Анализ факторов определяющих безопасность технических систем. Надёжность технических систем и техногенный риск

В практике определения показателей надежности ТС функции распределения получают на основе теоретических предпосылок или в результате наблюдений.

Рисунок 4.1 – Функция распределения случайной величины

При обработке опытных данных любых показателей надежности пользуются методом построения гистограмм или полигонов.

Чтобы исключить влияние значения интервала hi (классового промежутка) на характер гистограммы, её следует строить так, чтобы площадь каждого прямоугольника была равна вероятности pi = mi / n данного класса.

Для этого по оси ординат следует откладывать величину

f( x) = pi / hi

т. е. частоту, приходящуюся на единицу классового промежутка.

Полная площадь всех прямоугольников будет равна единице.

Если теперь соединить середины прямоугольников, то получится ломаная линия, представляющая собой приближенный график плотности распределения случайной величины f( x).

Рисунок 4.2 – Плотность распределения показателя надежности

Плотность распределения f( x) имеет размерность x-1 .

Иногда функцию f( x) называют также дифференциальной функцией распределения

или дифференциальным законом распределения.
4.2. Числовые характеристики случайных величин

Исчерпывающими характеристиками случайных величин – являются:

для дискретной случайной величины

а) функция распределения ;

для непрерывной случайной величины

а) функция распределения ;

б) плотность распределения .

Для характеристики существенных черт распределения случайной величины в компактной форме используются числовых характеристики случайной величины.

В теории вероятностей числовые характеристики и операции с ними играют огромную роль.

С помощью числовых характеристик существенно облегчается решение многих вероятностных задач.

В теории вероятностей и математической статистики применяется большое количество числовых характеристик, имеющих различные назначение и области применения.

Рассмотрим наиболее часто применяемые характеристики положения случайной величины на числовой оси:

математическое ожидание,

мода,

медиана.

Из характеристик положения в теории вероятностей важнейшую роль играет математическое ожидание случайной величины, которое иногда называются просто средним значением случайной величины.

Рассмотрим дискретную случайную величину Xд , имеющую:

возможные значения x1, x2, … , xn ,

с вероятностями p1, p2, … , pn .

Среднее значение дискретной случайной величины Xд , вычисляется по формуле

Наглядно математическое ожидание можно представить если обратится к механической интерпретации распределения дискретной случайной величины.

Пусть на оси абсцисс расположены точки с абсциссами x1, x2, … , xn , в которых сосредоточены массы p1, p2, … , pn , причем ∑ pi = 1

Тогда математическое ожидание является абсциссой центра тяжести данной системы материальных точек.

Для непрерывной случайной величины математическое ожидание выражается не суммой, а интегралом

где - плотность распределения величины.

Кроме математического ожидания, на практике иногда применяются характеристики положения – мода и медиана случайной величины .

Модой называется ее наиболее вероятное значение для дискретной случайной величины, а для непрерывной случайной величины значение в котором плотность вероятности максимальна.

Рисунок 4.3 – Мода случайной величины
Медианой непрерывной случайной величины называется такое её значение, для которого

т. е. одинаково вероятно, окажется ли случайная величина меньше или больше.

Геометрически медиана – это абсцисса точки, в которой площадь ограниченная кривой распределения, делится пополам.

В случае симметричного распределения медиана совпадает с математическим ожиданием и модой.

Рисунок 4.4 - Медиана случайной величины

Кроме характеристик положения употребляется ещё ряд характеристик, каждая из которых описывает то или иной свойство распределения.

В качестве таких характеристик чаще всего применяются:

среднее квадратическое отклонение

Для непосредственного вычисления дисперсии служат формулы:

Для дискретной случайной величины

Для непрерывной случайной величины

Дисперсия случайной величины есть характеристика рассеивания её значений около математического ожидания.

Само слово «дисперсия» означает «рассеивание».

Каждой числовой характеристики случайной величины соответствует её статистическая аналогия.

Для математического ожидания случайной величины аналогией является среднее арифметическое наблюденных значений случайной величины

где - значение случайной величины, наблюденное в - м опыте;

Число опытов.

Эту характеристику иногда называют статистическим средним случайной величины

Статистическим аналогом дисперсии является выражение

Статистическую дисперсию иногда называют выборочной дисперсией.

Дисперсия случайной величины имеет размерность квадрата случайной величины.

Для наглядной характеристики рассеивания удобнее пользоваться величиной, размерность которой совпадает с размерностью случайной величины.

Полученная величина называется средним квадратическим отклонением (иначе – «стандартом») случайной величины

Статистический аналог -

Контрольные вопросы

1. Дайте определение дискретной и непрерывной случайной величины.

2. В чем сущность интегральной функции распределения?

3. В чем сущность дифференциальной функции распределения?

4. Какие основные числовые характеристики присущи распределению показателя надежности?

5. Дайте определения понятий «мода», «медиана» и «среднее статистическое значение».

6. Дайте определения понятий «среднее квадратическое отклонение» и «дисперсия».

5. Техногенный риск

5.1. Основные сведения об авариях и катастрофах

Чрезвычайное событие – происшествие, заключающееся в резком отклонении от норм протекающих процессов или явлений и оказывающее значительное отрицательное воздействие на

жизнедеятельность человека,

функционированию экономики,

социальную сферу и

природную среду.

Чрезвычайная ситуация

Для практических целей общую классификацию чрезвычайных ситуаций целесообразно строить:

по масштабу распространения;

по причине возникновения,

лежащих в их основе чрезвычайных событий.

Данная классификация является наиболее общей, так как раскрывает сущность явлений, происходящих при чрезвычайных событиях.

Классификация чрезвычайных ситуаций по масштабу их распространения :

локальные, объектовые, местные, региональные, национальные, глобальные

Классификация чрезвычайных ситуаций по причине возникновения :

техногенного характера, природного характера, экологического характера.

Чрезвычайные ситуации техногенного характера могут быть следующие:

1. Транспортные аварии (катастрофы)

2. Пожары, взрывы

3. Аварии с истечение и заражением окружающей среды

4. Внезапное обрушение сооружений

8. Гидродинамические аварии

Чрезвычайная ситуация – совокупность исключительных обстоятельств, сложившихся в соответствующей зоне в результате чрезвычайного события и других факторов, в том числе местных особенностей.

Чрезвычайное событие – происшествие, заключающееся в резком отклонении от норм протекающих процессов или явлений и оказывающее значительное отрицательное воздействие на жизнедеятельность человека, функционированию экономики, социальную сферу и природную среду.

Авария – чрезвычайное событие, происходящее по техногенным причинам, а также из-за случайных внешних воздействий, и заключающееся в повреждении, выходе из строя, разрушении технических устройств или сооружений.

Авария – это выход из строя технических систем вследствие нарушения технологий производства, правил эксплуатации, мер безопасности, низкой трудовой дисциплины, а также ошибок, допущенных при проектировании, изготовлении .

Крупная авария (катастрофа) – авария, повлекшая за собой многочисленные человеческие жертвы, значительный материальный ущерб и другие тяжелые последствия.

Крупная авария – такая авария ТС при которой или погибло не менее определенного количества людей, или материальный ущерб превысил определенную сумму, или имело место некоторое сочетание этих обстоятельств.

К крупным авариям относят те аварии, в которых погибло не менее 10 человек.

Авария и катастрофа, помимо причин и обычно длительности процесса, различаются главным образом количественно – по размеру ущерба. Например: крупная техническая авария – до 107 долл.; «рядовая» техническая авария – до 106 долл.; мелкая техническая авария – до 105 долл.
5.2. Основы теории риска

Термины: надежность, безопасность , и риск часто смешивают.

При анализе надежности исследуют отказы технических систем так и процесс их возникновения.

Если требуется определить параметры, характеризующие безопасность, то необходимо в дополнении к отказам технических систем рассмотреть возможность нарушения целостности самого оборудования или вызываемых ими других повреждений.

Если на стадии анализа безопасности предполагается возможность отказов в системе, то проводится анализ риска отказов в смысле ущерба, наносимого оборудованию, и последствий для людей, находящихся вблизи него.

Если в анализ отказов технической системы включить ожидаемую частоту последствий их появления, то можно считать анализ риска выполненным.

Основной целью анализа риска является оценка частоты (вероятности) возможных последствий из-за отказов технической системы.

Результатом изучения риска может быть такое утверждение «Возможное число человеческих жертв в течение года в результате взрыва реактора равно 10-4.»

Таким образом, на каждые 10 тыс. работающих сотрудников, предсказывается гибель одного человека.

Определение термина риск с позиции теории вероятности следующее «риск – вероятность человеческих и материальных потерь или повреждений ».

Например, риск любого человека из 200-миллионного населения США погибнуть в течение года в автомобильных катастрофах составляет

Это следует из того, что годовое число смертельных случаев в автомобильных катастрофах в США составляет 50 тыс.

Риск любого человека из 140-миллионного населения России погибнуть в течение года в автомобильных катастрофах составляет

Это следует из того, что годовое число смертельных случаев в автомобильных катастрофах в России составляет 37 тыс.

Таблица 5.1 – Риск погибнуть в автомобильной катастрофе в странах мира

Риск может иметь не смертельный исход, поэтому общим выражением является

Для примера с автомобильными авариями при общем числе аварий, равном в США 50 млн. в год

я общества риск понести материальные потери от автомобильных аварий можно выразить так:

Полная безопасность не может быть гарантирована никому, независимо от образа жизни.

Каждый из нас живет от одного дня до другого, избегая риска или преодолевая опасности, например

Причина или место Приблизительный

В общем виде функцию безопасности https://pandia.ru/text/78/495/images/image039_6.gif" width="360" height="49">

где - риск i - й природы;

Ресурсы, вкладываемые для снижения риска - й природы.

6.3. Методика изучения риска

Риск связан с бесконтрольным освобождением энергии или утечки токсических веществ.

На предприятии некоторые участки производства представляют большую опасность, чем другие. Поэтому необходимо вначале разбить предприятие на подсистемы , чтобы выявить такие участки производства, которые являются источниками бесконтрольных утечек.

Первыми шагами являются:

Шаг 1. Выявить источники опасности: возможны ли утечки ядовитых веществ, взрывы, пожары и т. д.

Было установлено, чтобы обнаружить опасные подсистемы полезно использовать следующие ключевые слова и выражения:

1) Больше чем;

2) Меньше чем;

3) Ни один из;

4) Часть из;

5) Чем другие;

6) Так же как;

7 Позже чем;

8) Скорее чем

Шаг 2. Определить части системы, которые могут вызвать эти опасные состояния: химические реакторы, емкости, хранилища, энергетические установки.

