МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

      Общие положения. Все методы повышения надёжности технических средств систем сводятся к следующим видам:

- резервирование;

- уменьшение интенсивности отказов технических средств;

- сокращение времени непрерывной работы;

- уменьшение среднего времени восстановления.

Реализация указанных методов может осуществляться либо при проектировании, либо при изготовлении, либо в процессе эксплуатации технических средств.

Уменьшить среднее время восстановления можно, повышая надёжность технических систем и тем самым, уменьшая число отказов, или сокращая время, необходимое для отыскания и устранения отказов. Сократить время, необходимое для отыскания и устранения неисправностей, можно, применяя встроенный контроль, автоматизацию проверок, повышение квалификации обслуживающего персонала, сбор и обобщение опыта эксплуатации.

Уменьшить время непрерывной работы объектов можно в том случае, если имеется возможность выключать объекты на определённые промежутки времени.

       Среди разнообразных методов повышения надёжности систем необходимо выделить три группы: доэксплуатационные, производственные и эксплуатационные.

       В доэксплуатационных (т.е. при проектировании) мероприятиях по повышению надёжности можно выделить следующие группы: системные методы, схемные методы, конструктивные методы.

       К системным методам относятся организационно-экономические мероприятия по стимулированию повышения надёжности и технические мероприятия. К числу таких мероприятий относятся: выбор и обоснование принципов технического обслуживания, выбор основного показателя надёжности, назначение норм надёжности, распределение норм надёжности системы по элементам, составление программы обеспечения надёжности. Содержание этих связанных мероприятий во многом зависит от конечной цели, которую стремятся достигнуть. При этом необходимо так сбалансировать затраты на разработку и проектирование изделий с затратами на их эксплуатацию, чтобы общая сумма затрат не превышала заданную при обеспечении наилучших технических характеристик изделий.

       Схемные методы объединяют мероприятия по повышению надежности объектов путем совершенствования принципов построения этих объектов.

       К конструктивным методам относятся мероприятия по созданию и подбору элементов, созданию благоприятных режимов работы, принятию мер по облегчению ремонта и т.д. Обычно более надежными оказываются те элементы, которые не имеют перемещающихся деталей, накаливаемых нитей и тонких обмоток.

       Выше упоминалось, что отказы в основном являются следствием наличия «слабых» элементов со скрытыми пороками. Иначе говоря, одна из основных причин появления отказов состоит в разбросе значений качества элементов. Поэтому значительную часть производственных мероприятий по повышению надежности элементов и систем составляют мероприятия по улучшению однородности выпускаемой продукции. Все эти мероприятия можно свести в четыре группы: совершенствование технологии производства, автоматизация производства, технологические (тренировочные) прогоны, статистическое регулирование качества продукции. Все эти мероприятия взаимно связаны между сабой.

       Совершенствование технологии производства является одной из сторон общего прогресса науки и техники. В большинстве отраслей промышленности технический прогресс является сравнительно медленным, постепенным процессом. Все мероприятия в этой области опираются не только на последние достижения науки, но и в значительной мере на накопленный опыт производства продукции. Борьба за совершенствование технологии производства с целью получения однородной (т.е. надежной) продукции может быть успешной только в том случае, если она охватывает все стадии производственного процесса от получения сырья до сборки и регулировки систем.

Автоматизация производства обеспечивает высокую степень однородности продукции, а следовательно, и высокую надежность изделий. Например, в изготовляемых вручную трансформаторах часто происходят обрывы тонких обмоток. Автоматизация этого процесса обеспечивает равномерное натяжение провода при намотке, из-за чего число обрывов резко сокращается.

Технологические (тренировочные) прогоны производятся с целью выявления скрытых производственных дефектов и причин их возникновения. Кроме тренировочных прогонов в условиях, близких к эксплуатационным, могут применяться ускоренные прогоны с тяжелыми условиями работы. В последнем случае усложняется вопрос о выборе режима и длительности прогона, которые должны быть такими, чтобы полностью удалить «слабые» элементы и вместе с тем не ухудшать качество «нормальных» элементов. Такая жесткая тренировка применяется редко.

Выявлено, что в начальный период эксплуатации, характеризуемый повышенным числом отказов (период приработки), в основном отказывают механические и электромеханические узлы, проявляются дефекты монтажа, сборки, регулировки. Эти отказы удается выявить в процессе прогона при вибрационных нагрузках на включенное под электрическую нагрузку изделие. Введение тренировочных прогонов в технологический процесс производства позволяет сократить расходы заводов-изготовителей на гарантийные ремонты. Может быть установлена продолжительность прогона из условия, чтобы суммарные затраты завода-изготовителя на проведение технологического прогона и на ремонты или замены в течение гарантийного срока были бы минимальными.

Статистическое регулирование качества продукции также значительно повышает однородность продукции. Основная идея статистического регулирования качества состоит в следующем. Причины, вызывающие отклонения качества продукции, разбиваются на две группы. Одна из них – группа случайных причин – считается недоступной воздействию человека вследствие многочисленных причин и ничтожности каждой из них. Помимо случайных величин, которые всегда существуют в любом производстве, иногда могут появляться «определимые причины», которые могут быть устранены путем сознательного вмешательства в технологический процесс. Если все определимые причины устранены и остались только постоянная группа случайных причин, то дальнейшего даже незначительного повышения качества продукции можно добиться лишь путем полной перестройки производства, что, как правило, требует очень больших затрат. Поэтому в производстве допускается лишь постоянная система случайных причин, а всякого рода определимые причины устраняются. При этом определимые причины выявляются путем применения статистических методов оценки качества. Так как постоянная группа причин проявляется в постоянном разбросе характеристик качества, то все дело сводится к наблюдению за постоянством разброса значений показателей качества.

