u_cours

83

нем вместо структурных схем надежности используют вид диаграмм, кото- рые называют деревом отказов, рис. 2.1 а, б. Его разработал Н.А. Ватсон в лаборатории фирмы "Белл телефон" в 1962 г. и представил логическим мето- дом локализации наиболее опасных участков системы. Метод широко при- меняют в NASA при проектировании космической техники, но в безопасно- сти производственной деятельности, особенно в нашей стране, применение его только начинается.

Для уяснения метода введем несколько понятий:

1 Событие – событие, которое предварительно определяют и оговари- вают условия его появления в системе. Его определяют на уровне системы или компонента. Например:

а) отказ кнопки "стоп"; б) отказ кнопки "стоп" вызван от повышенной температуры в цехе;

в) режим системы изменяется кнопкой "стоп".

Обычно для анализа события предполагают так, что они либо появля- ются, либо нет, т.е. только два состояния. При этом событие не обязательно связано с отказом, оно может появляться и в нормальном состоянии системы.

2 Отказ – событие, которое характеризуется тем, что одно из двух со- стояний связано с ненормальной работой, являющейся следствием поломки или дефекта оборудования.

3 Ненормальное событие – событие, которое может появиться или не появиться в определенное время.

Ненормальное событие можно рассматривать и как отказ, если оно произошло не вóвремя. Здесь важно, что время появления его оговаривается, а события, определенные пп. 2 и 3, взаимно исключают друг друга и охваты- вают множество событий.

4 Основное событие – событие (ошибочное или нормальное), которое

появляется на элементарном уровне.

Под элементом имеют в виду наименьшую анализируемую составную часть системы. Например, мы рассматриваем интенсивность отказов каких- либо компонентов. Они будут заменены элементами системы, а основное со- бытие состоит в том, что какой-то элемент отказал. И в то же время будет и ошибочным событием.

5 Первичное событие - событие, вызванное особенностями компонен-

84

та, например, отказ предохранителя из-за перегорания плавкой вставки.

6Вторичное событие - событие, вызванное внешней причиной, на- пример, отказ предохранителя из-за скачка напряжения.

7Головное событие - событие при вершине дерева отказов, которое анализируется с помощью всей остальной части дерева. Обычно это резуль- тирующий отказ, который выводит систему из нормального состояния.

Построение дерева отказов начинают с процессов синтеза и анализа.

Синтез включает 3 процедуры.

1Определяют наиболее общий уровень, на котором рассматривают все события, нежелательные для нормальной работы данной системы.

2Разделяют события на несовместимые группы по каким-либо общим признакам.

3Используя общие признаки, выделяют одно событие, к которому приводят все события каждой группы. Это событие считают головным и рас- сматривают с помощью отдельного дерева отказов.

При анализе используют метод "сверху вниз"

1Выбирают головное событие, которое должно быть предотвращено. Следует учесть, что в одной системе может быть несколько головных собы- тий.

2Определяют все первичные и вторичные события, которые могут вы- звать головное событие.

3Определяют отношения между вызывающими и головными события- ми в терминах логических операций И и ИЛИ.

4Определяют величины, необходимые для дальнейшего анализа каж- дого из событий, выделенных на этапе 2 и 3. Для каждого вызывающего со- бытия, которое уточняется далее, повторяют этапы 2 и 3.

5Продолжают этапы 2, 3 и 4, пока либо перестают дробить анализ дальше в силу незначительности событий, отсутствия данных и т.п.

6Представляют события в виде диаграммы, используя специальную символику (приведена ниже).

7Выполняют качественный и количественный анализ согласно приве- денным ниже рекомендациям.

Итак, перечислены 7 этапов процедуры анализа. Принципиальный ос-

85

новной момент в нем - выявление общих признаков и серьезность последст- вий, связанных с головным событием. Разные головные события требуют различной степени внимания: все зависит от серьезности последствий. Когда один класс аварий более серьезен, чем другой, то их рассматривают как от- дельные головные события. Например, при построении дерева отказов для возможных несчастных случаев при работе на рейсмусовом станке совер-

шенно различными будут последствия от удара вылетевших из станка щепки или заготовки: царапина или тяжелый исход. Следовательно, для обоих со- бытий строят отдельные деревья отказов.

Обычно для каждой системы строят несколько деревьев отказов, кото- рые могут быть на каком-то этапе объединены. Если же система функциони- рует в различных режимах, то строят деревья отказов для каждого из них.

Рассмотрим пример по синтезу в анализе дерева отказов

Пусть системой будет шлифование ножки стула на барабанном станке. В соответствии с этапом 1 синтеза при этой операции могут возникнуть со- бытия, которые необходимо предотвратить:

1 Касание пальцами или кистью шлифовального барабана.

2Контакт локтевой части руки с барабаном.

3Намотка на барабан халата.

4Попадание в глаз крупной пылинки или абразивной крошки.

5Электрический удар из-за плохого заземления.

