Надёжность технических систем и техногенный риск

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

"Надёжность технических систем и техногенный риск"

Нижний Новгород 2013 г.

Содержание работы

Введение

1. Основные термины и понятия надёжности

2. Повреждения и отказы. Классификация

3. Показатели надёжности

4. Методы исследования надёжности объектов

5. Оценка надёжности человека как звена технической системы

Введение

Развитие общества на современном этапе всё в большей мере сталкивается с проблемами обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды. Устойчивое развитие и безопасность - две взаимосвязанные концепции, имеющие важное значение при выборе целей и путей перехода к коэволюции природы и общества.

В условиях сложившейся в настоящее время в России ситуации проблема техногенной опасности приобретает особое значение для промышленных районов, где сосредоточен огромный потенциал опасных производств. При этом должен оцениваться риск не только для нормальных условий эксплуатации, но и для случаев реализации аварий с разрушением систем защитных оболочек, сосудов, резервуаров, сопровождающимся выходом опасных веществ в окружающую среду.

1. Основные термины и понятия надёжности

Объект - это предмет определенного целевого назначения, надежность которого рассматривается в каждом конкретном случае на этапах разработки требований, проектировании, производства, применения, ремонта, исследований и испытаний на надежность.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказа, повреждений и поддержанию, и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Различают пять состояний объекта: исправное состояние, неисправное состояние, работоспособное состояние, неработоспособное состояние и предельное состояние.

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Неработоспособное состояние- - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Для характеристики переходов объекта из одного состояния в другое состояние введены следующие термины: дефект, повреждение, отказ, техническое обслуживание, восстановление работоспособного состояния, ремонт.

Дефект - каждое отдельное несоответствие объекта установленным требованиям.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Техническое обслуживание - комплекс операций или операция по поддержанию работоспособного или исправного состояния объекта при использовании по назначению, ожиданию, хранении и транспортировке.

Восстановление работоспособного состояния объекта - операция по определению места и характера отказа, замены, регулирования и контроля технического состояния элементов объекта и заключительных операций контроля по работоспособности объекта в целом.

Ремонт - комплекс операций по восстановлению исправного или работоспособного состояния объекта и восстановлению ресурсов объектов или их составных частей.

Переход объекта из одного состояния в другое обычно происходит вследствие повреждения или отказа.

2. Повреждения и отказы. Классификация

Другими важными понятиями в теории надежности и практике эксплуатации ТС являются повреждения и отказы.

Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении исправности ТС или ее составных частей из-за влияния внешних условий, превышающих уровни, установленные НТД.

Отказ - это случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности ТС под влиянием ряда случайных факторов.

Повреждение может быть существенным и явиться причиной отказа и несущественным, при котором работоспособность ТС сохраняется.

Применительно к отказу и повреждению рассматривают критерий, причину, признаки проявления, характер и последствия.

Работоспособное состояние ТС определяются множеством заданных параметров и допусками на них - допустимыми пределами их изменения.

Критерием отказа являются признаки выхода хотя бы одного заданного параметра за установленный допуск. Критерии отказа должны указываться в НТД на объект.

Причинами отказа могут быть просчеты, допущенные при конструировании, дефекты производства, нарушения правил и норм эксплуатации, повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения.

Признаки отказа или повреждения проявляют непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя (оператора) явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта, или процессов с ними связанных.

Характер отказа или повреждения определяют конкретные изменения, происшедшие в объекте.

К последствиям отказа или повреждения относятся явления и события, возникшие после отказа или повреждения и в непосредственной причинной связи с ним.

Отказы объектов ТС могут быть разных видов и классифицируются по различным признакам.

3. Показатели надёжности

Показатель надежности - количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

Под номенклатурой показателей надежности понимают состав показателей, необходимый и достаточный для характеристики объекта или решения поставленной задачи. Полный состав номенклатуры показателей надежности, из которой выбираются показатели для конкретного объекта и решаемой задачи, установлен ГОСТ 27.002-89.

