск территории (в данном случае – помещений) будет определяться степенью опасности в каждом из них, и, предположим, он одинаков. Индивидуальный риск не зависит от числа присутствующих в здании и будет также одинаков для каждого из сотрудников и охранников при равном времени пребывания в здании. Однако коллективный риск за определенный промежуток времени (к примеру, год) для группы сотрудников и группы охранников будут существенно отли-чаться. Несложно подсчитать, что в первом случае он будет в 50 раз выше. Пример 4.1. Численность пострадавших в 2007 г. в России при несчастных случаях на производстве со смертельным исходом составила n = 2985 чел. Определите индивидуальный риск гибели человека на производстве, если численность работающих в стране составляла примерно N = 74 млн. чел. Определите величину коллективного риска в организации, насчитывающей n1 = 500 работающих. Последовательность расчета : 1. Индивидуальный риск гибели человека на производстве составит: ,1/год 2. Прогнозируемый коллективный риск для работников организации будет равен: , чел./год. 2.3. Социальный риск Существующая в области промышленной безопасности и принятая к рассмотрению система показателей риска (индивидуальный, коллективный, социальный, технический, экологический) учитывает воздействия, возникающие при реализации опасностей на определенные объекты. Таким объектом воздействия, т.е. сферой приложения социального риска, являются группы людей либо их интересы (в этом его сходство с коллективным риском), а также сообщества людей или общество в целом. В этом состоит первый признак социального риска – масштабность. Вторым признаком социального риска является вид и степень тяжести негативных последствий. Этот показатель риска учитывает не только гибель, травмы и болезни людей, пострадавших в результате аварий, катастроф и ЧС. Социальный риск может принимать во внимание экономические и социальные потери (ущерб) в случае нарушения процесса нормальной жизнедеятельности, а также вследствие изменений в окружающей человека среде (социальной и природной) при реализации опасности. Социальный ущерб населению и территории состоит в отрицательном влиянии на физическое, материальное и моральное состояние людей. К числу социальных последствий могут быть отнесены генетические отклонения у людей, обусловленные загрязнением окружающей среды мутагенами, вызывающими наследственные изменения в хромосомах и генах. Социальные последствия оказывают существенное влияние на демографическую ситуацию в стране, выражающуюся в снижении численности населения в районах бедствия за счет вынужденных переселенцев из этих районов, в изменении профессиональной структуры населения, его возрастного состава и т.д. Социальные и другие последствия могут негативно сказываться на реализации социальных и экономических программ, тем самым снижая экономические возможности государства. Анализ последствий крупных аварий и катастроф показывает, что затраты на их ликвидацию, создание приемлемых условий для жизнедеятельности населения могут существенно влиять на социально-экономическое развитие государства. Основные источники социального риска и соответствующие им факторы приведены в табл. 5.2. Таблица 5.2 – Основные источники и факторы социального риска Источник социального риска Наиболее распространенные факторы социального риска Промышленные технологии и опасные промышленные объекты Транспортные аварии и катастрофы. Аварии на АЭС, ТЭС, химических комбинатах, продуктопроводах и т.п. Техногенное загрязнение окружающей среды Системы жизнеобеспечения населения Аварии на электростанциях и электроэнергетических системах. Аварии на тепловых сетях, системах газо- и водоснабжения, бытовых газовых приборов Урбанизация экологически неустойчивых территорий Поселение людей в зонах возможного затопления, образования оползней, селей, ландшафтных пожаров, повышенной сейсмичности региона Социальные и военные конфликты Боевые действия. Применение оружия массового поражения Эпидемии Распространение вирусных заболеваний Снижение качества жизни Безработица, голод, нищета. Ухудшение медицинского обслуживания. Низкое качество продуктов питания. Неудовлетворительные жилищно-бытовые условия 3.1 Показатели социального риска Расчетные показатели социального риска могут относиться к анализу произошедших или происходящих, т.е. детерминированных событий (апостериорные оценки) либо использоваться для прогнозирования риска (априорные оценки) при решении задач, как правило, социальной направленности. Для факторов опасности, существование которых в окружающей среде детерминировано (их вероятность равна единице) либо произошедших событий, величину социального риска можно оценить, например, по динамике смертности, рассчитанной на 1000 человек из соответствующей группы: , (5.11) где Rc – социальный риск; С1, С2 – число умерших в единицу времени в исследуемой группе соответственно в начале и в конце периода наблюдения; LГ – общая численность исследуемой группы. Другим примером апостериорных оценок социального риска, обычно представляемых в относительной форме (относительно группы людей определенной численностью), является количество погибших в ДТП на 100 тыс. жителей: , (5.12) где N – общее число погибших в ДТП; L – средняя численность населения страны (региона) за рассматриваемый период времени. Этот показатель социального риска широко используется на практике и является одним из основных для оценки транспортных рисков (разновидность техногенного риска), принятых в статистических схемах различных стран мира. Социальный риск гибели в ДТП часто используется для сравнения человеческих потерь в результате воздействия других массовых факто-ров смертности населения, таких как болезни, эпидемии, войны, природные и техногенные катастрофы и т.д. По статистическим данным величина Rc ДТП в России за 2003 г. составляла 23,93 единицы (для сравнения: в Японии – 5,38; Великобритании – 5,6; Германии – 7,1; США – 14,6). В 2008 г. эта величина в России составила 21,08, а по официальным прогнозам, представленным в федеральных целевых программах, к 2012 г. должна снизиться до 16 единиц. Расчет социального риска при прогнозировании последствий, возникших в результате события-аварии на опасном объекте, может быть выполнен по формуле: , (5.13) где Rc(N) – величина социального риска поражения N и более человек, 1/год; i = 1…n – число расчетных сценариев возникновения и развития события-аварии; j = 1…m – число видов воздействия поражающих факторов при реализации i-го сценария аварии; λi – частота реализации i-го сценария возникновения и развития аварии, 1/год; Pi,j(x, y) – вероятность реализации j-го вида воздействия (поражающего фактора) для i-го сценария; PN – вероятность присутствия N и более человек в пределах определенной территории; P(N|Pj) – вероятность поражения N и более человек при реализации j-го вида воздействия (поражающего фактора). При расчете социального риска в результате воздействий в пределах определенной территории могут быть описаны функциональной зависимостью прогнозируемой частоты события от величины потерь (количества пострадавших). В этом случае численное значение социального риска относится также к единичному событию вероятностного характера (аварии, катастрофе, ЧС). Форма представления этой функции (рис. 11.3) имеет установив-шуюся мировую практику использования и название: F/N-кривая или F/N-диаграмма (от англ. «Frequency – Number», т.е. «частота – число»). Данный количественный подход к оценке риска был предложен Ф. Фармером в 1967 г. и в некоторых работах носит его имя. Поскольку диапазон изменения величин может охватывать два, три и более арифметических порядков, их графическая зависимость обычно строится в логарифмических координатах. Таким образом показатель «социальный риск» в F/N-координатах является вероятностной характеристикой нежелательных событий и описывается распределением частоты реализации конкретных сценариев этих событий по числу жертв (пострадавших). 3.2 Приемлемый социальный риск Обеспечение требуемого уровня безопасности непосредственно связано с достижением приемлемого уровня риска, конкретное значение которого на данном этапе развития определяется глубиной научных знаний, уровнем социально-экономического и технологического развития страны, развитостью культуры безопасности, национальным менталитетом и рядом других факторов. В вопросах приемлемости социального риска большое значение играет общественное мнение, на которое, в свою очередь, значитель-ное влияние оказывает восприятие населением факторов масштабности и тя-жести последствий. В настоящее время F/N-кривые часто используются не только в расчетах социального риска, но и в качестве критериальных зависимостей для оценки приемлемости социального риска, в основном, смертельного травмирования (рис. 5.4). В общем случае, в зависимости от задач анализа риска, параметр N (число) можно понимать как общее количество пострадавших либо количество летальных исходов или иной показатель тяжести последствий. При использовании F/N-диаграмм в качестве критерия приемлемости социального риска не следует выполнять сравнение только с числом N – кочеством пострадавших, в анализе должна участвовать функция F/N в це-ом. Это значит, что, к примеру, F/N-диаграмма не подходит для оценки ин-дивидуального риска. Более того, в законодательстве некоторых стран при оценке социального риска число пострадавших в каждом из рассматриваеых случаев принимается равным величине, превышающей 10 человек. Рис. 5.4 Диапазон значений социального риска. В качестве предельно допустимого риска в Нидерландах была рекомендована величина прогнозируемой частоты аварий 1·10-5 1/год с максимальным числом погибших N = 10 чел. (точка А на рис. 11.4). Величина частоты аварий 1·10-7 1/год ( 1% от предельно допустимого уровня) при количестве жертв N = 10 чел. была принята в качестве пренебрежимого уровня социального риска. Кроме того, в целях усиления значимости масштабов аварий, принятая программа указывает, что если последствия аварии в n раз больше (чем величина N = 10 чел.), то соответствующая им частота возникновения аварии должна быть уменьшена в n2 раз. Это значит, что при увеличении предполагаемого числа жертв, например, с 10 до 100 чел., т.е. в 10 раз, частота аварии должна быть снижена в 100 раз. Таким образом, в Нидерландах предельно допустимый уровень социального риска смерти (гибели) N и более человек ограничен величиной 10-3/N2 1/год, а пренебрежимый уровень – величиной, в 100 раз меньшей, т.е. 10-5/N2 1/год. Исходя из уровня социально-экономического развития нашей страны, декларация Российского научного общества анализа риска рекомендует установить следующие нормативы предельно допустимого уровня социального риска. Для новых (вновь проектируемых объектов) – риск смерти (гибели) N и более человек из населения – на уровне 10-3/N2 1/год; для действующих объектов – на уровне 10-2/N2 1/год. Пренебрежимые уровни социального риска рекомендуется установить в 100 раз меньше соответствующих предельно допустимых уровней. Для оценки приемлемости социального риска могут быть использованы и другие подходы. В соответствии с «Руководством по оценке рисков ЧС техногенного характера» [32] для этих целей рекомендованы нормативы приемлемого уровня рисков в матричной форме (табл. 11.2). Таблица 5.2 – Определение границ зон рисков в координатах «частота ЧС – число пострадавших» Частота ЧС, 1/год Размер материального ущерба, руб. Менее 10. От 10 до 50 От 50 до 500 Свыше 500 Более 1 Зона недопустимого 1 – 10 -1 риска 10-1– 10-2 Зона повышенного 10-2 – 10-3 риска 10-3 – 10-4 Зона условно 10-4 – 10-5 приемлемого 10-5 – 10-6 Зона приемлемого риска Более 10-6 риска При этом Руководство [32] использует следующие основные понятия: - социальный риск – зависимость между частотой реализации определенных факторов опасностей и размером последствий для здоровья людей; - социальный ущерб – потери, связанные с жизнью, здоровьем и духовными ценностями индивидуума, социальных групп и общества в целом. Выражение социальных потерь в виде экономического эквивалента (это необходимо, например, при страховании риска) создает условия для сопоставимости принимаемых экономических мер по схеме «затраты – результат». Социально-экономический (материальный) ущерб определяется [32] как стоимостное выражение потерь, связанных с жизнью, здоровьем и духовными ценностями индивидуума, социальных групп и общества в целом. Категории критичности социального риска, приведенные в данных матрицах, применительно к опасностям территорий, имеют следующую трактовку. Зона неприемлемого (недопустимого) риска – это территория, на которой не допускается нахождение людей, за исключением лиц, обеспечивающих проведение соответствующего комплекса организационных, социальных и технических мероприятий (специальное строительство инженерных сооружений, введение дополнительных систем защиты, контроля, оповещения и т.д.), направленных на снижение риска до допустимого уровня. Новое строительство не разрешается независимо от возможных экономических и социальных преимуществ того или иного вида хозяйственной деятельности, за исключением объектов обороны, охраны государственной границы или объектов, осуществляющих функционирование в автоматическом режиме. В плановом порядке осуществляется переселение людей в безопасные районы. Зона повышенного риска – это территория, на которой допускается временное пребывание ограниченного количества людей, связанное с выполнением служебных обязанностей. Новое жилищное и промышленное строительство допускается в исключительных случаях по решению глав администраций субъектов Российской Федерации или федеральных органов исполнительной власти при условии обязательного выполнения комплекса специальных мероприятий по снижению риска до приемлемого уровня, обязательному контролю риска и предупреждению чрезвычайных ситуаций. Зона условно приемлемого риска – территория, где допускается строительство и размещение новых жилых, социальных и промышленных объектов при условии обязательного выполнения комплекса дополнительных мероприятий по снижению риска. Зона приемлемого риска – территория, на которой допускается любое строительство и размещение населения. Решение о временных ограничениях на проживание и хозяйственную деятельность и проведение комплекса мероприятий, направленных на снижение риска, принимается Правительством Российской Федерации или органом исполнительной власти субъекта Российской Федерации по представлению надзорных органов. При невозможности снижения уровня риска ограничения на проживание и хозяйственную деятельность вводятся Законом Российской Федерации или законом субъекта Российской Федерации. 