Наиболее эффективными и многочисленными методами повышения надёжности, являются методы, которые применяются при проектировании технических средств. К таким методам относятся:

- резервирование;

- выбор наиболее надежных элементов;

- создание схем с ограниченными последствиями отказов элементов;

- облегчение электрических, механических, тепловых и других режимов работ эле

ментов;

- стандартизация и унификация элементов и узлов;

- встроенный контроль;

- автоматизация проверок.

Эффективность этих методов состоит в том, что они принципиально позволяют из малонадёжных элементов строить надёжные объекты и системы. Эти методы позволяют уменьшить интенсивность отказов объектов и систем, уменьшить среднее время их восстановления и время непрерывной работы.

       2.1 Виды отказов и причинные связи

       Отказы элементов систем являются основными предметами исследования при анализе причинных связей. Отказы могут возникать в результате: первичных отказов, вторичных отказов, ошибочных команд (инициированные отказы). Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины. Когда точный вид отказов определен и данные по

ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как ис-ходные отказы.

       Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения материала служит примером первичного отказа. Вторичный отказ – такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы. Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии: термической, механической, электрической, химической, магнитной, радиоактивной и т.п. Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой, например – метеорологическими (ливень, ветровая нагрузка), геологическими условиями (оползни, просадка грунтов), а также воздействием со стороны других технических систем. Примером вторичных отказов служит «срабатывание предохранителя от повышенного электрического тока.

      Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди (операторы и обслуживающий технический персонал) также являются возможными источниками вторичных отказов, если их действия приводят к выходу элементов из строя. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями. Типичными примерами ошибочных команд являются: «напряжение приложено самопроизвольно к обмотке реле», «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку.

      Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие:

      - конструктивные недоработки (дефекты, не выявленные на стадии проектирования и приводящие к отказам вследствие взаимной зависимости между электрическими и механическими подсистемами или элементами избыточной системы);

      - ошибки эксплуатации и технического обслуживания (неправильная регулировка

или калибровка, небрежность оператора и т. п.);

      - воздействие окружающей среды (влага, пыль, отклонения температуры, вибрация, экстремальные режимы нормальной эксплуатации);

      - внешние катастрофические воздействия (наводнение, землетрясение, пожар, ураган);

      - общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компоненты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие дефекты).

       Известен целый ряд множественных отказов: так, некоторые параллельно соединенные пружинные реле выходили из строя одновременно и их отказы были вызваны общей причиной. В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной системы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а менее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению

вероятности совместного отказа узлов систем. Для каждой общей причины необходимо определить все вызываемые ею исходные события. При этом определяют сферу действия каждой общей причины, а также место расположения элементов и время происшествия.

      Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его предпочтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов надежности и безопасности.      

      2.2 Резервирование как метод повышения надёжности

Повысить надёжность системы в процессе ее эксплуатации чрезвычайно трудно, потому что надёжность системы преимушественно закладывается в процессе её проектирования и изготовления. При эксплуатации системы её надежность только уменьшается, причём скорость снижения зависит от методов эксплуатации, квалификации обслуживающего персонала и условий эксплуатации.

Среди всех методов повышения надежности, предусматриваемых при проектировании, особое место занимает использование избыточности, т.е. введение дополнительных средств или возможностей сверх минимально необходимых для выполнения объектом заданных функций. Сам же метод повышения надёжности объекта путем введения избыточности принято называть резервированием. Применяются структурное, функциональное, информационное и временное резервирование.

       Структурное (элементное) резервирование – метод повышения надёжности объекта, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру объекта. Обеспечивается подключением к основной аппаратуре резервной таким образом, чтобы при отказе основной аппаратуры резервная часть продолжала выполнять её функции.

       Функциональное резервирование есть метод повышения надёжности объекта, который использует способности элементов выполнять дополнительные функции вместо основных и наряду с ними.

      Временное резервирование – метод повышения надёжности объекта, предполагает использование избыточного времени, выделенного для выполнения задач. Другими словами, временное резервирование – такое планирование работы системы, при котором создаётся резерв рабочего времени для выполнения заданных функций. Резервное время может быть использовано для повторения операции, либо для устранения неисправности объекта.

       Информационное резервирование – метод повышения надёжности объекта, предусматривающий использование избыточной информации сверх минимально необходимой для выполнения задач.

       Нагрузочное резервирование – метод повышения надёжности объекта, предполагающий использование способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных.

       С позиций расчёта и обеспечения надежности технических систем необходимо рассматривать структурное резервирование. Структурным или аппаратным резервированием называют способ повышения надёжности, заключающийся в использовании дополнительных элементов, которые в случае отказа основных могут выполнять их функции. Говоря о структурном резервировании, следует различать основной элемент, т.е. элемент структуры объекта, минимально необходимый для выполнения объектом заданных функций, и резервный, т.е. элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента. Естественно, что резервный элемент должен обладать характеристиками, аналогичными основному. В качестве резервного элемента может выступать как комплектующий объект элемент, так и сам объект.

