ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 646
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
А. Б. Корчагин, В. С. Сердюк, А. И. Бокарев
Надежность технических систем
и техногенный риск
Учебное пособие в двух частях
Часть 1. Основы теории
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром
высшего профессионального образования для межвузовского использования
в качестве учебного пособия для студентов специальностей
направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности»
Омск
Издательство ОмГТУ
2011
УДК 62-192.002.5(073)
ББК 30.14я73
К70
Рецензенты:
А. И. Володин, д-р техн. наук, проф., проректор по учебной работе ОмГУПС;
В. В. Титенко, канд. техн. наук, доц., проректор по учебной работе СибАДИ
Корчагин, А. Б.
К70 Надежность технических систем и техногенный риск : учеб. пособие : в 2 ч. / А. Б. Корчагин, В. С. Сердюк, А. И. Бокарев. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011.
ISBN 978-5-8149-1066-0
Ч. 1 : Основы теории. – 228 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-1067-7
Учебное пособие посвящено вопросам анализа и последующего расчета надежности технических систем и сопутствующего риска. Состоит из двух частей. В первой части изложены основы теории надежности. Рассмотрены основные понятия, описаны математические модели объектов и методы их анализа. Приведены данные об отказах элементов и систем, о методах поддержания работоспособности. Дана последовательность построения графов.
Предназначено для студентов специальностей направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности»; может быть полезным при профессиональной переподготовке специалистов.
УДК 62-192.002.5(073)
ББК 30.14я73
I
© ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2011
SBN 978-5-8149-1067-7 (ч. 1)
ISBN 978-5-8149-1066-0
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ 9
1.1. История развития научно-технического направления «надежность» 9
1.2. основные понятия и определения теории надежности 10
1.3. Классификация и характеристики отказов 13
2. КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ 17
2.1. Основные понятия и определения 17
2.2. Теорема сложения вероятностей 20
2.3. Теоремы умножения вероятностей 21
2.4. Теорема о повторении опытов 21
2.5. Формула полной вероятности 22
2.6. Формула Байеса (формула вероятностей гипотез) 22
2.7. Законы распределения случайной величины 23
2.8. Числовые характеристики случайных величин 26
3. Показатели безотказности объектА 30
3.1. Предварительные сведения 30
3.2. Показатели безотказности невосстанавливаемых объектов 32
3.3. Показатели безотказности восстанавливаемых объектов 35
3.4. Показатели долговечности объектов 41
3.5. Показатели сохраняемости объектов 44
3.6. Экономические показатели надежности объектов 45
3.7. Комплексные показатели надёжности объектов 45
4. Математические модели теории надежнОсти 48
4.1. Статистическая обработка результатов испытаний 48
4.2. Надежность объектов в период нормальной эксплуатации 49
4.3. Надежность объектов при постепенных отказах 53
4.3.1. Нормальный закон распределения наработки до отказа 54
4.3.2. Усеченное нормальное распределение 58
4.3.3. Логарифмически нормальное распределение 60
4.3.4. Гамма-распределение 62
4.3.5. Распределение Вейбулла – Гнеденко 63
4.4. Совместное действие внезапных и постепенных отказов 66
4.5. Надёжность восстанавливаемых объектов. Постановка задачи.
Общая расчетная модель 67
4.5.1. Показатели надежности восстанавливаемых объектов 70
4.5.2. Связь логической схемы надежности с графом состояний 76
4.6. Пример расчета безотказности с использованием модели
«прочность – нагрузка» 77
5. Структурно-логический анализ технических систем 82
5.1. Надёжность систем. Структурная схема надежности системы 82
5.2. Расчёт надёжности систем с последовательным соединением
элементов 87
5.3. Расчет надежности систем с параллельным соединением элементов 89
5.4. Анализ сложных систем 91
5.5. Расчет структурной надежности систем 94
5.5.1. Системы типа «m из n» 94
5.5.2. Мостиковые схемы 98
5.5.3. Комбинированные системы 105
6. Методы повышения надежности ТЕХНИЧЕСКИХ систем 108
6.1. Резервирование 108
6.2. Кратность резервирования и основные расчетные формулы 112
6.3. Замечания к расчетам надежности систем с резервированием 123
7. Опасности технических систем и защита от них 131
7.1. Анализ риска 131
7.2. Выбор методов анализа риска 132
7.3. Методы проведения анализа риска 134
7.3.1. Анализ опасностей и связанных с ними проблем 134
7.3.2. Анализ видов, последствий и критичности отказов 134
7.3.3. Анализ диаграммы всех возможных последствий
несрабатывания или аварии системы
(«дерево неисправностей») 136
7.3.4. Анализ диаграммы возможных последствий события
(«дерево событий») 136
7.3.5. Предварительный анализ опасностей 139
7.3.6. Оценка влияния на надежность человеческого фактора 140
7.3.7. «Дерево решений» 140
7.3.8. Таблица решений 142
8. Построение «дерева неисправностей» 143
8.1. «Дерево неисправностей» как модель структуры отказов системы 143
8.2. Достоинства «дерева неисправностей» 144
8.3. Недостатки «дерева неисправностей» 145
8.4. Структура «дерева неисправностей» 145
8.5. Логические символы 146
8.6. Правила применения логических символов 150
8.7. Символы событий 154
8.8. Последовательность построения «дерева неисправностей» 157
9. Расчет риска 170
9.1. Количественная оценка риска 170
9.2. Определение величины риска сокращения продолжительности жизни
от воздействия радиоактивного загрязнения 171
9.3. Определение величины риска заболевания профессиональной
вибрационной болезнью 172
9.4. Метод «дерева рисков» 175
9.5. Метод рейтинговой оценки риска 178
9.6. Метод полуколичественной оценки риска 182
10. Прогнозирование аварий и катастроф 183