3 Реализация опасностей. Опасные техногенные события (аварии, катастрофы, чрезвычайные ситуации) Реализация опасностей по времени действия может происходить регулярно, то есть постоянно или периодически. Источниками таких опасностей могут быть, к примеру, сброс недостаточно очищенных сточных вод предприятия, выбросы из дымовой трубы и другие. При этом вредные факторы опасностей и детерминированные уровни их воздействия сопровождают нормальную (штатную) эксплуатацию объекта, которая может считаться нормальной лишь условно. Существование опасности может казаться неочевидным. Вместе с тем, наличие ее признаков не вызывает сомнения, так как согласно схеме возникновения опасностей и формирования риска (см. рис. 5.1) применительно к сбросу стоков в водоем в едином пространстве и времени действуют источник опасности – вредные (опасные) вещества – и реципиент (объект защиты), в первую очередь – обитатели водоема. Реализация опасностей другого вида происходит в случайный, заранее неизвестный момент времени (это случайные, стохастические события) и носит совершенно иной – залповый, обычно кратковременный характер. При этом потенциальные угрозы обретают реальную силу. Иногда реализацию этих опасностей называют «квазимгновенной», а ее последствия могут быть значительными по масштабам и времени воздействия первичных либо видо-измененных факторов. Основным и наиболее распространенным понятием, характеризующим подобное опасное техногенное событие, является авария. В наиболее общем виде ее определение следующее: авария – опасное техно- генное происшествие, создающее на объекте, определенной территории или акватории угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного или транспортного процесса, а также к нанесению ущерба ок-ружающей среде (ГОСТ Р 22.0.05-94). Установление закономерностей возникновения опасностей и реализации их в виде аварий – процесс далеко не простой, в особенности для сложных технических систем. Однако, по мере изучения механизма реализации аварий они переходят в разряд детерминированно-действующих и, следовательно, прогнозируемых событий. Прогнозирование аварий во взаимосвязи двух составляющих: вероятности их реализации и тяжести последствий, – со-ставляют основную цель и предметную область оценки и анализа риска в сфере промышленной безопасности. Важной категорией безопасности в техносфере является понятие опасного производственного объекта (ОПО). В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (№ 116-Ф3 от 21.07.97) к категории ОПО относятся предприятия или их цехи, участки, площадки, иные объекты, на которых: 1) получаются, используются, перерабатываются, хранятся, транспортируются, уничтожаются следующие опасные вещества: воспламеняющиеся, окисляющие, горючие, взрывчатые, токсичные, высокотоксичные, а также вещества, представляющие опасность для окружаю-щей среды (список этих веществ приведен в содержательной части закона); 2) используется оборудование, работающее под давлением 0,07 МПа или при температуре нагрева воды более 115 °С; 3) используются стационарно установленные грузоподъемные механизмы, канатные дороги, эскалаторы, фуникулеры; 4) получаются расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе этих расплавов; 5) ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях. По данным Ростехнадзора на 2009 г. в государственный реестр (систематизированную базу данных) занесена информация о 285 тысячах ОПО в составе примерно 120 тысяч эксплуатирующих организаций. Для этой категории объектов законом установлены следующие определения: авария – разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на ОПО, неконтролируемые взрыв и (или) выброс опасных веществ; инцидент – отказ или повреждение технических устройств, применяемых на ОПО, отклонение от режима технологического процесса, нарушение нормативных правовых положений и нормативных технических документов, устанавливающих правила ведения работ на ОПО. В сравнении с аварией инцидент является менее масштабным неблагоприятным событием, ущерб от которого отсутствует либо незначителен. В среде специалистов инцидент часто связывают с предаварийной ситуацией или состоянием объекта. Близким к определению «инцидент» является также нормативное определение «нештатная ситуация», при которой технологический процесс или состояние оборудования выходит за рамки нормального функционирования и может привести к аварии (ПБ 09-540). В практике использования данных понятий имеются определенные особенности. Так, например, отдельные отраслевые опасные техногенные события именуются дорожно-транспортными происшествиями, крушениями поездов, пожарами различной интенсивности. Используются также иные отраслевые определения аварии, установленные нормативными документами: - гидродинамическая авария – авария на гидротехническом сооружении, связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации (ЧС); - химическая авария – авария на химически опасном объекте, сопровождающаяся проливом или выбросом опасных химических веществ, способная привести к гибели или химическому заражению людей, продовольствия, пищевого сырья и кормов, сельскохозяйственных животных и растений или к химическому заражению окружающей природной среды; - транспортная авария – авария на транспорте, повлекшая за собой гибель людей, причинение пострадавшим тяжелых телесных повреждений, уничтожение и повреждение транспортных сооружений и средств или ущерб окружающей природной среде; - авария на объекте магистрального трубопроводного транспорта опасных жидкостей – внезапный вылив или истечение опасной жидкости в результате полного разрушения или частичного повреждения трубопровода, его элементов, резервуаров, оборудования и устройств, сопровождаемые одним или несколькими из следующих событий: а) смертельным травматизмом; б) травмированием с потерей трудоспособности; в) воспламенением опасной жидкости или взрывом ее паров; г) загрязнением любого водостока, реки, озера, водохранилища или любого другого водоема сверх пределов, установленных стандартом на качество воды, вызвавшим изменение окраски поверхности воды или берегов или приведшим к образованию эмульсии, находящейся ниже уровня воды, или отложений на дне или берегах; д) утечками, составившими 10 м3 и более, а для легкоиспаряющихся жидкостей – превысившими 1 м3 в сутки. Ситуация, когда произошла авария и возможен дальнейший ход ее развития, называется аварийной ситуацией (ПБ 09-540). Наиболее неблагоприятные пути развития аварийной ситуации могут привести к катастрофе. Техногенная катастрофа – это крупная авария, повлекшая за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей либо разрушение и уничтожение объектов, материальных ценностей в значительных размерах, а так же приведшая к серьезному ущербу окружающей среде. Катастрофа может возникнуть сразу же, минуя стадию развития аварии, если риск ее оказывается исключительно велик. В случае возникновения катастрофы разрушительное воздействие сил первичной или видоизмененной природы (в ходе развития аварийной ситуации) значительно превышает ресурс защиты объекта-реципиента. Уязвимость объекта при этом, как правило, многократно уступает разрушительной силе. Например, морская практическая деятельность связана с наличием постоянной повышенной опасности, и объектами защиты здесь всегда являются пассажиры, экипаж, груз и судно. Возникновение условий экстремальных ветроволновых нагрузок (жестокий шторм, ураганный ветер), противостоять которым чрезвычайно сложно, зачастую называют обстоятельствами непреодолимой силы или форс-мажорной ситуацией. Эти выражения имеют эмоциональный оттенок, но более понятны для сведущих людей, чем официальное понятие «опасные морские гидрометеорологические явления». В целом можно классифицировать опасные техногенные события (рис. 5.7) по местоположению относительно рассматриваемого объекта (причинам возникновения), тяжести последствий, виду и другим признакам. Опасные события на объектах техносферы обусловлены внутренними и внешними причинами, а так же их неблагоприятным сочетанием. Внутренние причины связаны с протекающими в объектах опасными техногенными процессами: старением, изнашиванием, изменением параметров, которые ведут к отказам технических средств, а последние – к инцидентам и авариям. К внутренним причинам относится также человеческий фактор, доля которого в общей аварийности бывает очень высокой. Внешние причины обусловлены взаимодействием объектов техносферы с окружающей (природной, техногенной, социальной) средой, в которой эпизодически возникают угрозы и ситуации, инициирующие опасные техногенные события. Так, аварии на объектах техносферы могут быть вызваны опасными природными явлениями (природно-техногенные катастрофы), авариями на других объектах техносферы, опасными социальными явлениями (социотехногенные аварии, вызванные, например, несанкционированными действиями, актами технологического терроризма). Социальный фактор является причиной большинства пожаров. 4. Опасности аварий и их последствия. Выше отмечалось, что опасность техногенного характера рассматривается как состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий источника техногенной чрезвычайной ситуации на человека и окружающую среду при его возникновении либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов. Большинство опасностей на промышленных объектах возникает в результате штатных (плановых) или нештатных (аварийных) выбросов в атмосферу вредных (токсичных) или взрывопожароопасных веществ или в результате быстротечных выделений больших количеств энергии. Указанные опасности, как правило, имеют различное происхождение, разные масштабы и механизмы воздействия на человека и окружающую среду. Ниже приведены типовые возможные опасности, последовательности событий, исходы аварий и их последствия на химико-технологических объектах. Технологические опасности: а) значительные объемы хранения опасных, горючих, нестабильных, коррозионных, удушающих, взрывающихся от удара, высоко реактивных, токсичных, горючих, пылевидных веществ; б) экстремальные физические условия: высокие и низкие температуры, высокие давления, вакуум, циклические изменения давления и температуры, гидравлические удары. Инициирующие события: а) технологические нарушения: • отклонения технологических параметров: давления, температуры, расхода, концентрации, скорости реакции, теплоты реакции, изменение фазового состояния, загрязнение; • спонтанные реакции: полимеризация, неконтролируемые процессы, внутренний взрыв, разложение; • разгерметизация трубопроводов, резервуаров, сосудов, отказ прокладок, сальников; • неисправности оборудования: насосов, клапанов, измерительных приборов, датчиков, блокировок; • неисправности систем обеспечения: электрической, подачи воздуха или азота, водоснабжения, охлаждения, теплообмена, вентиляции; б) отказ системы административного управления и субъективные ошибки; в) внешние события: экстремальные погодные условия, землетрясения, воздействие других аварий, случаи вандализма, диверсии. Промежуточные события, способствующие эскалации аварий: а) отказы оборудования (например, систем безопасности); б) отказы в системе административного управления; в) ошибки человека; г) эффекты домино: разгерметизация другого оборудования, выбросы других веществ; д) внешние условия: погодные, видимость. Промежуточные события, способствующие снижению риска: а) адекватные реакции систем контроля и управления или оператора; б) адекватные реакции систем безопасности; в) своевременное реагирование на чрезвычайную ситуацию: сирены предупреждения, аварийные мероприятия, защитная экипировка, убежища, эвакуация. Исходы аварий: а) выбросы вредных веществ: выброс, мгновенное и постепенное испарение, дисперсия газа; б) пожары: пожары луж, струевое пламя, образование огневых ша­ров и взрывов перегретых углеводородных жидкостей, вспышечные пожары; в) взрывы: ограниченные, физические, пылевые, взрыв первого облака в свободном пространстве, детонация, взрыв конденсированной фазы; г) разлет осколков; д) последствия воздействий: ионизирующего, токсического, термического, избыточного давления. При оценках индивидуального риска от ЧС техногенного и природного характера часто принимается, что значения индивидуального риска в основном определяются частотой аварии и интенсивностью поражающего фактора (моделями воздействия) и сопротивлением этому воздействию (законами поражения). В качестве поражающего фактора при расчете последствий принимается фактор, вызывающий основные разрушения и поражения. Основные параметры поражающих факторов ЧС природного и техногенного характера приведены в табл. 5.3. - Таблица 5.2. - Поражающие факторы и их основные параметры Виды ЧС Поражающие факторы Параметры Землетрясение Обломки зданий, сооружений Интенсивность землетрясения Взрывы Воздушная ударная волна Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны Пожары Тепловое излучение Плотность теплового потока Цунами, прорыв плотин Волна цунами, волна прорыва Высота волны максимальная скорость волны, площадь и длительность затопления, давление гидравлическое Радиационные аварии Радиоактивное заражение Доза излучения Химические аварии Токсичные нагрузки Токсодоза Лекция № 6 (2Р) Методологические основы оценки и анализа риска Цель: Рассмотреть методику и основные методы анализа риска Время 4 часа. Учебные вопросы: 1. Основные этапы анализа риска. 2. Концепции и характеристики методов оценки рисков. 3. Методы экспертных оценок - «Что будет, если..?», проверочного листа, контрольных карт, метод Делфи . 4. Методы анализа отказов и опасности - АВПО, АВПКО и АОР. 5. Графоаналитические методы анализа – «Дерево отказов» и «Дерево событий» Литература: []. 1. Основные этапы анализа риска Одним из основных подходов в процессе регулирования и обеспечения безопасности в техносфере в последние годы стала методология оценки и анализа риска. Принятый Закон «О техническом регулировании» (№ 184-ФЗ от 27.12.2002 г.) закрепил обязательность применения процедуры оценки риска при оценке соответствия объектов требованиям безопасности и обязанность применения и учета результатов его оценки. Анализ риска понимается как систематические научные исследования и практическая деятельность, направленные на выявление и количественное определение характеристик риска, его оценку и сопоставление с критериями в целях определения приемлемости анализируемого риска и выработки приоритетов управления. Анализ риска (риск-анализ) является частью системного подхода к принятию решений, процедур и практических мер в решении задач управления процессом обеспечения безопасности. Основой анализа риска являются физическое и математическое моделирование самой технической системы и ее рабочих процессов, включающее взаимодействия основных компонентов системы, операторов, персонала с окружающей средой в штатных и нештатных ситуациях. При анализе рисков формируются и описываются сценарии возникновения и развития аварий и катастроф с применением основных определяющих уравнений и критериев механики, физики и других наук. Оценка риска является составной частью анализа риска. На базе анализа рисков осуществляется комплекс работ по обеспечению безопасности на всех этапах жизненного цикла технических систем: - сопоставление вариантов создания новых образцов; - разработка мер защиты от аварий и катастроф; - мониторинг опасности функционирования; - продление ресурса безопасной эксплуатации; - модернизация по мере возрастания требований безопасности; - безопасный вывод из эксплуатации, хранение и утилизация. Анализ рисков является основополагающим элементом основы страховой защиты, причем риск здесь является не случайным событием, а юридически обоснованным условием, составляющим норму договорно-страхового права. Концептуальная основа анализа техногенного риска может быть представлена в виде блок-схемы, изображенной на рис. 6.1. Рис. 6.1 Блок-схема анализа техногенного риска Общая логическая последовательность шагов (действий) в методологии количественного анализа техногенного риска состоит из выполнения следующих этапов: 1. Обоснование целей и задач анализа риска. Планирование и организация работ. Анализ технологических особенностей производственного объекта. 2. Идентификация источников риска и условий, при которых они могут оказать негативное воздействие. 3. Определение частоты (или вероятности) возникновения нежелательных событий. 