Концепція безпечного функціонування

Концепція безпечного функціонування та основи самоорганізації складних технічних систем

Сучасні методи і засоби проведення наукових досліджень

Розділ 3

Запис, подання та зображення результатів спостережень

В експериментальній роботі дуже велике значення має повний, систематичний, грамотний запис результатів первинних спостережень. У щоденник повинні заноситись усі величини та умови проведення досліду, які впливають або можуть вплинути на результат вимірювання. Краще всього, якщо спостерігач заздалегідь розробить однакову серії дослідів таблицю, в яку буде заносити всі необхідні дані. Первинні дані лише тоді представляють цінність для спостерігача чи для осіб, які обробляють дані, коли за ними можна простежити та з’ясувати весь хід досліду та умови, в яких він проводився.

При сучасному розвитку вимірювальної техніки все більше застосовується автоматична реєстрація результатів та умов спостережень у вигляді цифрового матеріалу, або у вигляді графіків. З одержаних даних досліджувач вибирає величини, які його цікавлять, причому спочатку без будь-якого відбракування, і складає з них робочі таблиці. У багатьох випадках для більшої точності на основі таких таблиць будують графіки залежності спостережуваних величин від експериментальне змінюваних величин аргументів.

7.8 Контрольні запитання

1. Що таке вимірювання?

2. Вимоги до методів вимірювання.

3. Назвіть типи похибок вимірювання.

4. Як визначаються похибки вимірювання?

5. Що таке планування експерименту?

6. Що таке експериментальний експеримент?

7. Яким чином описується поняття «об’єкта дослідження»?

8. Що таке параметри оптимізації?

9. Що таке фактори оптимізації?

10. Що таке пасивний і активний експеримент?

11. Параметри і факти оптимізації технологічного процесу.

12. Які вимоги ставляться до параметрів оптимізації?

13. Які вимоги ставляться до факторів оптимізації?

14. Поверхня відгуку і рівняння регресії.

15. Методи обробки експериментальних даних.

16. Яким чином здійснюється запис, подання та зображення результатів досліджень?

В останній час людство переживає епоху науково-технічного прогресу і в той же час епоху криз, аварій, катастроф. Сучасні кризи є наслідком діяльності самої людини, наслідком неконтрольованої взаємодії з навколишнім середовищем. На думку Вернадського, діяльність людини можна порівняти з дією природи, що підтверджують екологічна, сировинна та енергетична кризи.

Найбільш актуальною проблемою сучасності є безпека людей і навколишнього середовища, робочих процесів і технологій, машин, устаткування, складних технічних систем (СТС) і унікальних споруд. Найбільш великі техногенні аварії та катастрофи, які мали місце в останнє десятиріччя, принесли багато тисяч людських жертв, спричинили велику шкоду навколишньому середовищу.

До найбільш важких наслідків приведи аварії та катастрофи техногенного характеру, які учинилися на атомних реакторах у США і Україні, на підприємствах нафто- і газохімічного комплексу у США, ФРН, Росії; на трубопровідних системах, залізничному і морському транспорті тощо, а також природно-техногенного і природного характеру – землетруси, урагани, цунамі, повені тощо.

У нинішній час в Україні продовжують експлуатацію сотні потенційно небезпечних промислових об’єктів. Насичення господарства України складними технічними системами підвищеного ризику і низької надійності у зонах високої концентрації населення різко збільшує небезпеку техногенних і природно-техногенних аварій та катастроф.

Найбільш загальна класифікація аварій та катастроф може ґрунтуватися на двох принципах: спадковому та причинному.

Спадкова класифікація повинна ураховувати такі фактори:

· гуманітарний – загальна кількість жертв і постраждалих;

· економічний – сукупний матеріальний збиток;

· екологічний – повну величину площі і ступеня забруднення навколишнього середовища.

Ці фактори допускають у принципі чисельну оцінку. Так, виразивши по певній системі збиток від кожного фактора у балах, можна получити у підсумку повний бал аварії або катастрофи. Таким чином можна отримати для аналізу такі відомі основні класи аварій та катастроф: глобальні, національні, регіональні, місцеві, об’єктові.

Причинна класифікація – це перш за все, розподіл на природні, техногенні та природно-техногенні аварії та катастрофи. Головну і зростаючу небезпеку для людини і навколишнього середовища викликають техногенні аварії та катастрофи (Чорнобильська АЕС).