Показатели надежности принято классифицировать по следующим признакам:

а) по свойствам надежности:

- показатели безотказности (эти показатели являются количественными характеристиками законов распределения случайного времени безотказной работы прибора или случайного числа отказов за определенное время или наработки);

-- показатели долговечности и сохраняемости;

- наработка объекта от определенного момента времени до наступления предельного состояния (не включает время простоя), в отличие от этого срок службы включает время простоя в ремонтах и в резерве;

- назначенный ресурс (срок службы) - суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния;

- средний межремонтный ресурс (срок службы) - средний ресурс (срок службы) между смежными видами ремонта;

- гамма-процентный ресурс (срок службы) - наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с вероятностью у;

- средний ресурс (срок службы) до списания - средний ресурс (срок службы) от начала эксплуатации до списания;

- средний срок сохраняемости - математическое ожидание срока сохраняемости;

- гамма-процентный срок сохраняемости - продолжительность хранения, в течение которой объект сохраняет установленные показатели с заданной вероятностью Y)

-- показатели ремонтопригодности; (К числу широко применяемых показателей ремонтопригодности объектов относят следующие.

Среднее время восстановления - это математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа.

Вероятность восстановления v (t) - это вероятность того, что время восстановления Тв объекта (элемента или системы) будет меньше времени t, т.е. не превысит заданного:

v (t) = v (Tв < t).

Вероятность невосстановления w (t) - это вероятность того, что время восстановления Тв объекта (элемента или системы) будет больше или равно времени t:

w (t) = w (Tв ? t) = 1 - v (t).

Интенсивность восстановления м(t) в момент времени t, отсчитываемый от начала восстановления, - это отношение плотности вероятности восстановления к вероятности невосстановления:

м(t) = v'(t)/w (t) = w'(t)/w (t).

Для оценки ремонтопригодности наибольшее применение получил показатель - среднее время восстановления после отказа.

Статистическая оценка среднего времени восстановления может быть получена по результатам наблюдения за n однотипными электросетевыми объектами с приблизительно одинаковыми условиями эксплуатации и ремонта)

б) по числу свойств надежности, характеризуемых показателем:

-- единичные показатели (единичные показатели характеризуют какое-то одно свойство изделия, а комплексные характеризуют изделие с различных, но взаимосвязанных сторон и включают несколько единичных показателей (например, электропроводность)

Единичные показатели характеризуют какое-либо одно свойство или сторону ремонтопригодности.

Единичные показатели широко используются, особенно при представлении характеристик турбин.

Единичные показатели используют весьма широко; к ним относятся коррозионная активность топлив, моющая способность масел и др. В качестве примера комплексного показателя можно привести понятие надежности, применяемое при оценке качества двигателей, машин и механизмов. Оно включает долговечность, безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость оборудования и изделий. Изменение надежности двигателя или машины при использовании топлив либо смазочных материалов с разными эксплуатационными свойствами могло бы служить комплексным показателем их качества.

Единичные показатели характеризуют одно из свойств надежности и в зависимости от этого подразделяются на показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Комплексные показатели характеризуют одновременно несколько свойств.

Оценка единичных показателей основной деятельности объединения. Единичные показатели, характеризующие основную деятельность подразделений министерства, менее унифицированы. В этой группе можно выделить общие для всех подразделений и частные показатели. Общие показатели - планируемые в целом по министерству показатели работы отрасли. Состав частных показателей устанавливают на основе положений о подразделениях. надежность безотказность ремонтопригодность

Рассмотренные характеристики эксплуатационной надежности позволяют осуществлять оценку безотказной работы объектов (устройств, оборудования, сооружений, систем) в процессе их эксплуатации и хранения. Но они не устанавливают соотношений между временными составляющими нормального цикла эксплуатации, не учитывают времени, затраченного на проведение регламентных и ремонтных работ, готовности систем к работе, удобства эксплуатации, технического использования оборудования и т. п.

Вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование изделий не предусматривается.

Отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации

Вероятность того, что объект, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Отношение разности заданной продолжительности эксплуатации и математического ожидания суммарной продолжительности плановых технических обслуживании и ремонтов за тот же период эксплуатации к значению этого периода

Отношение времени восстановления ко времени безотказной работы, взятых за один и тот же календарный срок)

в) по числу характеризуемых объектов:

-- групповые показатели;

-- индивидуальные показатели;

-- смешанные показатели;

Групповые показатели - показатели, которые могут быть определены и установлены только для совокупности объектов; уровень надежности отдельного экземпляра объекта они не регламентируют.

Индивидуальные показатели - показатели, устанавливающие норму надежности для каждого экземпляра объекта из рассматриваемой совокупности (или единичного объекта).