4. Определение характеристик источников воздействия опасных факторов (общих количеств, интенсивности и продолжительности: выбросов, сбросов, выделения энергии) для всего спектра нежелательных событий. 5. Обоснование моделей и расчет пространственно-временного переноса и распространения исходных факторов опасности в окружающей среде. 6. Построение полей потенциального риска вокруг каждого из выделенных источников опасности. 7. Расчет прямых и косвенных последствий (ущербов) негативного воз-действия источников опасности на различные субъекты (реципиенты) или группы риска. 8. Оценивание риска. Расчет показателей риска. 9. Сравнение с критериями приемлемости и оценка значимости риска. Полученная информация о риске является основой для менеджмента риска – разработки и оптимизации организационно-технических мероприятий по снижению риска до заданной величины. Задачей менеджмента риска является разработка планов действия по снижению и контролю риска, наработка альтернативных вариантов, а также оценка эффективности этих планов и выработка рекомендаций для принятия управленческих решений, вплоть до отказа от намечаемой деятельности. Реализацию этого блока вопросов в отношении риска часто называют управлением риском. Таким образом, укруп-ненная схема деятельности в отношении риска, наиболее часто используемая в области промышленной безопасности, представлена на рис. 6.2. Научно-техническая методология оценки и анализа техногенного риска, закрепленная нормативно-методическими документами и реализуемая в сфере промышленной безопасности, состоит из последовательных этапов (см. рис. 6.1), основные из которых нуждаются в пояснении. Предварительным этапом является этап планирования работ, на котором дается описание анализируемого опасного производственного объекта, его структурных составляющих, а также причин и проблем, которые вызвали необходимость проведения анализа риска. Далее подбирается группа исполнителей, определяются цели и задачи проводимого анализа риска (они могут отличаться для различных этапов жизненного цикла объекта), а также выполняется обоснование используемых методов анализа и критериев прием-лемого риска. Для обеспечения качества анализа риска следует использовать знания закономерностей возникновения и развития аварий на опасных производственных объектах. При этом в качестве исходной информации часто используют результаты анализа риска для подобного объекта или аналогичных технических устройств (систем), применяемых на объекте. Однако в этом случае следует показать, что объекты и процессы подобны, а имеющиеся отличия не будут вносить значительных изменений в результаты анализа. Основными задачами следующего, начального этапа – идентификации опасностей являются выявление и четкое описание всех источников опасностей (угроз) и путей (сценариев) их реализации. Это ответственный этап анализа риска, поскольку не выявленные на этом этапе опасности не подвергаются дальнейшему рассмотрению и исчезают из поля зрения. Последствия реализации опасностей могут касаться только самого объекта (системы), а также иметь более широкую сферу распространения и многочисленные реципиенты. Поэтому при идентификации опасностей следует определить, какие элементы, технические устройства, технологические блоки или процессы в технологической системе требуют более серьезного анализа и какие представляют меньший интерес с точки зрения безопасности. Вариантами результатов идентификации опасностей и дальнейших действий могут быть: - решение прекратить дальнейший анализ тех или иных элементов, устройств, систем ввиду незначительности опасностей или достаточности полученных предварительных результатов; - решение о проведении более детального анализа опасностей и оценки риска; - выработка предварительных рекомендаций по уменьшению опасностей. Этап оценки риска является основным компонентом анализа риска, относящимся к качественному и количественному определению риска, и выполняется посредством нахождения двух составляющих риска: - частот возникновения инициирующих и всех нежелательных событий; - величины последствий возникновения нежелательных событий. Для определения частоты нежелательных событий, в соответствии с РД 03-418-01 [34], рекомендуется использовать: - техническую документацию соответствующего оборудования; - статистические данные по аварийности и надежности данного оборудования либо его аналогов; - логико-графические методы анализа типа «деревьев отказов», «деревьев событий», а также имитационные модели возникновения аварий; - экспертные оценки специалистов. Оценка последствий включает анализ возможных воздействий на людей, материальные ценности и/или объекты природной среды. Для оценки последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий (отказы, разрушения технических устройств, зданий, сооружений, пожары, взрывы, выбросы токсичных веществ и т.д.). При анализе последствий аварии необходимо использовать модели аварийных процессов и критерии поражения и разрушения изучаемых объектов воздействия, учитывать огра-ничения применяемых моделей. Следует также учитывать и, по возможности, выявлять связь масштабов последствий с частотой их возникновения. Сравнение значений расчетных показателей риска с критериями приемлемых величин дает возможность получить оценку значимости риска нежелательных событий. Особое внимание при этом должно быть уделено не только анализу величины риска и его приемлемости, но и анализу его составляющих, имеющих наибольшие значения, – частоты возникновения нежелательных событий и масштаба последствий. Одним из наиболее наглядных примеров может являться оценка риска промышленных объектов (установок), объединенных общей технологической цепочкой предприятия. В этом случае в составе задач анализа риска на предприятии может быть выявление «слабых мест», т.е. объектов повышенного риска в целях принятия первоочередных мер. Заключительным этапом анализа риска, в соответствии с РД 03-418-01, является разработка мероприятий по уменьшению риска. Деятельность в этом направлении часто называют менеджментом риска, а также управлением риском. Обычно эта деятельность рассматривается как вытекающая из анализа риска. Меры по уменьшению риска могут носить технический и/или организационный характер. Вследствие возможной ограниченности ресурсов в первую очередь должны разрабатываться простейшие рекомендации, связанные с наименьшими затратами. В большинстве случаев первоочередными мерами обеспечения безопасности, как правило, являются меры предупреждения аварии. Выбор планируемых для внедрения мер безопасности имеет следующие приоритеты: а) меры по уменьшению вероятности возникновения аварийной ситуации, включающие: - меры по уменьшению вероятности возникновения инцидента; - меры по уменьшению вероятности перерастания инцидента в аварийную ситуацию; б) меры по уменьшению тяжести последствий возможной аварии, которые, в свою очередь, имеют следующие приоритеты: - меры, предусматриваемые при проектировании потенциально опасного объекта (например, расположение вне зон повышенной опасности – природной и техногенной, выбор несущих конструкций, запорной арматуры); - меры, относящиеся к системам противоаварийной защиты и контроля (например, устройство ограждающих стен резервуаров для хранения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, а также дополнительных преград, обеспечивающих сдерживание потока при аварийном разливе, приоритетная защита особо ценных природных объектов, либо, к примеру, применение газоанализаторов); - меры, касающиеся готовности эксплуатирующей организации к локализации и ликвидации последствий аварии (например, создание аварийноспасательных формирований, оснащение их специальной техникой). В целях обоснования и оценки эффективности предлагаемых мер по уменьшению риска рекомендуется придерживаться двух альтернативных целей их оптимизации: - при заданных средствах обеспечить максимальное снижение риска эксплуатации объекта (цель – минимизация риска при фиксированном финансировании); - при минимальных затратах обеспечить снижение риска до приемлемого уровня (цель – достижение приемлемого риска). 2. Концепции и характеристики методов оценки рисков В настоящее время используются следующие концепции анализа риска [8, 9, 53], которые различаются по сферам его проявления (рис. 6.3). Рис. 6.3 Методический аппарат анализа риска Технократическая (техническая) концепция, основанная на анализе относительных частот возникновения опасных событий (инициирующих чрезвычайные ситуации) как способе задания их вероятностей. При ее использовании имеющиеся статистические данные усредняются по масштабу, группам населения и времени. В случае оценки риска аварии на объекте техносферы рассматривают частоту возникновения исходных событий (аварийных ситуаций), сценарии их развития в аварию с соответствующими вероятностями реализации, а также последствия данной конкретной аварии. Экономическая концепция, в рамках которой анализ риска рассматривается как часть более общего затратноприбыльного исследования. В последнем случае риски есть ожидаемые потери полезности, возникающие вследствие некоторых событий или действий. Конечная цель состоит в распределении ресурсов таким образом, чтобы максимизировать их полезность для общества. Психологическая концепция концентрируется вокруг исследований межиндивидуальных предпочтений относительно вероятностей с целью объяснить, почему индивидуумы не вырабатывают свое мнение о риске на основе средних значений; почему люди реагируют согласно их восприятию риска, а не объективному уровню рисков или научной оценке риска. Социологическая (культурологическая) концепция основана на социальной интерпретации нежелательных последствий с учетом групповых ценностей и интересов. Социологический анализ риска связывает суждения в обществе относительно риска с личными или общественными интересами и ценностями. Культурологический подход предполагает, что существующие культурные прототипы определяют образ мыслей отдельных личностей и общественных организаций, заставляя их принимать одни ценности и отвергать другие. В рамках технократической концепции для определения основных компонент риска необходимо рассматривать распределение опасных событий во времени и по ущербу. Основными элементами, входящими в систему оценки риска, являются источник опасности, опасное событие, вредные и поражающие факторы, объект воздействия и ущерб. Под опасным событием понимается такое событие (авария, катастрофа, экстремальное природное явление), которое приводит к формированию вредных и поражающих факторов для населения, объектов техносферы и окружающей среды. Последствия этих факторов определяются величиной наносимого ущерба. При этом после идентификации опасностей (выявления принципиально возможных рисков) необходимо оценить их уровень и последствия, к которым они могут привести, т.е. вероятность соответствующих событий и связанный с ними потенциальный ущерб. Для этого используют методы оценки риска, которые в общем случае делятся на феноменологические, детерминистические, вероятностные и экспертные. Феноменологический метод базируется на определении возможности или невозможности протекания аварийных процессов, исходя из результатов анализа необходимых и достаточных условий, связанных с реализацией тех или иных законов природы. Этот метод наиболее прост в применении, но дает надежные результаты, если только рабочие состояния или процессы таковы, что можно с достаточным запасом достоверности определить текущее состояние компонентов рассматриваемой системы (он ненадежен вблизи границ резкого изменения состояния веществ и систем). Феноменологический метод хорош при определении сравнительного уровня безопасности различных типов промышленных установок, технологий, но малопригоден для анализа разветвленных аварийных процессов, развитие которых зависит от надежности тех или иных частей установки и/или ее средств защиты. Детерминистический метод предусматривает анализ последовательности этапов развития аварий, начиная от исходного события, через последовательность предполагаемых стадий отказов, деформаций и разрушения компонентов до установившегося конечного состояния системы. Ход аварийного процесса изучается и предсказывается с помощью математического моделирования, построения имитационных моделей и проведения сложных расчетов. Детерминистский подход обеспечивает наглядность и психологическую приемлемость, так как дает возможность выявить основные факторы, определяющие ход процесса. В ядерной энергетике этот подход долгое время являлся основным при определении степени безопасности ядерных энергоблоков в нормативных документах, связанных с регулированием использования ядерной энергии. Но и этот метод также обладает недостатками: существует потенциальная возможность упустить из вида какие-либо важные цепочки событий при развитии аварии, построение достаточно адекватных математических моделей является трудной задачей, для тестирования расчетных программ часто требуется проведение сложных и дорогостоящих экспериментальных исследований. Детерминистический метод реализуется на базе фундаментальных закономерностей, которые в последние годы объединяют в рамках новых научных дисциплин – физики, химии и механики катастроф. В вероятностном методе анализ риска содержит как оценку вероятности (частоты) возникновения аварии, так и расчет относительных вероятностей того или другого пути развития процессов. При этом анализируются разветвленные цепочки событий и отказов оборудования, выбирается подходящий математический аппарат и оценивается полная вероятность аварий. Расчетные математические модели в этом подходе, как правило, можно значительно упростить в сравнении с детерминированными схемами расчета. Основные ограничения вероятностного анализа безопасности (ВАБ) связаны с недостаточностью сведений по функциям распределения параметров, а также недостаточной статистикой по отказам оборудования. Кроме того, применение упрощенных расчетных схем снижает доверительность получаемых оценок риска для тяжелых аварий. Тем не менее, в настоящее время вероятностный метод считается одним из наиболее перспективных для применения в будущем. Экспертные методы (методы экспертных оценок) основаны на использовании знаний и опыта экспертов – высококвалифицированных специалистов в рассматриваемой области деятельности. Суть этих методов, часто используемых на практике, достаточно подробно рассмотрена в следующем подразделе. При оценке и анализе риска используются методы, основанные на качественном и количественном подходах к оценке опасностей. Исходя из этого, применяемые методы классифицируют по характеру исходной и результирующей информации на качественные и количественные. Качественные методы оценки и анализа риска используют меньший объем информации и затрат труда, их рекомендуется использовать на стадии идентификации опасностей, поэтому эти методы, как правило, предшествуют количественным. Качественные методы допускают получение неточных, приблизительных оценок (больше, меньше), а также использование лингвистических переменных в виде слов и словосочетаний естественного языка (низкий, средний, высокий, очень высокий). Подобные оценки часто встречаются при ранжировании составляющих риска, например, по частоте возникновения событий (никогда, редко, часто) или по размеру последствий (малосущественный, значительный и т.