Навігація
Головна
 
Головна arrow БЖД arrow Безпека життєдіяльності
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Небезпеки і надійність технічних систем

Імовірнісні характеристики надійності технічних систем

Проведення комплексу заходів щодо забезпечення безпеки життєдіяльності людини базується на виявленні найбільш слабких і тому піддаються найбільшому ризику виходу з ладу елементів будь-якого роду систем. При цьому саме поняття системи передбачає сукупність елементів, об'єднаних між собою внутрішніми зв'язками, і утворюють якісно нове ціле, що взаємодіє з навколишнім середовищем за допомогою зовнішніх зв'язків.

Важливим системним властивістю, безпосередньо пов'язаним із забезпеченням безпеки життєдіяльності людини, є стохастичность будь-якої системи, що представляє собою випадковий, імовірнісний характер всіх процесів, що відбуваються в системі, всіх зовнішніх впливів на неї з боку навколишнього середовища і самого існування цієї системи. Імовірнісна природа параметрів системи є фундаментальним властивістю. У зв'язку з цим судити про якість, достоїнства і недоліки будь-якої системи можна лише з більшою або меншою мірою ймовірності. На жаль, саме в цій невизначеності параметрів систем і криється основна причина як техногенних, так і природних катастроф.

Системне властивість детермінованості, що припускає повну визначеність структури та поведінки систем, є за своєю суттю ідеалізованим антиподом реально існуючої їх стохастичности. Існує детермінованість тільки у свідомості проектувальників, що розробляють технічну систему, і виконавців, що створюють її.

На кресленнях конструкцій, в описі технологічних процесів, в кошторисних розрахунках все визначено і підраховано.

Будь-який створений проект - це той недосяжний ідеал, до якого прагнуть будівельники, робітники, наладчики, але який в результаті їхніх зусиль повністю так і не може бути досягнутий. У реальності буде отримано лише більшу або меншу стохастичне наближення до ідеального детерминированному проекту. І справа зовсім не в тому, що творці реальної системи не хочуть втілити в життя проектну розробку. Вони просто не можуть це зробити, тому що вся сукупність окремих випадкових факторів в принципі не здатна привести до чітко визначеного результату.

Ще більше невизначеність зростає, коли мова йде про подальшу експлуатацію створеної системи. Цей процес супроводжується такою величезною кількістю непередбачуваних факторів та їх поєднань, що сподіватися на абсолютну надійність якої-небудь системи неможливо. При цьому треба мати на увазі, що сам процес експлуатації технічної системи включає в себе не тільки її цільове використання, яка виступає як функціонування системи і є смисловим орієнтиром, заради досягнення якого створюється будь-яка система.

Крім безпосереднього функціонування, експлуатація технічної системи в процесі її життєвого циклу передбачає реалізацію в самих різних поєднаннях таких етапів, як зберігання (консервація), транспортування, підготовка до функціонування, регламентне технічне обслуговування, ремонтне обслуговування, підготовка до зберігання (консервації). Фінішним кордоном життєвого циклу будь-якої технічної системи є утилізація, пов'язана з повним припиненням її подальшого існування.

У випадках, коли використовується термін технічна система, мається на увазі, що така система є продуктом певного рівня розвитку техніки. Однак навіть в автоматичних і тим більше в автоматизованих або роботизованих системах (комплексах) людина обов'язково присутня або на стадії завдання їх програми, або на стадії управління, хоча б дистанційно. У зв'язку з цим при викладі матеріалу, присвяченого безпеці життєдіяльності людини в процесі його трудової активності, використовується також термін ерготехніческая (арготіческом) система.

Під ерготехніческой (від грец. Ergon - робота + technike - мистецтво, майстерність) розуміється така система, яка, представляючи собою человекомашінная комплекс, включає до складу технічну частину і людини, що виконує активні трудові функції, від успішної реалізації яких нарівні з технічною частиною залежить досягнення поставлених перед системою цілей.

Нормальна експлуатація ерготехніческой системи характеризується певною ступенем надійності, що представляє собою комплексну імовірнісну характеристику успішного виконання системою необхідних цільових функцій при збереженні нею своїх експлуатаційних показників у заданих межах протягом необхідного часу.

У теорії надійності загальноприйнятими властивостями експлуатаційної надійності технічних систем є:

  • працездатність як стан системи, при якому вона може виконувати необхідні функції із заданими робочими параметрами і;
  • безвідмовність як властивість системи зберігати свою працездатність протягом заданого часу без відмов і вимушених перерв;
  • збереженість як властивість системи зберігати потрібні експлуатаційні показники протягом і після встановленого терміну її зберігання або транспортування;
  • довговічність як властивість системи зберігати свою працездатність до граничного стану з необхідними перервами для регламентного обслуговування і ремонту;
  • ремонтопридатність як властивість пристосованості системи до попередження, виявлення та усунення відмов її працездатності шляхом проведення регламентного технічного обслуговування і ремонту.