Смешанные показатели могут выступать как групповые или индивидуальные.

г) по источнику информации для оценки уровня показателя:

-- расчетные показатели;

-- экспериментальные показатели;

-- эксплуатационные показатели;

-- экстраполированные показатели;

Экстраполированный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.

д) по размерности показателя различают показатели, выражаемые:

-- наработкой;

-- сроком службы;

-- безразмерные (в том числе, вероятности событий).

4. Методы исследования надёжности объектов

Различают следующие основные методы оценки надежности:

- экспериментальный

- аналитический (расчетный) статистического моделирования.

Аналитические методы дают возможность оценивать надежность объекта, проводить сравнение различных вариантов его выполнения, находить оптимальные (или близкие к оптимальным) решения на самых ранних этапах разработки и проектирования, когда изделие существует еще только на бумаге. В этом состоит существенное преимущество этой группы методов оценки надежности. Еще одним преимуществом является то, что решения в принципе могут быть получены в виде аналитических выражений, позволяющих вести исследование влияния различных факторов и находить оптимальные решения в общем виде. Необходимыми исходными данными при аналитическом исследовании надежности объекта являются сведения о надежности его элементов. От достоверности этих данных зависит качество получаемых результатов. Для объектов со сложной структурой применение аналитических методов во многих случаях приводит к большим вычислительным трудностям. Порядок аналитической оценки надежности устанавливает ГОСТ 27.301-95. К аналитическим методам - по постановке задачи - близки методы статистического моделирования.

Сходство в том, что и те, и другие методы требуют наличия данных о надежности элементов системы. Однако способы получения результатов различны. Методы статистического моделирования сводятся к разработке и исследованию функционирования статистической модели исследуемого объекта. Таким путем удается получать оценки надежности объектов с весьма сложной структурой, не поддающихся аналитическому исследованию, при ограниченных затратах средств и времени.

Положительным свойством методов статистического моделирования является также то, что в процессе исследования могут определяться не только чисто надежностные характеристики и показатели, но и показатели эффективности. Основной недостаток этой группы методов состоит в том, что результаты решения представляются не в виде аналитических выражений, отображающих влияние различных факторов, а в виде численных оценок (статистических оценок). Экспериментальные методы оценки надежности изделий играют особую роль, так как, с одной стороны, они являются по сути единственным источником получения исходных данных о надежности объектов, используемых в качестве элементов при построении объектов более сложных, данных, необходимых для аналитического исследования или исследования путем статистического моделирования. С другой стороны, эксперимент в подавляющем, большинстве случаев был и остается основным способом определения или подтверждения уровня надежности серийно выпускаемых объектов.

В отличие от рассмотренных выше двух групп методов экспериментальные методы не требуют никаких сведений о нежности элементов объекта. Мало того, экспериментальная оценка надежности объекта в целом позволяет получить данные о надежности входящих в его состав элементов в реальных условиях эксплуатации. Особенностью экспериментального пути является то, что предполагает наличие некоторого количества образцов исследуемого объекта. Причем, это должны быть действующие образцы, удовлетворяющие всем техническим условиям. Проведение оценки надежности неизбежно связано с определенным (иногда весьма значительным) расходом ресурса испытываемых образцов. Экспериментальная оценка надежности изделий может реализовываться двумя способами: организацией специальных испытаний или сбором статистических данных о работе объекта в условиях нормальной или подконтрольной эксплуатации. Порядок проведения эксперимента в этих двух случаях существенно различен.

Нормирование надёжности

В общем перечне требований, предъявляемых к проектируемым системам автоматики немаловажная роль принадлежит количественным требованиям (нормам) по надежности.

Достигнутый уровень надежности систем в значительной степени определяет эффективность их применения, при этом основное снижение эффективности систем в процессе эксплуатации, как правило, связано с понижением их надежности. Тесная связь показателей надежности с эффективностью применения систем свидетельствует о том, что в общем случае задача обоснования требований (нормирования) по надежности не может рассматриваться как самостоятельная.

Общая задача нормирования надежности сложных систем включает в себя решение ряда следующих задач.

1. Выбор показателя эффективности, принимаемого в качестве исходного при нормировании надежности. Решение этой задачи должно основываться на анализе назначения системы и предполагаемых принципов ее эксплуатации. Выбранный показатель эффективности должен быть достаточно чувствительным к изменению надежности системы.

