Опасности технических систем

Прежде всего необходимо понять, что каждая техническая система может дать отказ. Отказом технической системы условно называют такое состояние технической системы, при котором она не может исполнять свои прямые действия. При этом вводится специальный технический параметр, который именуется наработкой на отказ. Он характеризует надежность ремонтируемого прибора, устройства или технической системы. Выражается этот технический параметр обычно в часах. Наработка до отказа — эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается. Наработка — продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в часах, мото-часах, гектарах, километрах пробега, циклов включений и др. Измеряется статистически, путем испытания множества приборов, или вычисляется методами теории надежности. Отказы технических систем имеют свою классификацию:

1. Внезапный отказ — характеризуется скачкообразным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта;
2. Постепенный отказ — характеризуется постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта;
3. Независимый отказ — отказ элемента объекта, не обусловленный повреждением или отказами других элементов объекта;
4. Зависимый отказ — отказ элемента объекта, обусловленный повреждением или отказами другого элемента объекта;
5. Сбой — самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности;
6. Перемежающийся отказ — многократно возникающий сбой одного и того же характера;
7. Конструкционный отказ — возникающий в результате нарушения установленных правил и норм конструирования;
8. Производственный отказ — возникающий в результате нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта;
9. Эксплуатационный отказ — возникающий в результате нарушения установленных правил и условий эксплуатации объекта;
10. Систематический отказ — многократно повторяющийся, обусловленный дефектами конструкции объекта, нарушением процесса его изготовления, низким качеством используемых материалов и др.;
11. Частичный отказ — после его возникновения объект может быть использован по назначению, но с меньшей эффективностью;
12. Полный отказ— после его возникновения объект не может быть использован по назначению.

Сами же отказы могут возникнуть из-за различных дефектов в оборудовании, из-за халатности рабочих или неправильной эксплуатации оборудования. Отказы в технических системах могут также возникнуть из-за превышения технической системы срока ее использования.

Следует учесть, что некоторые отказы технических систем могут быть крайне опасными для человека. Тогда подразумевается, что техническая система может нести опасность для человека. Но не следует проводить прямую между опасностью технической системы и ее отказом. Все-таки эти два понятия являются одновременно и близкими друг к другу и одновременно очень далекими друг от друга. При этом эксперты, чтобы повысить безопасность в условиях производства, ввели специальный анализ опасностей. Анализ опасностей позволяет определить источники опасностей, потенциальные аварии, последовательности развития событий,величину риска, величину последствий, пути предотвращения аварий и смягчения последствий. На практике анализ опасностей начинают с глубокого исследования, позволяющего идентифицировать в основном источники опасностей. Затем при необходимости исследования могут быть углублены. Для того, чтобы понять, какие именно опасности могут создавать различные технические системы, вводят качественный и количественный анализ опасностей. При этом качественный метод анализа опасностей включает в себя:

1. Предварительный анализ
2. Анализ последствий отказов
3. Анализ опасностей с помощью "дерева причин"
4. Анализ опасностей методом потенциальных отклонений
5. Анализ ошибок персонала
6. Причинно-следственный анализ

При этом наиболее распространенным методом анализа безопасности является метод построения так называемого "дерева отказов" - специальную карту, на которой указываются различные ошибки и отказы той или иной системы. При этом ошибки и отказы рассматриваются с разных сторон и позиций, что позволяет в конечном счете построить относительно полную карту, указывающую на различные ошибки и их причины. В таких "деревьях" обычно имеются ветви опасностей. Так как само "дерево" является многоступенчатым, то принято вводить ограничение с целью определения пределов "дерева". Логические операции в деревьях обычно обозначаются следующими символами:

