параллельно-последовательных структур

       Пусть некоторая техническая система D составлена из n элементов (узлов). Допустим, надежности элементов нам известны. Возникает вопрос об определении надежности системы. Она зависит от того, каким образом элементы объединены в систему, какова функция каждого из них и в какой мере исправная работа каждого элемента необходима для работы системы в целом.

       Параллельно-последовательная структура надежности сложного изделия дает представление о связи между надежностью изделия и надежностью его элементов. Расчет надежности ведется последовательно, начиная от расчета элементарных узлов структуры к ее все более сложным узлам. Например, в структуре узел, состоящий из элементов 1-2 –элементарный узел, состоящий из элементов 1-2-3-4 – сложный. Эта структура может быть сведена к эквивалентной, состоящей из элементов 1-2-3-4 и элемента 5, соединенных последовательно. Расчет надежности в данном случае сводится к расчету отдельных участков схемы, состоящих из параллельно и последовательно соединенных элементов.

       Система с последовательным соединением элементов. Самым простым случаем в расчетном смысле является последовательное соединение элементов системы. В такой системе отказ любого элемента равносилен отказу системы в целом. По аналогии с цепочкой последовательно соединенных проводников, обрыв каждого из которых равносилен

размыканию всей цепи, мы и называем такое соединение «последовательным». Следует пояснить, что «последовательным» такое соединение элементов является только в смысле надежности, физически они могут быть соединены как угодно. С позиции надежности такое соединение означает, что отказ устройства, состоящего из этих элементов, происходит при отказе элемента 1, или элемента 2, или элемента 3, или элемента n. Условие работоспособности можно сформулировать следующим образом: устройство работоспособно, если работоспособен элемент 1, и элемент 2, и элемент 3, и элемент n.

ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК

                           2.1. Понятие техногенного риска

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

      Ожидаемый (прогнозируемый) риск R - это произведение частоты реализации кон­кретной опасности на произведение вероятностей нахождения человека в «зоне риска» при различном регламенте технологического процесса:

 

       Величина риска определяется как произведение величины неже­лательного события на вероятность его наступления, т. е. как ма­тематическое ожидание величины нежелательных последствий. 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.

 

Виды риска

 

                          Рисунок 11. 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 надежности элементов техносферы, выражающий вероятность аварии (катастрофы) при эксплуатации производственного оборудования и реализации технологических процессов:

 

;

где Rт – 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.

     

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 оценнть 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-четвертых, анализ риска нужно рассматривать как процесс решения многокритериальных задач, которые могут возник­нуть как компромисс между сторонами, заинтересованными в определен­ных результатах анализа.

       Анализ риска может быть определен 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 неопределенностей; 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.О бычно 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.

 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).

Большой ущерб (1,0)	0,3	0,7	1
Средний ущерб (0,7)	0,2	0,5	0,7
Малый ущерб (0,3)	0,1	0,2	0,3
	Низкая вероятность (0,3)	Средняя вероятность (0,7)	Высокая вероятность (1,0)

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.

                                                                

                 2.5 Управление безопасностью с использованием теории риска

       Управление риском – это часть системного подхода к принятию решений, процедур и практических мер в ре­шении задач предупреждения или уменьшения опасности промышленных аварий для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба материальным ценностям и окружающей природной среде.

       В принципах управления риском заложены стратегические и тактические цели. В стра­тегических целях выражено стремление к достижению максимально возможного уровня бла­госостояния общества в целом, а в тактических – стремление к увеличению безопасности на­селения, продолжительности жизни. Важнейшим принципом является положение о том, что в управление риском должен быть включен весь совокупный спектр существующих в обществе опасностей, и общий риск от них для любого человека и для общества в целом не может превышать "приемлемый" для него уровень. Политика в области управления риском должна строиться в рамках строгих ограничений на воздействие на технические системы и природные экосистемы, состоящих из требований о не превышении величин воздействий предельно допустимых уровней, пре­дельно допустимых концентраций и предельно допустимых экологических нагрузок на эко­системы. схема процесса управления риском представлена на рисунке.

         Общность и различие процедур оценки и управления риском. Общим в оценке риска и управлением риском является то, что они – две стадии единого процесса принятия решения, основанного на характеристике риска. Общность обусловле­на их главной целью – определением приоритетов действий, на­правленных на уменьшение риска до минимума, для чего необходимо знать как его источники и факторы, так и наиболее эффектив­ные пути его сокращения.