д.). Количественный анализ возможен на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности. Количественные оценки более эффективны, точны, но требуют большого объема информации об аварийности, учета особенностей окружающей местности, метеоусловий и других факторов, а также значительных затрат времени и более квалифицированных специалистов для исполнения. В качестве определенного сравнения рассмотренных подходов можно привести слова У. Томсона (лорда Кельвина): «Если вы можете измерить то, о чем вы говорите, и выразить это в цифрах, значит, вы кое-что об этом знаете…». 3. Методы экспертных оценок. Экспертные (от лат. expertus – опытный) методы оценки и анализа риска целесообразно использовать в тех случаях, когда отсутствуют не только статистические данные по аварийности объекта, но и математические модели (задача является сложноформализуемой). Экспертные оценки могут использоваться и в тех случаях, когда формальные методы слишком сложны, а исходная база данных недостаточна для получения приемлемого аналитического решения. Методы могут быть индивидуальными и коллективными, когда работает группа экспертов. При использовании экспертных оценок обычно предполагается, что мнение группы экспертов надежнее, чем мнение отдельного эксперта. Однако в некоторых теоретических исследованиях отмечается, что это предположение не является очевидным. При выработке рекомендаций эксперт (эксперты) полагаются обычно на свой опыт и профессиональную интуицию в большей степени, чем на существующие аналитические методы. При этом могут быть предложены не только решения, основанные на прошлом опыте, но и новые подходы для решения данной поставленной задачи. Чтобы свести к минимуму ошибки или просто неверные решения, применяются методы оценки квалификации экспертов, сравнение рекомендаций различных экспертов и другие способы, разрабатываемые теорией принятия решений. Сущность экспертных методов оценки показателей риска заключается в том, что экспертам предлагают ответить на вопросы о состоянии или будущем поведении объектов, характеризующихся неопределенными параметрами, неизученными свойствами или условиями нахождения объектов. Применение экспертных оценок требует анализа их объективности и надежности. С одной стороны, нет гарантий, что полученные оценки достоверны, а с другой – существуют значительные трудности при проведении опроса экспертов и обработке полученных данных. Эти трудности связаны: ​ - с согласованностью мнений экспертов; ​ - устойчивостью оценок; - недостаточной квалификацией экспертов или их заинтересованностью. Основными целями использования индивидуальных экспертных оценок являются: ​ - прогнозирование развития событий и явлений, а также оценка их значимости в текущем периоде; ​ - анализ и обобщение результатов, представленных другими экспертами; ​ - составление сценариев развития ситуации; ​ - заключение о работе других специалистов или организаций (рецензии, отзывы, экспертизы и т.д.). Вид опроса по существу определяет разновидность метода экспертной оценки. Основными видами опроса являются: анкетирование, интервьюирование, мозговой штурм (мозговая атака), дискуссия, метод Делфи. Выбор того или иного вида опроса определяется целями экспертизы, сущностью решаемой проблемы, полнотой и достоверностью исходной информации, располагаемым временем и затратами на проведение опросов. Анкетирование представляет собой опрос экспертов в письменной форме с помощью анкет. В анкете содержатся вопросы, которые позволяют выяснить существо и аргументацию ответов. По типу основные вопросы классифицируются на: открытые, закрытые и с веером ответов. Открытые вопросы предполагают ответ в произвольной форме. Закрытые вопросы – это такие, на которые ответ может быть дан в виде «да», «нет», «не знаю». Вопросы с веером ответов предполагают выбор экспертами одного из совокупности предполагаемых ответов. Открытые вопросы целесообразно применять в случае большой неопределенности проблемы. Этот тип вопросов позволяет широко охватить рассматриваемую проблему, выявить спектр мнений экспертов. Недостатком такого типа вопросов является возможное разнообразие и произвольная форма ответов, что существенно затрудняет обработку анкет. Закрытые вопросы применяются в случае рассмотрения четко определенных двух альтернативных вариантов, когда требуется определить степень большинства мнений по этим альтернативам. Обработка закрытых вопросов не вызывает каких-либо трудностей. Вопросы с веером ответов целесообразно использовать при наличии нескольких достаточно определенных альтернативных вариантов. Если анкетирование проводится в несколько туров, то целесообразно при большой сложности и неопределенности проблемы вначале использовать открытые типы вопросов, а на последующих турах – с веером ответов и закрытые типы. Интервьюирование – это устный опрос, проводимый в форме беседы-интервью. Интервьюирование целесообразно использовать для уточнения результатов, полученных другими видами экспертизы. Готовясь к беседе, опрашивающий разрабатывает вопросы к эксперту. Главным требованием к вопросам является возможность быстрого ответа на них, поскольку эксперт практически не имеет времени на обдумывание. Тематика интервью сообщается эксперту заранее, но конкретные вопросы ставятся непосредственно в процессе беседы. Целесообразно в связи с этим определить последовательность вопросов, начиная от простого, постепенно их углубляя и усложняя, но вместе с тем и конкретизируя. Достоинством этого метода является непосредственный контакт с экспертом, что позволяет путем прямых и уточняющих вопросов быстро получить необходимую информацию. Недостатками интервью являются: возможность существенного влияния опрашивающего лица на ответы экспертов, отсутствие времени для глубокого обдумывания ответов и большие затраты времени на опрос всего состава экспертов. Мозговой штурм (мозговая атака) представляет собой групповое обсуждение с целью получения новых идей, вариантов решений проблемы. Сущность метода мозгового штурма состоит в актуализации потенциала специалистов при анализе проблемной ситуации, реализующей вначале генерацию идей и последующее деструктурирование (разрушение, критику) этих идей с формулированием контридей. Характерной особенностью этого вида экспертизы является активный творческий поиск принципиально новых решений в трудных тупиковых ситуациях, когда известные пути и способы решения оказываются непригодными. Для поддержания активности и творческой фантазии экспертов запрещается критика их высказываний. Свободные высказывания способствуют коллективной генерации идей. С помощью этого метода можно решать многие важные задачи безопасности, например: ​ задачи определения вариантов выбора систем защиты, один из которых является оптимальным; ​ задачи, решение которых требует параллельного или последовательного использования ряда разнообразных методов защиты; ​ задачи, решение которых требует выявления факторов, учитываемых при определении окончательного решения. Дискуссия. Всесторонний критический анализ поставленной задачи может быть проведен в форме дискуссии. Этот вид экспертизы широко применяется на практике для обсуждения проблем, путей их решения, анализа различных факторов и т.п. Группа управления проводит предварительный анализ проблем дискуссии с целью четкой формулировки задач, определения требований к экспертам, их подбора и методики проведения дискуссии. Сама дискуссия проводится как открытое коллективное обсуждение рассматриваемой проблемы, основной задачей которого является всесторонний анализ всех факторов, положительных и отрицательных последствий, выявление позиций и интересов участников. Рассмотренные виды опроса дополняют друг друга и в определенной мере являются взаимозаменяемыми. 3.1. Методы «Что будет, если..?» («What – If») , проверочного листа (Check-list) и контрольных карт (Control Cards) Методы проверочного листа, контрольных карт и «Что будет, если..?» или их комбинация относятся к группе методов качественных оценок опасности, основанных на изучении соответствия условий эксплуатации объекта или проекта требованиям промышленной безопасности. Метод «Что будет, если..?» является индуктивным методом, обычно используется для относительно простых практических приложений, применяется на начальных этапах анализа риска, когда рассматриваются вопросы проектирования, размещения, эксплуатации опасных объектов и их вывода из эксплуатации. На каждом этапе анализа формулируются вопросы «что, если?», и на них даются ответы, чтобы оценить влияние отказов компонентов систем или методических ошибок персонала на возникновение факторов опасности. Для сложных проблем метод «Что будет, если..?» может быть наилучшим образом применен с помощью «проверочного листа» и соответствующего распределения работ, чтобы определенные аспекты процесса поручить персоналу, имеющему наибольший опыт в оценке этих аспектов. При этом действия оператора и персонала, их компетентность в работе и профессионализм контролируются и аттестуются. Оцениваются также пригодность оборудования, конструкций машин, их систем управления и средств безопасности. Результатом выполнения оценки риска по методу «проверочного листа» является перечень вопросов и ответов о соответствии опасного объекта требованиям технической безопасности и указания по их обеспечению. Метод проверочного листа отличается от «Что будет, если..?» более обширным представлением исходной информации, а также результатов оценки последствий нарушений безопасности. В общем случае, оценка процесса с помощью «проверочного листа» осуществляется до тех пор, пока процесс не будет признан безопасным. Эти методы наиболее просты (особенно при обеспечении их вспомогательными формами, унифицированными бланками, облегчающими на практике проведение анализа и представление результатов), относительно нетрудоемки (результаты могут быть получены одним специалистом в течение одного дня) и наиболее эффективны при исследовании безопасности хорошо изученных объектов и технологий. Каждый технологический процесс характеризуется некоторым набором переменных величин, отклонения которых от своих рекомендованных значений могут приводить к непредвиденным изменениям параметров и как следствие – к инцидентам и авариям. Для оценки устойчивости процесса используют различные методы, в том числе – метод контрольных карт. Контрольные карты процесса позволяют визуально контролировать соответствующие переменные параметры процесса и определять появление систематических отклонений. Несмотря на свою простоту, контрольные карты являются достаточно надежным и эффективным методом, позволяющим выявлять отклонения от нормального хода процесса. Карты дают представление об отклонениях от нормы и могут служить основой для более подробных (в т.ч. численных) методов анализа, позволяют выработать корректирующие воздействия не только со стороны системы контроля и управления безопасностью, но и внести коррективы в технологический процесс или модернизировать систему. Метод контрольных карт, в целом, использует промежуточные признаки состояния системы и способствует предотвращению опасных событий. На рис. 6.4 приводится схема использования промежуточных признаков для предотвращения развития опасной ситуации, приводящей впоследствии к авариям и несчастным случаям [4]. В плане методического содержания эту схему можно применить к любому производству. В каждом конкретном случае производственного процесса могут изменяться признаки, предшествующие аварии. Опытный специалист по безопасности может заметить промежуточный признак, который не виден лицу, эксплуатирующему оборудование, так же как и оператор технической системы или технолог могут увидеть отклонения от нормы, которые не понятны специалисту по безопасности. Например, в качестве промежуточного признака может выступать излишняя вибрации, шум в отдельных частях агрегата и др. Результат проверочного листа – перечень вопросов и ответов о соответствии исследуемой системы требованиям безопасности и указания по обеспечению безопасности (контрмеры). Метод проверочного листа отличается от «Что будет, если..? » более обширным представлением исходной информации и результатов о последствиях нарушений безопасности. Рис.6.4 Методика использования признаков, предшествующих аварии для ее предотвращения Перечисленные методы, а также их аналоги недороги и наиболее эффективны при исследовании безопасности хорошо изученных объектов с известной технологией или объектов с незначительным риском крупных аварий. Заполнение контрольных листов, таблиц возможно с помощью опросов экспертов, применением численных методов, экспериментальных исследований и т.д. 3.2. Метод Делфи Метод Делфи является одним из наилучших методов использования суждения экспертов, предусматривающий возможность проведения опросов в несколько туров. Он представляет собой процедуру анкетирования с обработкой и сообщением результатов каждого тура экспертам, работающим инкогнито по отношению друг к другу. Отказ от коллективных обсуждений делается здесь для того, чтобы уменьшить влияние таких психологических факторов, как присоединение к мнению наиболее авторитетного специалиста, нежелание отказаться от публично выраженного мнения, следование за мнением большинства. Процесс выработки экспертами своих суждений при этом управляется рабочей группой, проводящей опрос, через обратную связь. Организационно последовательность условий при использовании метода Делфи выглядит следующим образом: 1. Ведущий аналитик или кто-нибудь другой из рабочей группы подготавливают исходную информацию по проблеме, и происходит письменная или устная, а в необходимых случаях, и та и другая «презентация» проблемы перед группой отобранных экспертов. 2. Эксперты выносят свое суждение, оцениваемое либо ранжированием предложенных вариантов (если нет возможности для количественных оценок), либо, если существует возможность, оценивают количественно рассматриваемое явление, событие, процесс и т.п. 3. При ведущей роли аналитика происходит сравнение полученных мнений отдельных экспертов и обсуждение комментариев каждого из них. 4. Эксперты переоценивают свои первоначальные суждения, если для этого с их точки зрения есть предпосылки. Группа экспертов может опрашиваться в несколько этапов, затем результат предыдущего этапа вместе с дополнительной информацией сообщается всем участникам. Во время третьего или четвертого этапа опрос концентрируется на тех аспектах, по которым пока не достигнуто никакого соглашения. В принципе, данный метод является методом предсказаний, который также применяется для генерирования новых идей. Также известны примеры применения метода Делфи, связанные с постановкой вопросов, требующих в качестве ответов цифровой оценки параметров. При использовании данного метода выявляется преобладающее суждение специалистов по какому-либо вопросу в об-становке, исключающей их прямые дебаты между собой, но позволяющей им периодически взвешивать свои суждения с учетом ответов и доводов коллег. В процессе сравнения мнений экспертов часто возникает необходимость количественной оценки степени их согласованности. Такая процедура предусмотрена, например, при оценке безопасности плавучих буровых уста-новок и морских стационарных платформ, установленной требованиями пра-вил Российского морского регистра судоходства. Степень согласия группы экспертов при этом оценивается с помощью коэффициента конкордации: (6.1) где m – число экспертов; n – число объектов ранжирования; xij – ранг, присвоенный i-му фактору (объекту ранжирования) j-м экспертом. При этом под ранжированием понимают расположение объектов в порядке возрастания или убывания какого либо присущего им свойства, фактора. Ранжирование позволяет выбрать из исследуемой совокупности факторов наиболее существенный. Коэффициент W изменяется от 0 до 1. Если мнения экспертов полностью противоположны, W = 0; при W = 1 все эксперты одинаково ранжируют объекты по данному признаку. Приемлемое значение коэффициента конкордации составляет величину W = 0,5 и более при доверительном уровне вероятности 0,995. Процедура опроса с сообщением результатов обработки после каждого тура обеспечивает лучшее согласование мнений экспертов, поскольку эксперты, давшие существенно расходящиеся оценки, вынуждены критически осмыслить свои суждения и обстоятельно их аргументировать. Основным способом повышения точности ответов является итерационная процедура опроса с сообщением полученных результатов экспертам и указанием конкретного места оценки каждого эксперта. Повышение эффективности проведения экспертизы по методу Делфи возможно при автоматизированном процессе фиксации и обработки информации. 