Рис. 5.1. Символы дерева отказов

Естественно, чтобы построить правильно дерево отказов, необходимо правильно мыслить с точки зрения понимания того, что техническая система является определенной системой с некоторыми элементами. При этом под системой понимают некую взаимосвязанность элементов, которые взаимодействуют между собой таким образом, что достигается определенный результат (при этом под результатом понимают цель, которая преследовалась при работе той или иной системы). Под элементами системы понимают не только материальные объекты системы но также отношения и связи. Наука, которая занимается системами (любыми системами, не только техническими) и их рассмотрением называется "Системный анализ". Следует отметить, что некоторые принципы системного анализа можно относить не только к самим техническим системам. Можно рассмотреть с точки зрения системного анализа практически любое событие. Для примера можно взять такое событие как взрыв на производстве. Если рассматривать взрыв с точки зрения системного анализа то можно выделить несколько элементов, без которых взрыв не произойдет:

1. взрывоопасное вещество
2. воспламенитель
3. источник воспламенителя

При этом, если не будет хотя бы одного элемента, то взрыв не произойдет. Как можно увидеть, системный анализ может помочь не только при рассмотрении технических систем, но также и при рассмотрении опасностей от технических систем. В современное время системный анализ активно используется на производстве. Благодаря принципам системного анализа стало возможным шире рассматривать определенные опасности технических систем, а также сами технические системы в целом. Обычно на технических предприятиях есть специальные люди, которые занимаются системным анализом – системные аналитики. Эти люди в совершенстве владеют системным анализом и позволяют применить знания системного анализа на практике для технических систем.

Методы системного анализа также используются для выполнения количественного анализа опасностей. При этом количественный анализ опасностей проводится с предварительной разбивкой систем на множество подсистем. Методы расчета вероятностей и статический анализ также являются составными частями количественного анализа опасностей. При этом при вероятностном расчете используются некоторые вероятностные приемы математической статистики. Технологическое оборудование производственных помещений разбивают на три основные группы:

1. Реакционные аппараты, промежуточные емкости, машины
2. Коммуникации- трубопроводы
3. Запорные арматуры (задвижки, краны, уплотнения)

Газы или пары горючих жидкостей, находящихся в технологическом оборудовании под давлением выше атмосферного, могут попасть в помещение при нарушении целостности оборудования. При условии, что все оборудование цеха может стать источником выхода газов, и, следовательно, имеется K групп по n элементов, справедлива теорема, согласно которой при большом числе независимыхэлементов с малой интенсивностью отказов суммарный поток отказов будет близок к простейшему по истечении некоторого времени, независимо от законов распределения сроков службы этих элементов. В случае простейшего потока событий вероятность P появления m событий в интервале времени от до находится по закону Пуассона:

где:

- среднее число событий в интервале;

- параметр потока отказов.

В соответствии с этим при средних сроках службы элементов и параметр потока отказов в целом по цеху будет иметь предел:

По или можно определить вероятность безотказной работы в течение времени :

Точкой отсчета является связь между вероятностью безаварийной работы оборудования в течение времени , степенью наполненности помещения оборудованием и режимом работы со сроками службы. Вероятность того, что отказ элемента n-й группы из K групп произойдет, можно оценить из выражения:

Также есть немного другие методы, при которых можно рассчитать вероятность отказа технической системы. Например, возьмем некое P(t). При этом представим, что P(t) есть вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. Статистически вероятность безотказной работы можно определить отношением числа объектов, безотказно проработавших до момента времени t, к числу объектов, работоспособных в начальный момент времени.

где — число объектов, безотказно проработавших до момента времени ; - число объектов, взятых под наблюдение. В начальный момент времени (перед испытаниями) все объекты являются исправными, т. е. выполняется равенство . Если испытания проводятся до отказа всех объектов, то в конце испытаний .

Следовательно, вероятность безотказной работы в течение конечных интервалов времени может иметь значения . Из теории вероятностей следует, что вероятность суммы двух несовместимых противоположных событий равна единице.

Где - вероятность отказа. Отсюда:

– вероятность отказа, где — число отказавших объектов к моменту времени t (информация по анализу систем была создана на основе материала: Анализ опасностей технических систем -http://www.bgsha.com/ru/education/library/fulltext/bgd/R2-4.htm)