1. основныепон яти я надёж н ости техн ических систем
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
48 и элементов, а также их назначение. На основании функциональной и принципиальной схем работы системы составляют структурную схему надёжности с указанием резервирования отдельных элементов, узлов и каналов. На основании структурной схемы надёжности составляют пере чень элементов и узлов с указанием интенсивностей отказов, взятых из справочной литературы или полученных по результатам испытаний или эксплуатации. Далее на основании исходных данных выполняют расчёт проектной надёжности системы. Анализ и прогнозирование надёжности на стадии проектирования дают необходимые данные для оценки конструкции. Такой анализ прово дят для каждого варианта конструкции, а также после внесения конструк тивных изменений. При обнаружении конструктивных недостатков, сни жающих уровень надёжности системы, проводят конструктивные измене ния и корректируют техническую документацию. 7.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Одним из основных мероприятий на стадии серийного производства, направленных на обеспечение надёжности технических систем, является стабильность технологических процессов. Научно обоснованные методы управления качеством продукции позволяют своевременно давать заклю чение о качестве выпускаемых изделий. На предприятиях промышленно сти применяют два метода статистического контроля качества: теку щий контроль технологического процесса и выборочный метод контроля. Метод статистического контроля (регулирования) качества позво ляет своевременно предупреждать брак в производстве и, таким образом, непосредственно вмешиваться в технологический процесс. Выборочный метод контроля не оказывает непосредственного влия ния на производство, так как он служит для контроля готовой продукции, позволяет выявить объём брака, причины его возникновения в технологи ческом процессе или же качественные недостатки материала. Анализ точности и стабильности технологических процессов позво ляет выявить и исключить факторы, отрицательно влияющие на качество изделия. В общем случае контроль стабильности технологических про цессов можно проводить следующими методами: графоаналитическим с нанесением на диаграмму значений измеряемых параметров; расчётно статистическим для количественной характеристики точности и стабиль ности технологических процессов; а также прогнозированием надёжности технологических процессов на основе количественных характеристик приведённых отклонений. Расчётно-статистическим методом определяют коэффициент точ ности (Кт) и коэффициент смещения (Кс). 49 Коэффициент точности характеризует соотношение полей допуска исследуемого параметра (размера). Его значение определяют по формуле К т = T / w , где Т - допуск; ш - поле рассеяния контролируемого параметра в соответ ствующей выборке. Коэффициент смещения характеризует относительную величину смещения центра рассеяния размеров от середины поля допуска К с = (х - Д о ) / 2 , где х - среднее арифметическое значение центра рассеяния; До - коорди ната середины поля допуска До = (Тн + Тв) /2 , где Тн и Тв - нижнее и верхнее предельные отклонения параметра. В случае если коэффициент Кт > 1, то точность технологического процесса хорошая, если Кт = 0,95...1, то точность удовлетворительная, при Кт < 0,9.. .0,7 точность неудовлетворительная. 7.3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ Надёжность технических систем в условиях эксплуатации определя ется рядом эксплуатационных факторов, таких как квалификация обслу живающего персонала, качество и количество проводимых работ по тех ническому обслуживанию, наличие запасных частей, использование из мерительной и проверочной аппаратуры, а также наличие технических описаний и инструкций по эксплуатации. В процессе эксплуатации отказы системы принято подразделять на две основные категории - внезапные отказы и постепенные. Внезапные отказы связаны с наличием в изделии скрытых производ ственных дефектов, причинами конструктивного характера, ошибками обслуживающего персонала. Постепенные отказы системы обусловлены постепенными измене ниями параметров. Такое изменение параметров в основном вызвано ста рением элементной базы системы. В первом приближении можно принять, что все отказы, возникаю щие в процессе эксплуатации, являются независимыми. Поэтому надёж ность всей системы при предположении независимости отказов равна P = P P2 Рз, 50 где P 1, Р 