10.1. Номенклатура аварий и катастроф 183
10.2. Статистика аварий и катастроф 185
10.3. Причины аварийности на производстве 187
10.4. Человеческий фактор как источник риска 190
10.5. Факторы производственной среды и их влияние на надежность
системы «человек – машина» 194
10.6. Применение распределения Пуассона для оценки риска аварий 195
10.7. Примеры оценки риска аварий 202
10.8. Примеры определения вероятности безотказной работы
технической системы 202
11. Обеспечение надежности 209
11.1. Организация работ по обеспечению надёжности 209
11.2. сертификация систем обеспечения надёжности 212
11.3. Подготовленность к аварийным ситуациям и реагирование на них 215
11.3.1. Цель мероприятий по обеспечению аварийной
подготовленности 215
11.3.2. Задачи организации по обеспечению аварийной
подготовленности 216
11.3.3. Действия по обеспечению аварийной подготовленности 217
11.3.4. Анализ произошедших аварий 217
11.3.5. Предупреждение, локализация, ликвидация и учет
аварийных ситуаций и аварий 218
11.3.6. Техническое обеспечение аварийной подготовленности
и реагирования 220
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 222
Библиографический список 223
ВВЕДЕНИЕ
Стратегическим ресурсом общества, занимающим ключевое место в экономике, образовании и культуре, становится информация. В частности, информация о техническом состоянии оборудования и работоспособности персонала имеет первостепенное значение для решения задач обеспечения надежности, безопасности и экономической эффективности сложных систем.
Появляются все более сложные конструктивно и чрезвычайно опасные для обслуживающего персонала и окружающей среды уникальные системы (летательные аппараты, ядерные энергетические установки, химические комплексы и др.), таким образом, проблема надежности технических систем становится все более актуальной.
Несмотря на разнообразие литературы по теории надежности, испытывается недостаток в учебных пособиях, которые могут быть рекомендованы студентам, обучающимся по специальностям направления «Безопасность жизнедеятельности». В качестве примера можно упомянуть как библиографическую редкость изданный в 1988 г. учебник по теории надежности Э. Дж. Хенли и Х. Кумамото в переводе В. С. Сыромятникова и Г. С. Деминой, а также
изданный в 1972 г. сборник задач по теории надежности под редакцией
А. М. Половко и И. М. Маликова.
Предлагаемое учебное пособие призвано восполнить недостаток в учебной литературе. Замысел авторов состоял в том, чтобы теоретический материал дополнялся примерами решения задач и примерами анализа и количественной оценки надежности и риска технических систем.
Целью данной работы является оказание помощи студентам в усвоении, систематизации и применении знаний в области надежности и техногенных рисков; издание может стать теоретической базой при выполнении контрольных и курсовых заданий, подготовке выпускных квалификационных работ, а также при решении технических и организационных задач по технической и промышленной безопасности.
Учебное пособие состоит из двух частей. Структура первой части подчинена логике и последовательности изучения общепрофессиональной дисциплины федерального компонента ГОС ВПО «Надежность технических систем и техногенный риск».
Первая глава знакомит читателя с краткой историей развития теории надежности, с основными понятиями, классификацией и характеристиками отказов.
Во второй главе изложены основы теории вероятностей, являющейся неотъемлемой частью теории надежности, особое внимание уделено определению вероятности с целью избавления от формулировок типа «вероятность чего-либо есть вероятность…».
Третья глава посвящена показателям безотказности невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов, в том числе экономическим и комплексным.
В четвертой главе представлены математические модели теории надежности, даны принципы определения надежности объектов в разные периоды их эксплуатации.
Пятая глава раскрывает содержание основных принципов структурно-логического анализа технических систем. Большое внимание уделено методам расчета и анализа надежности различных типов сложных систем.
В шестой главе рассмотрены методы повышения надежности технических систем, а также классификация методов резервирования.
Седьмая глава посвящена опасностям технических систем и способам защиты от них. Приведены критерии выбора методов анализа риска, опасностей, видов отказов, последствий отказов. Дана оценка влияния человеческого фактора на надежность систем.
В восьмой главе подробно описано построение «дерева неисправностей», сочетающего в себе количественные и качественные приемы анализа надежности технической системы.
В девятой главе даны характеристики методов анализа и расчета риска в неразрывной связи с оценкой надежности.
Десятая глава раскрывает содержание задач прогнозирования аварий и катастроф. Приведены сведения о формировании номенклатуры и организации ведения статистики аварий и катастроф.
Одиннадцатая глава описывает методы организации и сертификации работ по обеспечению надежности, показывает цели и задачи аварийного реагирования и аварийной подготовленности.
Ряд глав учебного пособия дополнен контрольными вопросами и задачами.
В части второй пособия изложены примеры и практические рекомендации по решению задач, связанных с анализом надежности и риска различных технических систем; приведены разработанные авторами контрольные задания с вариантами исходных данных. В приложениях ко второй части содержится информация об интенсивностях отказов элементов.
Авторами учебного пособия являются: А. Б. Корчагин, канд. техн. наук,
В. С. Сердюк, д-р техн. наук, А. И. Бокарев, канд. техн. наук. В подготовке пособия к публикации принимала участие К. В. Марченко.