Основными способами резервирования являются:

- постоянное или статическое резервирование;

- резервирование замещением или динамическое резервирование;

- гибридное резервирование.

Постоянным или статическим называется резервирование, при котором резервные блоки постоянно включены и работают с основным блоком в одинаковом режиме.

Резервированием замещением или динамическим называется резервирование, при котором резервные блоки выключены и замещают основные блоки только при их отказе.

Гибридное резервирование сочетает свойства статического и динамического резервирования.

В системах со статическим резервированием восстановление работоспособности после отказа происходит мгновенно, а в системах с динамическим резервированием время восстановления в зависимости от степени автоматизации процедур восстановления изменяется в широких пределах.

       Присоединение резервных элементов к основным должно производиться параллельно. Существуют три способа включения резерва: постоянное, замещением и скользящее.

Постоянным резервированием называют такое, при котором резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основными. Естественно, что резервные элементы находятся в таком же режиме, как и основные, и их ресурс работы расходуется с момента включения в работу всего объекта.

       Недостаток постоянного резервирования заключается в том, что с появлением отказов в резерве изменяются параметры всей системы, а это в ряде случаев может привести к изменению режимов работы.

        Резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента, называют резервированием замещением.

       При резервировании замещением обязательно наличие коммутирующего устройства для подключения резервных элементов взамен отказавших основных элементов.

       Резервирующие элементы могут находиться в различных режимах: нагруженном, облегчённом и ненагруженным.

       Нагруженный резерв(как и при постоянном резервировании) имеет резервные элементы, находящиеся в том же режиме, что и основные элементы. Это позволяет предельно сократить время перехода резервного элемента в рабочее состояние.

       Облегчённый резерв имеет резервные элементы, находящиеся в менее нагруженном режиме, нежели основные. Ресурс работы резервных элементов расходуется с момента включения объекта в работу, но интенсивность расхода до подключения существенно ниже, чем у основных элементов. Поэтому закон распределения времени их безотказной работы несколько отличен от распределения времени безотказной работы основных элементов. Время перехода резервных элементов в рабочее состояние больше, чем при нагруженном резерве.

       Ненагруженный резерв имеет резервные элементы, практически не несущие нагрузок. Ресурс работы ненагруженного резерва начинает расходоваться только с момента его включения. Время перехода резервных элементов в рабочее состояние наибольшее.

       Преимущество резервирования замещением состоит в том, что в большей степени может сохраняться ресурс работы резервных элементов (облегчённый и ненагруженный резервы), не изменяются режимы объекта (элементов) при отказах, отпадает необходимость в специальных регулировках при отказах, появляется возможность использовать один резервный элемент для резервирования нескольких однотипных основных элементов. К недостаткам нужно отнести: необходимость коммутирующего устройства для подключения резерва, дополнительного времени на переключение резерва и выход его на режим.

       Включение резервных элементов может осуществляться вручную или автоматически (автоматическое резервирование).

       Резервирование замещением, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе называют скользящим резервированием. Следует отметить одну важную особенность резервирования замещением – возможность восстановления вышедшего из строя резерва в то время, пока объект работает с другими резервными элементами. Это позволяет существенно повысить вероятность безотказной работы, так как наработка на отказ всегда больше среднего времени восстановления.

       Необходимо отметить, что резервирование может быть с восстановлением любого основного и резервного элемента в процессе эксплуатации объекта и без восстановления.

       Сам резервный элемент может быть восстанавливаемым, т.е. в случае отказа подлежит восстановлению, и невосстанавливаемым.

Основным параметром резервирования является его кратность. Под кратностью резервирования понимается отношение числа резервных элементов к числу резервируемых (основных). В зависимости от кратности резервирование подразделяется на резервирование с целой и дробной кратностью.

Резервированием с целой кратностью называется такое резервирование, при котором для нормальной работы резервированного соединения достаточно, чтобы исправным был хотя бы один элемент.

При резервировании с дробной кратностью нормальная работа резервированного соединения возможна при условии, если число исправных элементов не менее необходимого для работы.

Кратность резервирования определяется из соотношения

,

где: l – общее число элементов расчета резервированного соединения, h – число элементов необходимое для нормальной работы; l-h – число резервных элементов.

В зависимости от того, имеется в процессе эксплуатации возможность ремонта отказавших блоков или нет, различают резервирование с восстановлением и без восстановления. Системы, в которых используется резервирование с восстановлением (без восстановления) называются обслуживаемыми (необслуживаемыми) системами.

     Оптимизация резервирования. Под оптимальным резервированием понимают резервирование, обеспечивающее получение наибольшего эффекта повышения надежности с минимальными затратами. Под «затратами» понимают факторы, определяющие оптимальность резервирования в зависимости от конкретных требований.

       Максимальная надёжность аппаратуры с раздельным резервированием может быть обеспечена только лишь при некотором оптимальном числе резервирующих элементов, если известна вероятность отказов коммутирующих устройств и кратность резервирования. Осуществляя оптимизацию резервирования с учетом ограничений по стоимости, весу или габаритам, следует рассматривать два аспекта этой задачи:

- обеспечение заданной надежности при минимальных затратах на резервирование.

       - обеспечение максимальной надежности при известных допустимых затратах на резервирование.