2. Установление и исследование аналитических табличных и графических зависимостей выбранного показателя надежности системы от уровня ее надежности. На базе этих исследований по степени изменения количественных показателей эффективности можно судить о возможных пределах требований по надежности системы.

3. Определение оптимальных требований по надежности к системе и ее элементам. Необходимость оптимизации при обосновании требований по надежности вытекает из того, что увеличение надежности, как правило, связано с возрастанием экономических затрат на разработку системы, увеличением времени разработки, увеличением весов, габаритов и т.д. Решение задачи оптимизации позволяет учесть возникающие естественные ограничения, обеспечив при этом оптимальное значение надежности системы.

Задаваемые на разработку системы требования по надежности, являясь отражением объективных пожеланий к основным показателям эффективности системы, не могут рассматриваться как нечто стабильное, не подлежащее уточнению в процессе разработки системы.

Если требования по надежности системы установлены, то возникает задача нормирования требований по надежности на элементы системы. Эта задача, в принципе, также относится к системе в целом и нормирование надежности по ее элементам позволяет в основных чертах определить главные эксплуатационные свойства системы и обеспечить в последующем необходимый уровень ее эффективности.

Основными показателями эффективности системы, характеризующими ее приспособленность к применению по назначению, являются показатели производительности и экономичности, которые тесно связаны с показателями надежности системы.

5. Оценка надёжности человека как звена технической системы

Независимо от уровня профессиональной подготовки, навыков, психофизиологического и эмоционального состояния ни один человек не застрахован от выполнения им ошибок при эксплуатации машин.

Причинами ошибок могут стать как личностные качества человека, так и условия окружающей среды или недочеты в самой технике.

1. Причины совершения ошибок

Ошибки по вине человека могут возникнуть в тех случаях, когда:

• оператор или какое-либо лицо стремится к достижению ошибочной цели;

• поставленная цель не может быть достигнута из-за неправильных действий оператора;

• оператор бездействует в тот момент, когда его участие необходимо.

Виды ошибок, допускаемых человеком на различных стадиях взаимодействия в системе "человек - машина" можно классифицировать следующим образом:

• Ошибки проектирования: обусловлены неудовлетворительным качеством проектирования. Например, управляющие устройства и индикаторы могут быть расположены настолько далеко друг от друга, что оператор будет испытывать затруднения при одновременном пользовании ими.

• Операторские ошибки: возникают при неправильном выполнении обслуживающим персоналом установленных процедур или в тех случаях, когда правильные процедуры вообще не предусмотрены.

• Ошибки изготовления: имеют место на этапе производства вследствие (а) неудовлетворительного качества работы, например неправильной сварки, (б) неправильного выбора материала, (в) изготовления изделия с отклонениями от конструкторской документации.

• Ошибки технического обслуживания: возникают в процессе эксплуатации и обычно вызваны некачественным ремонтом оборудования или неправильным монтажом вследствие недостаточной подготовленности обслуживающего персонала, неудовлетворительного оснащения необходимой аппаратурой и инструментами.

• Внесенные ошибки: как правило, это ошибки, для которых трудно установить причину их возникновения, т.е. определить, возникли они по вине человека или же связаны с оборудованием.

• Ошибки контроля: связаны с ошибочной приемкой как годного элемента или устройства, характеристики которого выходят за пределы допусков, либо с ошибочной отбраковкой годного устройства или элемента с характеристиками в пределах допусков.

• Ошибки обращения: возникают вследствие неудовлетворительного хранения изделий или их транспортировки с отклонениями от рекомендаций изготовителя.

• Ошибки организации рабочего места: теснота рабочего помещения, повышенная температура, шум, недостаточная освещенность и т.п.

• Ошибки управления коллективом: недостаточное стимулирование специалистов, их психологическая несовместимость, не позволяющие достигнуть оптимального качества работы.

Свойство человека ошибаться является функцией его психофизиологического состояния. Интенсивность ошибок во многом определяется параметрами внешней среды, в которой человек работает.

Персонал рисковых объектов испытывает большую психологическую нагрузку. Факторы, ее обусловливающие, можно рассмотреть на примере работы оперативного персонала традиционной промышленной электростанции: осознание степени опасности и тяжести последствий аварии; высокое давление пара и воды, высокое электрическое напряжение; движущиеся механизмы; вибрация; повышенная температура и пониженная влажность воздуха; монотонность обстановки; медленные изменения показаний приборов; размеренный ритм работы оборудования. Как следствия: расстройство сознания, рост психологической напряженности, потеря бдительности.