4. Методы анализа отказов и опасности 4.1. Анализ вида и последствий отказа – АВПО (Failure Mode and Effects Analysis – FMEA) Этот метод применяется для качественной оценки надежности и безопасности технических систем. АВПО представляет собой метод, позволяющий идентифицировать тяжесть последствий видов потенциальных отказов и обеспечить меры по снижению рисков. Существенной чертой этого метода является рассмотрение каждой системы в целом и каждой составной ее части (элемента) на предмет того, каким образом он может стать неисправным (вид и причина отказа) и как этот отказ воздействует на технологическую систему (последствия отказа). Термин «система» здесь понимается как совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов (ГОСТ Р 51901.12-2005 [55]) и используется для описания аппаратных (технических) средств, программного обеспечения (и их сочетания) или процесса. В общем случае АВПО применяют к отдельным видам отказов и их последствиям для системы в целом. Рекомендуется проводить АВПО на ранних стадиях разработки системы (объекта, продукции), когда устранение или уменьшение количества и/или видов отказов, и их последствий является экономически более эффективным. Вместе с тем принципы АВПО могут применяться на всех стадиях жизненного цикла системы. Каждый вид отказа рассматривают как независимый. Таким образом, эта процедура не подходит для рассмотрения зависимых отказов или отказов, являющихся следствием последовательности нескольких событий. АВПО является методом анализа индуктивного типа, по схеме «снизу – вверх», с помощью которого систематически, на основе последовательного рассмотрения одного элемента за другим, анализируются все возможные виды отказов или аварийные ситуации и выявляются их результирующие воздействия на систему. Отдельные аварийные ситуации и виды отказов элементов выявляются и анализируются для того, чтобы определить их воздействие на другие элементы и систему в целом. АВПО можно выполнить более детально, чем анализ с помощью дерева отказов, поскольку при этом необходимо рассматривать все возможные виды отказов или аварийные ситуации для каждого элемента системы. Например, реле может отказать по следующим причинам: контакты не разомкнулись; запаздывание в замыкании контактов; короткое замыкание контактов на корпус, источник питания, между контактами и в цепях управления; дребезжание контактов; неустойчивый электрический контакт; контактная дуга; разрыв обмотки и пр. Примерами общих видов отказов могут являться: - отказ в процессе функционирования; - отказ, связанный с несрабатыванием в установленное время; - отказ, связанный с не прекращением работы в установленное время; - преждевременное включение и др. Дополнительно для каждой категории оборудования должен быть составлен перечень необходимых проверок. Например, для резервуаров и другого емкостного оборудования такой перечень может включать: - технологические параметры: объем, расход, температуру, давление и т.д.; - вспомогательные системы: нагрева, охлаждения, электропитания, подачи, автоматического регулирования и т.д.; - особые состояния оборудования: ввод в действие, обслуживание во время работы, вывод из действия, смену катализатора и т.д.; - изменения условий или состояния оборудования: чрезмерное отклонение величины давления, гидроудар, осадок, вибрация, пожар, механическое повреждение, коррозия, разрыв, утечка, износ, взрыв и др.; - характеристики контрольно-измерительных приборов и средств автоматики: чувствительность, настройка, запаздывание и т.д. Метод предусматривает рассмотрение всех видов отказов по каждому элементу. Анализу подлежат причины и последствия отказа (локальные – для элемента и общие – для системы), методы обнаружения и условия компенсации отказа (например, резервирование элементов или мониторинг объекта). Оценкой значимости влияния последствий отказа на функционирование объекта является тяжесть отказа. Пример классификации по категории тяжести последствий при выполнении одного из типов АВПО (в качественной форме) приведен в табл.6.3 (ГОСТ Р 51901.12-2007). Таблица6.3 – Классификация по тяжести отказов Номер класса тяжести отказа Наименование класса тяжести отказа Описание последствий отказа для людей и окружающей среды IV Катастрофический Вид отказа может привести к прекращению выполнения первичных функций системы и вызывает тяжелые повреждения системы и окружающей среды и/или гибель и тяжелые травмы людей III Критический Вид отказа может привести к прекращению выполнения первичных функций системы и вызывает значительное повреждение системы и окружающей среды, но не представляет собой серьезной угрозы жизни или здоровью людей II Минимальный Вид отказа может ухудшить выполнение функций системы без заметного повреждения системы или угрозы жизни или здоровью людей I Ничтожный Вид отказа может ухудшить выполнение функций системы, но не вызывает повреждений системы и не создает угрозы жизни и здоровью людей Карта проверки по результатам АВПО представляет собой изложение самого метода АВПО, а ее форма подобна используемой при выполнении других качественных методов, в том числе экспертных оценок, с отличием в большей степени детализации. Метод АВПО ориентирован на аппаратуру и механические системы, прост для понимания, не требует применения мате-матического аппарата. Такой анализ позволяет установить необходимость внесения изменений в конструкцию и оценить их влияние на надежность системы. К недостаткам метода следует отнести значительные затраты времени на реализацию, а также то, что он не учитывает сочетания отказов и человеческого фактора. 4.2. Анализ вида, последствий и критичности отказа – АВПКО (Failure Mode, Effects and Critical Analysis – FMECA) Метод АВПКО дополняет рассмотренный выше АВПО оценками показателей критичности анализируемых отказов. Критичностью отказов, в соответствии с ГОСТ Р 51901.12-2007, называется сочетание тяжести последствий и частоты возникновения отказа. Отметим, что подобное определение имеет известный нам термин «риск». Вместе с тем, как это указано в ГОСТ Р 51901.12-2007, показатели критичности отличаются от обычно применяемых показателей риска «меньшей строгостью и требуют меньше усилий для оценки». Кроме того, метод АВПКО позволяет провести только относительное ранжирование вкладов в совокупный (т.е. общий) риск, и рассчитан на приоритетность мер безопасности, в то время как анализ риска (классический), особенно для высокорисковых систем обычно ориентирован на величину приемлемого риска. ГОСТ 27.310-95 [51] регламентирует понятия «критичного элемента (критичного технологического процесса)», которые используются в методологии оценки и анализа риска. В перечни критичных элементов включают: - элементы, возможная тяжесть последствий отказов которых, оцениваемая качественно или количественно, превосходит уровень, допустимый для рассматриваемого объекта; - элементы, отказы которых неизбежно вызывают полный отказ объекта; - элементы с ограниченным сроком службы (ресурсом), не обеспечивающим требуемой долговечности объекта; - элементы, по которым в момент проведения анализа отсутствуют достоверные данные об их качестве и надежности в рассматриваемых условиях применения и/или возможных последствиях их отказов. Критичными технологическими процессами являются такие технологические процессы, влияние которых на качество и надежность объекта и его элементов в момент проведения анализа неизвестно или же недостаточно изучено. Таким образом, процедура АВПКО предусматривает ранжирование каждого вида отказа с учетом двух составляющих критичности – частоты (интенсивности, вероятности) и тяжести последствий. Для определения вероятностной составляющей критичности отказа – частоты возникновения отказа данного вида, помимо опубликованной информации о частоте подобных событий, важно рассмотреть реальные условия функционирования каждого элемента (механические или электрические нагрузки, условия окружающей среды), характеристики которого вносят свой вклад в вероятность появления отказа. Это необходимо, поскольку реальная возможность отказов и, следовательно, частота рассматриваемого вида отказа зависит от конкретных воздействующих нагрузок, в том числе внешних для системы. В целом частоту возникновения видов отказов для системы можно оценивать с использованием: - данных ресурсных испытаний; - доступных баз данных об интенсивности отказов; - ретроспективных данных эксплуатационных отказов исследуемой системы; - данных об отказах аналогичных объектов или их элементов. Оценку частоты возникновения отказов следует относить к определенному временному интервалу эксплуатации объекта. Обычно это гарантийный период или установленный срок службы объекта или продукции. В целях качественной оценки и ранжирования отказов по показателю критичности могут быть использованы матрицы «вероятность – тяжесть последствий», рекомендованные ГОСТ 27.310-95 и РД 03-418-01. Пример подобной матрицы приведен в табл. 6.4. Таблица 6.4 – Матрица «вероятность – тяжесть последствий» (РД 03-418-01) Отказ Частота возникновения отказа, 1/год Тяжесть последствий отказа IV* III II I Частый более 1 А А А С Вероятный 1 – 10-2 А А В С Возможный 10-2 – 10-4 А В В D Редкий 10-4 – 10-6 А В С D Практически невероятный менее 10-6 В С С D *критерии отказов по тяжести последствий соответствуют номеру класса тяжести отказа, его наименованию и описанию (табл. 11.3)/ Показатели критичности (категории) отказов имеют следующие качественные (лингвистические) значения: А – обязателен количественный анализ критичности или количественный анализ риска либо принятие дополнительных (особых) мер безопасности; В – желателен количественный анализ критичности или количественный анализ риска либо принятие дополнительных мер безопасности; С – рекомендуется качественный анализ опасностей или принятие некоторых (дополнительных) мер безопасности; D – анализ и принятие дополнительных мер безопасности не требуется. Качественная оценка показателя критичности отказа С может быть выполнена в виде произведения (ГОСТ 27.310-95): где В1, В2, В3 – балльные оценки критичности отказов, величины которых определяются по табл.6.5 (Оценка вероятностей отказов), табл. 6.6 (Оценка последствий отказов) и табл. 6.7 (Оценка вероятности обнаружения отказа до поставки изделия потребителю). Таблица 6.5 – Оценка вероятностей отказов Виды отказов по вероятности возникновения за время эксплуатации Ожидаемая вероятность отказов, оцененная расчетом или экспериментально Вероятность отказа в баллах В1 Отказ практически невероятен менее 10-6 1 Отказ маловероятен 10-6 – 5·10-5 2 Отказ имеет малую вероятность обусловленную точностью расчета 5·10-5 – 10-5 3 Умеренная вероятность отказа 10-5 – 5·10-4 4 Отказы возможны, но при эксплуатации объектов-аналогов не наблюдались 5·10-4 – 10-4 5 Отказы возможны, наблюдались при эксплуатации объектов-аналогов 10-4 – 5·10-3 6 Отказы вполне вероятны 5·10-3 –10-2 7 Высока вероятность отказов 10-2 – 0,1 8 Вероятны повторные отказы более 0,1 10 Таблица 6.6 – Оценка последствий отказов Описание последствий отказов Оценка последствий в баллах В2 Отказ не приводит к заметным последствиям, потребитель, вероятно, не обнаружит наличие неисправности 1 Последствия отказа незначительны, но потребитель может выразить недовольство его появлением 2 – 3 Отказ приводит к заметному для потребителя сниже-нию эксплуатационных характеристик объекта и/или к неудобству его применения 4 – 6 Высокая степень недовольства потребителя, объект не может быть использован по назначению, но угрозы безопасности отказ не представляет 7 – 8 Отказ представляет угрозу безопасности людей или окружающей среды 9 – 10 Таблица 6.7 – Оценка вероятности обнаружения отказа до поставки потребителю Виды отказов по вероятности обнаружения до поставки Вероятность обнаружения отказа, оцененная расчетным или экспертным путем Оценка вероятности в баллах В3 Очень высокая вероятность выявления отказа при контроле, сборке, испытаниях более 0,95 1 Высокая вероятность выявления отказа при контроле, сборке, испытаниях 0,95 – 0,85 2 – 3 Умеренная вероятность выявления отказа при контроле, сборке, испытаниях 0,85 – 0,45 4 – 6 Высокая вероятность поставки потребителю дефектного изделия 0,45 – 0,25 7 – 8 Очень высокая вероятность поставки потребителю дефектного изделия менее 0,25 9 – 10 Приведенные балльные оценки разрабатываются применительно к конкретной группе (виду, типу) объектов и указываются в методике его АВПКО либо устанавливаются в соответствующих нормативных документах. Значения вероятностей отказов, учитываемые при оценке их критичности, рассчитывают (прогнозируют) методами, принятыми в расчетах надежности, с учетом структуры объекта, уровней нагрузки и режимов работы его элементов по имеющимся справочным или экспериментальным данным об их надежности. Возможные последствия каждого отказа определяют по результатам АВПО объекта, а соответствующие условные вероятности наступления каж-дого события-последствия рассчитывают на основе моделей типа «деревьев событий» или прогнозируют экспертными методами. Процедуру АВПКО (или АВПО) проводят одним из следующих методов: структурным, функциональным, комбинированным (ГОСТ 27.310-95). Структурные методы анализа относят к классу индуктивных методов (анализ по схеме «сверху вниз»), применяемых для относительно простых объектов, отказы которых могут быть четко локализованы, а последствия каждого отказа элементов выбранного начального уровня разукрупнения (декомпозиции системы) могут быть прослежены на всех вышестоящих уровнях структуры объекта. Общий алгоритм анализа при этом включает выполнение следующих основных операций: - устанавливают минимальный уровень разукрупнения (декомпозиции системы), с которого начинают анализ и идентифицируют все элементы выбранного уровня; - для каждого идентифицированного элемента данного уровня на основе имеющихся классификаторов отказов, инженерного анализа, имеющихся априорных данных, опыта и знаний исследователя составляют перечень возможных видов отказов; - для каждого вида отказов выбранного элемента определяют его возможные последствия на рассматриваемом и вышестоящих уровнях структуры объекта; - для элементов, отказы которых непосредственно приводят к отказу системы (объекта) или снижению качества его функционирования, оценивают категорию тяжести последствий отказов (при АВПО) или рассчитывают показатели критичности (при АВПКО); - повторяют описанные операции для элементов всех вышестоящих уровней, выделяя при этом критические отказы, а элементы, соответствующие этим отказам, включают в перечень критичных элементов. Функциональные методы анализа относят к классу дедуктивных методов (анализ «снизу вверх»), применяемых для сложных многофункциональных объектов, отказы которых трудно априорно локализовать. Общий алгоритм АВПО (АВПКО) при этом включает следующие основные операции: - идентифицируют все функции, выполняемые объектом и для каждой функции на основе априорных данных, опыта исследователя и другими доступными способами определяют перечень возможных нарушений (отклонений) данной функции; - для каждого нарушения функции оценивают тяжесть возможных последствий качественно (посредством АВПО) или количественно – расчетом ожидаемого ущерба (при АВПКО); - выделяют критические нарушения функции, тяжесть возможных последствий (ущерб) от которых превосходит пределы, установленные планом анализа; - для каждого выделенного критического нарушения, принимая его возникновение в качестве головного события (инцидента, аварии), строят дерево отказов , охватывающее отказы элементов всех уровней, вплоть до нижнего, установленного планом анализа; - с помощью построенного дерева отказов выделяют одиночные элементы и сочетания элементов, отказы которых ведут к указанному нарушению; - оценивают частоту возникновения (вероятность) отказов одиночных элементов и выделенных сочетаний элементов для расчета показателей критичности соответствующих отказов; - составляют перечни критичных элементов в соответствии с правилами, изложенными выше. Следует отметить, что применение балльных (качественных, относительных) оценок показателей критичности, как правило, обусловлено невозможностью или нецелесообразностью получения количественных (абсолютных) оценок по техническим, экономическим или иным соображениям. АВПКО не проводят, если цели и задачи анализа, например, оценка опасности отказа технической системы, представляющего угрозу безопасности людей и окружающей среды, могут быть достигнуты другими, более точными методами, к примеру– методами дерева отказов и дерева событий 4.3. Анализ опасности и работоспособности – AOP (Hazard and Operability Study – HAZOP) Исследования на основе метода АОР первоначально были разработаны для химической промышленности и представляют собой процесс идентификации опасности отклонений технологических параметров процесса (давления, температуры, расхода и т.