Построение дерева отказов

Под предварительным анализом опасностей (ПАО) понимают предварительное выявление элементов и событий, которые ведут к опасным ситуациям, в том числе с включением в рассмотрение последовательности событий, а также корректирующих мероприятий для устранения последствий происшествия.

В аэрокосмической промышленности опасности, после того как они выявлены, классифицируются в соответствии с вызываемыми ими последствиями:

Смысл анализа по пунктам табл. 2.4 состоит в следующем:

Таблица 2.4 - Форма, заполняемая при предварительном анализе опасностей (фирма Боинг)

Опасное состояние, которое может быть создано в результате взаимодействия элементов в системе и системы в целом;

Нежелательные события или дефекты, которые могут вызвать опасное состояние, ведущее к определённому типу возможной аварии;

Любая возможная авария, которая возникает в результате определённого опасного состояния;

Возможные последствия потенциальной аварии в случае её возникновения;

Качественная оценка потенциальных последствий для каждого опасного состояния в соответствии с классами, описанными ранее: класс I - безопасный; класс II - граничный; класс III - критический; класс IV - катастрофический;

Рекомендуемые защитные меры для исключения или ограничения выявленных опасных состояний и (или) потенциальных аварий; рекомендуемые превентивные меры должны включать требования к элементам конструкции, введение защитных приспособлений, изменение конструкции, введение специальных процедур и инструкции для персонала;

Следует регистрировать введённые превентивные мероприятия и следить за состоянием остальных действующих превентивных мероприятий;

В заключение следует ответить на вопросы:

Выявление последовательности опасных ситуаций (Стадия II)

Построение дерева событий начинается с задачи определения последовательности развития аварии. На стадии I показано, что превалирующий риск связан с радиоактивными (токсичными) утечками. Стадия II, как показано на рис. 2.4 начинается с рассмотрения первой задачи - определения развития аварии (т.е. с изучения различных путей, приводящих к возникновению утечек).

На стадии I было выявлено, что критической частью реактора, т.е. подсистемой с которой начинается авария, является система охлаждения реактора. Таким образом, анализ риска начинается с последовательности возможных событий с момента разрушения трубопровода холодильной установки, называемого инициирующим событием.

Итак, авария начинается с разрушения трубопровода, имеющего вероятность Р_А. Далее анализируют возможные варианты, которые могут последовать за разрушением трубопровода. На рис. 2.5 изображено дерево исходных событий, на котором отображены все возможные альтернативы. На первой ветви рассматривают состояние электрического питания. Если питание есть, подвергают анализу аварийные системы охлаждения активной зоны. Отказ системы охлаждения активной зоны реактора приводит к расплавлению топлива и различным, в зависимости от целостности конструкции, утечкам радиоактивных продуктов.

Рис. 2.5. Дерево событий при аварии с потерей теплоносителя на реакторе (Хенли Э.Дж., Кумамото Х., 1984)

Построение дерева отказов

Символы событий

Изображение символов событий приведено в табл. 2.5.

Ромбы используются для обозначения детально не разработанных событий в том смысле, что детальный анализ не доведён до исходных типов отказов в силу отсутствия необходимой информации, средств или времени.

Прямоугольник используется для того, чтобы показать, что событие разработано до детального уровня.

Овалом изображают условное событие, которое в дереве используется с логическим знаком «запрет».

В виде домика изображают событие, которое может случиться или не случиться. Когда этот символ включают в дерево отказов, предполагают, что данное событие обязательно происходит и возникает противоположная ситуация, когда его исключают.

Можно также опустить причинные взаимосвязи, расположенные под знаком «И», не учитывая событие, заключенное в домике и стоящее на входе этого знака. Подобным образом можно аннулировать связи под логическим знаком «ИЛИ», присоединив событие, заключённое в домике непосредственно к этому знаку.

К символам событий относятся также символы перехода, изображаемые в виде треугольников. Треугольник «переноса из» соединяется с логическим символом сбоку (перенос из соседней подсистемы). У треугольника «переноса в» линия связи проходит от вершины к другому логическому символу.

Треугольники используют для упрощения дерева отказов.

Логические символы

Логические символы связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Обозначения логических знаков приведены в табл. 2.6.

Логический знак может иметь один или несколько входов, но только один выход, или выходное событие.

Выходное событие логического знака «И» наступает в том случае, если все входные события появляются одновременно. С другой стороны, выходное событие у логического знака «ИЛИ» происходит, если имеет место любое из входных событий.

Общая методология построения дерева отказов

Для понимания метода анализа деревьев отказов лучше рассмотреть его в общих чертах, а затем уже знакомиться с конкретными методами. Построение дерева отказов начинается с процессов синтеза и анализа (Браун Дэвид Б., 1979).

А. Синтез: здесь можно выделить три этапа.

1 - Определяем наиболее общий уровень, на котором должны быть рассмотрены все события, являющиеся нежелательными для нормальной работы рассматриваемой системы.

2 - Разделяем события на несовместные группы, причём группы формируются по некоторым общим признакам, например, по одинаковым причинам возникновения.

3 - Используя общие признаки, выделяем одно событие, к которому приводят все события каждой группы. Это событие является головным и будет рассматриваться с помощью отдельного дерева отказов.

Б. Анализ: Метод «сверху-вниз».

3 - Определяем отношения между вызывающими и головными событиями в терминах логических операций И и ИЛИ.

4 - Определяем величины, необходимые для дальнейшего анализа каждого из событий, выделенных на этапах 2 и 3. Для каждого вызывающего события, которое уточняется далее, повторяем этапы 2 и 3, причём термин «головное событие» теперь будет относиться к данному событию - причине, которую продолжаем анализировать.

5 - Продолжаем этапы 2, 3 и 4 пока либо все причины не выразятся через основные события, либо престаем дробить анализ дальше в силу незначительности событий, отсутствия даны и т.д.

6 - Представляем события, в виде схемы используя описываемую ниже символику.

7 - Выполняем качественный и количественный анализ.

Обычно для каждой системы строят несколько деревьев отказов. Затем они могут быть связаны, но на этапе построения с ними работают отдельно. Если систем работает в различных режимах, то конечно понадобится анализ деревьев для каждого из режимов. При построении деревьев отказов особое внимание уделяют, во-первых, выделению общих признаков, а во-вторых, оценке серьезности последствий, связанных с головным событием.

Дерево отказов для системы охлаждения (Хенли Э.Дж., Кумамото Х.)