       Реализацию оптимизации системы можно представить в виде следующего процесса: в качестве исходной рассматривается система (объект) без резерва, а затем отыскивается участок для резервирования, дающий наилучший результат. Далее отыскивается новый участок резервирования для новой системы (системы с одним зарезервированным участком). Аналогично процесс продолжается до тех пор, пока не будет удовлетворено условие одной из задач.

     Обеспечение надёжности на этапах эксплуатации. Отдавая должное роли первых двух этапов жизненного цикла техники (конструирование и производство), следует считать, что этап эксплуатации является определяющим при обеспечении требуемого уровня надежности. Совокупность мероприятий, проводимых в определенной последовательности и протекающих во времени, образует технологический процесс эксплуатации. В этом процессе операции технического контроля состояния объекта, регулирования параметров оборудования, восстановления работоспособности аппаратуры являются важнейшими и впрямую направлены на обеспечение эксплуатационной надежности авиационного радиоэлектронного оборудования. В соответствии с ГОСТ 2412 – 80 указанный комплекс операций представляет собой систему технического обслуживания (ТО). Существуют различные методы ТО. При выборе и обосновании методов ТО в качестве основного требования выдвигается необходимость обеспечения безопасности и регулярности полетов при возможно малых эксплуатационных затратах.

       Действие множества случайных факторов, дестабилизирующих нормальную работу аппаратуры, приводит к тому, что время наступления отказа систем является случайной величиной.

       По характеру возникновения отказы разделяют на внезапные и постепенные. Внезапные отказы в большинстве своем непредсказуемые и вызваны случайными проявлениями скрытых дефектов, различными случайными химико-физическими изменениями в материалах и элементах конструкции.

       Постепенные отказы вызваны процессами старения и износа аппаратуры. Накопление постепенных отказов в аппаратуре обусловлено относительно медленными изменениями параметров элементов под влиянием различных нагрузок. Обычно значения изменений возрастают с течением времени, что, в конце концов, приводит к тому, что один или несколько параметров выходят за пределы эксплуатационных допусков. Во время эксплуатации, возможно, такое состояние оборудования, когда его параметры находятся в пределах допусков, а параметры элементов уже вышли за пределы установленных допусков. Такие элементы являются потенциальными источниками отказов и должны быть выявлены при техническом обслуживании.

       Для своевременного предупреждения отказов необходимо знать и количественно описать процессы накопления отказов во времени.

       3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ РИСКА

       3.1 Понятие техногенного риска

       При решении вопросов безопасности жизнедеятельности населения приме­няется теория риска, основу которой составляет определение последствий и вероятно­сти нежелательных событий.

       Риски, ой в над том изо числе без пожарные ой виды, на занимают центральное во место ой в ни системе над техносферной без безопасности. Риск – без потенциальная, изо численно измеримая ой возможность без потери. Понятием до риска характеризуется для неопределённость, ни связанная ни с ой возможностью ой возникновения ой в ходе до реализации без проекта для неблагоприятных без последствий.

       В над технических и естественных для науках до риск меж определяется для как ой вероятность, умноженная для на без последствия. Обычно без при меж оценке до риска его характеризуют ли двумя ой величинам: ой вероятностью ни события Р и без последствиями X, для которые ой в ой выражении во математического меж ожидания ой выступают для как ни сомножители:

                                                        R =РХ.                                                            

      В ой вышеприведенных меж определениях изо чётко без просматривается ой взаимосвязь до риска, ой вероятности и для неопределённости. Риск ой всегда без представляет ни собой ни ситуацию меж оценки ой вероятности ухудшения без. В ни современных исследованиях ни с до разных над точек на зрения до рассматривается и без природа до риска.

Очень ой важно до различать без понятия «риск» и «опасность», для которое меж основано для на без природе для наблюдаемых явлений и на зависит меж от без позиции для наблюдателя. Что ли для меж одного является до риском, ли для ли другого – меж опасность. К без примеру, до риск (как до риск ой в до результате до решения) во может для накапливаться, аккумулироваться, меж однако ли для над того, для кто без принимает до решение, меж опасность меж остается без постоянной.

Логическую ни связь во между меж опасностью и до риском (как его до результатом) без помогает без понять до рисунок 6.

Рисунок 6 – Логическая ни связь меж основных характеристик меж опасности

         Риск является функцией во многих факторов, изо что меж определяет ни сложность его меж оценки и ой в над то же ой время во место.  Используя количественные показатели риска, в принципе мож­но «измерять» потенциальную опасность и даже сравнивать опасности различной природы. При этом в качестве показателей опасности обычно понимается индивидуальный риск гибели людей (или. в общем случае, причинения определенного ущерба). В широком смысле слова риск выражает возможную опасность, вероятность нежелательного события. Применительно к проблеме безопасности жизнедеятельности таким событием может быть ухудшение здоровья или смерть человека, авария или катастрофа технической системы или устройства, загрязнение экологических систем, гибель людей или возрастание смертности населения, материальных ущерб от реализовав­шихся опасностей или увеличения затрат на безопасность. Общим во всех приведенных представлениях является то, что риск включает неуверенность – произойдет ли нежелательное событие и возникнет ли неблагоприятное состояние. В соответствии с совре­менными научными взглядами риск интерпретируется как вероятностная мера возникновения техногенных или природных явлений, сопровождающихся возникновением, формированием и действием опасностей и нанесенного при этом социального, экономического, экологического и других видов ущерба и вреда.