По статистике от 7 до 36% аварий происходит по вине персонала; 73% из них - в результате неблагоприятных психологических качеств человека.

В целом сложная картина воздействий на человека, управляющего потенциально опасной техникой, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Факторы, воздействующие на человека, управляющего потенциально опасной техникой

Формула безопасности: критическая позиция (I) + строго регламентированный и взвешенный подход (II) + коммуникабельность (III) = безопасность. Будучи внедренной в стереотип поведения оператора, обеспечивает:

- предотвращение аварийной ситуации;

- снижение процента ошибок при управлении аварией.

Надежность работы системы во многом зависит от безошибочности действия человека-оператора, управляющего системой. В качестве показателя безошибочности часто используют интенсивность ошибок, вычисляя в расчете на одну операцию по статистическим данным следующим образом [3]:

(1)

(2)

где:

Pi - вероятность безошибочного выполнения операции i-го типа;

Ni, ni - общее число выполненных операций i-го вида и допущенное при этом число ошибок;

li - интенсивность ошибок i-го вида;

Ti - среднее время выполнения операций i-го вида.

Рисунок 2. Динамика надежности оператора в течение рабочей смены

Вероятность безошибочного выполнения операций зависит от уровня работоспособности, и формулу (1) считают справедливой лишь для периода устойчивой работоспособности оператора, которая отличается значительным подъемом производительности труда после врабатывания в начале смены (рисунок 2). Динамика работоспособности характеризуется тремя основными фазами: I - врабатывание с возрастающей работоспособностью, II - устойчивая работоспособность и III - спад в связи с естественным утомлением (кривая 1). Незначительный спад наблюдается также приблизительно за 0,5 часа до обеденного перерыва, который в основном не связан с изменением работоспособности и поэтому на графике не учтен. [3]

Тенденция распределения количества ошибок Кош в течение смены отражена кривыми 2 и 3. Наложение их на график динамики надежности работы оператора в течение рабочей смены показало, что большая часть ошибок в течение смены, а также негативных явлений, вытекающих из ошибок, например производственных травм, приходится на период, характеризующийся низкой работоспособностью (см. рисунок 2). Период же устойчивой работоспособности (фаза II) отмечается наименьшим числом ошибок, допускаемых работающим в течение данной смены. [3]

2. Методология прогнозирования ошибок

Методы прогнозирования частоты ошибок человека основываются на классическом анализе и включают следующие этапы [1]:

• составление перечня основных отказов системы;

• составление перечня и анализ действий человека;

• оценивание частоты ошибок человека;

• определение влияния частоты ошибок человека на интенсивность отказов рассматриваемой системы;

• выработка рекомендаций, внесение необходимых изменений в рассматриваемую систему и вычисление новых значений интенсивности отказов.

Одним из основных методов анализа надежности работы человека является построение дерева вероятностей (дерево исходов). При использовании этого метода задается некоторая условная вероятность успешного или ошибочного выполнения человеком каждой важной операции либо вероятность появления соответствующего события. Исход каждого события изображается ветвями дерева вероятностей. Полная вероятность успешного выполнения определенной операции находится суммированием соответствующих вероятностей в конечной точке пути успешных исходов на диаграмме дерева вероятностей. Этот метод с некоторыми уточнениями может учитывать такие факторы, как стресс, вызываемый нехваткой времени; эмоциональная нагрузка; нагрузка, определяемая необходимостью ответных действий, результатами взаимодействий и отказами оборудования. [1]

Следует заметить, что данный метод обеспечивает хорошую наглядность, а связанные с ним математические вычисления просты, что в свою очередь снижает вероятность появления вычислительных ошибок. Кроме того, он позволяет специалисту по инженерной психологии легко оценить условную вероятность, которую в противном случае можно получить только с помощью решения сложных вероятностных уравнений. [1]

Пример. Оператор выполняет два задания - сначала x, а затем y. При этом он может выполнять их как правильно, так и неправильно. Другими словами, неправильно выполняемые задания - единственные ошибки, которые могут появляться в данной ситуации. Требуется построить дерево возможных исходов и найти общую вероятность неправильного выполнения задания. Предполагается, что вероятности статистически независимы. [1]

Для решения поставленной задачи воспользуемся деревом возможных исходов, изображенным на рисунке 3 и введем следующие обозначения [1]:

Рs - вероятность успешного выполнения задания;

Рf - вероятность невыполнения задания;

s - успешное выполнение задания;

f - невыполнение задания;

Рx - вероятность успешного выполнения задания x;

Р - вероятность успешного выполнения задания y;

- вероятность невыполнения задания x;

- вероятность невыполнения задания y.