2, Р 3 - вероятности безотказной работы системы соответственно по непрогнозируемым внезапным отказам, внезапным отказам, которые могут быть предотвращены при своевременном техническом обслужива нии, и постепенным отказам. Одной из причин отсутствия отказов элементов системы является ка чественное техническое обслуживание, которое направлено на предот вращение прогнозируемых внезапных отказов. Вероятность безотказной работы системы, обусловленная качеством обслуживания, равна где P i - вероятность безотказной работы i-го элемента, связанная с техни ческим обслуживанием. По мере совершенствования обслуживания значение вероятности безотказной работы Р 2 приближается к единице. Замена элементов с возрастающей во времени интенсивностью отка зов возможна во всех сложных технических системах. С целью уменьше ния во времени интенсивности отказов вводят техническое обслуживание системы, которое направлено на снижение внезапных отказов. Для повышения надёжности сложных технических систем в услови ях эксплуатации проводят ряд мероприятий, которые можно подразделить на следующие четыре группы: 1) разработку научных методов эксплуатации; 2) сбор, анализ и обобщение опыта эксплуатации; 3) связь проектирования с производством изделий машиностроения; 4) повышение квалификации обслуживающего персонала. Научные методы эксплуатации включают в себя научно обоснован ные методы подготовки изделия к работе, проведения технического об служивания, ремонта и других мероприятий по повышению надёжности сложных технических систем в процессе их эксплуатации. Порядок и тех нологию проведения этих мероприятий описывают в соответствующих руководствах и инструкциях по эксплуатации конкретных изделий. Более качественное выполнение эксплуатационных мероприятий по обеспече нию надёжности изделий машиностроения обеспечивается результатами статистического исследования надёжности этих изделий. При эксплуата ции изделий большую роль играет накопленный опыт. Значительную часть опыта эксплуатации используют для решения частных организаци онно-технических мероприятий. Однако накопленные данные необходимо n i=1 7.4. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ 51 использовать не только для решения задач сегодняшнего дня, но и для создания будущих изделий с высокой надёжностью. Большое значение имеет правильная организация сбора сведений об отказах. Содержание мероприятий по сбору таких сведений определяется типом изделий и особенностями эксплуатации этих изделий. Возможны ми источниками статистической информации могут быть сведения, полу ченные по результатам различных видов испытаний и эксплуатации. К онтрольны е вопросы 1. Какие существуют методы для повышения надёжности? 2. Дать понятие научным методам эксплуатации. 3. Дать понятие расчётно-статистическому методу. 4. Что такое коэффициент точности? 5. Что такое коэффициент смещения? 6. Дать определение методу статистического контроля (регулирова ния) качества. 7. Дать понятие вероятностным методам оценки надёжности. 8. ОСНОВЫ ТЕО РИ И И ПРАКТИКИ ТЕХН ОГЕННОГО РИСКА 8.1. ПОНЯТИЕ ТЕХНОГЕННОГО РИСКА При решении комплексных вопросов безопасности в развитых стра нах широко применяется методология риска, основу которой составляет определение последствий и вероятности нежелательных событий. Используя количественные показатели риска, в принципе можно «изме рять» потенциальную опасность и даже сравнивать опасности различной природы. При этом в качестве показателей опасности обычно понимают индивидуальный или социальный риск гибели людей (или в общем случае причинения определённого ущерба). В широком смысле слова риск выражает возможную опасность, вероятность нежелательного события. Применительно к проблеме безо пасности жизнедеятельности таким событием может быть ухудшение здоровья или смерть человека, авария или катастрофа технической систе мы или устройства, загрязнение или разрушение экологической системы, гибель группы людей или возрастание смертности населения, материаль ных ущерб от реализовавшихся опасностей или увеличения затрат на безопасность. Аналитически риск выражает частоту реализации опасностей по от ношению к возможному их числу. В общем виде Л = N f , Q ( f ) где R - риск; N - количественный показатель частоты нежелательных со бытий в единицу времени t; Q - число объектов риска, подверженных оп ределённому фактору риска /. Вероятность возникновения опасности - величина, существенно меньшая единицы. Ожидаемый (прогнозируемый) риск R - это произведение частоты реализации конкретной опасности f на произведение вероятностей нахож дения человека в «зоне риска» при различном регламенте технологиче ского процесса: R = f f { P i (i = 1 ,2 ,3 ,..., n), i где f - число несчастных случаев (смертельных исходов) от данной опас ности чел-1-год-1, (для отечественной практики f = Кч = 10-3, т.е. соответ ствует значению коэффициента частоты несчастного случая Кч , делённого на 1000); ^ p t - произведение вероятностей нахождения работника в «зоне риска». 53 Формирование опасных и чрезвычайных ситуаций - результат опре делённой совокупности факторов риска, порождаемых соответствующими источниками. Соотношение объектов риска и нежелательных событий позволяет различать индивидуальный, техногенный, экологический, социальный и экономический риск. Каждый вид его обусловливают характерные источ ники и факторы риска. Техногенный риск - комплексный показатель надёжности элементов техносферы. Он выражает вероятность аварии или катастрофы при экс плуатации машин, механизмов, реализации технологических процессов, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений: о DT ( f ) Кт = --------- , т T ( f ) где Кт - технический риск; АТ - число аварий в единицу времени t на идентичных технических системах и объектах; Т - число идентичных тех нических систем и объектов, подверженных общему фактору риска f Источники технического риска: низкий уровень научно-исследо вательских и опытно-конструкторских работ; опытное производство но вой техники; серийный выпуск небезопасной техники; нарушение правил безопасной эксплуатации технических систем. Наиболее распространённые факторы технического риска: ошибоч ный выбор по критериям безопасности направлений развития техники и технологий; выбор потенциально опасных конструктивных схем и прин ципов действия технических систем; ошибки в определении эксплуатаци онных нагрузок; неправильный выбор конструкционных материалов; не достаточный запас прочности; отсутствие в проектах технических средств безопасности; некачественная доводка конструкции, технологии, доку ментации по критериям безопасности; отклонения от заданного химиче ского состава конструкционных материалов; недостаточная точность кон структивных размеров; нарушение режимов термической и химико термической обработки деталей; нарушение регламентов сборки и монта жа конструкций и машин; использование техники не по назначению; на рушение паспортных (проектных) режимов эксплуатации; несвоевремен ные профилактические осмотры и ремонты; нарушение требований транспортирования и хранения. 8.2. МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ РИСКА Методологическое обеспечение анализа риска - это совокупность методов, методик и программных средств, позволяющих всесторонне вы явить опасности и оценить риск чрезвычайной ситуации, источником которой может являться промышленный объект. Выполнение требований 54 к методологическому обеспечению анализа опасностей и риска необхо димо для повышения точности и объективности результатов исследова ния опасностей промышленного объекта, а также для повышения эффек тивности выработки мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций. Оценка риска - это анализ происхождения (возникновения) и мас штабы риска в конкретной ситуации. Вкладом в реализацию Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и определённым ша гом на пути решения проблемы оценки риска следует считать разработку Г осгортехнадзором России «Методических указаний по проведению ана лиза риска опасных производственных объектов (РД 03-418-01)». Впер вые в отечественную нормативную систему введён документ, содержа щий терминологию и методологию анализа риска. Риск или степень риска предлагается рассматривать как сочетание частоты (вероятности) и последствий конкретного опасного события. Математическое выраже ние риска Р - это соотношение числа неблагоприятных проявлений опас ности n к их возможному числу N за определённый период времени, т.е. P = n / N. Помимо этого используется понятие «степень риска» К, т.е. ве роятность наступления нежелательного события с учётом размера воз можного ущерба от события. Степень риска можно представить как мате матическое ожидание величины ущерба от нежелательного события: n К(т) = ^ p m , i=1 где p i - вероятность наступления события, связанного с ущербом; mi - случайная величина ущерба, причинённого экономике, здоровью и т.п. Принято различать: - индивидуальный риск - вероятность гибели человека при данном виде деятельности; - социальный риск - зависимость числа погибших людей от часто ты возникновения события, вызывающего поражение этих людей. Значение индивидуального риска используется для количественной оценки потенциальной опасности конкретного рабочего места, вида дея тельности, рабочей зоны и т.п., социального - для интегральной количе ственной оценки опасных производственных объектов, характеристики масштаба воздействия аварии. Несмотря на различие в подходах к последовательности этапов про цесса управления риском, можно выделить три общие для всех докумен тов составляющие этого процесса: информацию о производственной безопасности, анализ риска и контроль производственной безопасности. Анализ риска базируется на собранной информации и определяет меры по 55 Рис. 17. Схема оценки риска [16] контролю безопасности технологической системы, поэтому основная за дача анализа риска заключается в том, чтобы обеспечить рациональное основание для принятия решений в отношении риска (рис. 17). Анализ риска или риск-анализ - это систематическое использование имеющейся информации для выявления опасностей и оценки риска для отдельных лиц или групп населения, имущества или окружающей среды. Анализ риска заключается в выявлении (идентификации) опасностей и оценке риска, когда под опасностью понимается источник потенциаль ного ущерба или вреда или ситуация с возможностью нанесения ущерба, а под идентификацией опасности - процесс выявления и признания, что опасность существует, и определение её характеристик. Применение по нятия риск, таким образом, позволяет переводить опасность в разряд из меряемых категорий. Риск фактически есть мера опасности. Оценка риска включает в себя анализ частоты, анализ последствий и их сочетание. Анализ риска проводится по следующей общей схеме: 1. Планирование и организация. 2. Идентификация опасностей. 2.1. Выявление опасностей. 2.2. Предварительная оценка характеристик опасностей. 3. Оценка риска. 3.1. Анализ частоты. 3.2. Анализ последствий. 3.3. Анализ неопределённостей. 4. Разработка рекомендаций по управлению риском. 56 Первое, с чего начинается любой анализ риска, - это планирование и организация работ. Поэтому на первом этапе необходимо: - указать причины и проблемы, вызывавшие необходимость прове дения риск-анализа; - определить анализируемую систему и дать её описание; - подобрать соответствующую команду для проведения анализа; - установить источники информации о безопасности системы; - указать исходные данные и ограничения, обуславливающие пре делы риск-анализа; - чётко определить цели риск-анализа и критерий приемлемого риска. Следующий этап анализа риска - идентификация опасностей. Основная задача - выявление (на основе информации о данном объекте, результатов экспертизы и опыта работы подобных систем) и чёткое опи сание всех присущих системе опасностей. Здесь же проводится предвари тельная оценка опасностей с целью выбора дальнейшего направления деятельности: - прекратить дальнейший анализ ввиду незначительности опас ностей; - провести более детальный анализ риска; - выработать рекомендации по уменьшению опасностей. В принципе процесс риск-анализа может заканчиваться уже на этапе идентификации опасностей. После идентификации опасностей переходят к этапу оценки риска, на котором идентифицированные опасности должны быть оценены на основе критериев приемлемого риска, чтобы идентифицировать опасно сти с неприёмлемым уровнем риска, что является основой для разработки рекомендации и мер по уменьшению опасностей. При этом критерий при емлемого риска и результаты оценки риска могут быть выражены как ка чественно (в виде текстового описания), так и количественно (например, в виде числа несчастных случаев или аварий в год). Согласно определению оценка риска включает в себя анализ частоты и анализ последствий. Однако, когда последствия незначительны или час тота крайне мала, достаточно оценить один параметр. Для анализа часто ты обычно используются: - исторические данные, соответствующие по типу системы, объек та или вида деятельности; - статистические данные по аварийности и надёжности оборудования; - логические методы анализа «деревьев событий» или «деревьев отказов» (при ортодоксальном подходе к предмету эти методы обычно рассматриваются как единственно приемлемые для оценки риска); - экспертная оценка с учётом мнения специалистов в данной области. |