Як випливає з наведених вище визначень, найбільш значущою для успішного функціонування будь-якої технічної системи та виконання нею заданих функцій є саме працездатність. У свою чергу, наявність працездатності системи протягом усього часу її експлуатації припускає безвідмовність її функціонування, а також побічно пов'язане і з рештою властивостями експлуатаційної надійності.

З точки зору безпеки життєдіяльності будь-яка технічна або ерготехніческая система володіє двома основними і найбільш важливими для людини станами:

  • • стан працездатності всіх компонентів системи та забезпечення необхідної її функціонування протягом заданого часу (система володіє структурної справністю і функціональною спроможністю виконання необхідних дій протягом заданого часу);
  • • стан непрацездатності (відмови) хоча б одного з компонентів системи або незабезпечення необхідного її функціонування протягом заданого часу (система структурно несправна або функціонально нездатна виконувати необхідні функції протягом заданого часу).

У першому із зазначених станів всі компоненти системи спільно забезпечують стан її структурної справності та функціональну можливість виконання покладених на систему експлуатаційних вимог. При цьому як технічна частина системи, так і працюючий з нею людина діють протягом заданого часу без відмов і збоїв.

Друге із зазначених станів, у свою чергу, розпадається на два можливих варіанти. У першому з варіантів має місце структурна несправність технічної частини системи (технічна несправність), тобто наступ так званого відмови системи, під яким в існуючій теорії надійності прийнято розуміти подія, що полягає в повній або частковій втраті системою стану працездатності (виходом за допустимі межі одного або декількох її основних робочих параметрів). Відповідно, подібна відмова системи можна представити як структурний відмову, обумовлений непрацездатністю технічної частини системи.

Другий варіант непрацездатного стану системи викликаний до життя незабезпеченням виконання технічно справною системою необхідних функцій протягом заданого часу, тобто свого роду функціональним відмовою системи. У більшості випадків такі функціональні відмови (збої) обумовлені непрацездатністю (помилками) людини, що входить до складу ерготехніческой системи. Інакше кажучи, горезвісний "людський фактор" є просто однією з можливих форм відмов системи, в якій технічна частина справна, а людина, що входить до складу такої ерготехніческой системи, проявляє в процесі роботи властивості своєї некваліфікованості, втоми, неуважності, в результаті яких вся система в цілому не забезпечує виконання необхідних функцій протягом заданого часу.

Зазначені варіанти відмов технічної системи представлені на рис. 5.1 у вигляді схеми, що лежить в основі побудови як завгодно складного за структурою "дерева відмов". Аналіз таких відмов важливий, оскільки викликані ними впливу на людину можуть бути неприпустимі для нього.

Стан трготехніческой системи

Схема відмов і відновлень компонентів ерготехніческой (технічної) системи в процесі експлуатації

Рис. 5.1. Схема відмов і відновлень компонентів ерготехніческой (технічної) системи в процесі експлуатації

Таким чином, небезпеки технічної системи проявляються, з одного боку, у вигляді передбачених її нормальною роботою впливів на людину, або, як кажуть, штатних ситуацій. З іншого боку, тс ж небезпеки, але значно посилені кількісно і істотно розширені за своїм якісним складом, супроводжують всім видам відмов системи і викликають до життя непередбачені її нормальною роботою нештатні ситуації і, відповідно, нештатні впливу на людину. Особливістю останніх впливів є непередбачуваність їх інтенсивності і часу появи.

У зв'язку з цим вся теорія надійності будь-яких технічних систем, в свою чергу, базується на математичній основі теорії ймовірностей. Для характеристики стану працездатності будь-якої технічної або ерготехніческой системи на / -ом етапі її експлуатації приймається ймовірність безвідмовного стану (P i (t i)) цієї системи при виконанні необхідного етапу експлуатації протягом заданого часу (ti). Відповідно, оскільки безвідмовність і відмова такої системи утворюють повну групу подій, ймовірність відмови (непрацездатності) (Qi (ti)) системи пов'язана з ймовірністю її безвідмовного стану (працездатності) наступним простим співвідношенням:

(5.1)

При наявності деякої кількості п незалежних етапів експлуатації технічної системи ймовірність Р ЕКС (t ЕКС) їх безвідмовного виконання в комплексі, або експлуатаційна надійність системи, визначається як добуток ймовірностей безвідмовного виконання всіх врахованих етапів експлуатації

(5.2)

У формулі (5.2) взаємну незалежність етапів експлуатації слід розуміти як незалежність можливості виникнення відмов на кожному з цих етапів. У зв'язку з цим загальна ймовірність зриву нормальної експлуатації системи Q екс (tекс), або її експлуатаційна ненадійність, визначається аналогічно формулі (5.1):