Согласно рисунку 3, вероятность успешного выполнения задания равна

(3)

Аналогично находится выражение для вероятности невыполнения задания:

(4)

Из рисунка 2 следует, что единственным способом успешного выполнения системного задания является успешное выполнение обоих заданий - x и y. Именно поэтому вероятность правильного выполнения системного задания определяется как.

Рисунок 3.Схема дерева исходов

Для оценки надежности работы операторов технических систем необходимо учитывать следующие факторы:

• качество обучения и практической подготовки;

• наличие письменных инструкций, их качество и возможность неправильного их толкования;

• эргономическиe показатели рабочих мест;

• степень независимости действий оператора;

• наличие операторов-дублеров;

• психологические нагрузки.

Оценивание частоты ошибок человека следует проводить только после рассмотрения всех этих факторов, так как они влияют на качество работы оператора. Полученные оценки должны затем включаться в процедуру анализа дерева отказов.

3. Принципы формирования баз об ошибках человека

Базы данных об ошибках человека необходимы для анализа и прогнозирования безопасности рассматриваемой системы, предупреждения опасных ситуаций. Их можно разделить на следующие три категории.

Базы экспериментальных данных. Содержат результаты лабораторных экспериментов и заслуживают большего доверия, чем базы данных иного типа, поскольку в меньшей степени подвержены влиянию субъективных оценок, способных приводить к ошибкам. Однако необходимо иметь в виду, что с какой бы тщательностью ни формировались подобные базы данных, в них всегда присутствует значительный элемент субъективности.

Базы эксплуатационных данных. Являются более реальными, чем базы экспериментальных данных, однако сформировать такие базы довольно трудно, поскольку для этого требуется тщательная регистрация действий в реальных условиях эксплуатации. Подобные базы данных дают более удовлетворительные результаты, чем лабораторные исследования, поскольку в лабораторных условиях часто ставятся надуманные задачи.

Базы субъективных данных. Составляются на основе экспертных оценок. Создание таких баз обходится сравнительно дешево и не вызывает особых трудностей, поскольку большой объем информации может быть получен от небольшого числа опрошенных экспертов.

Чтобы базы субъективных данных можно было использовать при анализе надежности работы человека, необходимо:

- обеспечить требуемую точность данных;

- гарантировать представительность экспертных оценок.

Основное преимущество базы субъективных данных состоит в широком охвате всех параметров, по которым требуется иметь данные об ошибках.

Для прогнозирования возникновения ошибок и их предотвращения необходим комплексный анализ возникновения частоты и интенсивности ошибок, который основывается на экспериментальных, эксплуатационных и субъективных базах данных.

Исследовав данную проблему в целом можно сделать следующий вывод, что для повышения безошибочности действий человека необходимо учитывать:

• Основные функциональные, антропометрические и энергетические возможности человека-оператора;

• Характеристики человека-оператора, связанные с видами его деятельности и влиянием нежелательных факторов окружающей среды.

• Понятие риска

Слово "риск" обозначает возможную опасность либо действие наугад в надежде на удачный исход.

В настоящее время в большинстве случаев под риском понимается возможная опасность потерь, связанных со спецификой тех или иных явлений природы и видов деятельности человеческого общества.

Человек разумный стал, по-видимому, оценивать риск ещё на низших ступенях развития, с осознанием чувства страха перед смертью и природными катастрофическими явлениями. Анализируя различные определения риска, следует отметить, что они включают множество других понятий, ключевыми из которых являются опасность и ущерб, которые, в свою очередь, включают совокупность дополнительных понятий и сопутствующих им определений. Таким образом, риск, являясь наиболее ёмким интегрирующим понятием, фактически служит мерой осознаваемой человеком опасности в его жизни и деятельности.