Безпеку функціонування СТС в цілому можна звести до безпеки і надійності окремих елементів цих систем. Це підтверджується і аналітично і багаторічною практикою експлуатації СТС.

Концепція безпеки та надійності СТС. Визначення безпеки і поняття небезпеки. Розгляд проблеми небезпеки неможливо без точного і повного визначення самого поняття «безпека». Наведемо визначення цього терміна, який має міжнародне визначений характер: «безпека – захист окремих осіб, суспільства та навколишнього середовища від надмірної небезпеки», де під терміном «небезпека» розуміється любий фактор, вплив якого може призвести до несприятливого відхилення здоров’я людини або стану навколишнього середовища від їх середньостатистичних значень. Більш стисло, використовуючи тільки ключові слова, це визначення має вид: «безпека – захист від надмірної небезпеки». Зміст цього визначення полягає, таким чином, в його практичному, реалістичному характері. Безпека розуміється не як відсутність всякої небезпеки, а як відсутність або навіть тільки захист від існуючої надмірної небезпеки. Таким чином признається неминучість постійного існування поряд з людиною якоїсь небезпеки, яка не перевищує критичного рівня, який визначає поняття «надмірної» небезпеки. Відмінність понять «допустимої» та «надмірної» небезпеки є ключовим, принциповим моментом поняття безпеки.

Будемо вважати приведене визначення достатньо точним для розгляду проблеми безпеки. Оскільки воно визначає поняття «безпеки» через поняття «небезпеки», то подальший аналіз проблеми безпеки потребує розгляду поняття небезпеки.

Якісно небезпеки для людини можна умовно розподілити на чотири групи:

1. Природні небезпеки: природні катастрофи (землетруси, повені, засуха тощо), несприятливі зміни клімату.

2. Воєнна небезпека: міждержавні і внутрішні війни, служба в армії у мирний час.

3. Соціальні небезпеки: тероризм, кримінальна небезпека, низький рівень життя.

4. Техногенні небезпеки: аварії та катастрофи на промислових підприємствах і транспорті, забруднення навколишнього середовища у результаті нормальної роботи виробництва та аварій.

Концепція ризику. Оскільки центральним для всієї проблеми безпеки є поняття небезпеки, то необхідно більш докладніше проаналізувати це поняття. Для того, щоб поняття небезпеки набуло не тільки теоретичне, але і практичне значення, необхідно придати йому кількісну визначеність, тобто необхідно якимось чином виміряти небезпеку. Одиниця вимірювання величини небезпеки і сам смисл цієї величини повинні відображати природу цього поняття. Природа небезпеки – це можливість якоїсь несприятливої події, небезпека містить в собі щось потенційне – те, що може відбутися. Вона має, отже, випадкову природу, і єдиним засобом для вимірювання її величини є поняття ймовірності.

Чим більше ймовірність наставання несприятливої події, тим більше небезпека, яка виходить з цієї можливої події. Ймовірність несприятливої події прийнято називати ризиком. Таким чином, величина небезпеки якоїсь визначеної несприятливої події вимірюється ризиком – чим більше ризик, тим більше небезпека і навпаки.

Небезпека події. Небезпека якоїсь визначеної несприятливої події є сполучення тяжкості наслідку цієї події та ризику події. Це сполучення двох різнорідних факторів не приводить до деякої єдиної величини, яка дозволяє зрівнювати небезпеки усяких подій, що було би бажано. Легко зрівнювати небезпеки двох подій у випадку, коли вони мають однакову тяжкість наслідків, але різні ризики, або навпаки. Порівняння небезпеки якісно різних подій є дуже непростою проблемою Особливо важливою вона стає при обґрунтуванні та проектуванні нових підприємств, будівництві трубопроводів, на транспорті тощо.

Використання поняття ризику, який має ймовірно-статистичну природу, при розповсюдженні у колах проектантів, конструкторів та інженерів зустрічає значні психологічні труднощі. Вони викликані двома обставинами. По-перше, само поняття ймовірності є одним із самих важких наукових понять. По-друге, використання ймовірних понять у питаннях безпеки, коли мова йде про людське життя, для багатьох є неприйнятним і по моральним уявленням. Однак, мабуть іншого поняття та інших методів опису потенційної природи небезпеки, крім методів теорії ймовірності, не існує.

Індивідуальний ризик. Так як всі небезпеки зводяться до небезпеки для здоров’я або життя окремої людини, то центральним поняттям теорії небезпеки можна вважати поняття індивідуального ризику. Індивідуальним ризиком називається ймовірність загибелі або певного порушення здоров’я для однієї людини впродовж певного часу від певної причини. Оскільки число поранених при аваріях звичайно взаємозв’язане з числом загиблих, то, як правило, використовується поняття фатального індивідуального ризику, тобто ризику загибелі людини. У подальшому під індивідуальним ризиком будемо розуміти саме фатальний ризик. Як відрізок часу для вимірювання ризику вибирають частіше один рік.

Індивідуальний ризик поділяють на загальногромадянський, якому піддягають всі мешканці даної держави або регіону, і такий, що приймається добровільно.

Техногенний ризик. Техногенним будемо називати усякий вид ризику, спричиняється функціонуванням технічних об’єктів. Техногенний ризик може бути індивідуальним професіональним (для працюючих на даному об’єкті), індивідуальним регіональним (для мешканців району біля об’єкту), а також може визначатися як ризик аварії на об’єкті.

Ризик наставання будь-якої аварійної ситуації на заданому відрізку часу називається конструкційним ризиком даного об’єкту Q або повним об’єктовим аварійним ризиком. Якщо до нього добавити ризик С, який виникає через забруднення території об’єкту і навколишнього середовища шкідливими речовинами, то отримаємо повний об’єктовий ризик

(8.1)

Можливість складання ризиків обумовлена незалежністю небажаних подій (ймовірності небажаних подій по законах теорії ймовірності складаються).

Зв’язок між повним об’єктовим ризиком та індивідуальним ризиком можна представити у вигляді

, (8.2)

де z – коефіцієнт, який враховує соціальні, економічні, психологічні та інші фактори, які важко представити у аналітичній формі; N – число людей, які підлягають небезпеці. Коефіцієнт z змінюється у межах від 0,1 до 10.

Безпека СТС. Практично всі сучасні машини і споруди являють собою складні технічні системи (СТС). Багато з них є небезпечними.

Безпека СТС – це властивість не створювати надмірної небезпеки для людей та навколишнього середовища, тобто безпечна СТС є такий технічний об’єкт, небезпека якого не перевищує деякого критичного значення. Небезпека підприємства може полягати у можливості аварії – це аварійна небезпека. Небезпека може полягати і в тому, що виробляються і поступають в навколишнє середовище шкідливі речовини, але продукція підприємства є екологічно чистою і безпечною – це екологічна небезпека. Небезпечна продукція являє собою третій вид небезпеки.

Перший вид – аварійна небезпека, найбільш важко усувається. Решта небезпек усуваються або зменшуються зміною технології і залежать в основному від економічних факторів. Тому у подальшому будемо розглядати тільки аварійну небезпеку СТС.

Аварію будемо розуміти як будь-яке відхилення від штатної регламентованої роботи СТС, яке приводить до матеріальних збитків і (або) людських жертв. Усі аварії можна розподілити на три групи по тяжкості наслідків – малі, середні і великі.

Всі аварії являють собою події, при виникненні яких помітну роль грає ймовірність. Величини аварійної небезпеки даної СТС можна визначиш як величину індивідуального ризику для персоналу h_п. Якщо визначити усі можливі аварії на даній СТС, то повний індивідуальний ризик h_п знайдеться як сума індивідуальних ризиків кожної аварії h_i

, (8.3)

де N – число можливих аварій.

Формула справедлива, якщо всі аварії відбуваються незалежно. Індивідуальний ризик окремої аварії дорівнює ймовірності цієї аварії, помноженої на число жертв цієї аварії k_i

(8.4)

Причини аварії СТС. Причини аварії СТС виявляються у результаті аналізу цих аварій.

З точки зору теорії безпеки, тобто під час пошуку шляхів усунення причин аварій, важливу роль повинен грати розподіл причин аварій на дві групи. У першу групу віднесені аварії, які викликані поломками технічних пристроїв, механізмів тощо, які відбуваються без участі людей, у другу – аварії, які викликані помилками людини. Будемо називати причини першого роду аварійними відмовами, другого – аварійними помилками.

Оскільки причини аварійних помилок ховаються у самій природі індивідуальної і соціальної поведінки людини, то їх усунення являє собою дуже важку задачу. Багато тут залежить від національних і соціальних традицій і стереотипів поведінки, бід загальної і правової культури, від культури пращ.

Безпека і надійність. Розгляд відмов як причин аварій та катастроф неможливо проводити без теорії надійності, в якій поняття відмови є основним.

Згідно теорії надійності, відмови класифікують по рівню критичності, розуміючи під цим тяжкість наслідків, обумовлених виникненням відмов. Особливо небезпечні відмови, наставання яких створює загрозу для життя людей, а також для навколишнього середовища, або приводить до великих матеріальних втрат, звичайно називаються катастрофічними. Інші, некатастрофічні відмови, розподіляються, у свою чергу, на критичні і некритичні. Критичними є такі відмови, виникнення яких приводить до невиконання завдань. Некритичні відмови можуть розподілятися на істотні (великі) та неістотні (малі). Розрізняють також раптові та поступові відмови; по причині виникнення їх розподіляють на конструктивні, виробничі та експлуатаційні; по часу виникнення у процесі експлуатації об’єкту – на проблемні та деградаційні.

Аналіз поняття відмови і класифікація відмов, які використовуються в теорії надійності, показує, що цей підхід не може бути покладений в основі теорії безпеки. Теорія безпеки, в якій поняття відмови також повинно бути одним із центральних, повинна підходити до визначення і аналізу цього поняття з іншого боку. Головним предметом розглядання повинна стати та властивість, яка приводить до виникнення або збільшення небезпеки об’єкту, тобто відмови повинні класифікуватися через ступінь небезпеки, яка викликається ними. З цього боку усі відмови можна розподілити на аварійні та безаварійні.

Безаварійними слід називати відмови, які не можуть привести до аварії ні при яких обставинах. Аварійні відмови повинні класифікуватися по ступеню тяжкості наслідків аварії і по величині ймовірності цієї аварії. Якщо відмова сама по собі, без додаткових умов або існування інших відмов, призводить до аварії, то таку відмову можна назвати безумовною аварійною відмовою. Якщо відмова сама по собі не призводить до аварії, але при деяких умовах або супутніх відмовах аварія можлива, то таку відмову можна назвати умовною аварійною відмовою.

Подібний розгляд відмов, можливих на конкретному об’єкті, потребує глибокого аналізу, яких ураховує усі особливості конструкції та умов експлуатації об’єкту. Найбільш складними для аналізу є умовні аварійні відмови, але вони є одним із розповсюджених причин аварій. Для їх аналізу можна використовувати математичні і фізичні методи і моделі теорії надійності. Корисними можуть являтися так звані структурні моделі теорії надійності. Вони засновані на логічних схемах взаємодії елементів СТС з точки зору збереження її працездатності та безпеки. Для побудови структурних моделей використовують статистичну інформацію з надійності елементів без відомостей про фізичні властивості матеріалів, деталей та з’єднань. Структурні моделі зручно представляти у вигляді блок-схем і графіків, при цьому вихідна інформація задається у виді значень ймовірностей відмов.

Користуючись структурними моделями, можна у принципі розглядати не тільки наслідки безумовних і умовних аварійних відмов, але і наслідки можливих аварійних помилок персоналу СТС.

Безпека СТС і теорія катастроф. Сучасні технічні об’єкти, особливо СТС, є настільки складними структурами, з точки зору опису їх функціонування на достатньо довгий період часу, що розрахункове визначення ступеню їх безпеки може бути дуже складним. Але з використанням більш потужних ЕОМ і багатого банку даних про властивості матеріалів і деталей, нових математичних методів розв’язок такої задачі може бути можливим. Велику роль в цьому повинна зіграти теорія катастроф, яка виникла у останнє десятиріччя. Теорія катастроф представляє собою математичний формалізм, який найбільш повно описує раптові і перервні зміни у природі і техніці, які викликають плавні, неперервні зміни зовнішніх умов або внутрішніх параметрів. Тому теорія катастроф найбільш підходить для опису будь-яких аварій, які практично завжди виникають раптово.

Дата добавления: 2017-02-01