      Основное различие между двумя понятиями заключается в том, что оценка риска строится на естественнона­учном и инженерном, изучении источника (например, химического объекта) и факторов риска (например, загрязняющих веществ с учетом особенностей конкретной технологии и экологической обстановки) и механизма взаимо­действия между ними. Управление риском опирается на экономический и со­циальный анализ, а также на законодательную базу, которые не нужны и не используются при оценке риска. Управление риском имеет дело с анализом альтернатив по минимизации риска, т.е. является, по сути дела, частным случаем класса многокритериальных задач принятия решения в условиях неопредленности. Оценка риска служит основой для исследования и выра­ботки мер управления.

      Заключительная фаза процедуры оценки риска одновременно является первым звеном процедуры управления риском Для принятия управляющих решений необходимы: наличие информационной системы, позволяющей оперативно контролировать суще­ствующие источники опасности и состояние обьектов возможного поражения; сведения о предполагаемых направлениях хозяйственной деятельности, проектах и технических решениях, которые могут влиять на уровень техногенной и экологической безо­пасности; экспертиза безопасности и сопоставление альтернативных проектов и технологий, яв­ляющихся источниками риска.

 

Рис. 12. Система оценки риска

 

2.6 Механизм определения последствий аварий

Оценка производственных опасностей считается законченной, если известны воз

можные последствия аварии. По этой причине последняя ступень оценки опасностей заключается в анализе последствий, которые могут иметь место в результате крупной аварии, как для всего предприятия, так и для работающих, населения, живущего в его окрестностях, и окружающей среды. Результаты этого анализа используются для разработки плана защитных мер, обеспечения работы противопожарных служб, аварийных и защитных систем.

Если части отчета касаются технических и организационных мер безопасности, то эта его часть содержит:

а) описание аварии (например, разрушение стенок или трубопровода,

выход из строя предохранительного клапана, пожар и т. д.);

б) оценка возможных утечек (выбросов) опасных веществ или энергии

(в результате взрыва);

в) сведения о количестве выброшенного вещества (токсичного, воспламеняющегося, взрывоопасного);

г) расчет дисперсии вещества выброса (газа или испаряющейся жидкости);

д) оценка эффекта (токсичное воздействие, тепловыделения, взрывная волна);

ж) оценка эффектов выбросов или взрывов (размеры пораженных площадей,

воздействия на здоровье людей, размер материального ущерба).

         В помощь таким оценкам предлагаются уже разработанные модели, описанные в литературе, касающейся анализа риска, защиты и действиям в чрезвычайных ситуациях. В качестве дополнительной информации в оценку опасностей должны входить сведения об известных случаях отказов аналогичных систем и аварий, имеющих место как на данном предприятии, так и любом другом аналогичном производстве.

       Рекомендуется, чтобы в отношении элементов системы безопасности использовался анализ опасностей и опасных производственных процессов, документация по которому может включаться в отчет по безопасности. В тех случаях, когда оценка ведет к выявлению особо чувствительных свойств элементов системы безопасности (предохранительных приспособлений, контрольной аппаратуры или действий работающего персонала), необходимо учитывать надежность этих свойств. При этом выявляется достаточность мер, принятых для того, чтобы избежать аварии. В противном случае выявленные особо чувствительные элементы системы безопасности следует усовершенствовать и таким образом повысить их надежность.

       Если помимо влияния вида отказа рассматривается еще и степень его серьезности

или относительный вес, то процедура называется анализом критичности отказов. В этом случае каждый вид отказа ранжируется с учетом двух составляющих критичности — вероятности (или частоты) и тяжести последствий отказа. Понятие критичности близко к понятию риска и может быть использовано при более детальном анализе риска аварии.                  Определение параметров критичности необходимо для выработки указаний и приоритетности мер безопасности.

      При анализе необходимо выделить четыре группы объектов, которым может быть нанесен ущерб от опасности (аварии): персонал, население, окружающая природная среда, материальные объекты (оборудование, сооружения промышленных предприятий и близлежащих населенных пунктов). Анализ критичности (АК) классифицирует элементы по различным категориям критичности для различных видов отказов.

      Категория 1. Отказ, потенциально приводящий к жертвам.

      Категория 2. Отказ, потенциально приводящий к невыполнению основной

задачи.

      Категория 3. Отказ, приводящий к задержкам, сбою или потере работоспособности.

      Категория 4. Отказ, приводящий к дополнительному, незапланированному

обслуживанию.