ЛОГИКО-ГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА («ДЕРЕВЬЯ СОБЫТИЙ И ОТКАЗОВ»)

Анализ причин промышленных аварий показывает, что возникновение и развитие крупных аварий, как правило, характеризуется комбинацией случайных локальных событий, возникающих с различной частотой на разных стадиях аварии (отказы оборудования, человеческие ошибки при эксплуатации, проектировании, внешние воздействия, разрушение, разгерметизация, выброс, утечка, пролив вещества, испарение, рассеяние веществ, воспламенение, взрыв, интоксикация и т.д.). Для выявления причинно-следственных связей между этими событиями используют логико-графические методы «деревьев отказов и событий» (рис. 1.10).

При анализе методом «деревьев отказов» выявляются комбинации отказов (неполадок) оборудования, ошибок персонала и внешних (техногенных, природных) воздействий, приводящих к основному событию, т.е. аварийной ситуации (рис. 1.11).

«Дерево отказов» — топологическая модель надежности и безопасности, которая отражает логико-вероятностные взаимосвязи между отдельными случайными исходными событиями в виде первичных отказов или результирующих отказов, совокупность которых приводит к главному анализируемому событию.

«Дерево решений» для анализа опасностей

Рис. 1.10. «Дерево решений» для анализа опасностей

«Дерево событий» начинается с единственного анализируемого события в корне дерева, называемого конечным событием. На следующем уровне появляются события, которые могут вызвать конечное событие, аналогично дерево продолжается. Дерево оканчивается, когда оно доходит до уровня отказов элементов.

Таким образом, «дерево отказов» — ориентировочный граф в виде дерева.

Выделяют пять типов вершин «дерева отказов» (ДО):

  • • вершины, отображающие первичные отказы;
  • • вершины, отображающие результирующие или вторичные отказы;
  • • вершины, отображающие локальные отказы, которые не влияют на возникновение других отказов;
  • • вершины, соответствующие операции логического объединения случайных событий (типа «ИЛИ»);
  • • вершины, соответствующие операции логического произведения случайных событий (типа «И»),

Каждой вершине ДО, отображающей первичный или результирующий отказ, соответствует определенная вероятность возникновения отказа. Одно из основных преимуществ ДО состоит в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов систем и событий, которые приводят к постулируемому отказу или аварии. Чтобы определить вероятность отказа, необходимо найти аварийные сочетания, для чего необходимо произвести качественный и количественный анализ «дерева отказов».

Качественный анализ дерева отказов заключается в определении аварийных сочетаний. Аварийное сочетание — определенный набор исходных событий. Если все эти исходные события случаются, существует гарантия, что конечное событие происходит. Большие системы имеют значительное число видов отказов. Чтобы упростить анализ, следует рассматривать только те виды отказов, которые являются основными. Поэтому вводится понятие минимального аварийного сочетания.

Алгоритм исследования отказов

Рис. 1.11. Алгоритм исследования отказов

Минимальное аварийное сочетание — такое сочетание, в котором при удалении любого исходного события оставшиеся события вместе больше не являются аварийным сочетанием. Аварийное сочетание, включающее другие сочетания, не является минимальным аварийным сочетанием.

На рис. 1.12 показана система последовательно соединенных элементов, которая включает насос и клапан, имеющие, соответственно, вероятности безотказной работы 0,98 и 0,95, а также приведено «дерево решений» для этой системы. Следует отметить, что согласно принятому правилу верхняя ветвь соответствует желательному варианту работы системы, а нижняя — нежелательному. «Дерево решений» читается слева направо.

«Дерево решений» для двухэлементной системы (работа насоса)

Рис. 1.12. «Дерево решений» для двухэлементной системы (работа насоса): а — принципиальная схема; б — диаграмма решений; в — «дерево решений:

Если насос не работает, система отказывает независимо от состояния клапана. Если насос работает, с помощью второй узловой точки изучается вопрос: работает ли клапан?

Вероятность безотказной работы системы 0,98 • 0,95 = 0,931. Вероятность отказа 0,98 • 0,05 + 0,02 = 0,069, и суммарная вероятность двух состояний системы равна единице.