д.) от регламентных режимов. В настоящее время метод АОР используется в целях (ГОСТ Р 51901.11-2005 [54]): - идентификации потенциальных опасностей в системе; рассматриваемые опасности могут иметь последствия, как для самой системы, так и для более широкой сферы, например – окружающей среды; - идентификации потенциальных нарушений работоспособности системы, заложенных вследствие недостатка информации при разработке системы либо проявляющихся в процессе эксплуатации. Характерной особенностью метода АОР является целенаправленное разделение исследуемой системы на части (технологические блоки). При этом более сложные системы и системы с высоким уровнем опасности разделяют на большее количество частей (блоков). Последнее приводит к значительному росту объема востребованных данных и замедляет процесс выполнения исследования, но дает более полную информацию для идентификации опасностей в системе (существующих или предполагаемых). Далее, выполнение анализа опасности и работоспособности предусматривает оценку отклонений показателей технологических процессов эксплуатации системы от номинальных, установленных проектом, с использованием базового набора ключевых, «управляющих» слов. Пример типовых ключевых слов, характеризующих, к примеру, параметры технологического процесса, приведен в табл. 6.8. Таблица 6.8 – Типовые ключевые слова Ключевое слово Определение Нет или не Отрицание результатов, установленных в проекте (например, нет расхода жидкости) Больше Количественное увеличение (температура жидкости выше, чем по данным проекта) Меньше Количественное уменьшение (давление жидкости ниже номинального) А также Качественные изменения (другие клапаны в это же время закрыты – сбой в работе или ошибка оператора) Часть из Качественное уменьшение (только один или два компонента в смеси) Рано Относится к времени (преждевременное срабатывание пускового реле) Прежде чем Относится к порядку или последовательности (открытие нагнетательного клапана после включения в работу центробежного насоса) Исследования на основе АОР могут помочь выявить отклонения, для которых необходима разработка дополнительных смягчающих мер, позволяющих осуществлять технологический процесс в штатном режиме. В тех случаях, когда смягчающие меры неочевидны или требуют высоких затрат, результаты АОР дают возможность установить инициирующие события, необходимые для дальнейшего анализа риска. Результаты АОР документируются в виде рабочих таблиц и отчетов. Возможно представление итоговых оценок потенциальных опасностей не только в качественном, но и в количественном виде. В этих целях для каждого типа (вида) отказов приписывается определение двух составляющих: частоты (вероятности) реализации и тяжести возможных последствий, что, по сути, является процедурой оценивания риска. Кроме того, метод АОР, помимо идентификации опасностей, их ранжирования по соответствующим показателям, и предварительной оценки риска, позволяет выявить неясности и неточности в инструкциях по безопасности и способствует их дальнейшему совершенствованию. 5. Графоаналитические методы анализа – «Дерево отказов» и «Дерево событий». 5.1. Построение деревьев отказов Методы деревьев отказов и событий позволяют учесть функциональные взаимосвязи элементов системы в виде логических схем, учитывающих взаимозависимость отказов элементов или групп элементов. В общем случае, как деревья отказов, так и деревья событий являются лишь наглядной иллюстрацией к простейшим вероятност­ным моделям. Однако они представляют значительный интерес для специалистов, связанных с эксплуатацией, обслуживанием и надзо­ром технических объектов. Имея такую схему, специалист, даже не об­ладая основательными знаниями по теории вероятностей, может не только найти наиболее критический вариант развития событий, но и оценить ожидаемый риск, если соответствующее дерево событий или отказов дополнено статистическими данными. Кроме того , на рынке коммерческих программ (не говоря о специализированных) уже давно имеются программные комплексы для автоматизированного построе­ния деревьев отказов и деревьев событий сложных систем. Дерево отказов (дерево аварий) представляет собой сложную гра­фологическую структуру, лежащую в основе словесно-графического способа анализа возникновения аварии из последовательностей и комбинаций, и неисправностей, и отказов элементов системы. С помощью анализа дерева отказов фактически делается попытка количественно выразить риск дедуктивным методом. Деревья отказов идентифицируют событие или ситуацию, создающие риск, после чего ставится вопрос: как могло возникнуть такое событие? Ответ заключа­ется в том, что к такому событию могло привести множество путей. Практическая полезность дерева отказов зависит от тщательности оценки верхнего события. Большинство непосредственных причин верхних событий могут изучаться, как будто они сами являются верх­ними событиями. Теоретически такой анализ может проводиться очень детально на многих уровнях. Наиболее доступные для исследо­вания причины - это отказы компонентов, по которым имеется доста­точное количество статистических данных. В этой связи наглядным примером в качестве элементов систем мо­гут служить насосы и регулирующая аппаратура. Так, хотя отказ насо­са и может служить верхним событием, вызванным такими причина­ми, как разрыв корпуса, разрушение подшипника и т.п., достаточное количество данных об отказах насосов может позволить рассматривать такой отказ как причину. В таком случае нет необходимости проводить дальнейший анализ для определения риска отказа. Поскольку в таком дедуктивном методе процесс детализации может прерываться произ­вольно, анализ можно заканчивать на компонентах, по которым име­ется достаточно данных, необходимых для точного определения веро­ятности отказа такого компонента. Методика построения дерева отказа состоит из следующих этапов. 1. Определяют аварийное (предельно опасное, конечное) событие, которое образует вершину дерева. Данное событие четко формулируют, дают признаки его точного распознавания. Для объектов химиче­ской технологии, например, к таким событиям относятся разрыв аппарата, пожар, выход реакции из-под контроля и др. Если конечное событие сразу определить не удается, то производят прямой анализ работы объекта с учетом изменения состояния работоспособности, ошибок операторов и т.п. Перечисляют возможные отказы, рассмат­ривают их комбинации, определяют последствия этих событий. 2. Используя стандартные символы событий и логические символы (табл. 11.4), дерево строят в соответствии со следующими правилами: • конечное (аварийное) событие помещают вверху; • дерево состоит из последовательности событий, которые ведут к конечному событию; • последовательности событий образуются с помощью логических символов И, ИЛИ и др.; • событие над логическим символом помещают в прямоугольнике, а само событие описывают в этом прямоугольнике; • первичные события (исходные причины) располагают снизу. Таблица 6.9 - Стандартные символы событий и логические символы, применяемые при построении деревьев отказов Вид элемента Наименование Описание Схема И (совмещение) Выходной сигнал В появляется только тогда, когда поступают все входные сигналы Ai (А1 А2 ... Ап) => В Схема ИЛИ (объединение) Выходной сигнал В появляется при поступлении любого одного или большего числа сигналов Ai (А1 А2 ... Ап) => В Результирующее событие Результат конкретной комбинации отказов на входе логической схемы Первичный отказ Неполное событие Отказ (неисправность), причины которого выявлены не полностью, например из-за отсутствия информации Простейшее дерево, характеризующее возникновение пожара на объекте, показано на рис. 6.3, а. Более сложное дерево аварии, описы­вающее разрыв химического реактора, представлено на рис 6.3,б. Ис­ходные события при разрыве реактора следующие: А - закрыт или не­исправен предохранительный клапан, Б - открыт клапан подачи окислителя, В — неисправна система блокировки при высокой темпе­ратуре, Г- малая подача сырья, Д- клапан окислителя открыт и не­исправен, Е- неисправна система регулирования расхода окислителя, Ж— увеличено открытие диафрагмы, 3 — отсутствует напор. При построении дерева аварий события располагают по уровням. Главное (конечное) событие занимает верхний - 0-й уровень, ниже располагают события 1-го уровня (среди них могут быть и начальные), затем — 2-го уровня и т.д. Если на 1-м уровне содержится одно или не­сколько начальных событий, объединяемых логическим символом ИЛИ, то возможен непосредственный переход от начального события к аварии. 3. Определяют минимальные аварийные сочетания и минималь­ную траекторию для построения дерева. Первичные и не разлагаемые события соединены с событием 0-го уровня маршрутами (ветвями). Сложное дерево имеет различные наборы исходных событий, при которых достигается событие в вершине; они называются аварийными сочетаниями. 4. Квалифицированные эксперты проверяют правильность построения дерева. Это позволяет исключить субъективные ошибки разработчика, повысить точность и полноту описания объекта и его действий. Для дерева рис. 6.3, б сочетание событий А, Б, Г, Д аварийное. При одновременном возникновении этих событий произойдет разрыв ре­актора. Минимальным аварийным сочетанием (МАС) называют наи­меньший набор исходных событий, при котором возникает событие в вершине. Минимальными аварийными сочетаниями являются А, Б, Г. Полная совокупность МАС дерева представляет собой все варианты сочетаний событий, при которых может возникнуть авария. Мини­мальная траектория - наименьшая группа событий, без появления которых аварии не происходит. Рис. 6.5. Деревья отказов Например, если события А не произой­дет, то не возникнет и разрыв реактора. Минимальные траектории представляют собой события, которые являются критическими для поддержания объекта в безопасном состоянии. 5. Качественно и количественно исследуют дерево аварий с помо­щью выделенных минимальных аварийных сочетаний и траекторий. Качественный анализ заключается в сопоставлении различных марш­рутов от начальных событий к конечному и определении критических (наиболее опасных) путей, приводящих к аварии. При количественном исследовании рассчитывают вероятность появления аварии в те­чение задаваемого интервала времени по всем возможным маршрутам. При расчете вероятности возникновения аварии необходимо учиты­вать применяемые логические символы. 5.2. Построение деревьев событий Набор обстоятельств (не только отказов системы, но и внешних воздействий на нее), ведущих к аварии, называется последо­вательностью аварии (или сценарием), которую можно проследить с помощью дерева событий. В отличие от структурных схем и деревьев отказов деревья событий имеют более полное физическое содержание. Если основным преимуществом деревьев отказов по сравнению с блок-схемами является учет причинно-следственной связи между от­казами элементов, то деревья событий дают картину физических про­цессов, приводящих элементы и систему к критическим состояниям. Анализ дерева событий может дать ответ на вопрос: какие аварий­ные ситуации могут возникнуть и каковы вероятности этих событий? Ответы могут быть получены с помощью анализа потенциальных сце­нариев аварии. Последовательности потенциальных событий опреде­ляются начиная с исходного события и последующего анализа прочих событий, вплоть до того момента, когда авария либо происходит, либо предотвращается. Полную картину риска от промышленного объекта дает анализ всех возможных последствий. Дерево событий обычно рисуется слева направо и начинается с ис­ходного события. Этим исходным событием является любое событие, которое может привести к отказу какой-либо системы или компонен­та. В дереве событий исходные события связаны со всеми другими воз­можными событиями - ветвями, а каждый сценарий представляет собой путь развития аварии, состоящий из набора таких разветвлений. Определив все исходные события и организовав их в логическую последовательность, можно получить большое число (тысячи для АЭС) потенциальных сценариев аварии. С помощью анализа дерева событий можно определить пути развития аварии, которые вносят на­ибольший вклад в риск из-за их высокой вероятности или потенциального ущерба. Анализ ветвей и путей развития аварии позволяет вносить изменения в конструкцию или эксплуатационные процедуры с учетом этих путей, обусловливающих наибольший вклад в суммар­ный риск. Методология дерева событий дает возможность: • описать сценарии аварий с различными последствиями от различных исходных событий; • определить взаимосвязь отказов систем с последствиями аварии; • сократить первоначальный набор потенциальных аварий и ограничить его лишь логически значимыми авариями; • идентифицировать верхние события для анализа дерева отказов. Пример дерева событий, приведенный на рис.6.6, соответствует гипотетической последовательности событий при аварии с потерей теплоносителя в водоохлаждаемом реакторе АЭС. Начальным событием служит разрыв трубопровода с вероятностью H0. S3 S2 0,2 S4 0,999 H3 0,995 S1 0,8 H4 H0 0,999 H2 0,005 H1 0,001 0,001 Рис. 6.6. Дерево событий при аварии на атомной станции Следующие события: пребывание системы электроснабжения в исправном состоянии с вероятностью S1, и в неисправном состоянии с вероятностью Н1, срабатывание системы аварийного охлаждения с ве­роятностью S2 и несрабатывание с вероятностью Н2, срабатывание си­стемы удаления продуктов деления с вероятностью S3 и несрабатыва­ние с вероятностью Н3 сохранение целостности защитной оболочки с вероятностью S4 и нарушение целостности с вероятностью Н4. При развитии событий по верхней ветви дерева с вероятностью (в предположении о независимости исходных событий) (6.2) ожидаются очень небольшие радиоактивные выбросы, при развитии по нижним ветвям — большие и очень большие выбросы. Лекция 7 (3Р). Моделирование и расчет последствий аварий при оценке риска Цель: Рассмотреть методологию прогнозирования последствий аварий. Учебные вопросы: 1. Методология прогнозирования последствий аварии 2. Критерии поражения. Пробит – функция. 