Опасность, являясь основной посылкой при рассмотрении проблем безопасности, обычно рассматривается как объективно существующая возможность негативного воздействия на общество, личность, природную среду, в результате которого им может быть причинён какой-либо ущерб, вред, ухудшающий состояние, придающий их развитию нежелательные динамику или параметры (темпы, формы и т.д.). Опасность техногенного характера имеет несколько другое толкование и рассматривается как состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виду поражающих воздействий источника техногенной чрезвычайной ситуации на человека и окружающую среду при его возникновений либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов.

• Общая характеристика рисков

Понятие риска является многоплановым, поэтому в научной литературе используются различные производные этого понятия в зависимости от области применения, стадии анализа опасности.

Излагаемая ниже классификация рисков не претендует на полноту и строгость и приведена для того, чтобы сосредоточить в дальнейшем внимание на подходах и методах оценки рисков, связанных с оценкой опасности, управлением безопасностью технических систем и объектов.

Начальную классификацию рисков можно провести в зависимости от основной причины возникновения рисков:

Природные риски - риски, связанные с проявлением стихийных сил природы: землетрясениями, наводнениями, подтоплениями, бурями и т.п.;

Техногенные риски - риски, связанные с загрязнением окружающей среды;

Экологические риски - риски, связанные с загрязнением окружающей среды;

Коммерческие риски - риски, связанные с опасностью потерь в результате финансово-хозяйственной деятельности.

С точки зрения применения понятия риска при его анализе и управлении техногенной безопасностью важными категориями являются:

Индивидуальный риск - риск, которому подвергается индивидуум в результате воздействия исследуемых факторов опасности;

Потенциальный территориальные риск - пространственное распределение частоты реализации негативного воздействия определенного уровня;

Социальный риск - зависимость частоты событий, в которых пострадало на том или ином уровне число людей больше определенного, от этого определенного числа людей;

Коллективный риск - ожидаемое число смертельно травмированных в результате возможных аварий за определенный период времени;

Приемлемый риск - уровень риска, с которым общество в целом готово мириться ради получения определённых благ или выгод в результате своей деятельности.

Индивидуальный и коллективный риски

Одной из наиболее часто употребляемых характеристик опасности является индивидуальный риск - вероятность (или частота) поражения отдельного индивидуума в результате воздействия исследуемых факторов опасности при реализации неблагоприятного случайного события.

Этот вид риска рассматривается в качестве первичного и основного понятия, во-первых, в связи с приоритетом человеческой жизни как высшей ценности и, во-вторых, в связи с тем, что именно индивидуальный риск может быть оценен по большим выборкам с достаточной степенью достоверности, что позволяет определять другие важные категории риска (например, потенциальный территориальный) при анализе техногенных опасностей и осуществлять установление приемлемого и неприемлемого уровней риска.

Обычно индивидуальный риск измеряется вероятностью гибели в исчислении на одного человека в год. В случае, если оценивается риск для какой-либо группы людей определенной профессии или специального рода деятельности, связанных с повышенной опасностью, целесообразно их риск относить к одному часу работы или одному технологическому циклу.

Индивидуальный риск при техногенных опасностях в основном определяется потенциальным территориальным риском и вероятностью нахождения человека в районе возможного действия опасных факторов. При этом индивидуальный риск во многом определяется квалификацией и обученностью индивидуума действиям в опасной ситуации, его защищенностью.

Количественной интегральной мерой опасности является коллективный риск, определяющий масштаб ожидаемых последствий для людей от потенциальных аварий или других негативных воздействий:

RN=RI*N,

где N - общее число людей, подвергающихся потенциальному негативному воздействию.

Фактически коллективный риск определяет ожидаемое число смертельных исходов в результате аварий на рассматриваемой территории за определенный период времени. Наиболее удобно пользоваться этим понятием для сравнения различных территорий хозяйственной деятельности, однако для разработки мер безопасности применение коллективного риска неэффективно, так как основной ущерб от несчастных случаев как результатов неблагоприятных событий зачастую не рассматривается.

Исходя из того, что при использовании понятий "индивидуальный риск" и "коллективный риск" возникают значительные неопределенности, в настоящее время на практике стали применять другие категории риска (территориальный и социальный) как меры опасности, характеризующие риск не единственным числовым значением, а наборами чисел или функциональными зависимостями.