           Таким образом, под риском следует понимать ожидаемую частоту или вероятность возникновения опасностей определенного класса или размер возможного ущерба от нежелательного события или комбинацию данных величин. Аналитически риск выражает частоту реализации опасностей по отношению к их числу

где R - риск; N - количественный показатель частоты нежелательных событий в единицу времени t; Q - число объектов риска, подверженных определенному фактору риска

      Отображен­ие множества исходных причин развития риска можно в общем виде записать формулу расчета в виде:

где: R – риск, т. е. вероятность нанесения определенного ущерба; P₁ – вероятность возникновения события или явления, обусловли­вающего формирование и действие опасных факторов; P₂ – вероятность формирования определенных уровней физических полей, ударных нагрузок, полей концентрации вредных веществ, воздействующих на людей и другие объекты; P₃ – вероятность того, что указанные уровни полей и нагрузок приведут к определенному ущерб P₄ – вероятность отказа средств защиты.

       3.2 Виды риска

       Каждое нежелательное событие может возникнуть по отношению к определённой жертве – объекту риска. Соотношение объектов риска и нежелательных событий позволяет различать индивидуальный, технический, экологический, социальный и экономический риски (рисунок 7).

                          Рисунок 7 – Виды риска и возможности его оценки

      Соотношение объектов риска и нежелательных событий позволяет различать индивидуальный, технический (техногенный), экологический, социальный и экономический риски.

       Техногенный риск – это комплексный показатель надёжности элементов техносферы, выражающий вероятность аварии (катастрофы) при эксплуатации производственного оборудования и реализации технологических процессов:

;

где R_т – техногенный риск, АT – число аварий в единицу времени t на объектах; Т – число идентичных объектов, подверженных общему фактору риска.

      Наиболее распространенные факторы техногенного риска: ошибочный выбор по критериям безопасности направлений развития техники и технологий; выбор потенциально опасных конструктивных схем и принципов действия технических систем; ошибки в определе­нии эксплуатационных нагрузок; отсутствие в проектах технических средств безопасности; нарушение регламентов сборки и монтажа конструкции и машин; использование техники не по назначению; нарушение паспортных режимов эксплуатации; несвоевременные профилактические осмотры и ремонты; нарушение.

     Экологический риск выражает вероятность экологического бедствия, катастрофы, нарушения дальнейшего нормального функционирования и существования экологических систем и объектов в результате антропогенного вмешательства в природную среду или стихийного бедствия. Масштабы экологического риска оцениваются процентным соотно­шением площади кризисных или катастрофических территорий к общей площади рассматриваемого биогеоценоза.

      Приемлемый риск сочетает в себе технические, экологические, социальные аспекты и представляет некоторый компромисс между приемлемым уровнем безопасности и экономическими возможностями его достижения, т. е. можно говорить о снижении индивидуального, технического или эко­логического риска.

       3.3 Анализ риска

       Анализ риска – процесс иденти­фикации опасностей и оценки риска для отдельных лиц, групп населения, объектов, окружающей природной среды и других объектов рассмотрения.

       Оценка риска – это анализ происхождения и масштабов риска в конкретной ситуации.

           Риск необходимо рассматривать как сочетание частоты (вероятности) и последствий конкретного опасного события. Математическое выражение риска Р – это соотношение числа неблагоприятных проявлений опасности и к их воз­можному числу за определенный период времени. Также используется понятие «степень риска» R, т.е. вероятность наступления нежелательного события с учётом размера возможного ущерба от события. Степень риска можно представить как математическое ожидание величины ущерба от нежелательного события.

       Методологическое обеспечение анализа риска представляет совокупность методов, методик и программных средств, позволяющих всесторонне выявить опасности и оценить риск чрезвычайной ситуации, источником которой может являться промышленный объект.

       Особенность анализа риска заключается в том, что в ходе его рассматриваются потенциально негативные последствия, которые могут возникнуть в результате отказа в работе технических систем, сбоев в технологических процессах или ошибок со стороны обслуживающего персонала. Результаты анализа риска имеют существенное значение для принятия обоснованных и рациональных решений при определении места размещения и проектировании производственных объектов. Неопределенность, в условиях которой во многих случаях должны приниматься управленческие решения, накладывает отпечаток на методику, ход и конечные результаты анализа риска. Методы, используемые в процессе анализа, должны быть ориентированы прежде всего на выявление и оценку возможных потерь в случае аварии, стоимости обеспечения безопасности и преимуществ, получаемых при реализации того или иного проекта.

       Анализ риска имеет ряд общих положений, независимо от конкретной методики анализа и специфики решаемых задач. Так, обшей является задача определения допустимого уровня риска, стандартов безопасности обслуживающего персонала, населения и зашиты окружающей природной среды. Определение допустимого уровня риска происходит, как правило, в условиях недостаточной или непроверенной информации. В процессе анализа также приходится решать вероятностные задачи, что может привести к существенным расхождениям в получаемых результатах. В-четвёртых, анализ риска нужно рассматривать как процесс решения многокритериальных задач, которые могут возник­нуть как компромисс между сторонами, заинтересованными в определённых результатах анализа.