3. Методы оценки ущерба. 4. Нормативное регулирование безопасности и риска. 1. Методология прогнозирования последствий аварии При прогнозировании риска аварии с заранее известными последствиями, когда развитие аварии предопределено, масштаб возникающих в ее результате полей поражающих факторов может быть установлен детерминированными методами. В этих целях используются методики определения количественных характеристик зон поражения. Затем в соответствии с показателями риска, подлежащими расчету, определяются последствия воздействия факторов для конкретных реципиентов риска в условиях реализации данного вида аварии с установленными исходными данными. Существующая в области промышленной и пожарной безопасности методология количественного прогнозирования последствий выбросов опасных веществ и воздействия полей опасных факторов изначально рассматривает инициирующие события аварийных ситуаций. Использование типовых сценариев инициирующих событий позволяет проводить расчеты для опасных веществ, находящихся в различных агрессивных состояниях, и предусматривает: • Полное разрушение технологического оборудования; • Нарушение герметичности оборудования. Для выполнения расчета последствий используются исходные данные, которыми в общем случае являются (РД-03-26-2007): • Физико-химические характеристики опасного вещества; • Количество опасного вещества; • Параметры оборудования; • Сценарии выбросов опасного вещества; • Топографические характеристики территории; • Метеоусловия и др. Основными величинами, которые могут определяться при расчете последствий, являются: • Пространственно-временное распределение концентраций опасного вещества; • Пространственное распределение зон достижения токсодоз заданной величины, размеры зон токсического поражения; • Количество опасного вещества в облаке и др. 2. Критерии поражения. Пробит - функция. Для оценки последствий воздействия поражающих факторов на жизнь и здоровье человека, а также на другие объекты воздействия применяются аналитические модели. Такие воздействия в научной литературе получили название «доза», а аналитические модели, описывающие их влияние на человека, - модели «доза – эффект». В качестве дозы могут рассматриваться, к примеру, величина избыточного давления, количество попавшего в организм человека токсиканта, величина термического воздействия и другие факторы. В качестве зависимостей, отражающих связь между вероятностью поражения и поглощенной дозой, часто используются аналитические стохастические модели, получившие название пробит-функций. В теории вероятностей и математической статистике под функцией пробита ( от англ. probability unit, что переводится как вероятностная единица) понимают обратную функцию распределения случайных величин, связанную с нормированным нормальным распределением (7.1) Выражение (7.1) при а=0 называется функцией Лапласа, значения которой табулированы. Такой подход наиболее применим при выполнении регрессионного анализа процессов с двумя переменными типа «доза – эффект». В практике использования вероятностных критериев воздействия поражающих факторов на людей, сооружения и природные объекты используется пробит-функция, величина которой в общем виде представлена зависимостью , (7.2) где a,b – константы пробит-функции (коэффициенты, зависящие от вида воздействия, его свойств и реципиента); D - интенсивность исследуемого воздействующего фактора, равная: - при барическом воздействии; - при термическом воздействии; (7.3) - при токсическом воздействии; - при радиационном воздействии. Здесь - избыточное давление во фронте ударной волны, кПа; i – импульс волны давления, кПа с; q – плотность теплового потока, кВт/м2; t – эффективное время экспозиции, с; С – концентрация токсиканта, мг/л; DЭФ – эффективная доза ионизирующего излучения, мЗв; n – показатель степени. Для определения условной вероятности поражения реципиентов в зависимости от величины пробит-функции Pr используется таблица 7.1. Таблица 7.1 - Условная вероятность поражения человека в зависимости от величины Pr, 2.1. Критерии термического поражения Если нам известны значения поражающих факторов, то для определения ущерба в случае аварии необходимо знать критерии поражения. Степень повреждения кожи при воздействии высоких темпе­ратур зависит от интенсивного теплового излучения. При слабом тепловом излучении будет повреждаться только внешний слой (эпидермис) на глубину 1 мм. Более интенсивный поток приво­дит к повреждению и нижнего слоя (дермы), а излучение еще большей интенсивности будет воздействовать и на подкожный слой. Эти уровни соответствуют ожогам 1, 2 и 3 степени. Возможность выживания получивших ожоги зависит от мно­гих факторов. При этом существует порог, ниже которого даже при неограниченном времени облучения поражения не происхо­дит. Так, человек выдерживает температуру воды в ванной до 40—42 0С, а болевой порог кожи составляет 44 "С. В общем случае между приводящим к поражению потоком тепловой энергии (q} и полной энергией (Q), падающей на единицу поверхности, суще­ствует зависимость («q—Q» кривая), типичный вид кото­рой показан на рис. 7.1. В принципе вид «q— Q» кривых аналогичен для каждой заданной степени поражения. ., Так на рис. 7.2 представ­лены зависимости пороговых значений теплового потока для болевых ощущений, появления волдырей и сильного ожога от времени воздействия излу­чения. Учитывая, что восприимчи­вость приемников излучения носит вероятностный характер, для каждой степени поражения, выражаемой в % пораженных, существует своя «q—Q» кривая. В настоящее время для опре­деления вероятности поражения используют функцию «пробит» Рr Функция Pr., определяющая условную вероятность поражения человека тепловым излучени­ем, рассчитывается по формуле: , здесь q — интенсивность теплового излучения кВт/м2, где t - эффективное время экспозиции, с. Для огненного шара г равно времени существования огненного шара. Для пожаров проливов ЛВЖ, ГЖ и твердых материалов , где t 0 — характерное время обнаружения пожара, с (допускается принимать t = 5 с); х — расстояние от места расположения человека до зоны, где интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт/м2, м; и — скорость движения человека, м/с (допускается принимать и=5 м/с). Условная вероятность поражения человека в зависимости от, величины Pr определяется из табл. 7.1. 2.2 Критерии поражения для импульсных нагрузок Аналогично тому, как границу поражения тепловым излуче­нием определяет кривая, связывающая «силовую составляю­щую» — поток тепловой энергии и ее интеграл по времени экс­позиции — полную энергию, падающую на единицу поверхнос­ти, так и для импульсного нагружения граница поражения кон­кретного уровня определяется двумя параметрами: «силовым» — давлением и его интегралом по времени — импульсом. При этом вероятность поражения определяется с использованием функции «пробит», зависящей от этих параметров. Диаграмма «давление—импульс» («Р—i») для различных кате­горий разрушения зданий показана на рис. 7.3. Рис. 7.3. Диаграмма «давле­ние—импульс» («P—i»): 1 — граница области минималь­ных разрушений: разрыв соеди­нений и расчленение конструк­ций; 2 — граница области значи­тельных повреждении: повреж­дение некоторых конструктив­ных элементов, несущих на­грузку; 3 — граница области ча­стичного разрушения: 50—75 % стен разрушено или находятся на грани разрушения Таким же образом можно определить степень поражения импульсной нагрузкой органов дыхания и слуха, а также поражение головы и тела при ударе, вызванном переносом тела как целого. В общем случае, услов­но, вероятность поражения человека избыточным давлени­ем при взрыве определяется с использованием функции «пробит»: , где ; избыточное давление, Па; i – импульс волны давления, Па с. 2.3. Критерии осколочного поражения При анализе возможности поражения персонала при аварийных взрывах обычно отдельно рассматривают режущие осколки способные пробивать кожный покров и проникать внутрь тела и ударные осколки, которые не пробивают кожный покров наносят удар по всему телу, так что основной фактор повреждения связан с механическим повреждением внутренних органов от соударения. Различие между режущими и ударными осколками связано с их скоростью полета и формой и определяется критерием V50 определяемым как , где A — площадь миделевого сечения осколка в м2; m - масса осколка в кг. При скорости полета осколка V больше V50 его относят к режущим, а меньше V50 – к ударным. Пробит – функция для тяжелых поражений персонала режущими осколками массой m менее 0,1 кг определяется как: где Пробит – функция для тяжелых поражений персонала ударными осколками массой 0,1 кг < m < 4,5 кг определяется как: где . Для тяжелых осколков m > 4,5 кг вероятность тяжелого поражения определяется только скоростью: 2.4. Критерии токсического поражения Как и в случаях термического и импульсного поражений, в случае токсического поражения определяющими являются два параметра: «силовой» — концентрация опасного вещества и ее интервал по времени действия — токсодоза. Как и в случае термического и импульсного воздействий, существует предельная величина «силовой» составляющей (ПДК), не вызывающая ущерба при бесконечных временных экспозициях. При этом, аналогично «Q— q» и «Р— i» диаграммам, границы поражения определяют диаграммы «концентрация—токсодоза». И аналогичным образом вероятность поражения людей при наиболее важном для аварийных ситуаций ингаляционном воздействии токсического вещества определяется функцией «пробит». где С – концентрация; t - время; a, b, n – коэффициенты. Набор коэффициентов для каждого вещества позволяет оце­нивать вероятность поражения опасными концентрациями, если, конечно, удастся определиться со временем воздействия. Напри­мер, для аммиака, если С измерить в мг/м3, а t — в минутах, функция «пробит» выглядит следующим образом: Токсическими свойствами веществ, как и во многих других случаях, связанных с оценкой опасностей, однозначно описать действие токсических веществ на объекты затруднительно. Отметим, что уровень поражения определяется не только концентрацией опасного вещества, но и длительностью воздей­ствия. Поэтому характеристикой опасности вещества часто слу­жит ингаляционная токсодоза - произведение средней концент­рации токсического вещества, воздействующего через органы дыхания, и времени пребывания человека в зараженном воздухе. Обычно для обозначения опасных концентраций используют­ся следующие символы: LCtx — средняя смертельная токсодоза, вызывающая смер­тельный исход у х % пораженных (обычно x = 50 % или 100 %), здесь L от слова letalis — смертельный; ICtx — средняя выводящая из строя токсодоза (I — incapaci- biliу — небоеспособность); PCtx — средняя пороговая токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения (Р — primary— начальный); LDX — средняя смертельная доза — количество поглощенного, опасного вещества на 1 кг массы у х% пораженных. При этом в нормативных документах вредные вещества характеризуются исключительно концентрационными параметрами, за исключением методики ГО, где применяется поражающая токсодоза. Так, в законе «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» выделяются высокотоксичные вещества со средней смертельной концентрацией в воздухе не более 0,5 мг/л токсичные вещества со средней смертельной концентрацией в воздухе от 0,5 мг/л до 2 мл/л без указания времени экспозиции. ГОСТ 12.1.007 ССБТ «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» подразделяет вещества по токсичности на 4 класса исходя из ПДК в воздухе рабочей зоны (мг/м3). Класс 1 — чрезвычайно опасные ПДК < 0,1. Класс 2 — высокоопасные ПДК — 0,1 — 1,0. Класс 3 — умеренно опасные ПДК — 1,0 – 10. Класс 4 — мало опасные ПДК > 10,0. Ясно, что использовать эти показатели в случаях чрезвычай­ных ситуаций, когда речь идет о серьезных поражениях, можно лишь условно. Поэтому наиболее удобным для описания токси­ческой опасности веществ является использование коэффициен­тов, определяющих функцию «пробит». Значения характеристики токсичности некоторых соединений представлены в табл. 7.2. Таблица 7.2 Характеристики токсичности некоторых соединений Вещество a b n Акролеин Акрилонитрил Аммиак Бром Угарный газ Хлор Хлористый водород Цианастый водород Фтористый водород Сероводород Бромистый метил Метилизоцианат Двуокись азота Фосген Двуокись серы Окись этилена Тетраэтилсвинец 304 2533 6164 1075 7949 1017 3940 114 802 987 3135 57 235 14 5784 4443 300 -4,1 -8,6 -15,8 -9,04 -7,4 -8,29 -6,7 -9,8 -8,4 -11,5 -7,3 -1,2 -18,6 -0,8 -19,2 6,8 -4,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,3 2 2 1 2,4 1 2,4 1,5 1,9 1,1 0,7 3,7 0,9 2,4 1 1 3. Методы оценки ущерба 3.1 Виды и классификация ущерба Для того, чтобы иметь возможность оперировать количественными величинами риска нежелательного события, его последствия должны быть оценены. Ущерб представляет собой оцененные последствия. Оценка ущерба заключается в определении его величины в натуральном или денежном выражении. При этом денежный эквивалент ущерба является его экономической оценкой. Ущерб может быть классифицирован по ряду признаков (рис. 7.3). По объектам воздействия негативных факторов различают: - ущерб жизни и здоровью отдельных людей (медико-биологический), который определяется конкретными нарушениями их здоровья; - ущерб жизни и здоровью некоторой общности людей (населения или его части), приводящий к социальным потерям; - ущерб физическим, юридическим лицам и организациям в результате реализации аварий и их последствий; это могут быть материальный или экономический ущерб для основных или оборотных фондов, ущерб имуществу третьих лиц. Ущерб указанным реципиентам может носить моральный характер (например, потеря имиджа). Крупные аварии и катастрофы способны нанести социально-экономический ущерб (затраты на переселение людей, упущенная выгода от незаключенных и расторгнутых контрактов, нарушение процесса нормальной хозяйственной деятельности); - экологический ущерб, т.