6Воспламенение из-за перегрузки двигателя.

7Вылет ножки из рук с попаданием в лицо.

Можно продолжить набор различных ситуаций. Их, как правило, выяс- няют из актов о несчастных случаях в графе "причина".

По второму этапу синтеза разделим перечисленные ситуации на несо- вместные группы. Здесь многое зависит от квалификации инженера, который его проводит. Однако в нашем примере события 1 и 2, 5 и 6 тесно связаны между собой, и их можно рассматривать совместно, а события 4 и 7 стоят обособленно – их надо анализировать отдельно. Случай 3 можно изучать как часть событий 1 и 2. Так как это спецодежда, а не часть тела человека, то предпочтительно отнести событие к отдельному факту.

Итак, сформировалось 5 групп случаев, из которых необходимо сфор-

мулировать 5 головных событий:

86

События	Головное событие
1 и 2	Контакт человека с барабаном
3	Попадание одежды в станок
4	Попадание частиц в глаз
5 и 6	Аварии с двигателем
7	Попадание предмета в тело человека

Дальнейший шаг в процедуре анализа – построение деревьев отказов для каждого головного события - случая. Прежде чем начать их построение, введем условные обозначения (рисунки 2.1, 2.2), в которых приведены гео- метрические и логические символы:

1 Прямоугольник – используют для выделения рассматриваемого в анализе события.

2Круг – обозначает основное событие, которое дальше не анализиру- ют, так как о нем имеют существенные какие-либо данные.

3Домик – используют для событий, которые могут произойти при нормальной эксплуатации станка.

4Ромб – применяют для событий, которые также дальше не рассмат- ривают, но уже из-за недостатка данных или из-за несущественности. этими событиями можно пренебречь.

5и 6 – вентили логических систем, используемые для обозначения операций И, ИЛИ. Они характеризуют один и несколько входов, рисунок 2.3.

7Треугольник – символ для обозначения перехода от одной части диаграммы к другой части или к другой диаграмме.

Условные вентили, И, ИЛИ во многих случаях обозначают непосред- ственное применение операторов И и ИЛИ. Однако в некоторых случаях при исполнении оператора И важна последовательность появления событий, а может быть и такая ситуация. Когда возможно исключительное ИЛИ, и только один из выходов приводит к появлению выходного события, но при одновременном их появлении выходное событие не происходит. В таких си- туациях используют дополнительные символы (овалы), которые присоеди- няют к вентилю сбоку с комментариями.

Построим дерево отказов для головного случая 4 (рис. 2.4).

Такое дерево отказов – продукт того, что мы решили данное событие квалифицировать основным. Но мы должны в любом случае допустить, что

87

	а						б
									1
	ГОЛОВНОЕ СОБЫТИЕ
	(Несчастный случай)
			2
				3
	Последовательность событий, которые ведут к
	отказу системы, т.е. к несчастному случаю

			4
	Последовательности событий строятся
	с помощью логических вентилей (знаков)
	И, ИЛИ и др.
				5

и

События над И, ИЛИ, и которые имеют элементарные причины отказов помещают на схеме внутрь прямоугольника

6

или

Все последовательности в конечном итоге ведут к исходным причинам несчастного случая и их размещают в круге. Они разрешают способность

данного дерева отказов

7

Рисунок 2.1 – Логические символы дерева отказов: а – структура; б - символы

оно не основное и, что оно требует дальнейшего анализа. Для его появления необходимо совпадение двух других, т.е. вылет частиц из-под детали и, во- вторых, человек должен находиться в зоне станка без защитных очков.

88

Рассмотрим пример с операторами И и ИЛИ. Такие события формули- руют так, чтобы второе было условным по отношению к первому, а третье – к первому и второму и последнее – условным ко всем предыдущим. Кроме того, по крайней мере, одно из событий должно быть связано с появлением выходного события.

При построении дерева отказа полной характеристики не дают. Нужно лишь упорядочить событие так, чтобы стоящий справа случай зависел от стоящего слева. Таким образом, появление выходного события будет опреде- ляться появлением последнего события в ряду.

Такое усложнение полезно при количественном анализе и необходимо для выявления полной картины событий. Например, частица пыли может по- пасть в глаз не только при шлифовании, но и от воздушных потоков, дунове- ния ветра, когда деталь не шлифовалась, а рабочий только ее брал с подстоп- ного места. На рисунке 2.3 показан пример с оператором ИЛИ, и построение

дерева отказов с операциями условных И и ИЛИ.

В примере, если применяют оператор ИЛИ, то в овале пишут, напри- мер, такую фразу – условие "Оба случая не происходят одновременно". А те- перь построим дерево отказов.