Потенциальный территориальный и социальный риски

Комплексной мерой риска, характеризующей опасный объект (территорию), является потенциальный территориальный риск - пространственное распределение вероятности (или частоты) реализации негативного воздействия определённого уровня.

Потенциальный территориальный риск, в соответствии с названием, представляет собой потенциал максимально возможного риска для конкретных объектов воздействия, находящихся в данной точке пространства. Потенциальный риск не зависит от того, находится ли опасный объект в многолюдном или пустынном месте, и может меняться в широком интервале. На практике важно знать распределение потенциального риска для отдельных источников опасности и для отдельных сценариев аварий.

Социальный риск характеризует масштаб возможных аварий и определяется функцией, у которой есть установившееся название - кривая. Знание распределения потенциального риска и распределения населения в исследуемом районе позволяет получить количественную оценку социального риска для населения.

Экологический риск

Для оценки негативных экологических воздействий самых разнородных факторов (аварийные ситуации, загрязнение химическими веществами или радионуклидами, нерациональная хозяйственная деятельность, природные катастрофы и т.д.) в последние годы стали активно применять подход, основанный на оценке риска неблагоприятных последствий. Спецификой экологического риска является, как правило, неравномерное его распределение по территории, подвергшейся воздействию вредного фактора. Распределение риска зависит от распределения неблагоприятного фактора (концентрации токсиканта, интенсивности радиоактивного излучения, шума и т.д.),которое может быть статичным или переменным.

Ещё одно обстоятельство, которое следует принимать во внимание, - это специфика объекта, подвергшегося негативному воздействию. Объект может быть локализован на определённой территории (зелёные насаждения в городе) или менять своё местоположение (популяции, склонные к миграции, население, плотность которого на различных участках местности зависит от профессиональной деятельности, сезона или времени суток).

Если речь идёт о населении, то на оценку риска могут оказывать влияние такие факторы, как местные или национальные традиции. Так, употребление или неупотребление в пищу тех или иных продуктов питания, обусловленное традицией, уровнем жизни и т.п., может приводить к более или менее высокому риску заболевания: известно, что некоторые токсиканты в силу своей природы склонны к концентрированию в определённых продуктах.

При проведении оценок риска для здоровья и жизни людей все население делят на группы по половозрастному, профессиональному, социальному или иным признакам и осуществляют оценку риска для каждой группы, полагая, что воздействия фактора риска на всех членов группы одинаково. Учёт указанных обстоятельств делает процесс оценки риска крайне трудоёмким, требующим обработки большого объёма статистического материала.

Природно-техногенные риски

Источниками рисков являются практически все виды природных явлений и процессов геологического, гидрологического и метеорологического характера.

Наиболее частые опасные природные явления и процессы - это наводнения, ураганы, бури, тайфуны, смерчи, землетрясения, цунами и склоновые процессы (оползни, селевые потоки, снежные лавины), т.е. высокоскоростные природные явления с катастрофическими последствиями. Природные явления и процессы с меньшими скоростями наступления и развития, как правило, не приводят к формированию аварийных ситуаций.

Наряду с повторяемостью природных явлений и процессов важное значение в вопросах оценки опасности того или иного явления с точки зрения риска нежелательных последствий имеет их распространение по территориям и регионам. С этой точки зрения наиболее опасными природными явлениями на территории России являются землетрясения (около 20% территории потенциально подвержено воздействию землетрясений интенсивностью 7 баллов и более) и склоновые процессы (более 20% территории подвержено этим явлением).

Разрушительное действие упомянутых выше природных явлений (и как следствие - опасность и риск) усиливается их способностью вызывать вторичные как природные, так и техногенные процессы.

Так, землетрясения могут сопровождаться значительной активизацией склоновых процессов, склонные процессы - способствовать образованию подпрудных акваторий и т.д. Развитие природного явления в зонах населенных пунктов, промышленных предприятий, как правило, сопровождается техногенными авариями и катастрофами.

• Показатели риска

К показателям риска относят функцию риска или технический риск. Эту функцию особенно удобно использовать применительно к отказам или совокупностям отказов, последствия которых представляют опасность для людей, окружающей среды, а также связаны с серьезным материальным и моральным ущербом.

Интенсивность технического риска является важной характеристикой в теории безопасности, так как она определяет вероятность того, что после безотказной работы до момента времени авария произойдет в последующем отрезке времени.

Размещено на Allbest.ru

...