е. ущерб компонентам природной среды (воздух, земля, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, растительный и животный мир, озоновый слой атмосферы) и природным объектам (естественные экосистемы, природные ландшафты и составляющие их элементы). Рис. 7.3 Классификация видов ущерба По месту и времени проявления (реализации последствий) воздействия негативных факторов различают прямой, косвенный, полный и общий ущерб: - прямой ущерб – это ущерб здоровью, имуществу, имущественным или жизненным интересам объектов, попавших в зону действия негативных факторов опасного события или происшествия; - косвенный ущерб – это потери, убытки, упущенная выгода, которые понесут объекты, не попавшие в зону действия негативных факторов, а вызванные нарушениями и изменениями в структуре хозяйственных связей, инфраструктуре, дополнительные затраты на проведение мероприятий по ликвидации последствий аварии. Особенностью косвенного ущерба является его разветвленность и многозвенность в следственных связях, поэтому исчерпывающий косвенный ущерб определить практически невозможно; - полный ущерб является совокупностью прямого и косвенного ущерба, который определяется на некоторый момент времени: УПОЛН = УПР + УК, где УПР и УК – соответственно прямой и косвенный ущербы; - общий ущерб количественно равен полному ущербу и может быть определен в перспективе, когда новых составляющих косвенного ущерба уже не выявляется. Классификация видов ущерба может быть продолжена в условиях решения конкретных задач, поскольку оценка ущерба является необходимым составляющим элементом регулирования промышленной безопасности, в том числе декларирования промышленной безопасности и страхования опасных производственных объектов. Размер материального ущерба, в частности, является одним из основных показателей уровня чрезвычайных ситуаций при их классификации. 3.2 Структура определения ущерба Ущерб от аварий на опасных производственных объектах может быть выражен в общем виде формулой (с учетом РД 03-496-02): УПОЛН = ППП + ЗЛА + ПСЭ + УК + УЭКОЛ + ПВ ТР, где ППП – прямые потери организации, эксплуатирующей опасный производственный объект, руб.; ЗЛА – затраты на локализацию (ликвидацию) и расследование аварии, руб.; ПСЭ – социально-экономические потери (затраты, понесенные вследствие гибели и травматизма людей), руб.; УК – косвенный ущерб, руб.; УЭКОЛ – экологический ущерб, руб.; ПВ ТР – потери от выбытия трудовых ресурсов в результате гибели людей или потери ими трудоспособности. Полный ущерб рассчитывается после получения необходимых исходных данных. Более подробно остановимся на его составляющих, связанных с угрозами для жизни человека и компонентов природной среды. Задача определения ущерба в результате заболеваемости (смертности) населения, обусловленной снижением качества окружающей среды должна учитывать процесс его формирования в следующей последовательности: степень нарушения состояния окружающей среды – физический размер ущерба здоровью и жизни – экономический ущерб от повышения заболеваемости и смертности. В качестве основной характеристики, позволяющей сопоставить размеры физического ущерба человеку, может являться продолжительность потерянного времени. В случае заболеваемости – это продолжительность болезни, а в случае смерти – разница между среднеожидаемой и фактической продолжительностью жизни. Иногда при этом предлагается учитывать толь-ко число трудовых дней. К примеру, по оценкам ВОЗ и Международной организации по радиационной защите, средние потери времени в результате преждевременной смерти из-за несчастных случаев на производстве составляют около 30 – 35 лет, из которых 20 – 25 лет приходится на трудоактивный возраст (6000 – 7500 потерь производственных дней). Продолжительности болезней, по данным медицинской статистики, зависят от тяжести заболевания (ОРЗ – примерно 10 дней, заболевания верхних дыхательных путей – 14 дней, инфекционные паразитарные болезни – 18 дней, нарушения системы кровообращения – 21 день и т.п.). Аналогичные показатели существуют для травматических случаев. При получении тяжелых травм учитывается время снижения трудоспособности в течение всей последующей жизни. Принимая во внимание подобный подход, общая величина физического ущерба здоровью и жизни населения или его части в количестве N человек может быть определена зависимостью: где У(N, ΔS) – количество потерянного времени населением в N человек из-за заболеваемости, смертности, обусловленной снижением качества окружающей среды на величину ΔS; ni(ΔS) – число заболеваний i-го типа (смертей), зафиксированное при снижении качества окружающей среды (обычно фиксируется в расчете на 10000 жителей за год); ni фон – число болезней i-го типа (смертей) при «нормальном» состоянии окружающей среды; Тi – средняя продолжительность болезни i-го типа; k – число рассматриваемых типов болезней. На практике значения ni(ΔS) и ni фон обычно определяются для различных поло-возрастных групп (дети, трудоспособное население и люди пенсионного возраста). При этом значения У(N, ΔS) также рассчитываются для этих групп раздельно, а затем общий показатель ущерба определяется путем усреднения с учетом численности групп. Вместе с тем во время болезни у человека, как правило, сохраняется относительная трудоспособность, а число дней, пропущенных по болезни, не эквивалентно такому же числу дней недожитой жизни в случае его смерти. Для учета этой разницы в зависимость (6.28) вводится множитель, отражающий тяжесть болезни. Если смерть человека имеет тяжесть, равную единице, то остальные болезни могут характеризоваться относительной тяжестью, например, от 0,1 до 1. С учетом этой поправки зависимость (6.28) примет вид: , где qi – показатель тяжести i-й болезни. Последствиями аварий могут являться воздействия кратковременных поражающих факторов значительной интенсивности. Условием возникновения ущерба для человека в этом случае является превышение уровней воздействия u некоторых предельных значений uкр, являющихся критическими, что по аналогии с конструктивными элементами зданий и сооружений часто называют несущей способностью: где i, u – вид и значение нагрузки, действующей на человека; uкр – несущая способность конкретного человека; f – коэффициент, учитывающий индивидуальные особенности восприятия нагрузки (на практике обычно f = 1). Значения uкр по отношению к некоторым видам нагрузки по данным [6] составляют: - избыточное давление – 100 – 200 кПа; - электрический ток напряжением 220 В – 100 мА; - ионизирующее излучение – 4,5 Зв; - алкоголь в крови – 5 промилле (тысячная часть); - пуля стрелкового оружия – 200 – 300 м/с. Для преобразования полученных выше характеристик физического ущерба в стоимостные показатели необходимо иметь оценки, приведенные к единицам показателей экономического ущерба. Такими оценками, например, являются компенсации за потерю здоровья в виде выплат (в связи с потерей трудоспособности) в результате производственной аварии, травмы, болезни. Задача экономической оценки стоимости жизни человека пока не имеет однозначного решения, а подходы и способы этой оценки разнообразны, как разнообразны цели, условия и позиции, с которых происходит оценка. Известно, что в морально-этическом аспекте жизнь человека и его здоровье являются бесценными, тем более что в случае снижения качества окружающей среды (например, фонового техногенного загрязнения атмосферы) человек имеет дело с вынужденным риском, не зависящим от его личного поведения и образа жизни. Вместе с тем утверждение о том, что человеческая жизнь бесценна, по существу может означать, что она ничего не стоит. Другим примером здесь может быть печальное правило рыночной экономики: «То, что не имеет цены, не существует, не учитывается в процессе хозяйственных решений» [47]. Возмещение ущерба для жизни человека как личности в существующей системе ценностей в натуральном выражении невозможно (для семьи нельзя заменить больного человека на другого, здорового). Поэтому необходимость существования единой стоимостной оценки причиненного вреда представляется не вызывающей сомнений. Это экономический аспект цены жизни и здоровья человека. Исходя из этого, в целях принятия обоснованных решений в сфере обеспечения безопасности населения, государства, окружающей среды, Российское научное общество анализа риска в 2007 г. приняло Декларацию «Об экономической оценке жизни среднестатистического человека», согласно которой рекомендуемый диапазон значений этой величины для современных условий России составляет 7 – 10 млн. рублей. Показатель цены жизни среднестатистического человека в нормативно-экономических моделях оценки и менеджмента риска используется для: - расчетов ущерба, связанного с гибелью людей (безвозвратными потерями) при авариях, катастрофах и ЧС; - расчетов предотвращенного ущерба, связанного со снижением ожидаемого количества смертных случаев благодаря совершенствованию организации и технологий обеспечения безопасности населения и проведению превентивных мероприятий по снижению риска; - оптимизации системы мероприятий и затрат на их реализацию, направленных на снижение риска и смягчение последствий ЧС; - установления государственных или корпоративных выплат семьям погибших при ЧС; - установления страховых сумм возмещения ущерба в системе государственного или негосударственного страхования жизни (от несчастных случаев) для профессиональной деятельности, определенной законодательством РФ. 4. Нормативное регулирование безопасности и риска. Нормативная база для оценки безопасности и риска при эксплуатации промышленных объектов и технических систем являет­ся руководящим началом правил определения условий и требований их безопасной эксплуатации. Состояние нормативной базы в первую очередь должно отражать требования законов Российской Федерации, определяющих принципы и условия безопасности и приемлемый уро­вень риска. Ниже излагаются нормативные и правовые вопросы управления рисками в соответствии с законами РФ «О промышленной безопасно­сти опасных производственных объектов» (1997 г.) и «О техническом регулировании» (2002 г.). Законом «О техническом регулировании» устанавливается порядок введения в практику технических регламентов, в которые, помимо обязательных требований по безопасности с позиций недопустимого риска, должны быть заложены механизмы оценки соответствия этим требованиям продукции, процессов производства, эксплуатации, хра­нения, перевозки, реализации и утилизации. Положения этого закона в части декларирования во многом адекватны модульному подходу, оговоренному в Директиве 93/465 ЕЭС, хотя имеются и некоторые от­личия. Так, наряду с декларированием, которое широко используется в ЕЭС, российский закон предусматривает такую форму подтвержде­ния соответствия, как обязательная сертификация, и не предусматри­вает уполномочивание органов, осуществляющих оценку соответст­вия продукции требованиям конкретного технического регламента. В законе «О промышленной безопасности опасных производствен­ных объектов» внимание уделено трем ключевым вопросам: • лицензированию видов деятельности в области промышленной безопасности; • декларированию промышленной безопасности; • обязательному страхованию ответственности. Лицензирование видов деятельности в области промышленной безопасности Лицензирование является одним из основных механизмов регулирования промышленной безопасности и техногенного риска. Лицензии выдаются федеральным органом исполнительной власти, специально уполномоченным в области промышленной безопасно­сти, и являются официальным документом, удостоверяющим право владельца на проведение определенного вида деятельности. Для полу­чения лицензии на эксплуатацию опасного производственного объек­та заявитель должен предоставить акт приемки этого объекта в эксплу­атацию или положительное заключение экспертизы промышленной безопасности, а также договор страхования ответственности за причи­нение вреда в случае аварии на объекте. Декларирование промышленной безопасности Разработка Декларации предполагает всестороннюю оцен­ку риска аварии и связанной с нею угрозы. По наиболее опасным объ­ектам должна предоставляться Декларация промышленной безопас­ности, в которую необходимо включать не только технические и орга­низационные сведения об объекте, но и результаты проведенного анализа опасностей промышленного объекта и описание принятых владельцем предприятия мер по предотвращению аварий. Процедура декларирования эффективно применяется на практике в ЕЭС (Директива Севезо, конвенция Международной организации труда «О предотвращении крупных промышленных аварий».) К категории опасных производственных объектов относятся объ­екты, на которых: получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранят­ся, транспортируются, уничтожаются следующие опасные вещества: воспламеняющиеся вещества — газы, которые при нормальном давле­нии и в смеси с воздухом становятся воспламеняющимися и температура кипения которых при нормальном давлении составляет 20 °С или ниже; окисляющие вещества — вещества, поддерживающие горение, вы­зывающие воспламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в результате окислительно-восстановительной экзо­термической реакции; горючие вещества — жидкости, газы, пыли, способные самовозго­раться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его уда­ления; взрывчатые вещества — вещества, которые при определенных ви­дах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образова­нием газов; токсичные вещества — вещества, способные при воздействии на живые организмы приводить их к гибели; высокотоксичные вещества — способные при воздействии на живые организмы приводить их к гибели. вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды, — вещества, характеризующиеся в водной среде показателями острой токсичности используется оборудование, работающее под давлением более 0,07 Мпа или при температуре нагрева воды более 145 °С; используются стационарно установленные грузоподъемные механиз­мы, эскалаторы, канатные дороги, фуникулеры; получаются расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе этих расплавов; ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях. Таблица 7.1. Наименование опасного вещества Предельное количество, т Аммиак Хлор Фосген 500 25 0,75 Таблица 7.2 Виды опасных веществ Предельное количество, т Воспламеняющиеся газы 200 Горючие жидкости, находящиеся на складах и базах 50 000 Горючие жидкости, используемые в технологическом процессе или транспортируемые по магистральному трубопроводу 200 Взрывчатые вещества 50 В табл. 7.1 и 7.2 приведены предельные количества опасных ве­ществ, превышение которых на опасном производственном объекте является основанием для обязательной разработки Декларации про­мышленной безопасности. Обязательное страхование ответственности Организация, эксплуатирующая опасный производствен­ный объект, обязана страховать ответственность за причинение вреда жизни, здоровью или имуществу других лиц и окружающей природ­ной среде в случае аварии на объекте. Обязательное страхование — страхование, осуществляемое в силу закона. Виды, условия и порядок проведения обязательного страхова­ния определяются соответствующими законодательными актами РФ. Расходы по обязательному страхованию относятся на себестоимость продукции. Страхование гражданской ответственности - эффективное финан­совое средство, способствующее понижению риска и повышению бе­зопасности работы и ответственности предприятия за ущерб, который может быть нанесен населению и окружающей среде в результате аварии. Ущерб может быть чрезвычайно велик, и его возмещение в странах с рыночной экономикой осуществляется в первую очередь за счет владельца предприятия посредством системы страхования. Толь­ко в случае катастрофического ущерба к его возмещению подключает­ся государство. Такая система делает невыгодной аварию как для само­го предприятия, так и для страховщика. Таким образом, обязательное страхование ответственности промы­шленного предприятия за ущерб от промышленной аварии выгодно всем. Для населения оно гарантирует право на возмещение ущерба жизни, здоровью и имуществу. Для предприятия страхование ответст­венности выгодно, поскольку оно создает финансовый резерв для ликвидации последствий аварии, для возмещения ущерба пострадав­шим гражданам и организациям.