       Анализ риска может быть определён как процесс решения сложной задачи, требующий рассмотрения широкого крута вопросов и проведения комплексного исследования и оценки технических, экономических и социальных факторов. Анализ должен дать ответы на основные вопросы:

       - что плохого может произойти?

       - как часто это может случаться?

       - какие могут быть последствия?

       Основной элемент анализа риска – идентификация опасности (обнаружение возможных нарушений), которые могут привести к негативным последствиям. В общем виде процесс анализа риска может быть представлен как ряд последовательных событий: планирование и организация работ; идентификация опасностей (выявление опасностей и предварительная оценка характеристик опасностей); оценка риска (анализ частоты, анализ последствий и анализ неопределённостей; разработка рекомендаций по управлению риском.

       На первом этапе необходимо:

       - указать причины и проблемы, вызывавшие необходимость проведения риск-анализ;

       - определить анализируемую систему и дать ее описание;

       - подобрать соответствующую команду для проведения анализа;

       - установить источники информации о безопасности системы:

       - определить цели риск-анализа и критерий приемлемого риска.

       На этапе идентификации опасностей основная задача заключается в выявлении и четком описании всех присущих системе опасностей. Здесь же проводится предварительная оценка опасностей с целью выбора дальнейшего направления деятельности: прекратить дальнейший анализ ввиду незначительности опасностей или провести более детальный анализ риска.

       После идентификации опасностей переходят к этапу оценки риска, на котором идентифицированные опасности должны быть оценены на основе критериев приемлемого риска, чтобы идентифицировать опасности с неприемлемым уровнем риска, что является основой для разработки рекомендации и мер по уменьшению опасностей. При этом критерий приемлемого риска и результаты оценки риска могут быть выражены как качественно (в виде тек­стового описания), так и количественно.

       Качественные методы анализа риска. Объектом анализа опасностей как источника техногенного риска является система «че­ловек-машина-окружающая среда», в которой объединены техни­ческие объекты, люди и окружающая среда, взаимодействующие друг с другом. Методы определения потенциального риска можно разделить на:

       - инженерные методы с использованием статистики, когда производится расчет частот, проводится вероятностный анализ безопасности и построение деревьев опасности.

       - модельные методы, основанные на построении моделей воздействия опасных и вредных факторов на отдельного человека или группы людей;

       - экспертные методы, включающие определение вероятностей различных событий на ос­нове опроса опытных специалистов;

       - социологические методы, которые основаны на опросе населения.

       Первый метод опирается на статистику поломок и аварий, на вероятностный анализ безопасности, заключающийся в построении и расчете деревьев событий и деревьев отказов. С помощью первых предсказывают, во что может развиться тот или иной отказ техники, а деревья отказов, наоборот, помога­ют проследить все причины, которые способны вызвать какое-то нежелате­льное явление. Второй подход, модельный – построение моделей воздействия вредных факторов на человека и окружающую среду. Эти модели могут описывать как последствия обычной работы предприятий, так и ущерб от аварий на них. К качественным методам анализа опасностей относятся: предварительный анализ опасностей; анализ последствий отказов; анализ опасностей методом потенциальных отклонений; анализ ошибок персонала; причинно-следственный анализ; анализ опасностей с помошью «дерева причин» и «дерева последствий».

Количественная оценка риска.Количественный анализ опасностей дает возможность определить вероятности аварий и несчастных случаев, величину риска, величину последствий. Методы расчета вероятностей и статистический анализ являются составными частями количественного анализа опасно­стей. Методы количественного анализа риска характеризуются расчетом не­скольких показателей риска и могут включать один или несколько вышеупомянутых мето­дов. Количественный анализ риска позволяет оценивать и сравнивать различные опасности по единым показателям, он наиболее эффективен:

       - на стадии проектирования и размещения опасного производственного объекта;

       - при обосновании и оптимизации мер безопасности;

       - при оценке опасности крупных аварий на опасных производственных объектах;

       - при комплексной оценке опасностей аварий для людей, имущества и окружающей природной среды.

       При анализе опасностей сложные системы разбивают на подсистемы. Подсистема может рассматриваться как самостоятельная система, состоящая из других подсистем, т.е. иерархическая структура сложной системы может состоять из подсистем различных уровнен, где подсистемы низших уровнен входят составными частями в подсистемы высших уровней. В свою очередь, подсистемы состоят из компонентов (частей системы), которые рассматриваются без дальнейшего деления как единое целое. Логический анализ внутренней структуры системы и определение вероятности нежелательных событий как функции отдельных событий являются одной из задач анализа опасностей. Таким образом, количественная опенка риска представляет процесс оценки численных значений вероятности и последствий нежелательных событий.

       Для численной оценки риска используют различные математические формулировки. Обычно при оценке риска его характеризуют двумя величинам: вероятностью собы­тия Р и последствиями X, которые в выражении математического ожидания выступают как сомножители:

       R =РХ.                                                                                          

       Техногенный риск оценивают по формуле, включающей как вероятность нежелатель­ного события, так и величину последствий в виде ущерба U:

      R=PU.

Современный эффективный методический аппарат оценки техногенного риска должен обеспечивать:

– учёт влияния интенсивности теплового излучения при авариях;

– моделирование полей потенциального риска для аварий и линейных объектов;

– расчёт риск0в с учётом нестационарности рабочих мест.

