Файл: Методические указания к выполнению домашней работы по разделу т еоретические основы бжд по курсу Безопасность жизнедеятельности для студентов факультета дистанционного образования.doc

системные методы оценки надежности
технических систем

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

системные методы оценки надежности
технических систем
Методические указания к выполнению домашней работы по разделу «теоретические основы БЖД» по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов факультета дистанционного образования

Печатается по решению
редакционно-издательского совета
ГОУ ВПО «УГТУ – УПИ»

Екатеринбург

2005

УДК 621. 311. 22: 6р 283
Составитель: А.А.Волкова
Научный редактор – доц., канд. техн. наук Э.Л.Боксер
системные методы оценки надежности технических систем: Методические указания к выполнению домашней работы по разделу «теоретические основы БЖД» по курсу «Безопасность жизнедеятельности»/А.А.Волкова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2005. 23 с.

В методических указаниях приведены основные положения системного подхода при оценке безопасности, а также элементы теории надежности. Описаны графоаналитические методы анализа развития опасной ситуации: метод «дерева событий» и «дерева отказов», а также некоторые методы расчета показателей надежности технических систем.

Приведены варианты заданий, методические указания с примерами.

Методические указания предназначены для студентов факультета дистанционного образования.

Библиогр.: 10 назв. Табл. 4. Рис. 7.

Подготовлено кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» и факультетом дистанционного образования

УДК 621. 311. 22: 6р 283

©ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет – УПИ», 2005

Общие методические указания по выполнению домашней работы

Задание включает 3 задачи.
Вариант задания выбирается по последней цифре номера зачетной книжки.
Задание выполняется четко и аккуратно; допустимо как рукописное, так и компьютерное оформление.
Решения задач в необходимых случаях следует сопровождать эскизами, выполненными с соблюдением требований технического черчения.
В текстовой части необходимо делать ссылки на графический материал, а также на использованную литературу.

Основные положения системного подхода при оценке безопасности систем

Основные положения системного анализа

Системный анализ изучает закономерности образования и функционирования сложных многоуровневых систем. Помимо строго формализованных (кибернетических) методов системный анализ разрабатывает и предлагает для практического применения эвристические и содержательные методики, которые позволяют не только исследовать и проектировать сложнейшие системы, но и эффективно управлять ими.

Преимущества системного подхода при оценке безопасности системы человек – среда обитания доказаны практикой.

Система – это совокупность взаимосвязанных компонентов, взаимодействующих между собой таким образом, чтобы выполнять заданные функции при определенных условиях.

В рамках системного анализа изучаются не только элементы системы, но и связи между ними.

Основные понятия теории надежности

Разработана системная теория надежности, позволяющая количественным образом оценивать надежность системы. Системная методология надежности дает возможность осуществлять анализ комплексно, включая индуктивный и дедуктивный методы.

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, позволяющих выполнять требуемые функции.

Для количественной оценки надежности применяют вероятностные методы и величины.

Одно из основных понятий теории надежности – отказ.

Отказ – это нарушение работоспособного состояния технического устройства из-за прекращения функционирования или из-за резкого изменения его параметров.

В теории надежности оценивается вероятность отказа, т.е.. вероятность того, что техническое средство откажет в течение заданного времени работы. Всовременных технических системах интенсивность отказов лежит в пределах 10^-7– 10^-8 1/ч. Теория надежности позволяет оценить срок службы, по окончании которого техническое средство вырабатывает свой ресурс и должно подвергнуться капитальному ремонту, модернизации или замене.

Техническим ресурсом называется продолжительность непрерывной или суммарной периодической работы от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Количественная информация о надежности накапливается в процессе эксплуатации технических систем и используется в расчетах надежности. При этом выявляются ненадежные элементы и факторы, ускоряющие или вызывающие отказы, слабые места в конструкции; вырабатываются рекомендации по улучшению устройств и оптимальным режимам их работы.

При таком подходе принимают в расчет и строение системы, и свойства отдельных ее компонентов, причем

а) под системой понимают совокупность машин, оборудования, средств управления и операторов, требуемую для достижения определенной цели либо для реализации проекта;

б) реальная система представляется в виде некоторого образа, называемого моделью системы. Под моделями понимают отображения всех параметров систем, выполненные таким образом, что они передают взаимосвязь этих параметров. Моделирование неизбежно сопровождается некоторым упрощением и формализацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и/или математических (функциональных) отношений.

Цель системного анализа безопасности состоит в том, чтобы выявить причины, влияющие на появление нежелательных событий (аварий, катастроф, пожаров, травм и т.п.) и разработать предупредительные мероприятия, уменьшающие вероятность их появления.

Проблему можно разделить на два главных аспекта:

а) определение и описание типов отказов и сбоев;

б) определение последовательности или комбинации отказов между собой и с «нормальными» событиями, приводящими в конечном счете к появлению нежелательных последствий.

1 2 3 4 5 6

Общий метод определения возможности возникновения аварийного состояния

Технологическое оборудование, размещенное в производственных помещениях, можно разбить на три основные группы:

1) реакционные аппараты, промежуточные емкости, машины;

2) коммуникации–трубопроводы;

3) запорную арматуру (задвижки, краны, фланцевые и резьбовые уплотнения и т. п.).

Газы или пары горючих жидкостей, находящиеся в технологическом оборудовании под давлением выше атмосферного, могут попасть в помещение при нарушении целостности оборудования. При этом через запорную арматуру будет происходить медленная их утечка, при разрыве трубопровода – истечение струёй, при разрыве корпуса аппарата или срыве крышки–мгновенный выброс.

В каждом случае количество газа, попавшего в атмосферу помещения, может быть определено с некоторым допущением, если, например, известен диаметр трубопровода или емкость аппарата.

При медленной утечке газа взрывоопасная смесь образуется в течение времени, которого вполне достаточно для приведения в действие вытяжной вентиляции и осуществления других противоаварийных мероприятий. При разрыве трубопроводов диаметром в несколько сантиметров взрывоопасная концентрация может образоваться в течение 2–3 мин; при разрыве аппаратуры или емкости это происходит за несколько секунд.

Таким образом, всегда необходимо знать, в какой группе элементов наиболее вероятно и возможно возникновение аварийного состояния. Для этой цели применимы вероятностные методы математической статистики.

Режим и условия работы каждой группы оборудования можно определить по срокам службы на основании технической документации. Но так как срок службы до некоторой степени является случайной величиной, необходимо знать плотности вероятного распределения продолжительности службы каждой группы оборудования. При условии, что все оборудование цеха может стать источником выхода газов и, следовательно, имеется К групп по n элементов, справедлива теорема, согласно которой при большом числе независимых элементов с малой интенсивностью отказов суммарный поток отказов будет близок к

простейшему по истечении некоторого времени, независимо от законов распределения сроков службы этих элементов.

простейшим стационарным пуассоновским потоком называется поток, обладающий следующими тремя свойствами:

стационарностью, если попадание того или иного числа отказов на участок времени τ зависит только от длины участка и не зависит от того, где именно на оси 0τ расположен этот участок. Если оборудование эксплуатируется на стационарном участке кривойλ = f(τ), где λ – интенсивность отказов, то это условие выполняется;
отсутствием последействия, если для любых неперекрывающихся участков времени число событий (в данном случае – отказов), попадающих на один из них, не зависит от числа событий (отказов), попадающих на другие участки;
ординарностью, если вероятность попадания на элементарный участок Δτ двух или более событий пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью попадания одного события (отказа).

В случае простейшего потока событий вероятность р появления mсобытий в интервале времени от t до t+τ находится по закону Пуассона:

, (3.1)

где λτ – среднее число событий (в нашем случае – отказов) в интервале времени τ; λ – параметр потока отказов;

В частности, вероятность того, что за интервал времени, принятый за единицу, не произойдет ни одного отказа (m=0), равна