Пример 1. На вертикальном сверлильном станке станочник производит операцию по выборке гнезда в ножке стула. Вылетающие крупные частицы попадают в глаз. Допустим, что при рассмотрении случаев выполнен их син- тез и выделено головное событие, которое запишем как "Попадание частиц в глаз". Первоначальный шаг требует использовать оператор ИЛИ. Следова- тельно, встает вопрос - кому попала частица в глаз: станочнику или случай- ному рабочему, проходившему рядом со станком. Заключенный в ромбик случай с оператором можно дальше не анализировать, т.к. понятно, что при работе образуется масса частиц, и все равно несколько из них попадут ему в глаза.

Другая же ветвь, т.е. "не станочники" требует дальнейшего анализа. Далее применим оператор И, который ставит вопрос – что должно появиться, чтобы произошел несчастный случай. Для этого необходимы условия, пере- численные вентилем – оператором И на рисунке 2.4. При этом три первых события не являются соподчиненными друг другу, но четвертое, обозначен- ное в ромбике, является условным, т.к. станочник, уходя куда-то, не может

89

не выключить станок, хотя и это бывает.

ЛОГИЧЕСКИЕ СИМВОЛЫ

Символ и название логического знака

ИЛИ

И

ЗАПРЕТ

Приори-

тетное И

Исключаю-

щее ИЛИ

				m из n
		m		голосования
				или выборки

Причинная

взаимосвязь

В, С, П, Е

все исходные события случаются одновременно

В, С, П, Е

случается любое из вход-

ных событий

Наличие входа вызывает появление выхода тогда, когда происходит услов-

ное событие

В, С имеет место,

если все входные события происходят в нужном по-

рядке слева направо

В, С, П, Е

случается одно (но не оба)

из входных событий

В, С, П, Е

случаются m из n входных событий

Рисунок 2.2 – Логические символы дерева отказов

90

Повреждение одежды и ранение станочника при контакте его с барабаном шлифовального станка

и

или

Правая рука нависла над стопой		При повороте корпуса левая
обработанных деталей для		рука находится над стопой
укладки, а левая рука коснулась		деталей, а локоть правой
вращающегося барабана		руки касается барабана

Станочник без защитных очков входит в зону разлета частиц от работы круглопильного станка

или

Входит, чтобы		Входит		, чтобы		Входит по дру-
принести инструмент		укатить		тележку
						гим причинам
		с деталями

Рисунок 2.3 – Пример дерева причин с операторами И и ИЛИ

91

ПОПАДАНИЕ ЧАСТИЦЫ В ГЛАЗ ЧЕЛОВЕКА

ИЛИ

Не станочник случайно ока-

Станочник снял защит. зался в зоне разлета частиц

очки

ИЛИ

ИЛИ

Станок Мотивы работает зайти в

зону

ИЛИ

	Так как
Поговорить	рядом
с приятелем	наход.
	проход

Защит- ные.очки у не станоч-

ника сняты

Человек входит в зону разлета час-

тиц по другим причинам

Ста-

нок

не вы-

клю

чен

События,

которые могут про-

изойти при нормаль- ной экс-

плуатации

станка

Рисунок 2.4 – Пример построения дерева причин

Особо следует обратить внимание на событие в прямоугольнике "Мотивы зайти в зону". Отмечено, что многие рабочие, а не один станочник, попадают в зону разлета частиц, т.к. он установлен рядом с проходом. В дан-

92

ном анализе неважно, почему станок расположен именно так, а не иначе. Важно выбрать больше вероятностей, а данный вариант показывает, что все возможности уже исчерпаны, и каждый из входов связан с выходным собы- тием.

Таким образом, построение дерева отказов позволяет глубоко вникнуть в анализ несчастного случая и наглядно отобразить его, что невозможно при других методах. Это его большое преимущество.

Следует иметь в виду, что здесь рассмотрен упрощенный пример по- строения дерева отказов (дерева причин). Для практического применения следует пользоваться специальной литературой.

2.10Другие методы анализа негативных факторов техносферы

ВРоссии с 1950-х гг. наибольшее распространение получили 3 основ- ных метода: статистический, топографический и монографический.

Статистический метод основан на анализе статистического материала по какому-либо показателю. Например, по частоте проявления, по продолжи- тельности действия и т.п. Исходные данные для этого берут в различных до- кументах, которые хранятся в соответствующих организациях. Наиболее полная информация по всем НФТ сосредоточена в Центральном статистиче- ском управлении страны и в его территориальных отделениях. Результаты анализа представляют в виде таблиц, графиков и диаграмм.

Топографический метод наиболее простой и эффективный по воспри- ятию информации. На плане цеха, местности (географические карты) различ- ными символами отмечают какие-либо опасности на каких-то участках. Наибольшее количество таких символов (вулканы, лавины, опасные звери и т.п.), сосредоточенных на карте местности в одном месте или разбросаны по разным участкам, дают представление об наиболее опасных географических регионах, территориях и т.п., что обязывает соответствующие организации предпринимать надлежащие мероприятия по информации населения и пре- бывающих в регион об этих опасностях, осуществлять их мониторинг и соз- давать службы спасения. Достоинство метода: простота, наглядность, но он не дает полного представления об опасностях, их характеристиках.