Необходимо применять комплексный подход к построению территориальных полей потенциального риска, учитывающий различные подходы к определению вероятности поражения людей, располагающихся как в зданиях, так и на открытой площадке. При этом для оценки потенциального риска исследуемая территория делится на конечное число зон, в пределах которых потенциальный риск характеризуется одинаковым значением. Определяется область оценки риска, точность проведения расчётов, шаг расчетов и вычисляется некоторое множество значений потенциального риска R_п для рассматриваемого координатного поля.

Выполнение оценки риска может иметь отношение к событиям, произошедшим ранее, – это так называемая апостериорная оценка (от лат. a posteriori – из последующего), основанная на опыте, имеющихся статистических данных. Оценка риска возможна также по отношению к будущим, прогнозируемым событиям, тогда эта априорная оценка (от лат. a priori – из предшествующего), основанная на знаниях, предшествующих опыту.

       С позиции методологии, если речь идёт об оценивании риска, то следует придерживаться следующих правил, проверенных практикой. В тех случаях, когда вероятностная составляющая риска либо его величина напрямую не связаны с временным фактором, т.е. в смысловом значении не зависят от интервала времени произошедших либо прогнозируемых событий, вполне приемлемо использование параметра «вероятность» в качестве составляющей оценки риска. Вероятность здесь интерпретируется как доля возможного, как численная мера объективной возможности реализации события.

       Методы количественной оценки риска характеризуются расчётом показателей риска. Проведение количественного анализа требует высокой квалификации исполнителей, большого объёма информации по аварийности, надёжности оборудования, учёта особенностей окружающей местности, и других факторов. Сложные и дорогостоящие расчёты зачастую дают значение риска, точность которого невелика. Для опасных производственных объектов точность расчётов индивидуального риска, даже в случае наличия всей необходимой информации, не выше одного порядка. При этом проведение количественной оценки риска более полезно для сравнения различных вариантов (например, размещения оборудования), чем для заключения о степени безопасности объекта. Зарубежный опыт показывает, что наибольший объём рекомендаций по обеспечению безопасности вырабатывается с применением качественных методов анализа риска, использующих меньший объем информации и затрат труда. Однако количественные методы оценки риска всегда очень полезны, а в некоторых ситуациях – единственно допустимы для сравнения опасностей различной природы и при экспертизе опасных производственных объектов.

       Количественная оценка опасностей даёт возможность определить вероятности аварий и несчастных случаев, величину риска, величину последствий. Методы расчёта вероятностей являются составными частями количественной оценки опасностей. Установление логических связей между событиями необходимо для расчёта вероятностей аварии или несчастного случая. Итак, количественная оценка риска представляет собой процесс оценки численных значений вероятности и последствий нежелательных процессов, явлений, событий. При оценке рисков обычно проводится анализ различных информационных множеств, содержащих значения параметров систем, их динамических показателей, статистических данных, вероятностей и т.д. Эти данные также могут характеризоваться масштабными свойствами, свойствами самоподобия. Наличие этих свойств позволяет получить дополнительные характеристики множеств, что обеспечивает выбор необходимых решений при обеспечении безопасности систем.

На этапе оценки риска следует проанализировать возможную неопределённость результатов, обусловленную неточностью информации по надёжности оборудования и ошибкам персонала, а также принятых допущений применяемых при расчете моделей аварийного процесса.

       Для оценки риска используются детерминистский, феноменологический и вероятностный методы. Процесс оценки осуществляется преимущественно с привлечением статистической, эвристической и вероятно-статистической методик. Феноменологический метод основывается на определении возможности или невозможности протекания аварийных процессов, исходя из результатов анализа необходимых и достаточных условий, связанных с реализацией тех или иных законов природы. Этот метод наиболее прост в применении, но даёт надёжные результаты, если только рабочие состояния или процессы таковы, что можно с достаточным запасом достоверности определить текущее состояние компонентов рассматриваемой системы (он ненадежен вблизи границ резкого изменения состояния веществ и систем). Феноменологический метод хорош при определении сравнительного уровня безопасности различных типов промышленных установок, технологий, но малопригоден для анализа разветвленных аварийных процессов, развитие которых зависит от надёжности тех или иных частей установки и/или ее средств защиты.

       Детерминистический (детерминистский) метод предусматривает анализ последовательности этапов развития аварий, начиная от исходного события, через последовательность предполагаемых стадий отказов, деформаций и разрушения компонентов до конечного состояния природно-технической системы. Динамика аварийного процесса изучается и предсказывается с помощью математического моделирования, построения имитационных моделей и проведения сложных расчётов.

         В вероятностном методе анализ риска содержит как оценку вероятности (частоты) возникновения аварии, так и расчет относительных вероятностей того или другого пути развития процессов. При этом анализируются цепочки событий и отказов производственного оборудования, выбирается подходящий математический аппарат и оценивается полная вероятность аварий. Основные ограничения вероятностного анализа безопасности связаны с недостаточностью сведений по функциям распределения параметров, а также недостаточной статистикой по отказам оборудования.