Стосовно до імовірності відмови окремого етапу експлуатації Qi (ti) слід підкреслити кілька притаманних їй особливостей. По-перше, ця ймовірність, як уже зазначалося вище, обумовлена відмовою технічної частини системи або відмовою людини, що працює з нею, тобто для безвідмовного виконання етапу повинні бути спільно безвідмовні як техніка, так і людина (рис. 5.2):

(5.3)

де P i1 (t i) - ймовірність безвідмовної роботи технічної частини системи на i -му етапі її експлуатації протягом заданого часу t i; Р i2 (t i2) - ймовірність безвідмовної роботи людини на / -ом етапі експлуатації системи втечение часу ti2; t i2 - час роботи людини в складі системи спільно з се технічною частиною, причому t i2 входить в t i (t i2 !!!).

Схема надійності експлуатації технічної системи

Рис. 5.2. Схема надійності експлуатації технічної системи

По-друге, сам відмова системи є лише передумовою потенційного виникнення шкідливого чи небезпечного впливу на людину, але ще не є достатньою умовою для дійсної реалізації такого впливу. У зв'язку з цим ймовірність відмови не тотожна ймовірності небезпеки, але може входити в неї як необхідної умови.

По-третє, ймовірність безвідмовного використання технічної системи математично може бути визначена або ще на стадії проектування системи за допомогою аналізу найбільш пріоритетним закону розподілу ймовірностей, або вже на стадії експлуатації системи за допомогою статистичного методу шляхом співвіднесення часу штатного використання системи (tшт) до загального часу її експлуатації (tекс) з урахуванням часу (tрем) нештатних ремонтних робіт і підрахунку так званого коефіцієнта готовності системи (Кгот), широко використовуваного в практиці експлуатації систем, які тривалий час знаходяться в режимі чергування:

(5.4)

(5.5)

Однак при всій простоті застосування статистичних методів вони можуть дати кількісну та якісну оцінку тільки вже реально існуючої системи, коли кардинально щось змінити в її ідеології і структурі майже неможливо. У зв'язку з цим формули (5.4) і (5.5) носять в основному апостеріорний (Післядосвідна) характер і служать для порівняння якості виготовленої системи з її попередніми проектними характеристиками і імовірнісними показниками.

Для апріорного (переддослідні) прогнозування якості технічних систем використовуються імовірнісні характеристики, серед яких однією з основних, як уже зазначалося, є ймовірність безвідмовного стану технічної частини системи Рi1 (ti) на i -му етапі експлуатації.

Згідно з результатами численних досліджень переважна більшість технічних систем для визначення зазначеної характеристики може з успіхом застосовувати показовий закон розподілу ймовірностей, в якому в якості одного з основних імовірнісних показників використовується так звана інтенсивність відмов (λ ji). У свою чергу, даний показник являє собою величину, зворотну напрацюванні часу (t ji), ч, на одну відмову j -го елемента системи в i -их умовах її експлуатації:

Величини напрацювання на відмову і інтенсивності відмов для різних елементів технічних систем визначені статистично, табульовані і зведені в довідкові таблиці існуючих довідкових посібників по надійності, представляючи собою зручний первинний матеріал для проведення попередніх оціночних розрахунків імовірнісних характеристик. Велика зручність показового розподілу полягає в тому, що загальна інтенсивність відмов L i всієї системи в цілому на i -му етапі її експлуатації визначається простою підсумовуванням окремих інтенсивностей відмов всіх вхідних в неї N елементів:

З урахуванням останньої формули ймовірність безвідмовного стану технічної частини системи на j -му етан експлуатації протягом заданого часу ti визначається наступним чином:

Відповідно, ймовірність хоча б одного відмови технічної частини системи Qi1 на i -му етапі її експлуатації складає

У разі можливості відновлення працездатності технічної частини системи після відмови шляхом проведення ремонту ймовірність безвідмовного стану відновлюваної технічної частини системи P * i1 (ti) можна визначити за такою формулою:

(5.6)

де Р в (t рем) - ймовірність успішного відновлення працездатного стану технічної частини системи протягом часу ремонту tрем.

Наведену у виразі (5.6) математичний запис нескладно трансформувати в наступну формулу:

(5.7)

Математичне вираження (5.7) в теорії надійності позначає ймовірність безвідмовної роботи паралельного з'єднання схеми так званого "гарячого" резервування, представленої на рис. 5.3. Подібна побудова відновлюваної технічної частини системи припускає, що пошук і відновлення відмови відбуваються слідом за його виникненням в системі, що цілком відповідає інтересам забезпечення високої ефективності всього человекомашінная комплексу.