Средствами к достижению понимания опасностей в системе являются инженерный анализ и детальное рассмотрение окружающей среды, процесса работы и самого оборудования.

При этом очень важно знание: степени токсичности, правил безопасности, взрывоопасных условий, прохождения реакций, коррозионных процессов и условий возгораемости .

Следует вводить определенные ограничения на анализ технических систем и окружающей среды.

Так как, например, нерационально в деталях изучать параметры риска, связанного с разрушением ректификационной колонны нефтеперегонного заводы из-за столкновения самолета с ней.

Поэтому необходим следующий шаг.

Шаг 3. Следует ввести ограничения на анализ.

(Например, нужно решить, будет ли он включать детальное изучение риска в результате саботажа, диверсий, войны, ошибок людей, поражения молнией, землетрясений и т. д.).

6.4. Предварительный анализ опасностей

Целью первых шагов анализа риска является определение системы и выявление в общих чертах потенциальных опасностей.

Предварительным анализом опасностей является процедура включения в рассмотрение последовательности событий, превращающих опасность в происшествие, а также корректирующих мероприятий для устранения последствий происшествия.
Обычная схема классификации опасностей следующая:

Класс І. – пренебрежимые эффекты.

Класс І І – граничные эффекты.

Класс І І І – критические ситуации.

Класс І V – катастрофические ситуации.

На стадии предварительного анализа опасностей необходимо наметить предупредительные меры, с тем, чтобы исключить аварии класса І V и, возможно, классов І І І и І І .

После этого можно принять необходимые решения:внести исправления в проект в целом или изменить конструкцию оборудования, или изменить цели и функции и (или) внести нештатные действия с использованием предохранительных и предупреждающих устройств.

Особое значение при выполнении предварительного анализа отказов имеют граничные условия для оборудования и подсистем.

В целом предварительный анализ отказов представляет собой первую попытку выявить оборудование ТС и отдельные события, которые могут привести к возникновению опасностей; этот анализ выполняется на начальном этапе разработки системы.

Контрольные вопросы

1. Опишите классификацию чрезвычайных ситуаций.

2. В чем различие терминов «надежность», «безопасность» и «риска».

3. Приведите зависимость определения и измерения риска.

4. Опишите в общем виде функцию безопасности.

5. Поясните применение дерева решения для анализа опасностей.

Контрольные вопросы для самостоятельной работы

Правильные ответы подчеркнуть или обвести

1. Каким сочетанием свойств характеризуется надежность технической системы?

1. Безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

2. Работоспособность, отказ, долговечность, исправное состояние.

3. Вероятность безотказной работы, срок службы, время устранения отказа, сохраняемость.

4. Ремонтопригодность, ресурс, наработка между отказами, неисправное состояние.

2. Укажите комплексные показатели надежности:

1. Долговечность, ремонтопригодность, безотказность.

2. Коэффициент готовности, коэффициент технического использования.

3. Параметр потока отказов, гамма-процентный ресурс, вероятность восстановления.

4. Сохраняемость, наработка до отказа, вероятность безотказной работы.

3. Какое состояние машины будет определяться как её отказ?

1. Неисправное состояние.

3. Поврежденное состояние.

4. Предельное состояние.

4. Какие показатели оценивают долговечность машины?

2. Вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, средняя на­работка на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов.

3. Вероятность восстановления, среднее время восстановления.

5. Какие показатели оценивают безотказность автомобиля?

1. Гамма-процентный ресурс, средний ресурс, гамма-процентный

срок службы, средний срок службы.

2. Вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа,

средняя наработка на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов.

3. Вероятность восстановления, среднее время восстановления,

средняя трудоемкость восстановления.

4. Гамма-процентный срок сохраняемости, средний срок сохраняемости.

6. Какие показатели оценивают ремонтопригодность машины?

1. Гамма-процентный ресурс, средний ресурс, гамма-процентный срок службы, средний срок службы.

2. Вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, средняя наработка на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов.

3. Вероятность восстановления, среднее время восстановления, средняя трудоемкость восстановления.

7. Какие показатели надежности оценивают только долговечность изделия?

1. Средний срок сохраняемости и гамма-процентный ресурс.

2. Средний срок службы и средний ресурс.

3. Гамма-процентный срок сохраняемости и гамма-процентный срок службы

8. Какие свойства надежности оценивает коэффициент готовности?

1. Безотказность, долговечность.

2. Ремонтопригодность, безотказность.

3. Долговечность, сохраняемость.

4. Ремонтопригодность, сохраняемость.

9. Какое состояние машины будет определяться как исчерпание ресурса?

1. Неисправное состояние.

2. Неработоспособное состояние.

3. Поврежденное состояние.

4. Предельное состояние.

10. Какие показатели надежности оценивают долговечность и сохраняемость?

1. Средний ресурс и гамма-процентный срок сохраняемости.

2. Гамма процентный ресурс и средний срок службы.

3. Средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости.

11. Какое из свойств автомобиля соответствует следующему требованию – «сохранять работоспособность в течении определенного времени или пробега»?

1. Ремонтопригодность.

2. Сохраняемость.

3. Безотказность.

4. Долговечность.

12. Какие показатели надежности оценивают только безотказность изделия

13. Какие показатели надежности оценивают только ремонтопригодность

1. параметр потока отказов и среднее время восстановления

2. вероятность восстановления в заданное время и вероятность безотказной работы

3. среднее время восстановления и вероятность восстановления в заданное время

14. Какие показатели необходимо знать, чтобы определить комплексный показатель надежности – коэффициент готовности?

1. Средняя наработка на отказ, среднее время восстановления.

2. Средний срок сохраняемости, среднее время восстановления.

3. Средний ресурс, средняя наработка на отказ.

15. В каком ответе перечислены только свойства, характеризующие надежность изделия?

1. безотказность, работоспособность

2. долговечность, ремонтопригодность

3. сохраняемость, исправность

16. Какое состояние машины будет определяться как её отказ?

1. Неисправное состояние.

2. Неработоспособное состояние.

3. Предельное состояние.

17. Какие показатели надежности оценивают только безотказность изделия

1. средняя наработка на отказ и вероятность безотказной работы

2. гамма-процентная наработка до отказа и вероятность восстановления в заданное время

3. среднее время восстановления и интенсивность отказов

18. В каком ответе перечислены только состояния изделия?

1. сохраняемость, предельное состояние

2. отказ, повреждение

3. исправность, работоспособность

19. При анализе надежности исследуют что?

1. отказы технических систем

20. При анализе безопасности исследуют что?

1. отказы технических систем

2. нарушение целостности технических систем

3. частоту последствий отказов технической системы

21. При анализе риска исследуют что?

1. отказы технических систем

2. нарушение целостности технических систем

3. частоту последствий отказов технической системы

22. При каком уровне риска в год общественность не выражает озабоченности?

1. степень риска меньше 10-6

2. степень риска больше 10-6

3. степень риска равна 10-6

Рассмотрена концепция надежности технических систем и производственной безопасности как составной части техногенной безопасности. Приведены основные термины и определения надежности технических систем, указаны основные опасности технических систем, обоснована актуальность проблемы безопасности с точки зрения ее социальноэкономической значимости. Рассмотрены основные положения теории надежности технических систем и техногенного риска. Приведены математические формулировки, используемые при оценке и расчете основных свойств и параметров надежности технических объектов, рассмотрены элементы физики отказов, структурные схемы надежности технических систем и их расчет, сформулированы основные методы повышения надежности и примеры использования теории надежности для оценки безопасности человеко-машинных систем. Рассмотрена методология анализа и оценки техногенного риска, приведены основные качественные и количественные методы оценки риска, методология оценки надежности, безопасности и риска с использованием логико-графических методов анализа, критерии приемлемого риска, принципы управления риском, рассмотрены примеры использования концепции риска в инженерной практике. Учебное пособие подготовлено на кафедре "Инженерная экология" Пензенского государственного университета архитектуры и строительства и предназначено для студентов специальности 330200 "Инженерная защита окружающей среды". Оно может быть использовано при подготовке студентов других инженерных специальностей, изучающих дисциплину "Безопасность жизнедеятельности".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.

Министерство образования Российской Федерации ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА А.Г.Ветошкин НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕНННЫЙ РИСК Учебное пособие Пенза 2003 УДК 621.192 ББК 30.14я2 Ветошкин А.Г. НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК. – Пенза: Изд-во ПГУАиС, 2003. - с.: ил., 24 библиогр. Рассмотрена концепция надежности технических систем и производственной безопас- ности как составной части техногенной безопасности. Приведены основные термины и опре- деления надежности технических систем, указаны основные опасности технических систем, обоснована актуальность проблемы безопасности с точки зрения ее социально- экономической значимости. Рассмотрены основные положения теории надежности техниче- ских систем и техногенного риска. Приведены математические формулировки, используе- мые при оценке и расчете основных свойств и параметров надежности технических объек- тов, рассмотрены элементы физики отказов, структурные схемы надежности технических систем и их расчет, сформулированы основные методы повышения надежности и примеры использования теории надежности для оценки безопасности человеко-машинных систем. Рассмотрена методология анализа и оценки техногенного риска, приведены основные каче- ственные и количественные методы оценки риска, методология оценки надежности, безо- пасности и риска с использованием логико-графических методов анализа, критерии прием- лемого риска, принципы управления риском, рассмотрены примеры использования концеп- ции риска в инженерной практике. Учебное пособие подготовлено на кафедре «Инженерная экология» Пензенского го- сударственного университета архитектуры и строительства и предназначено для студентов специальности 330200 «Инженерная защита окружающей среды». Оно может быть исполь- зовано при подготовке студентов других инженерных специальностей, изучающих дисцип- лину «Безопасность жизнедеятельности». Рецензенты: Кафедра «Инженерная экология» Пензенского технологического института (зав. ка- федрой кандидат технических наук, доцент, член-корр. Нью-Йоркской академии наук К.Р.Таранцева). Кандидат технических наук, профессор, академик МАНЭБ В.В. Арбузов (Пензен- ский филиал Международного независимого эколого-политологического университета). Издательство ПГУАиС А.Г.Ветошкин 3 Содержание Введение. 1. Основные понятия надежности технических систем. 2. Показатели надежности технических систем. 3. Модели распределений, используемых в теории надежности. 3.1. Закон распределения Пуассона. 3.2. Экспоненциальное распределение 3.3. Нормальный закон распределения. 3.4. Логарифмически нормальное распределение. 3.5. Распределение Вейбулла. 3.6. Гамма-распределение. 3.7. Установление функции распределения показателей надежности по данным статистической информации. 4. Математические зависимости для оценки надежности. 4.1. Функциональные зависимости надежности. 4.2. Теорема сложения вероятностей. 4.3. Теорема умножения вероятностей. 4.4. Формула полной вероятности. 5. Причины потери работоспособности технического объекта 5.1. Источники и причины изменения начальных параметров технической системы. 5.2. Процессы, снижающие работоспособность системы 5.3. Физика отказов. 5.3.1. Анализ закономерностей изменения свойств материалов 5.3.2. Законы состояния. 5.3.3. Законы старения. 5.4. Множественные отказы. 6. Основные характеристики надежности элементов и систем. 6.1. Показатели надежности невосстанавливаемого элемента. 6.2. Показатели надежности восстанавливаемого элемента. 6.3. Показатели надежности системы, состоящей из независимых элементов. 6.4. Выбор и обоснование показателей надежности технических систем. 6.5. Распределение нормируемых показателей надежности. 7. Расчет показателей надежности технических систем. 7.1. Структурные модели надежности сложных систем. 7.2. Структурная схема надежности системы с последовательным соединением элементов. 7.3. Структурные схемы надежности систем с параллельным соединением элементов. 7.4.Структурные схемы надежности систем с другими 4 видами соединения элементов. 7.5. Зависимости для расчета вероятности безотказной работы по заданному критерию. 7.6. Проектный расчет надежности технической системы. 7.7. Применение теории надежности для оценки безопасности технических систем. 7.8. Показатели надежности при оценке безопасности систем «человек – машина» (СЧМ). 7.9. Роль инженерной психологии в обеспечении надежности. 8. Логико-графические методы анализа надежности и риска. 8.1. Определения и символы, используемые при построении дерева. 8.2. Процедура анализа дерева отказов. 8.3. Построение дерева отказов. 8.4. Качественная и количественная оценка дерева отказов. 8.5. Аналитический вывод для простых схем дерева отказов. 8.6. Дерево с повторяющимися событиями. 8.7. Вероятностная оценка дерева отказов. 8.8. Преимущества и недостатки метода дерева отказов. 9.Методы обеспечения надежности сложных систем. 9.1.Конструктивные способы обеспечения надежности. 9.2.Технологические способы обеспечения надежности изделий в процессе изготовления. 9.3.Обеспечение надежности сложных технических систем в условиях эксплуатации. 9.4. Пути повышения надежности сложных технических систем при эксплуатации. 9.5. Организационно-технические методы по восстановлению и поддержанию надежности техники при эксплуатации. 10. Основы теории и практики техногенного риска. 10.1. Понятие техногенного риска. 10.2. Методология анализа и оценки риска. 10.3. Качественные методы анализа риска. 10.4. Количественная оценка риска. 10.5. Критерии приемлемого риска. 10.6. Управление риском. 10.7. Применение теории риска в технических системах. 10.8. Анализ и оценка риска при декларировании безопасности производственного объекта. 10.9. Оценка риска аварий. 5 10.10. Ионизирующее излучение как источник риска. Приложения. Таблица П.1. Значения нормальной функции распределения. Таблица П.2. Квантили χ2. Таблица П.3. Критерий Колмогорова. Таблица П.4. Классификация источников и уровней риска смерти человека в промышленно развитых странах. Таблица П.5. Сравнение методов анализа риска Таблица П.6. Показатели риска промышленного изделия Приложение П.7. Схема оценки профессионального риска Литература. 6 Введение Переход к новым механизмам хозяйствования и развитому рынку путем интенсифика- ции всех производственных процессов невозможен без более полного использования дости- жений научно- технического прогресса, эффективного использования ресурсов, снижения ущерба от аварийности и травматизма. Решение этой грандиозной задачи требует научно обоснованных подходов к организации и обеспечению безопасности всех отраслей промыш- ленности, сельского хозяйства, транспорта и энергетики. Актуальность проблемы обеспечения безопасности особенно возрастает на современ- ном этапе развития производительных сил, когда из-за трудно предсказуемых техногенных и экологических последствий чрезвычайных происшествий поставлено под сомнение само существование человеческого общества. Рассматриваемая проблема становится все более острой как неизбежное следствие происходящей научно-технической революции, т.е. след- ствием обострения противоречий между новыми средствами производства и традиционными способами их использования. Современная цивилизация столкнулась с грандиозной проблемой, заключающейся в том, что основа бытия общества – промышленность, сконцентрировав в себе колоссальные запасы энергии и новых материалов, стала угрожать жизни и здоровью людей, и даже ок- ружающей среде. Авария в условиях современной техносферы по своим масштабам и тяжести последст- вий стала сравнима с природными катастрофами и разрушительными последствиями воен- ных действий с применением ядерного оружия. Как свидетельствуют статистические данные последние 20 лет 20-го века принесли 56% от наиболее крупных происшествий в промыш- ленности и на транспорте. Считается, что ущерб от аварийности и травматизма достигает 10…15% от валового национального продукта промышленно развитых государств, а эколо- гическое загрязнение окружающей природной среды и несовершенная техника безопасности являются причиной преждевременной смерти 20…30% мужчин и 10…20% женщин. В 1995 году на территории РФ было зафиксировано около 1550 чрезвычайных ситуаций, из кото- рых 1150 носили техногенный характер и 400 – природный. В них пострадало 18000 чело- век, погибло свыше 1800. Сложившаяся кризисная ситуация в вопросах аварийности и травматизма объясняется не только низкой культурой безопасности и технологической недисциплинированностью персонала, но и конструктивным несовершенством используемого в РФ промышленного и транспортного оборудования. В наибольшей степени аварийность свойственна угольной, горнорудной, химической, нефтегазовой и металлургической отраслям промышленности, транспорту. Проблема преду- преждения происшествий приобретает особую актуальность в атомной энергетике, химиче- ской промышленности, при эксплуатации военной техники, где используется и обращается мощные источники энергии, высокотоксичные и агрессивные вещества. Основными причинами крупных техногенных аварий являются: - отказы технических систем из-за дефектов изготовления и нарушений режимов экс- плуатации; - ошибочные действия операторов технических систем; - концентрации различных производств в промышленных зонах; - высокий энергетический уровень технических систем; - внешние негативные воздействия на объекты энергетики, транспорта и др. Безопасность – состояние защищённости отдельных лиц, общества и природной среды от чрезмерной опасности. 7 Государственная политика в области экологической и промышленной безопасности и новые концепции обеспечения безопасности и безаварийности производственных процессов на объектах экономики, диктуемые Федеральными законами «О защите населения и терри- торий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 11.11.94 г., «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 №116-ФЗ, Федеральным законом "О радиационной безопасности населения" от 09.01.96 г. №3-ФЗ, Фе- деральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30.03.99 г. №52-ФЗ, Федеральным законом "Об использовании атомной энергии" от 21.11.95 г. №170-ФЗ, Федеральным законом "Об охране окружающей " от 10.01.02 г. №7-ФЗ, преду- сматривают организационно-правовые нормы в области защиты граждан РФ, а также окру- жающей природной среды от чрезвычайных ситуаций различного происхождения и дают возможность объективной оценки опасностей и позволяют наметить пути, средства и меро- приятия борьбы с ними. Оценка и обеспечение надежности и безопасности технических систем при их созда- нии, отработке и эксплуатации - одна из важнейших проблем в современной технике и эко- номике. Оценка опасности различных производственных объектов заключается в определении возникновения возможных чрезвычайных ситуаций, разрушительных воздействий пожаров и взрывов на эти объекты, а также воздействия опасных факторов пожаров и взрывов на лю- дей. Оценка этих опасных воздействий на стадии проектирования объектов осуществляется на основе теории надежности и нормативных требований, разработанных с учетом наиболее опасных условий протекания чрезвычайных ситуаций и проявления их негативных факторов, утечек и проливов опасных химических веществ, пожаров и взрывов, т.е. с учетом аварийной ситуации. 8 1. Основные понятия надежности технических систем Термины надежность, безопасность, опасность и риск часто смешивают, при этом их значения перекрываются. Часто термины анализ безопасности или анализ опасности ис- пользуются как равнозначные понятия. Наряду с термином анализ надежности они относят- ся к исследованию как работоспособности, отказов оборудования, потери работоспособно- сти, так и процесса их возникновения. Обеспечение надежности систем охватывает самые различные аспекты человеческой деятельности. Надежность является одной из важнейших характеристик, учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации самых различных технических систем. С развитием и усложнением техники углубилась и развивалась проблема ее надежно- сти. Изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, кото- рым они подчиняются, разработка метода проверки надежности изделий и способов контро- ля надежности, методов расчетов и испытаний, изыскание путей и средств повышения на- дежности – являются предметом исследований надежности. Если в результате анализа требуется определить параметры, характеризующие безопас- ность, необходимо в дополнение к отказам оборудования и нарушениям работоспособности системы рассмотреть возможность повреждений самого оборудования или вызываемых ими других повреждений. Если на этой стадии анализа безопасности предполагается возмож- ность отказов в системе, то проводится анализ риска для того, чтобы определить последствия отказов в смысле ущерба, наносимого оборудованию, и последствий для людей, находящих- ся вблизи него. Наука о надежности является комплексной наукой и развивается в тесном взаимодей- ствии с другими науками, такими как физика, химия, математика и др., что особенно нагляд- но проявляется при определении надежности систем большого масштаба и сложности. При изучении вопросов надежности рассматривают самые разнообразные объекты - изделия, сооружения, системы с их подсистемами. Надежность изделия зависит от надежно- сти его элементов, и чем выше их надежность, тем выше надежность всего изделия. 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, хранения и транс- портирования. Недостаточная надежность объекта приводит к огромным затратам на его ре- монт, простою машин, прекращению снабжения населения электроэнергией, водой, газом, транспортными средствами, невыполнению ответственных задач, иногда к авариям, связан- ным с большими экономическими потерями, разрушением крупных объектов и с человече- скими жертвами. Чем меньше надежность машин, тем большие партии их приходится изго- товлять, что приводит к перерасходу металла, росту производственных мощностей, завыше- нию расходов на ремонт и эксплуатацию. Надежность объекта является комплексным свойством, ее оценивают по четырем пока- зателям - безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или по со- четанию этих свойств. Безотказность - свойство объекта сохранять работоспособность непрерывно в тече- ние некоторого времени или некоторой наработки. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей. Безотказность свойственна объекту в любом из возможных режимов его существования, в том числе, при хранении и транспортировке. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступле- ния предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ре- монта. 9 В отличие от безотказности долговечность характеризуется продолжительностью рабо- ты объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами для восстановления его рабо- тоспособности в плановых и неплановых ремонтах и при техническом обслуживании. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуата- ция недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состоя- ния невозможно или нецелесообразно. Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения техническо- го обслуживания и ремонта. Важность ремонтопригодности технических систем определяет- ся огромными затратами на ремонт машин. Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения парамет- ров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и по- сле хранения и (или) транспортирования. Практическая роль этого свойства велика для дета- лей, узлов и механизмов, находящихся на хранении в комплекте запасных принадлежностей. Объекты подразделяют на невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановле- ны потребителем и подлежат замене (например, электрические лампочки, подшипники, ре- зисторы и т.д.), и восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем (на- пример, телевизор, автомобиль, трактор, станок и т.д.). Надежность объекта характеризуется следующими состояниями: исправное, неисправ- ное, работоспособное, неработоспособное. Исправное состояние - такое состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Исправное изделие обязательно работоспособно. Неисправное состояние - такое состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проект- ной) документации. Различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности, приводящие к отказам. Например, повреждение окраски автомобиля означает его неисправ- ное состояние, но такой автомобиль работоспособен. Работоспособным состоянием называют такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, соответствующие требованиям нормативно- технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неработоспособное изделие является одновременно неисправным. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Отказы по характеру возникновения подразделяют на случайные и неслучайные (сис- тематические). Случайные отказы вызваны непредусмотренными нагрузками, скрытыми дефектами материалов, погрешностями изготовления, ошибками обслуживающего персонала. Неслучайные отказы - это закономерные явления, вызывающие постепенное накоп- ление повреждений, связанные с влиянием среды, времени, температуры, облучения и т. п. В зависимости от возможности прогнозировать момент наступления отказа все отказы подразделяют на внезапные (поломки, заедания, отключения) и постепенные (износ, старе- ние, коррозия). По причинам возникновения отказы классифицируют на конструктивные (вызванные недостатками конструкции), производственные (вызванные нарушениями технологии изго- товления) и эксплуатационные (вызванные неправильной эксплуатацией). 2. Показатели надежности технических систем 10 Показателями надежности называют количественные характеристики одного или не- скольких свойств объекта, составляющих его надежность. К таким характеристикам относят, например, временные понятия - наработку, наработку до отказа, наработку между отказа- ми, ресурс, срок службы, время восстановления. Значения этих показателей получают по ре- зультатам испытаний или эксплуатации. По восстанавливаемости изделий показатели надежности подразделяют на показатели для восстанавливаемых изделий и показатели невосстанавливаемых изделий. Применяются также комплексные показатели. Надежность изделий, в зависимости от их назначения, можно оценивать, используя либо часть показателей надежности, либо все показатели. 11

.
Электронное учебное пособие

подготовлено на базе учебного пособия

«Надежность технических систем и техногенный риск»
под редакцией Акимова В.А., Лапина В.Л., Попова В.М., Пучкова В.А., Томакова В.И., Фалеева М.И.

Предисловие
Безопасность и устойчивость развития общества - два взаимосвязанных понятия, имеющих определяющее значение при выборе ориентиров и путей достижения высокого материального и духовного уровней жизни людей.

Общее определение термина “безопасность” дано в Законе Российской Федерации “О безопасности” , принятом 25 марта 1992г.: “Под безопасностью Российской Федерации понимается качественное состояние общества и государства , при котором обеспечивается защита каждого человека, проживающего на территории Российской Федерации, его прав и гражданских свобод, а также надежность существования и устойчивость развития Республики, защита ее ценностей, материальных и духовных источников жизнедеятельности, конституционного строя и государственного суверенитета, независимости и территориальной целостности от внутренних и внешних врагов”.

Если подходить к проблеме промышленной безопасности именно с позиций настоящего определения, то становится очевидным, что она не ограничивается и не исчерпывается вопросами только научно-технического характера - проблема имеет огромное социально-политическое значение в области обеспечения национальной безопасности России. Государство не может и не должно ежегодно нести колоссальные потери в виде человеческих жизней, существенного морального, материального и экологического ущерба. В настоящее время частота возникновения чрезвычайных ситуаций в России с гибелью людей существенно (на порядок и более) превышает показатели развитых стран (см. рис. 1). Особенно это характерно для “мелких” происшествий на производстве, не ведущих к тяжелым последствиям - это достаточно распространенные события на отечественных предприятиях. Обычно они не привлекают к себе большого внимания общественности и специалистов аналогичных производств. Но каково приходится семьям, потерявшим кормильцев? Дети лишаются родителей, а государство - трудоспособных граждан.

Рис.1. Частота возникновения чрезвычайных ситуаций с гибелью людей: 1 -Россия; 2 - США; 3 - Великобритания; 4 - Нидерланды
В этом плане нельзя не отметить, что неудовлетворительное состояние дел в области обеспечения безопасности производства и надлежащих условий труда негативно влияет на общую продолжительность жизни людей и показатели смертности в Российской Федерации. В настоящее время доля трудоспособного населения в общем числе умерших достигла 30%, в то время как в конце 80-х и начале 90-х годов она составляла от 20 до 26% . Динамика смертности населения приведена на рис.2.

На рис.3. изображена динамика риска гибели населения в целом по России в период 1970-1995 гг., полученная на основе медико-демографических данных . Видно, что, начиная с 1990 г., риск гибели населения вследствие внешних причин начал заметно увеличиваться. Эта тенденция резко выражена для мужского населения. Доля смертности от внешних причин для мужчин (от общей смертности) в 1994 составила 59,3%, соответственно, женщин - 20,9%.

Рис.2. Динамика смертности населения Российской Федерации: 1 - общая смертность; 2 - смертность в трудоспособном возрасте

Рис. 3. Динамика смертности населения России от внешних причин
С 1987 по 1997 г. на производстве пострадало 3 млн. 855 тыс. человек. С 1987 по 1999 год погибло 90 тыс. 969 человек. Динамика травматизма работающих со смертельным исходом (смертность выражена через коэффициент частоты смертности - К см - количество погибших на 1 тыс. работающих) приведена на рис. 4.

Рис.4. Динамика травматизма со смертельным исходом на 1000 работающих
По числу травматизма со смертельным исходом Россия значительно выделяется среди экономически развитых стран :

Рис.5. Уровень травматизма со смертельным исходом в ряде экономически развитых стран
Ежегодно в России 12-15 тыс. чел. становятся инвалидами в результате получения травм на производстве, а на учете ежегодно состоят свыше 220 тыс. человек, получающих пенсии по трудовому увечью и профзаболеванию. Первичный выход на инвалидность в 1994 году составил 76 случаев на 10 тыс. работников. Динамика первичного выхода на инвалидность населения России приведена на рис. 6.

Рис. 6. Динамика первичного выхода на инвалидность
Всего в Российской Федерации сейчас 5,9 млн. инвалидов, что составляет три процента населения. Это означает: почти каждый тридцатый - инвалид. Воображение рисует жутковатые сравнения: почти вся Белоруссия или население Литвы и Латвии вместе взятых. Рост числа инвалидов сопровождается встречным сокращением населения страны. Если эти две встречные линии продолжат сближение , то могут достигнуть критической точки, где станет вопрос о существовании Великой державы . Основные виды заболеваний, вследствие которых устанавливается инвалидность, - туберкулез легких, психические, сердечно-сосудистые заболевания, болезни системы кровообращения, органов дыхания, что отрицательно сказывается на общей демографической ситуации в Российской Федерации. Академик Абалкин Л.И. в одной из своих работ отмечает тот факт, что уже несколько лет идет процесс депопуляции населения России. Его сокращение не перекрывается даже притоком эмигрантов. Снижается средняя продолжительность жизни. По меркам развитых стран, пороговым значением считается сегодня продолжительность жизни 70 лет. Если существующий уровень опускается ниже, это свидетельствует, что генофонд общества находится под угрозой. В настоящее время средняя продолжительность жизни находится на уровне 65 лет. Особенно тревожно выглядят официальные расчеты Госкомстата относительно продолжительности жизни мужчин. Согласно официальным данным, половина юношей, которым сегодня исполнилось 16 лет, не доживет до 60. Под угрозой и здоровье населения страны. Ослаблена иммунная защита, растет число инфекционных заболеваний, рождается все больше неполноценных детей. Последствия этих изменений, даже если принять срочно самые серьезные меры, могут ощущаться на протяжении двух ближайших поколений Российских граждан.

В целом сложившееся положение оказывает определенное морально-психологическое воздействие не только на занятых на производстве, но и на широкие круги населения, особенно в случае крупных аварий с человеческими жертвами. Все это усиливает социальную, а в ряде случаев и политическую напряженность во многих регионах России, что также не способствует повышению безопасности общества, его устойчивому развитию. Вот почему следует считать проблему промышленной и экологической безопасности социально-политической проблемой, требующей своего положительного разрешения.

Увеличение числа и масштабов последствий техногенных аварий и катастроф обусловлено не только ростом сложности производства с применением новых технологий, требующих высоких концентраций энергии, опасных для жизни человека веществ и оказывающих заметное воздействие на компоненты окружающей среды, но и крупными структурными изменениями в экономике страны, приведшими к сбою в сфере финансирования , высоким и прогрессирующим уровнем износа и старения основных фондов (например, в ряде производств химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности износ составил 80 - 100%), падением технологической и производственной дисциплины и снижением квалификации персонала, переносов сроков ремонта и замены оборудования, упрощением регламентного обслуживания.

В последние годы некоторые страны (США, Нидерланды, Швеция) проводят специальные исследования по оценке риска и безопасности производств в крупных промышленных регионах, другие страны предполагают сделать это в будущем. Широкомасштабная оценка безопасности предприятий промышленности в этих странах проводится не для того, чтобы подменить существующий подход к обеспечению безопасности, а для того, чтобы дополнить его, установить с его помощью более обоснованные критерии. На примере стран Западной Европы видно, что после начала действия механизма реализации мер снижения риска, и обеспечения промышленной безопасности количество аварий значительно сократилось (рис. 7).