Этот результат можно получить другим способом с помощью таблицы истинности (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Таблица истинности

Состояние

насоса

Состояние

клапана

Вероятность работоспособного состояния системы

Вероятность отказа системы

Работает

Работает

0,98x0,95

0,02x0,95

Отказ

Работает

0,98x0,05

Работает

Отказ

0,02x0,05

Отказ

Отказ

Суммарная величина

0,931

0,069

Метод используется для анализа возникновения аварийной ситуации и расчета ее вероятности (на основе задания вероятностей исходных событий).

Анализ «дерева событий» — алгоритм построения последовательности событий, исходящих из основного события (аварийная ситуация). Используется для анализа развития аварийной ситуации (рис. 1.13).

Частота каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается умножением частоты основного события на вероятность конечного события.

Методы анализа деревьев — наиболее трудоемки, они применяются для анализа проектов или модернизации сложных технических систем и производств и требуют высокой квалификации исполнителей.

Опасности носят потенциальный, т.е. скрытый характер. Условия реализации потенциальной опасности называются причинами.

Опасность — следствие некоторой причины (или группы причин), которая, в свою очередь, является следствием другой причины, т.е. причины и следствия образуют иерархические структуры или системы, так называемые «дерево событий», «дерево причин» (рис. 1.14 и 1.15), «дерево отказа» или «дерево опасности».

Многообразие причин аварийности и травматизма наиболее полно и удобно представляется в виде диаграммы, отражающей процесс появления и развития цепи предпосылок. Основными компонентами диаграммы причин или опасностей являются узлы (или

«Дерево событий» при выполнении сварочных работ

Рис. 1.13. «Дерево событий» при выполнении сварочных работ: а — принципиальная схема; б — схема событий

«Дерево причин» аварии тягача

Рис. 1.14. «Дерево причин» аварии тягача:

Х1 — обычно используемый тягач вышел из строя; Х2 — другой тягач использовался в работе; Х3 — различие в высоте прицепа и нового тягача; Х4 — осуществление сцепки затруднено; Х5 — водитель встает между тягачом и прицепом;

ХБ — не включен ручной тормоз; Х7 — вибрации от работающего двигателя;

Xs — двор имеет уклон; XQ — тягач движется к прицепу; Хю — водитель зажимается между прицепом и тягачом; N — несчастный случай (травма)

8— факт постоянного характера, остальные — случайного)

Пример построения «дерева причин»

Рис. 1.15. Пример построения «дерева причин» (причины наезда автокрана на человека) вершины) и взаимосвязи между ними. В качестве узлов подразумеваются события, свойства и состояния элементов рассматриваемой системы, а также логические условия их трансформации (сложение «ИЛИ» и перемножение «И»).

Операция «И» означает, что перед тем, как произойдет некоторое событие А, должно произойти несколько событий, например, Б и В (рис. 1.16).

Логическая операция типа «И»

Рис. 1.16. Логическая операция типа «И»

В вероятностном аспекте такая операция выражается логическим произведением:

Операция «ИЛИ» означает, что некоторое событие Г будет иметь место, если произойдет хотя бы одно из нескольких событий или все события, например Д и Е (рис. 1.17).

Логическая операция типа «ИЛИ»

Рис. 1.17. Логическая операция типа «ИЛИ»

В этом случае вероятность появления события Г будет иметь вид алгебраической суммы:

Пример. Необходимым условием гибели человека от электрического тока является включение его тела в электрическую цепь с достаточной для смерти силой тока. Следовательно, чтобы произошел несчастный случай (головное событие А), необходимо одновременное существование трех условий (рис. 1.18).

Условие Б — наличие потенциала высокого напряжения на корпусе электрической установки.

Событие В означает появление человека на токопроводящем основании, соединенном с землей.

Схема опасностей электротравматизма

Рис. 1.18. Схема опасностей электротравматизма

Событие Г — касание телом человека корпуса электроустановки.

В свою очередь, событие Б может быть следствием любого из двух событий — предпосылок Д и Е, где Д — понижение сопротивления изоляции токоведущих частей, а событие Е — касание ими корпуса установки.

Событие В также обусловливается двумя предпосылками: Ж — попадание человека на токопроводящее основание и 3 — касание его туловищем заземленных элементов помещения.

Событие Г является результатом появления одной из трех предпосылок: И — потребность ремонта, К — потребность техобслуживания и Л — использование электроустановки по назначению, или нормальная эксплуатация установки.

Анализ «дерева опасности» состоит в выявлении условий, минимально необходимых и достаточных для возникновения или невоз- никновения головного события А. Аналитически выражение условия реализации данного несчастного случая имеет вид:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >