Дерево отказов

1. ДЕРеВО ОТКАЗОВ

 

Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий, несчастных случаев и пр.) лежит  в основе логико – вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями). При анализе возникновения отказа состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения.

Логические символы.

Логические символы связывают  события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Логический символ может  иметь один или несколько входов, но только один выход, или выходное событие Логический знак "И" (схема  совпадения). Выходное событие логического  знака И наступает в том случае, если все входные события появляются одновременно.

Правило формулирования событий.

События, входные по отношению  к операции И, должны формулироваться так, чтобы второе было условным по отношению к первому, третье условным по отношению к первому и второму, а последнее – условным ко всем предыдущим. Кроме того, по крайней мере, одно из событий должно быть связано с появлением выходного события.

Полная характеристика события  не требуется. Иногда она даже мешает графической ясности диаграммы. Требуется лишь упорядочить события  так, чтобы стоящее справа зависело от появления стоящего слева.

Таким образом, появление  выходного события будет определяться появлением последнего события в  ряду N – событий.

Правило применения логического  знака И.Если имеются несколько причин, которые должны появиться одновременно, то обычно используют операцию И. Входы операции должны отвечать на вопрос: "Что необходимо для появления выходного события?". Логический знак "ИЛИ" (схема объединения). Выходное событие логического знака ИЛИ наступает в том случае, если имеет место любое из входных событий.

Правило формулирования событий.

События, входные по отношению  к операции ИЛИ, должны формулироваться  так, чтобы они вместе исчерпывали  все возможные пути появления  выходного события. Кроме того, любое  из входных событий должно приводить  к появлению выходного события.

Правило не дает способа  описания событий, но оно должно выполняться  при построении дерева отказа. Правило  применения логического знака ИЛИ. Если любая из причин приводит к  появлению выходного события, следует  использовать операцию ИЛИ. Входы операции отвечают на вопрос: "Какие события  достаточны для появления выходного  события?".

Порядок применения логических знаков И и ИЛИ.

Для любого события, подлежащего  дальнейшему анализу, вначале рассматриваются  все возможные события, являющиеся входами операций ИЛИ, затем входы  операций И. Это справедливо как  для головного события, так и  для любого события, анализ которого целесообразно продолжить.

Событие "возникновение  пожара" имеет место, если два  события – "утечка горючей жидкости" И "очаг воспламенения вблизи горючей  жидкости", происходят одновременно. Последнее (критическое) событие случается, если происходит одно из двух событий  – "наличие искры" ИЛИ "курящий  рабочий".

Построение дерева отказов (fault tree) начинается с определения некоторого конечного (аварийного) состояния системы.

При анализе "деревьев отказов" выявляются комбинации отказов (неполадок) оборудования, инцидентов, ошибок персонала  и нерасчетных внешних (техногенных, природных) воздействий, приводящих к  головному событию (аварийной ситуации).

Метод используется для анализа  возможных причин возникновения  аварийной ситуации и расчета  ее частоты (на основе знания частот исходных событий). При анализе дерева отказа (аварии) рекомендуется определять минимальные сочетания событий, определяющие возникновение или  невозможность возникновения аварии.

Далее перечисляются все  подсистемы и связанные с ними события, которые могут привести к аварии системы. Для каждой подсистемы эта процедура повторяется, т.е. определяются те события, которые могут привести к ее аварии. Окончание этой процедуры  определяется или требуемой степенью детализации, или невозможностью дальнейшего "расщепления" рассматриваемой  системы. Таким образом, строится дерево отказов.

Отдельные элементы этого  дерева могут находиться между собой  в одной из двух логических зависимостей. Первая заключается в том, что  событие (авария) произойдет только при  одновременном осуществлении нескольких других событий (И), т.е. событие А может произойти, лишь если одновременно произойдут события В, С, D. Вторая ситуация имеет место тогда, когда, для того чтобы произошло событие А, достаточно, чтобы произошло хотя бы одно из событий В, С, D (ИЛИ). События или подсистемы, не подлежащие дальнейшей детализации, называются базисными.

Далее это дерево может  использоваться для качественного  и количественного анализа исходной системы. Качественный анализ состоит  в нахождении всех возможных комбинаций базисных или элементарных событий, которые могут обусловить наступление  исследуемого конечного события. Количественный анализ дерева заключается в определении  вероятности наступления конечного события (аварии) на основе данных о вероятностях наступления базисных событий.

Преимущество дерева отказов  заключается в следующем:

1. Анализ ориентируется  на нахождение отказов;

2. Позволяет показать  в явном виде ненадежные места;

3. Обеспечивается графикой  и представляет наглядный материал  для той части работников, которые  принимают участие в обслуживании  системы;

4. Дает возможность выполнять  качественный или количественный  анализ надежности системы;

5. Метод позволяет специалистам  поочередно сосредотачиваться на  отдельных конкретных отказах  системы;

6. Обеспечивает глубокое  представление о поведении системы  и проникновение в процесс  ее работы;

7. Являются средством  общения специалистов, поскольку  они представлены в четкой  наглядной форме;

8. Помогает дедуктивно  выявлять отказы;

9. Дает конструкторам,  пользователям и руководителям  возможность наглядного обоснования  конструктивных изменений или  установления степени соответствия  конструкции системы заданным  требованиям и анализа компромиссных  решений;

10. Облегчает анализ надежности  сложных систем.

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими  методами) заключается в том, что  анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному  отказу системы или аварии.

Недостатки деревьев отказов.

Недостатки дерева отказов  состоят в следующем:

1. Реализация метода требует  значительных затрат средств  и времени;

2. Дерево отказов представляет  собой схему булевой логики, на  которой показывают только два  состояния: рабочее и отказавшее;

3. Трудно учесть состояние  частичного отказа элементов,  поскольку при использовании  метода, как правило, считают,  что система находится либо  в исправном состоянии, либо  в состоянии отказа;

4. Трудности в общем  случае аналитического решения  для деревьев, содержащие резервные  узлы и восстанавливаемые узлы  с приоритетами, не говоря уже  о тех значительных усилиях,  которые требуются для охвата  всех видов множественных отказов;

5. Требует от специалистов  по надежности глубокого понимания  системы и конкретного рассмотрения  каждый раз только одного определенного  отказа.

Дерево отказов описывает  систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и  последовательности событий могут  быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным. Это справедливо для систем, имеющих  сложные контуры регулирования.

Символы событий

Прямоугольный блок обозначает событие  отказа, которое возникает в результате более элементарных, исходных отказов, соединённых с помощью логических элементов. Круглый блок обозначает исходный отказ отдельного элемента (в пределах данной системы или окружающей среды), который определяет, таким образом, разрешающую способность данного дерева отказов. События, представленные в круглых блоках, называются исходными событиями. Символом «домик» обозначают событие, которое может случиться или не случиться.

Ромбы используются для обозначения детально не разработанных событий в том смысле, что детальный анализ не доведён до исходных типов отказов в силу отсутствия необходимой информации, средств или времени.

Символы «переноса» применяют для  переноса повторяющихся фрагментов.

Символы событий

1.2 Логические символы

Логические символы связывают  события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Логический знак может  иметь один или несколько входов, но только один выход или выходное событие.

Выходное событие логического  знака «И» наступает в том  случае, если все входные события  появляются одновременно. Выходное событие  логического знака «ИЛИ» происходит, если имеет место любое из входных  событий.

Логические символы

Ниже дан анализ головного события  «Электротравма при прикосновении к корпусу электродрели», дерево отказов которого приведено на рис. 1. Головное событие А произойдет, если будут иметь место все четыре события Б, В, Г и Д, представленные входами логической операции И. Наличие напряжения на корпусе электродрели (событие Б) возможно, если имевшее место замыкание токоведущих частей на ее корпус (событие Е) не было устранено перед ее применением (событие Ж). Касание человеком корпуса электродрели (событие В) возможно при любом из событий И, К и Л, которые представлены входами логической операции ИЛИ.

Ток, проходящий через тело человека, может превысить допустимое значение (событие Г) как при источнике  напряжением не более 42 В (событие М) при длительном прикосновении, так и при источнике напряжением более 42 В (событие Н) при неэффективных индивидуальных защитных средствах (событие Т) и неэффективных автоматических средствах защиты (событие С). Под неэффективностью средств защиты понимается их отсутствие или сознательное неприменение, а также несоответствие их параметров установленным нормам. Индивидуальная сопротивляемость человека к действию электрического тока будет ослаблена (событие Д) при неблагоприятной окружающей среде (событие П) или неудовлетворительном его самочувствии (событие Р).

Рис 1. «Электротравма при прикосновении к корпусу электродрели»

 

 

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии. 

 

 

 

 

2. ЭКОБИОЗАЩИТНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

Для обеспечения экологической  безопасности технических систем и  технологий используется экобиозащитная техника. Экобиозащитная техника – это средства защиты человека и природной среды от опасных и вредных факторов.

Защита атмосферы от вредных  веществ производится с помощью очистки производственных воздушных выбросов от пыли, тумана, вредных газов и паров. Для очистки от пыли сухими методами используется пылеуловители, работающие на основе гравитационных, инерционных, центробежных или электростатических механизмов осаждения, а также различные фильтры. Для очистки от пыли мокрыми методами используются газопромыватели-скрубберы, в которых пыль осаждается на капли, газовые пузырьки или пленку жидкости при контакте с ней.

Что нужно делать:

1. Обеспечит борьбу с загрязнением; Разрабатывать и внедрять безотходные технологии.
2. Создавать искусственные системы выживания (станция "Мир").

Экобиозащитная техника.

Экобиозащитная техника - аппараты, устройства и системы, предназначенные для предотвращения загрязнения воздуха, охраны чистоты вод, почв, для защиты от шума, электромагнитных загрязнения и радиоактивных отходов.

ЭБЗТ:

- аппараты;

- санитарно защитные зоны;

- малоотходные и безотходные технологии;

- выбор и применение индивидуальных и коллективных средств защиты.

Обеспечивая безопасность техники, мы обычно монтируем дублирующие системы, но с другой стороны мы усложняем эти системы, что значительно удорожает производство;

- усложняя машины, мы увеличиваем запасы жилищных или активно биологических компонентов этих систем, следовательно, можно совершить ошибку самое слабое звено: человек;

- увеличение риска такой ошибки во много раз больше его снижения от усложнения технических систем;

- усилие по обеспечению безопасности технических систем должно быть направлено на:

- предотвращения ошибок  человека;