Рис.7. Снижение числа аварий в высокорисковых отраслях Западной Европы: 1 - крупные аварии с материальным ущербом не менее 1 млн. долл.; 2- аварии с остановкой производства; 3 - все аварии

Обеспечение безопасности населения и окружающей природной среды представляет собой весьма сложную техническую задачу, решение которой невозможно без совершенствования и углубления инженерной подготовки в области исследования надежности, прогнозирования и обеспечения безопасности технических систем. В ряде промышленно развитых стран изучение безопасности технических систем, как отдельной независимой деятельности, было введено в практику в шестидесятых годах (для примера можно привести деятельность США, начиная с 50-х годов, по созданию системы безопасности авиационно-космической техники). Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (электрических, механических, гидравлических) на причины и последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. “Дерево отказов”, “Дерево последствий”, “Метод последовательной экспертизы”, “Экспертные оценки” и др. методы выявления отказов были взяты на вооружение специалистами, работающими в химической и других опасных отраслях промышленности, как раз из сферы военных и аэрокосмических исследований. Именно в этих странах 60-е годы были отмечены началом широкой публикации научных работ, относящихся к описываемой области исследований. В нашей стране такие работы (это касается открытой печати, доступной широкому кругу научно-технических работников) имели единичные издания. Это следовало из концепции “абсолютной безопасности” отечественных технологий и оборудования. Названная концепция до недавнего времени была фундаментом, на котором строились нормативы безопасности. Сказалась специфика политического, экономического и социального развития бывшего СССР , которая обусловила отставание, по крайней мере, на 20 лет , в исследованиях в области промышленной безопасности, безопасности жизнедеятельности, культуре, экологии. Такое отношение к проблемам безопасности сдерживало формирование у специалистов представлений о принципах и методах обеспечения промышленной и экологической безопасности, что продуцировало отставание во всех сферах технической и образовательной деятельности: проектирования, изготовления, эксплуатации, надзора за безопасностью, подготовки специалистов, действий в чрезвычайных ситуациях, и сказалось на росте количества и масштабов экстремальных ситуаций и аварий на промышленных предприятиях, транспортных системах и пр. Требование “абсолютной безопасности”, т.е. “нулевого риска”, в конечном счете, привело к дорогостоящим и даже к трагическим последствиям для населения и экономики страны. Специалисты, эксплуатирующие технические системы и обслуживающие опасные технологии в химической промышленности, системы энергетики и трубопроводный транспорт, оказались неподготовленными в методическом плане к поиску и анализу критических отказов, приводящих к авариям. Уровень знаний в вопросах безопасности жизнедеятельности в техносфере отстал от уровня сложности и темпов развития техники, технологий, технических систем.

Не следует строить иллюзий о безопасности предприятия даже в том случае, если на нем не происходит чрезвычайных ситуаций с разрушениями и гибелью персонала - отказ системы очистки отходящего газа из-за ненадежности техники будет нести огромную опасность для людей и окружающей среды.

В настоящее время в России осуществляется переход от регистрации свершившегося факта к осознанию необходимости использования инженерных методов предварительного анализа и исследования технических систем и объектов повышенного риска с целью предупреждения аварий. Ясно, что в изменившихся условиях подход к решению проблем безопасности производств, экологических проблем, основанный на концепции “реагировать и выправлять”, вынужден уступить место новому, где главенствующий принцип “предвидеть и предупреждать”. Встала задача прогнозирования техногенной деятельности - чтобы предотвратить тот ее предельный негативный масштаб, превышение которого оборачивается трагедией, катастрофами и экологическим ущербом. Уместно здесь отметить, что по подсчетам специалистов, сегодня на территории России размещены свыше 4,5 тыс. потенциально опасных объектов, в т.ч. до 800 - радиационно и примерно 1500 химически и биологически опасных сооружений и производств, которые относятся к объектам повышенного риска.

Вот почему методы исследования возможных отказов должны стать хорошим подспорьем для специалистов по инженерной защите окружающей среды или по безопасности жизнедеятельности , а поиск возможных отказов и анализ последствий должен стать распространенной, обычной процедурой при оценке сложных, дорогостоящих и высокорисковых предприятий, технологий и установок.

В настоящем учебном пособии систематизированы эти методы, а их научное изложение было адаптировано к учебному процессу в ходе чтения в техническом университете дисциплины “Надежность технических систем и техногенный риск” студентам, обучающимся по специальностям “Инженерная защита окружающей среды” и “Безопасность жизнедеятельности”. Это учебное пособие написано для того, чтобы показать структуру и организацию мышления для продуктивного решения проблем безопасности производства и окружающей среды.

В России в настоящее время интенсивно ведутся работы в сфере обеспечения безопасности эксплуатации технических систем, разрабатываются методики, направленные на определение надежности технических систем, оценку риска, совершенствуется нормативно-правовая база. При подготовке предлагаемого учебного пособия были использованы основополагающие и современные работы из рассматриваемой области, а список этих работ позволит расширить представления и знания по затронутой проблеме.

Учебное пособие написано в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки инженеров по специальностям «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Безопасность технологических процессов и производств», «Пожарная безопасность» и «Защита в чрезвычайных ситуациях». Оно может быть полезным инженерно-техническим работникам, занимающимся проблемами безопасности технических систем и экологической безопасности.

Академик Валерий Алексеевич Легасов еще в 70-е годы одним из первых в стране высказал мысль о том, что система знаний о закономерностях и состояниях защищенности людей и окружающей среды от техногенных опасностей должна стать самостоятельной научной дисциплиной.

Учебное пособие, безусловно, не свободно от недостатков. Авторы будут благодарны всем, кто сочтет необходимым прислать свои отзывы, критические замечания или предложения к сотрудничеству в этом направлении.

по дисциплине «Расчёт и проектирование систем безопасности»

на тему: Надёжность и риск. Основные понятия.

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ:

Поломошнов Александр

Список использованных источников 32

Введение

В современном обществе промышленное производство играет важную роль по удовлетворению материальных и духовных потребностей, что влечёт за собой увеличение масштабов производства. В результате чего промышленное производство стало постоянным источником возникновения несчастных случаев, аварий и катастроф. В наибольшей степени аварийность свойственна угольной, горнорудной, химической, нефтегазовой и металлургической отраслям промышленности, транспорту. Проблема предупреждения происшествий приобретает особую актуальность в атомной энергетике, химической промышленности, при эксплуатации военной техники, где используются и обращаются мощные источники энергии, высокотоксичные и агрессивные вещества. Решение проблемы, обеспечения безопасности развития общества связано, в том числе и с развитием теории надёжности технологического оборудования и оценка рисков производства. В настоящем реферате рассмотрена концепция надёжности технических систем и производственной безопасности как составной части техногенной безопасности. Приведены основные термины и понятия надёжности технических систем и технологического риска.

Понятие риска Специалисты различных отраслей промышленности в своих сообщениях и докладах постоянно оперируют не только определением "опасность", но и таким термином, как "риск".

В научной литературе встречается весьма различная трактовка термина "риск" и в него иногда вкладываются отличающиеся друг от друга содержания. Общим во всех представлениях является то, что риск включает неуверенность, произойдет ли нежелательное событие и возникнет ли неблагоприятное состояние. Заметим, что в соответствии с современными взглядами риск обычно интерпретируется как вероятностная мера возникновения техногенных или природных явлений, сопровождающихся возникновением, формированием и действием опасностей, и нанесенного при этом социального, экономического, экологического и других видов ущерба и вреда.

Под риском следует понимать ожидаемую частоту или вероятность возникновения опасностей определенного класса, или же размер возможного ущерба (потерь, вреда) от нежелательного события, или же некоторую комбинацию этих величин. Применение понятия риск, таким образом, позволяет переводить опасность в разряд измеряемых категорий. Риск, фактически, есть мера опасности. Часто используют понятие "степень риска" (Level of risk), по сути не отличающееся от понятия риск, но лишь подчеркивающее, что речь идет об измеряемой величине. Все названные (или подобные) интерпретации термина "риск" используются в настоящее время при анализе опасностей и управлении безопасностью (риском) технологических процессов и производств в целом. Точное понимание употребляемого термина станет ясным после дальнейшего ознакомления с содержанием настоящей главы. Формирование опасных и чрезвычайных ситуаций - результат определенной совокупности факторов риска, порождаемых соответствующими источниками. Применительно к проблеме безопасности жизнедеятельности таким событием может быть ухудшение здоровья или смерть человека, авария или катастрофа технической системы или устройства, загрязнения или разрушение экологической системы, гибель группы людей или возрастания смертности населения, материальный ущерб от реализовавшихся опасностей или увеличения затрат на безопасность. Каждое нежелательное событие может возникнуть по отношению к определенной жертве - объекту риска. Соотношение объектов риска и нежелательных событий позволяет различать индивидуальный, технический, экологический, социальный и экономический риск. Каждый вид его обусловливают характерные источники и факторы риска, классификация и характеристика которого приведены в табл. 2.1.1. Таблица 2.1.1 Классификация и характеристика видов риска Индивидуальный риск обусловлен вероятностью реализации потенциальных опасностей при возникновении опасных ситуаций. Его можно определить по числу реализовавшихся факторов риска: где Rи - индивидуальный риск; P - число пострадавших (погибших) в единицу времени t от определенного фактора риска f; L - число людей, подверженных соответствующему фактору риска f в единицу времени t. Источники и факторы индивидуального риска приведены в табл. 2.1.2. Таблица 2.1.2 Источники и факторы индивидуального риска
Индивидуальный риск может быть добровольным, если он обусловлен деятельностью человека на добровольной основе, и вынужденным, если человек подвергается риску в составе части общества (например, проживание в экологически неблагоприятных регионах, вблизи источников повышенной опасности). Технический риск - комплексный показатель надежности элементов техносферы. Он выражает вероятность аварии или катастрофы при эксплуатации машин, механизмов, реализации технологических процессов, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений: где Rт - технический риск; T - число аварий в единицу времени t на идентичных технических системах и объектах; T - число идентичных технических систем и объектов, подверженных общему фактору риска f. Источники и факторы технического риска приведены в табл. 2.1.3. Таблица 2.1.3 Источники и факторы технического риска Экологический риск выражает вероятность экологического бедствия, катастрофы, нарушения дальнейшего нормального функционирования и существования экологических систем и объектов в результате антропогенного вмешательства в природную среду или стихийного бедствия. Нежелательные события экологического риска могут проявляться как непосредственно в зонах вмешательства, так и за их пределами:

Где R О - экологический риск; O - число антропогенных экологических катастроф и стихийных бедствий в единицу времени t; O - число потенциальных источников экологических разрушений на рассматриваемой территории. Масштабы экологического риска оцениваются процентным соотношением площади кризисных или катастрофических территорий S к общей площади рассматриваемого биогеоценоза S:

.

Дополнительным косвенным критерием экологического риска может служить интегральный показатель экологичности территории предприятия, соотносимой с динамикой плотности населения (численности работающих): ,

где О T - уровень экологичности территории; L - динамика плотности населения (работающих); S - площадь исследуемой территорий; M - динамика прироста численности населения (работающих) в течение периода наблюдения t: M = G+F - U- V, где G,F,U,V - соответственно численность родившихся за наблюдаемый период, прибывших в данную местность на постоянное местожительство, умерших и погибших, выехавших в другую местность на постоянное местожительство (уволившихся). В этой формуле разность GU характеризует естественный, а FV - миграционный прирост населения на территории (текучесть кадров). Положительные значения уровней экологичности позволяют разделять территории по степени экологического благополучия и, наоборот, отрицательные значения уровней - по степени экологического бедствия. Кроме того, динамика уровня экологичности территории позволяет судить об изменении экологической ситуации на ней за длительные промежутки времени, определить зоны экологического бедствия (демографического кризиса) или благополучия. Источники и факторы экологического риска приведены в табл. 2.1.4. Таблица 2.1.4 Источники и факторы экологического риска
Социальный риск характеризует масштабы и тяжесть негативных последствий чрезвычайных ситуаций, а также различного рода явлений и преобразований, снижающих качество жизни людей. По существу - это риск для группы или сообщества людей. Оценить его можно, например, по динамике смертности, рассчитанной на 1000 человек соответствующей группы: , где R С - социальный риск; C 1 - число умерших в единицу времени t (смертность) в исследуемой группе в начале периода наблюдения, например до развития чрезвычайных событий; C 2 - смертность в той же группе людей в конце периода наблюдения, например на стадии затухания чрезвычайной ситуации; L - общая численность исследуемой группы. Источники и наиболее распространенные факторы социального риска приведены в табл. 2.1.5. Таблица 2.1.5 Источники и факторы социального риска
Экономический риск определяется соотношением пользы и вреда, получаемых обществом от рассматриваемого вида деятельности: , где R Э - экономический риск, %; В - вред обществу от рассматриваемого вида деятельности; П - польза. В общем виде В= З б +У, где З б - затраты на достижение данного уровня безопасности; У - ущерб, обусловленный недостаточной защищенностью чело­века и среды его обитания от опасностей. Чистая польза, т.е. сумма всех выгод (в стоимостном выражении), получаемых обществом от рассматриваемого вида деятельности: П=Д - З б - В>0 или П=Д - З п - З б - У>0, где Д - общий доход, получаемый от рассматриваемого вида деятельности; З п - основные производственные затраты. Формула экономически обоснованной безопасности жизнедеятельности имеет вид У < Д - (З п + З б).

В условиях хозяйственной деятельности необходим поиск оптимального отношения затрат на безопасность и возможного ущерба от недостаточной защищенности. Найти его можно, если задаться некоторым значением реально достижимого уровня безопасности производства К бп. Эту задачу можно решить методом оптимизации. Использование рассматриваемых видов риска позволяет выполнять поиск оптимальных решений по обеспечению безопасности, как на уровне предприятия, так и на макроуровнях в масштабах инфраструктур. Для этого необходимо выбирать значения приемлемого риска. Приемлемый риск сочетает в себе технические, экологические, социальные аспекты и представляет некоторый компромисс между приемлемым уровнем безопасности и экономическими возможностями его достижения, т.е. можно говорить о снижении индивидуального, технического или экологического риска, но нельзя забывать о том, сколько за это придется заплатить и каким в результате окажется социальный риск.

Основные понятия теории надёжности Предварительные замечания В основу перечня положен ГОСТ 27.002-89 , формулирующий применяемые в науке и технике термины и определения в области надежности. Однако не все термины охватываются указанным ГОСТом, поэтому в отдельных пунктах введены дополнительные термины, отмеченные "звездочкой" (*). Объект, элемент, система В теории надежности используют понятия объект, элемент, система. Объект - техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации. Объектами могут быть различные системы и их элементы, в частности: сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали. Элемент системы - объект, представляющий отдельную часть системы. Само понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов. Понятия система и элемент выражены друг через друга, поскольку одно из них следовало бы принять в качестве исходного, постулировать. Понятия эти относительны: объект, считавшийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент, если изучается объект большего масштаба. Кроме того, само деление системы на элементы зависит от характера рассмотрения (функциональные, конструктивные, схемные или оперативные элементы), от требуемой точности проводимого исследования, от уровня наших представлений, от объекта в целом. Человек -оператор также представляет собой одно из звеньев системы человек-машина. Система - объект, представляющий собой совокупность элементов, связанных между собой определенными отношениями и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной функции. Признаком системности является структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. Системы функционируют в пространстве и времени. Состояние объекта Исправность - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД). Неисправность - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД. Работоспособность - состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах, установленных НТД. Основные параметры характеризуют функционирование объекта при выполнении поставленных задач и устанавливаются в нормативно-технической документации. Неработоспособность - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД. Понятие исправность шире, чем понятие работоспособность. Работоспособный объект в отличие от исправного удовлетворяет лишь тем требованиям НТД, которые обеспечивают его нормальное функционирование при выполнении поставленных задач. Работоспособность и неработоспособность в общем случае могут быть полными или частичными. Полностью работоспособный объект обеспечивает в определенных условиях максимальную эффективность его применения. Эффективность применения в этих же условиях частично работоспособного объекта меньше максимально возможной, но значения ее показателей при этом еще находятся в пределах, установленных для такого функционирования, которое считается нормальным. Частично неработоспособный объект может функционировать, но уровень эффективности при этом ниже допускаемого. Полностью неработоспособный объект применять по назначению невозможно. Понятия частичной работоспособности и частичной неработоспособности применяют главным образом к сложным системам, для которых характерна возможность нахождения в нескольких состояниях. Эти состояния различаются уровнями эффективности функционирования системы. Работоспособность и неработоспособность некоторых объектов могут быть полными, т.е. они могут иметь только два состояния. Работоспособный объект в отличие от исправного обязан удовлетворять лишь тем требованиям НТД, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. При этом он может не удовлетворять, например, эстетическим требованиям, если ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его нормальному (эффективному) функционированию. Очевидно, что работоспособный объект может быть неисправным, однако отклонения от требований НТД при этом не настолько существенны, чтобы нарушалось нормальное функционирование. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению должно быть прекращено из-за неустранимого нарушения требований безопасности или неустранимого отклонения заданных параметров за установленные пределы, недопустимого увеличения эксплуатационных расходов или необходимости проведения капитального ремонта. Признаки (критерии) предельного состояния устанавливаются НТД на данный объект. Невосстанавливаемый объект достигает предельного состояния при возникновении отказа или при достижении заранее установленного предельно допустимого значения срока службы или суммарной наработки, устанавливаемых из соображений безопасности эксплуатации в связи с необратимым снижением эффективности использования ниже допустимой или в связи с увеличением интенсивности отказов, закономерным для объектов данного типа после установленного периода эксплуатации. Для восстанавливаемых объектов переход в предельное состояние определяется наступлением момента, когда дальнейшая эксплуатация невозможна или нецелесообразна вследствие следующих причин: - становится невозможным поддержание его безопасности, безотказности или эффективности на минимально допустимом уровне; - в результате изнашивания и (или) старения объект пришел в такое состояние, при котором ремонт требует недопустимо больших затрат или не обеспечивает необходимой степени восстановления исправности или ресурса. Для некоторых восстанавливаемых объектов предельным состоянием считается такое, когда необходимое восстановление исправности может быть осуществлено только с помощью капитального ремонта. Режимная управляемость* - свойство объекта поддерживать нормальный режим посредством управления с целью сохранения или восстановления нормального режима его работы. Переход объекта в различные состояния Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Критерий отказа - отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт отказа. Признаки (критерии) отказов устанавливаются НТД на данный объект. Восстановление - процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности). Восстанавливаемый объект - объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях. Невосстанавливаемый объект - объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях. При анализе надежности, особенно при выборе показателей надежности объекта, существенное значение имеет решение, которое должно быть принято в случае отказа объекта. Если в рассматриваемой ситуации восстановление работоспособности данного объекта при его отказе по каким-либо причинам признается нецелесообразным или неосуществимым (например, из-за невозможности прерывания выполняемой функции), то такой объект в данной ситуации является невосстанавливаемым. Таким образом, один и тот же объект в зависимости от особенностей или этапов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым. Например, аппаратура метеоспутника на этапе хранения относится к восстанавливаемой, а во время полета в космосе - невосстанавливаемой. Более того, даже один и тот же объект можно отнести к тому или иному типу в зависимости от назначения: ЭВМ, используемая для неоперативных вычислений, является объектом восстанавливаемым, так как в случае отказа любая операция может быть повторена, а та же ЭВМ, управляющая сложным технологическим процессом в химии, является объектом невосстанавливаемым, так как отказ или сбой приводит к непоправимым последствиям. Авария* - событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности или относительного уровня функционирования на другой, существенно более низкий, с крупным нарушением режима работы объекта. Авария может привести к частичному или полному разрушению объекта, созданию опасных условий для человека и окружающей среды. Временные характеристики объекта Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Объект может работать непрерывно или с перерывами. Во втором случае учитывается суммарная наработка. Наработка может измеряться в единицах времени, циклах, единицах выработки и др. единицах. В процессе эксплуатации различают суточную, месячную наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами, заданную наработку и т.д. Если объект эксплуатируется в различных режимах нагрузки, то, например, наработка в облегченном режиме может быть выделена и учитываться отдельно от наработки при номинальной нагрузке. Технический ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации до достижения предельного состояния. Обычно указывается, какой именно технический ресурс имеется в виду: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего и т.п. Если конкретного указания не содержится, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех (средних и капитальных) ремонтов, т.е. до списания по техническому состоянию. Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после капитального или среднего ремонта до наступления предельного состояния. Под эксплуатацией объекта понимается стадия его существования в распоряжении потребителя при условии применения объекта по назначению, что может чередоваться с хранением, транспортированием, техническим обслуживанием и ремонтом, если это осуществляется потребителем. Срок сохраняемости - календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта в заданных условиях, в течение и после которой сохраняются значения установленных показателей (в том числе и показателей надежности) в заданных пределах. Определение надежности Работа любой технической системы может характеризоваться ее эффективностью (рис. 4.1.1), под которой понимается совокупность свойств, определяющих способность системы выполнять при ее создании определенные задачи.
Рис. 4.1.1. Основные свойства технических систем В соответствии с ГОСТ 27.002-89 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 транспортировки. Таким образом: 1. Надежность - свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции. Например: для электродвигателя - обеспечивать требуемые момент на валу и скорость; для системы электроснабжения - обеспечивать электроприемники энергией требуемого качества. 2. Выполнение требуемых функций должно происходить при значениях параметров в установленных пределах. Например: для электродвигателя - обеспечивать требуемые момент и скорость при температуре двигателя, не превышающей определенного предела, отсутствии выделения источника взрыва, пожара и т.д. 3. Способность выполнять требуемые функции должна сохраняться в заданных режимах (например, в повторно-кратковременном режиме работы); в заданных условиях (например, в условиях запыленности, вибрации и т.д.). 4. Объект должен обладать свойством сохранять способность выполнять требуемые функции в различные фазы его жизни: при рабочей эксплуатации, техническом обслуживании, ремонте, хранении и транспортировке. Надежность - важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять, ни смешивать с другими показателями качества. Явно недостаточной, например, будет информация о качестве очистительной установки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики при ее работе. Бесполезна также информация о том, что установка устойчиво сохраняет присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик. Вот почему в определение понятия надежности входит выполнение заданных функций и сохранение этого свойства при использовании объекта по назначению. В зависимости от назначения объекта оно может включать в себя в различных сочетаниях безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Например, для невосстанавливаемого объекта, не предназначенного для хранения, надежность определяется его безотказностью при использовании по назначению. Информация о безотказности восстанавливаемого изделия, длительное время находящегося в состоянии хранения и транспортировки, не в полной мере определяет его надежность (при этом необходимо знать и о ремонтопригодности, и сохраняемости). В ряде случаев очень важное значение приобретает свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (снятие с эксплуатации, передача в средний или капитальный ремонт), т.е. необходима информация не только о безотказности объекта, но и о его долговечности. Техническая характеристика, количественным образом определяющая одно или несколько свойств, составляющих надежность объекта именуется показатель надежности. Он количественно характеризует, в какой степени данному объекту или данной группе объектов присущи определенные свойства, обусловливающие надежность. Показатель надежности может иметь размерность (например, среднее время восстановления) или не иметь ее (например, вероятность безотказной работы). Надежность в общем случае - комплексное свойство, включающее такие понятия, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Для конкретных объектов и условий их эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени. Ремонтопригодность - свойство объекта быть приспособленным к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности и исправности в процессе технического обслуживания и ремонта. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимым прерыванием для технического обслуживания и ремонтов. Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и (или) транспортировки. Для показателей надежности используются две формы представления: вероятностная и статистическая. Вероятностная форма обычно бывает удобнее при априорных аналитических расчетах надежности, статистическая - при экспериментальном исследовании надежности технических систем. Кроме того, оказывается, что одни показатели лучше интерпретируются в вероятностных терминах, а другие - в статистических. Показатели безотказности и ремонтопригодности Наработка до отказа - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет (при условии работоспособности в начальный момент времени). Для режимов хранения и транспортировки может применяться аналогично определяемый термин "вероятность возникновения отказа". Средняя наработка до отказа - математическое ожидание случайной наработки объекта до первого отказа. Средняя наработка между отказами - математическое ожидание случайной наработки объекта между отказами. Обычно этот показатель относится к установившемуся процессу эксплуатации. В принципе средняя наработка между отказами объектов, состоящих из стареющих во времени элементов, зависит от номера предыдущего отказа. Однако с ростом номера отказа (т.е. с увеличением длительности эксплуатации) эта величина стремится к некоторой постоянной, или, как говорят, к своему стационарному значению. Средняя наработка на отказ - отношение наработки восстанавливаемого объекта за некоторый период времени к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки. Этим термином можно назвать кратко среднюю наработку до отказа и среднюю наработку между отказами, когда оба показателя совпадают. Для совпадения последних необходимо, чтобы после каждого отказа объект восстанавливался до первоначального состояния. Заданная наработка - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций. Среднее время простоя - математическое ожидание случайного времени вынужденного нерегламентированного пребывания объекта в состоянии неработоспособности. Среднее время восстановления - математическое ожидание случайной продолжительности восстановления работоспособности (собственно ремонта). Вероятность восстановления - вероятность того, что фактическая продолжительность восстановления работоспособности объекта не превысит заданной. Показатель технической эффективности функционирования - мера качества собственно функционирования объекта или целесообразности использования объекта для выполнения заданных функций. Этот показатель определяется количественно как математическое ожидание выходного эффекта объекта, т.е. в зависимости от назначения системы принимает конкретное выражение. Часто показатель эффективности функционирования определяется как полная вероятность выполнения объектом задачи с учетом возможного снижения качества его работы из-за возникновения частичных отказов. Коэффициент сохранения эффективности - показатель, характеризующий влияние степени надежности к максимально возможному значению этого показателя (т.е. соответствующему состоянию полной работоспособности всех элементов объекта). Нестационарный коэффициент готовности - вероятность того, что объект окажется работоспособным в заданный момент времени, отсчитываемый от начала работы (или от другого строго определенного момента времени), для которого известно начальное состояние этого объекта. Средний коэффициент готовности - усредненное на заданном интервале времени значение нестационарного коэффициента готовности. Стационарный коэффициент готовности (коэффициент готовности) - вероятность того, что восстанавливаемый объект окажется работоспособным в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации. (Коэффициент готовности может быть определен и как отношение времени, в течение которого объект находится в работоспособном состоянии, к общей длительности рассматриваемого периода. Предполагается, что рассматривается установившийся процесс эксплуатации, математической моделью которого является стационарный случайный процесс. Коэффициент готовности является предельным значением, к которому стремятся и нестационарный, и средний коэффициенты готовности с ростом рассматриваемого интервала времени. Часто используются показатели, характеризующие простой объект, - так называемые коэффициенты простоя соответствующего типа. Каждому коэффициенту готовности можно поставить в соответствие определенный коэффициент простоя, численно равный дополнению соответствующего коэффициента готовности до единицы. В соответствующих определениях работоспособность следует заменить на неработоспособность. Нестационарный коэффициент оперативной готовности - вероятность того, что объект, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в заданный момент времени, отсчитываемый от начала работы (или от другого строго определенного времени), и начиная с этого момента времени будет работать безотказно в течение заданного времени. Средний коэффициент оперативной готовности - усредненное на заданном интервале значение нестационарного коэффициента оперативной готовности. Стационарный коэффициент оперативной готовности (коэффициент оперативной готовности) - вероятность того, что восстанавливаемый элемент окажется работоспособным в произвольный момент времени, и с этого момента времени будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. Предполагается, что рассматривается установившийся процесс эксплуатации, которому соответствуют в качестве математической модели стационарный случайный процесс. Коэффициент технического использования - отношение средней наработки объекта в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме средних значений наработки, времени простоя, обусловленного техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации. Интенсивность отказов - условная плотность вероятности отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Параметр потока отказов - плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени. Параметр потока отказа может быть определен как отношение числа отказов объекта за определенный интервал времени к длительности этого интервала при ординарном потоке отказов. Интенсивность восстановления - условная плотность вероятности восстановления работоспособности объекта, определенная для рассматриваемого момента времени, при условии, что до этого момента восстановление не было завершено. Показатели долговечности и сохраняемости Гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью 1- ?. Средний ресурс - математическое ожидание ресурса. Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния. Средний ремонтный ресурс - средний ресурс между смежными капитальными ремонтами объекта. Средний ресурс до списания - средний ресурс объекта от начала эксплуатации до его списания. Средний ресурс до капитального ремонта - средний ресурс от начала эксплуатации объекта до его первого капитального ремонта. Гамма-процентный срок службы - срок службы, в течение которого объект не достигает предельного состояния с вероятностью 1- ?. Средний срок службы - математическое ожидание срока службы. Средний межремонтный срок службы - средний срок службы между смежными капитальными ремонтами объекта. Средний срок службы до капитального ремонта - средний срок службы от начала эксплуатации объекта до его первого капитального ремонта. Средний срок службы до списания - средний срок службы от начала эксплуатации объекта до его списания. Гамма-процентный срок сохраняемости - продолжительность хранения, в течение которой у объекта сохраняются установленные показатели с заданной вероятностью 1- ?. Средний срок сохраняемости - математическое ожидание срока сохраняемости. Виды надежности Многоцелевое назначение оборудования и систем приводит к необходимости исследовать те или другие стороны надежности с учетом причин, формирующих надежностные свойства объектов. Это приводит к необходимости подразделения надежности на виды. Различают: - аппаратурную надежность, обусловленную состоянием аппаратов; в свою очередь она может подразделяться на надежность конструктивную, схемную, производственно-технологическую; - функциональную надежность, связанную с выполнением некоторой функции (либо комплекса функций), возлагаемых на объект, систему; - эксплуатационную надежность, обусловленную качеством использования и обслуживания; - программную надежность, обусловленную качеством программного обеспечения (программ, алгоритмов действий, инструкций и т.д.); - надежность системы "человек-машина", зависящую от качества обслуживания объекта человеком-оператором. Характеристики отказов Одним из основных понятий теории надежности является понятие отказа (объекта, элемента, системы). Отказ объекта - событие, заключающееся в том, что объект полностью или частично перестает выполнять заданные функции. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной - частичный. Понятия полного и частичного отказов каждый раз должны быть четко сформулированы перед анализом надежности, поскольку от этого зависит количественная оценка надежности. По причинам возникновения отказов в данном месте различают: отказы из-за конструктивных дефектов; отказы из-за технологических дефектов; отказы из-за эксплуатационных дефектов; отказы из-за постепенного старения (износа). Отказы вследствие конструктивных дефектов возникают как следствие несовершенства конструкции из-за "промахов" при конструировании. В этом случае наиболее распространенными являются недоучет "пиковых" нагрузок, применение материалов с низкими потребительскими свойствами, схемные "промахи" и др. Отказы этой группы сказываются на всех экземплярах изделия, объекта, системы. Отказы из-за технологических дефектов возникают как следствие нарушения принятой технологии изготовления изделий (например, выход отдельных характеристик за установленные пределы). Отказы этой группы характерны для отдельных партий изделий, при изготовлении которых наблюдались нарушения технологии изготовления. Отказы из-за эксплуатационных дефектов возникают по причине несоответствия требуемых условий эксплуатации, правил обслуживания действительным. Отказы этой группы характерны для отдельных экземпляров изделий. Отказы из-за постепенного старения (износа) вследствие накопления необратимых изменений в материалах, приводящих к нарушению прочности (механической, электрической), взаимодействия частей объекта. Отказы по причинным схемам возникновения подразделяются на следующие группы: отказы с мгновенной схемой возникновения; отказы с постепенной схемой возникновения; отказы с релаксационной схемой возникновения; отказы с комбинированными схемами возникновения. Отказы с мгновенной схемой возникновения характеризуются тем, что время наступления отказа не зависит от времени предшествующей эксплуатации и состояния объекта, момент отказа наступает случайно, внезапно. Примерами реализации такой схемы могут служить отказы изделий под действием пиковых нагрузок в электрической сети, механическое разрушение посторонним внешним воздействием и т.п. Отказы с постепенной схемой возникновения происходят за счет постепенного накопления вследствие физико-химических изменений в материалах повреждений. При этом значения некоторых "решающих" параметров выходят за допустимые границы и объект (система) не способен выполнять заданные функции. Примерами реализации постепенной схемы возникновения могут служить отказы вследствие снижения сопротивления изоляции, электрической эрозии контактов и т.п. Отказы с релаксационной схемой возникновения характеризуются первоначальным постепенным накоплением повреждений, которые создают условия для скачкообразного (резкого) изменения состояния объекта, после которого возникает отказное состояние. Примерами реализации релаксационной схемы возникновения отказов могут служить пробой изоляции кабеля вследствие коррозионного разрушения брони. Отказы с комбинированными схемами возникновения характерны для ситуаций, когда одновременно действуют несколько причинных схем. Примером, реализующим эту схему, может служить отказ двигателя в результате короткого замыкания по причинам снижения сопротивления изоляции обмоток и перегрева. При анализе надежности необходимо выявлять преобладающие причины отказов и лишь затем, если в этом есть необходимость, учитывать влияние остальных причин. По временному аспекту и степени предсказуемости отказы подразделяются на внезапные и постепенные. По характеру устранения с течением времени различают устойчивые (окончательные) и самоустраняющиеся (кратковременные) отказы. Кратковременный отказ называется сбоем. Характерный признак сбоя - то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ремонта аппаратуры. Примером может служить кратковременно действующая помеха при приеме сигнала, дефекты программы и т.п. Для целей анализа и исследования надежности причинные схемы отказов можно представить в виде статистических моделей, которые вследствие вероятностного возникновения повреждений описываются вероятностными законами. Виды отказов и причинные связи Отказы элементов систем являются основными предметами исследования при анализе причинных связей. Как показано во внутреннем кольце (рис.4.1.2), расположенном вокруг "отказа элементов", отказы могут возникать в результате: 1) первичных отказов; 2) вторичных отказов; 3) ошибочных команд (инициированные отказы). Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины, приведенные в наружном кольце. Когда точный вид отказов определен и данные по ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как исходные отказы. Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения (усталости) материала служит примером первичного отказа. Вторичный отказ - такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы. Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии: термической, механической, электрической, химической, магнитной, радиоактивной и т.п. Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой, например - метеорологическими (ливень, ветровая нагрузка), геологическими условиями (оползни, просадка грунтов), а также воздействием со стороны других технических систем.
Рис. 4.1.2. Характеристики отказов элементов Примером вторичных отказов служит "срабатывание предохранителя от повышенного электрического тока", "повреждение емкостей для хранения при землетрясении". Следует отметить, что устранение источников повышенных напряжений не гарантирует возвращение элемента в рабочее состояние, так как предыдущая перегрузка могла вызвать необратимое повреждение в элементе, требующее в этом случае ремонта. Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди, например, операторы и обслуживающий технический персонал, также являются возможными источниками вторичных отказов, если их действия приводят к выходу элементов из строя. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями. Типичными примерами ошибочных команд являются: "напряжение приложено самопроизвольно к обмотке реле", "переключатель случайно не разомкнулся из-за помех", "помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку", "оператор не нажал на аварийную кнопку" (ошибочная команда от аварийной кнопки). Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие: - конструкторские недоработки оборудования (дефекты, не выявленные на стадии проектирования и приводящие к отказам вследствие взаимной зависимости между электрическими и механическими подсистемами или элементами избыточной системы); - ошибки эксплуатации и технического обслуживания (неправильная регулировка или калибровка, небрежность оператора, неправильное обращение и т. п.); - воздействие окружающей среды (влага, пыль, грязь, температура, вибрация, а также экстремальные режимы нормальной эксплуатации); - внешние катастрофические воздействия (естественные внешние явления, такие, как наводнение, землетрясение, пожар, ураган); - общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компоненты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие конструктивные или производственные дефекты. Например, производственные дефекты могут быть вызваны неправильным выбором материала, ошибками в системах монтажа, некачественной пайкой и т. п.); - общий внешний источник питания (общий источник питания для основного и резервного оборудования, резервируемых подсистем и элементов); - неправильное функционирование (неверно выбранный комплекс измерительных приборов или неудовлетворительно спланированные меры защиты). Известен целый ряд примеров множественных отказов: так, некоторые параллельно соединенные пружинные реле выходили из строя одновременно и их отказы были вызваны общей причиной; вследствие неправильного расцепления муфт при техническом обслуживании два клапана оказались установлены в неправильное положение; из-за разрушения паропровода имели место сразу несколько отказов коммутационного щита. В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной системы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а менее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению вероятности совместного отказа узлов систем. Такое явление наблюдается в случае исключительно неблагоприятных окружающих условий, когда ухудшение характеристик приводит к отказу резервного узла. Наличие общих неблагоприятных внешних условий приводит к тому, что отказ второго узла зависит от отказа первого и спарен с ним. Для каждой общей причины необходимо определить все вызываемые ею исходные события. При этом определяют сферу действия каждой общей причины, а также место расположения элементов и время происшествия. Некоторые общие причины имеют лишь ограниченную сферу действия. Например, утечка жидкости может ограничиваться одним помещением, и электрические установки, их элементы в других помещениях не будут повреждены вследствие утечек, если только эти помещения не сообщаются друг с другом. Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его предпочтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов надежности и безопасности. При сравнительной оценке критичности отказов учитывают последствия отказа, вероятность возникновения, возможность обнаружения, локализации и т.д. Указанные выше свойства технических объектов и промышленная безопасность - взаимосвязаны. Так, при неудовлетворительной надежности объекта вряд ли следует ожидать хороших показателей по его безопасности. В то же время, перечисленные свойства имеют свои самостоятельные функции. Если при анализе надежности изучается способность объекта выполнять заданные функции (при определенных условиях эксплуатации) в установленных пределах, то при оценке промышленной безопасности выявляют причинно-следственные связи возникновения и развития аварий и других нарушений с всесторонним анализом последствий этих нарушений.

Эффективная предпринимательская деятельность во многих случаях связана с освоением новой техники и технологий, повышением уровня производительности труда. Однако внедрение новой техники и технологий сопряжено с возникновением техногенных катастроф, которые наносят урон окружающей среде, средствам производства, а также жизни и здоровью людей. Всё это порождает технический риск .

Технический риск – это риск, обусловленный техническими факторами. Технический риск представляет собой комплексный показатель надежности элементов техносферы и выражает вероятность аварии или катастрофы при эксплуатации машин, механизмов, реализации технологических процессов, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Технический риск определяется степенью организации производства, проведением превентивных мероприятий (регулярной профилактики оборудования, мер безопасности), возможностью проведения ремонта оборудования собственными силами предприятия.

К техническим рискам относится вероятность потерь:

• вследствие отрицательных результатов научно-исследовательских работ;
• в результате недостижения запланированных технических параметров в ходе конструкторских и технологических разработок;
• в результате низких технологических возможностей производства, что не позволяет осваивать новые разработки;
• в результате возникновения при использовании новых технологий и продуктов побочных или отсроченных во времени проблем;
• в результате сбоев и поломки оборудования и т.д.

Одной из разновидностей данного риска является технологический риск – риск того, что в результате технологических изменений существующие системы производства и сбыта устареют и тем самым окажут негативное воздействие на уровень капитализации компании и ограничат её возможности по получению прибыли. В то же время, модернизация и усовершенствование (усложнение) технических средств, увеличение числа технических элементов также способствует снижению их надёжности и, соответственно, возрастанию риска.

В любой новой технологической и конструктивной разработке присутствует технический риск, т.е. вероятность того, что разработанная технология или конструкция окажется неудачной и потребуется иное техническое решение или доработка, доводка. Особенно трудоемкой является такая доводка в тех случаях, когда автоматическая линия является уникальной, технология её работы и большинство конструкторских решений являются оригинальными, не имеющими близких хорошо изученных прототипов.

Технические риски возникают из-за:

• ошибок в проектировании;
• недостатков технологии и неправильного выбора оборудования;
• ошибочного определения мощности;
• недостатков в управлении;
• нехватки квалифицированной рабочей силы;
• отсутствия опыта работы с новым оборудованием;
• срыва поставок сырья, стройматериалов, комплектующих;
• срыва сроков строительных работ подрядчиками (субподрядчиками);
• повышения цен на сырье, энергию и комплектующие;
• увеличения стоимости оборудования;
• роста расходов на заработную плату.

Исследования безопасности технических объектов свидетельствуют, что опасность свойственна любым системам и операциям. Практически достичь абсолютной безопасности с технической точки зрения нереально, а с экономической – нецелесообразно. Это связано с тем, что надёжность технических систем не может быть абсолютной. Риски связанные с ненадёжность систем можно снизить в результате испытаний и доработок оборудования с целью повышения его качества и надёжности.

Кроме того, технические риски сопровождают строительство новых объектов и их последующую эксплуатацию. Среди них выделяют строительно-монтажные и эксплуатационные риски . К строительно-монтажным принадлежат такие риски:

• потеря или повреждение строительных материалов и оборудования вследствие неблагоприятных событий – стихийных бедствий, пожаров, взрывов, преступных действий третьих лиц и т.п.;
• нарушение функционирования объекта вследствие ошибок при его проектировании и монтаже;
• получение физических увечий персоналом, задействованным в строительстве объекта.

Технический риск относится к группе внутренних рисков, поскольку предприятие может оказывать на данные риски непосредственное влияние и их возникновение, как правило, зависит от деятельности самого предприятия.

В связи с развитием научно-технического прогресса, ростом капиталоемкости производства, увеличением в производственном процессе удельного веса технологического оборудования, а также в связи с увеличением объёма строительно-монтажных работ существенно увеличилось негативное воздействие технических рисков, что, в свою очередь, способствовало зарождению отдельной отрасли страхования ( , и т.п.).