       В вероятностной группе оценки рисков выделяют вероятностно-эвристические методы, в том числе экспертные оценки. Экспертные методы (методы экспертных оценок) основаны на использовании знаний и опыта высококвалифицированных специалистов в рассматриваемой области деятельности. Методы экспертных оценок риска целесообразно использовать в тех случаях, когда отсутствуют не только статистические данные по аварийности объекта, но и математические модели (задача является сложно формализуемой). Экспертные оценки могут использоваться и в тех случаях, когда формальные методы слишком сложны, а исходная база данных недостаточна для получения приемлемого аналитического решения. Методы могут быть индивидуальными и коллективными, когда работает группа экспертов. При использовании экспертных оценок обычно предполагается, что мнение группы экспертов надёжнее, чем мнение отдельного эксперта. При выработке рекомендаций эксперт (эксперты) полагаются обычно на свой опыт и профессиональную интуицию в большей степени, чем на существующие аналитические методы. При этом могут быть предложены не только решения, основанные на прошлом опыте, но и новые подходы для решения данной поставленной задачи. Чтобы свести к минимуму ошибки или просто неверные решения, применяются методы оценки квалификации экспертов, сравнение рекомендаций различных экспертов и другие способы, разрабатываемые теорией принятия решений. Сущность экспертных методов оценки показателей риска заключается в том, что экспертам предлагают ответить на вопросы о состоянии или будущем поведении объектов, характеризующихся неопределенными параметрами, неизученными свойствами или условиями нахождения объектов. Применение экспертных оценок требует анализа их объективности и надёжности. С одной стороны, нет гарантий, что полученные оценки достоверны, а с другой – существуют значительные трудности при проведении опроса экспертов и обработке полученных данных. Основными целями использования индивидуальных экспертных оценок являются:

       – прогнозирование развития событий и явлений, а также оценка их значимости в текущем периоде;

       – анализ и обобщение результатов, представленных другими экспертами;

       – составление сценариев развития ситуации.

       Вид опроса по существу определяет разновидность метода экспертной оценки. Основными видами опроса являются: анкетирование, интервьюирование, мозговой штурм (мозговая атака), дискуссия, метод Делфи. Выбор того или иного вида опроса определяется целями экспертизы, сущностью решаемой проблемы, полнотой и достоверностью исходной информации, располагаемым временем и затратами на проведение опросов. Анкетирование представляет собой опрос экспертов в письменной форме с помощью анкет. В анкете содержатся вопросы, которые позволяют выяснить существо и аргументацию ответов. Мозговой штурм (мозговая атака) представляет собой групповое обсуждение с целью получения новых идей, вариантов решений проблемы. Сущность метода мозгового штурма состоит в актуализации потенциала специалистов при анализе проблемной ситуации, реализующей вначале генерацию идей и последующее деструктурирование (разрушение, критику) этих идей с формулированием контридей. Характерной особенностью этого вида оценки является активный творческий поиск принципиально новых решений в трудных тупиковых ситуациях, когда известные пути и способы решения оказываются непригодными.

       Вероятностные методы в настоящее время считаются наиболее перспективными. На их основе построены различные методики оценки рисков, которые в зависимости от имеющейся исходной информации делятся на:

       – статистические, когда вероятности определяются по имеющимся статистическим данным (при их наличии);

       – теоретико-вероятностные, используемые для оценки рисков от редких событий, когда статистика практически отсутствует;

       – вероятностно-эвристические, основанные на использовании субъективных вероятностей, получаемых с помощью экспертного оценивания.

       Заключительным этапом процесса является расчет интегрального риска для объекта (территории) как комплексного показателя его безопасности, выраженного в едином стоимостном эквиваленте и объединяющего в себе ожидаемые ущербы социальных, экологических и материальных потерь. В основу модели интегрированного риска положены формулы математического ожидания соответствующих потерь (ожидаемый ущерб), функционально связывающие частоту (вероятность) реализации неблагоприятного события и ущерб, нанесенный данным неблагоприятным событием. Конкретно в формулу интегральной оценки риска для исследуемой ситуации входят следующие компоненты: риск социального ущерба (коллективный риск); риск материального ущерба; риск экологического ущерба; социальный, материальный и экологический ущербы; число возможных поражающих факторов, формирующихся в результате реализации на объекте существующих опасностей (взрыв, пожар, выбросы химически опасных веществ); число рассматриваемых зон риска, расположенных в пределах круга вероятного поражения; число степеней поражения человека; число составляющих материального ущерба; число составляющих экологического ущерба; потенциальный риск возникновения чрезвычайной ситуации для реципиента.

Метод оценки рисков на основе матрицы «вероятность-ущерб». Сущность метода заключается в том, что эксперт для каждой ситуации определяет ранг вероятности её наступления (например: низкая вероятность, средняя вероятность, высокая вероятность) и соответствующий этой ситуации потенциальный ущерб (например: малый, средний, большой).

На пересечении соответствующего столбца и строки находим искомую условную величину риска. При этом величина риска может быть представлена и в количественном выражении (например, как показано в табл.1).

Таблица 1 – Матрица оценки риска

Этот метод является наиболее часто применяемым в развитых странах ввиду своей простоты. Кроме того, поскольку в большинстве развитых стран оценка рисков на рабочих местах является законодательной обязанностью работодателя, то применение такого простого метода позволяет работодателю выполнить государственное нормативное требование охраны труда с наименьшими затратами.

Очевидным недостатком этого метода является его абсолютная субъективность. Понятно, что различные эксперты будут оценивать одну и ту же ситуацию по-разному, основываясь на личных знаниях, опыте, ощущениях, даже личном настроении. Не факт, что один и тот же эксперт некоторое время спустя может оценить тот же риск на том же рабочем месте по-другому.