Схема надійності i-го етапу експлуатації відновлюваної технічної системи

Рис. 5.3. Схема надійності i -го етапу експлуатації відновлюваної технічної системи

Смислове тотожність різних математичних записів (5.6) і (5.7) дозволяє зробити висновок, що відновні процеси відіграють роль функціонального резервування відновлюваної системи.

Роль даного висновку важко переоцінити, оскільки при всій його простоті і навіть очевидності надійність систем можна підвищити практично на порядок і вище, всього лише забезпечивши можливість їх відновлення. У зв'язку з цим відсутність структурного резервування технічної частини системи шляхом її дублювання чи троірованія зовсім не виключає перспектив кардинального підвищення експлуатаційної надійності цієї системи за допомогою згаданого вище функціонального резервування.

У свою чергу, вплив людини на загальну надійність систем проявляється у вигляді комплексної ймовірнісної характеристики, використаної у виразі (5.3), яка включає в себе наступні показники:

(5.8)

де - ймовірність своєчасного виконання заданого обсягу робіт протягом часу ti2 на i -му етапі експлуатації системи; - ймовірність безпомилкового виконання людиною необхідних робіт протягом часу ti2 на i -му етапі експлуатації системи.

При цьому під своєчасним виконанням заданого обсягу робіт розуміється неперевищення людиною відведеного на ці роботи ліміту часу. У випадку, якщо роботи виконуються за більший період часу, вважається, що людиною допущений функціональний відмову. При явній неможливості здійснення заданого обсягу робіт у відведений час P Iсв (t i2) = 0 і, отже, Рi2 (t i2) = 0.

Другий імовірнісний показник у виразі (5.8) розглядає безпомилкове виконання людиною деякого заданого обсягу робіт. При цьому під помилкою (збоєм) людини розуміється деяка виправляється похибка виконання заданих функцій. На практиці існує досить велика кількість технологічних операцій, дій або робіт, реалізація яких пов'язана з можливістю виникнення та подальшого виправлення помилки (збою) через неточності, неуважності чи втоми людини. Особливо це стосується численних повторюваних, однотипних операцій, до числа яких відносяться друкування текстів на клавіатурі комп'ютера або друкарської машинки, монотонний конвеєрний працю, інструментальний контроль параметрів, зняття показань приладів.

Важливою особливістю перерахованих видів трудової діяльності є можливість виправлення допущених помилок (збоїв) як самим виконавцем, так і в результаті подальшого контролю. Одним із наслідків подібного вимушеного повторення одних і тих же помилково проведених операцій є збільшення загального часу виконання людиною заданого обсягу робіт.

Для кількісної оцінки значення ймовірності безпомилкового виконання людиною заданого числа Vi однотипних операцій з можливістю середнього статистичного кількості т їх повторення можна скористатися наступною формулою:

де Р (t *) - ймовірність виконання однієї з повторюваних однотипних операцій протягом часу t *.

Час, протягом якого людина може виконувати заданий обсяг робіт з урахуванням можливості виправлення допущених ним помилок, повинно прогнозуватися при обов'язковому дотриманні наступного умови:

За своєю суттю можливість виправлення помилкових дій людини в процесі роботи має характер функціонального резервування.

Можливі небезпеки, які є наслідком виникнення різновидів відмов у человекомашінная технічній системі, розглянемо на прикладі проведення контрольних операції. Нехай у процесі контролю параметрів виробу потрібно прийняти рішення про придатність або непридатність цього вироби до подальшого використання або при його виготовленні, або вже на одному з етапів експлуатації .

Реалізація контрольних операцій може відбуватися по одному з наступних чотирьох можливих основних сценаріїв:

  • • придатне виріб визнається придатним (безпомилковий контроль);
  • • придатне виріб визнається непридатним (помилка контролю 1-го роду);
  • • негідне виріб визнається непридатним (безпомилковий контроль);
  • • негідне виріб визнається придатним (помилка контролю 2-го роду).

За своїми наслідками можливі помилки контролю 1-го і 2-го роду мають абсолютно різну значимість. Помилки контролю 1-го роду, в результаті яких технічно справне, придатне виріб визнається за підсумками проведеного контролю непридатним шлюбом, наносять виробляє або експлуатуючої організації (фізичній особі) лише економічний збиток.

Зовсім інші небезпеки тягнуть за собою помилки контролю 2-го роду, внаслідок яких несправне, негідне виріб визнається таким, що відповідає контрольним нормам і прямує в подальше виробництво або експлуатацію. Будучи по суті своїй не відповідає поставленим вимогам, подібний виріб продовжує свій "життєвий шлях", маючи на собі прихований дефект, який все одно нагадає про своє існування, але вже в багаторазово посиленому і часто катастрофічному вигляді. Можна стверджувати, що більшість відбуваються техногенних аварій і катастроф мають у своїй основі або допущення дефекти виготовлення, або вчасно не виявлені дефекти експлуатації систем.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук