Муравьева Е.В., Романовский В.Л. Прикладная техносферная рискология. Экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

лательным событиям. Это этап качественного анализа, устанавливающий воз-

можные цепочки взаимосвязанных событий. Однако метод построения дерева

отказов позволяет проводить не только качественный, но и количественный

анализ. Цель количественного анализа состоит в определении величины риска

наступления нежелательного события, выбранного в качестве головного. Кроме

того, количественная оценка величины риска головного события позволяет

проводить анализ и оценивать эффективность различных мероприятий, направ-

ленных на уменьшение риска. Колич

ественный анализ позволяет обоснованно

выбирать альтернативное решение, исходя из оптимального отношения «затра-

ты – степень безопасности». Количественный анализ дерева отказов заключает-

ся в определении вероятности завершающего головного события, исходя из ве-

личин вероятностей совершения начальных исходных событий.

Количественную меру исходных событий выбирают из имеющейся ста-

тистики о надежности элементов, технических сист

ем об отказах. Данные об

ошибках и неправильных действиях человека-оператора устанавливают на ос-

нове анализа произошедших случаев и аварий.

Количественный анализ проводится после того, как полностью построе-

но дерево отказов и установлено исходные элементарные события, у которых

известны вероятности реализации. Вы

числения проводят по всем ветвям снизу

вверх до головного события, используя следующие соотношения.

Для статистически независимых событий, при логической схеме «ИЛИ»,

вероятность наступления завершающего выходного события, в общем случае,

вычисляется из соотношения:

∏

−−=

1(1 ) (26)

где P

– вероятность реализации выходного события,

– вероятность реализации i-го входного события,

n – число входов в логический элемент.

Если имеется схема «ИЛИ» с двумя входами а и в, которые являются ста-

тистически независимыми, то соотношение принимает следующий вид:

)()()()( bPaPbPaPP

−

(27)

Если произведение очень мало и им можно пренебречь, то получится

приближенное выражение:

)()( bPaPP

В случае схемы «ИЛИ» с n-входами, можно использовать приближенное

соотношение:

)(...)()()( nPcPbPaPP

(28)

Это приближенное выражение дает хорошие результаты, если вероятно-

сти появления элементарных событий очень малы и дает точный результат, ес-

ли события являются несовместимыми.

Для логической схемы «И», для статистически независимых событий,

при n-входных событиях, определяется по правилу умножения вероятностей:

∏

(29)

Используя эти соотношения можно вычислить вероятность совершения

головного события, находящегося в вершине дерева, базируясь на вероятност-

ных характеристиках исходных событий. В этом случае, если полеченное зна-

чение вероятности головного события достаточно велики и данный риск нас не

устраивает, можно разрабатывать варианты снижения ожидаемого риска. В

первую очередь, необходимо обратить внимание на исходные события, имею-

щие наибольшие значения вероятности. Уменьшени

е вероятности риска этих

событий можно достигать техническими или организационными решениями.

Если это возможные отказы технических элементов и устройств, то можно по-

требовать увеличение их надежности от разработчиков.

Одновременно с этим можно спроектировать для данного помещения бо-

лее мощную систему вентиляции, значительно снижающую вероятность обра-

зования критических концентраций. Можно использовать и режимные, и дис-

циплинарные мероприятия, направленные на уменьшение вероятности исполь-

зования источников загорания, не св

язанных с технологией проведения работ.

Проводя подобные расчеты для нескольких вариантов технических ре-

шений, в структуре одного построенного дерева отказов, можно получить не-

сколько значений величины риска головного события. Выбор окончательного

варианта должен базироваться на соотношении приемлемого риска с разумны-

ми материальными затратами. Так проводится прямая задача прогнозирования

риска с использованием дерева отказов. Но может быть ре

ализована и обратная

задача прогнозирования, при которой количественная мера риска задается с

вершины дерева, начиная с головного события. При обратной задаче прогнози-

рования, для головного события приписывается величина такого риска, которое

нас устраивает, независимо от материальных затрат. Такие случаи могут быть

тогда, когда речь иде

т о жизни и безопасности большого количества людей. В

этих случаях при решении обратных задач прогнозирования от заданной вели-

чины риска головного события, необходимо перейти к вероятностям исходных

событий. При решении обратных задач, вопрос ставится так: какие значения

вероятностей должны иметь исходные события, чтобы обеспечить заданную

величину риска головного события. В этом случае, можно на ст

адии проектно-

го решения, предъявляя конкретные требования к отдельным элементам, ис-

ходным событиям, действиям, процессам.

Анализ с использованием дерева отказов имеет ряд достоинств. Во-

первых, этот метод четко ориентирован на отыскании отказов, выходов из

строя, ошибок и неисправных действий человека, приводящих к головному со-

бытию. Этот метод учитывает как отказы технических эл

ементов, так и непра-

вильные действия человека, т.е. учитывает надежность функционирования всей

системы «человек-машина».

Наличие графического материала дает большую наглядность, что позво-

ляет глубоко проникнуть в процесс работы системы и поочередно детально

анализировать отдельные элементы системы и отказы. Даже только качествен-

ный анализ на уровне построения дерева отказов позволяет глубоко вникнуть в

возможные причины, приводящие к головному событию.

Большим достоинством метода является возможность проведения коли-

чест

венного анализа риска, что позволяет решать прямые и обратные задачи

прогнозирования, а также этот анализ четко локализируется на выявлении

только тех элементов системы и событий, которые приводят к головному собы-

тию.

Однако анализ с использованием дерева отказов имеет некоторые недос-

татки. Для больших многоуровневых систем получаются громоздкие деревья

отказов, которые труднообозримы и сложны в понимании, т.к. лог

ические свя-

зи в дереве отказов не всегда могут совпадать с реальными схемами протекаю-

щих процессов.

3.11 АНАЛИЗ С ПОСТРОЕНИЕМ ДИАГРАММ ПРИЧИН-

ПОСЛЕДСТВИЙ

Принципиально при анализе «причин-последствий» используют комби-

нацию двух методов – построение дерева событий и построение дерева отказов,

причем для выявления причин используют дерево отказов, а для установления

последств

ий применяют дерево событий. Построение комбинированной диа-

граммы проводят, рассматривая все явления и процессы в естественной хроно-

логической последовательности их появления. Анализ начинается с выбора

критического события. Критические события сами по себе не приводят к ава-

рийной ситуации, но они могут лавинообразно нарастать, приводя к конечно

му

кризисному событию. Наиболее широкий спектр типичных критических собы-

тий заключен в различных отклонениях, возмущениях, флуктуациях основных

параметров процессов, протекающих в системе. Это могут быть изменения

температуры, давления, концентрации, тока, напряжения, расхода и других ве-

личин за пределы номинальных граничных значений.

На рис.5 показана диаграмма причин-последствий для условного гипоте-

тического процесса. Анализ по схеме построения дерева событий включает со-

бытия 1, 2, 3, 4, взаимосвязанные по прямой логике в хронологической после-

довательности. В качестве инициирующего события для всей диаграммы вы-

брано критическое событие P

, анализируемое с помощью дерева отказов, для

которого исходными событиями являются события E, G, H, K,M. Аналогичным

методом для события 2 критическим является событие P

, для события 3 кри-

тическим будет событие P

и для события 4 – P

. В итоге получается четыре ва-

рианта реализации (1, 2, 3, 4) возможного протекания процессов, каждый из ко-

торых имеет свою меру величины риска.

Достоинствами метода «причины-последствия» является большая на-

глядность, подробность и глубина анализа, гибкость.

Недостатками являются соединенные недостатки дерева событий и дере-

ва отказов, в том числе чрезмерная громоздкость и трудообозримость.

рис.5 диаграмма причин-последствий для условного гипотетического

процесса.

4 3 2 1

·P

(

1-P

)

·P

(

1-P

)

·P

(

1-P

)

да нет

·P

да нет

·P

(

1-P

)

да нет

·P

или

3.12 АНАЛИЗ С ПОСТРОЕНИЕМ «ДЕРЕВА ПРОИСШЕСТВИЙ» И

«ДЕРЕВА СОБЫТИЙ» - ЕГО ИСХОДОВ.

Самое широкое распространение при анализе опасности получи-

ли ныне диаграммы причинно-следственных связей, имеющие ветвящуюся

структуру и называемые «деревом происшествий» и «деревом событий» - ис-

ходов интересующих нас происшествий. Каждая пара их вершин должна быть

соединена таким образом, чтобы они одновременно не яв

лялись началом и

концом других замкнутых маршрутов (цепочек событий со связями между ни-

ми).

Дерево происшествий обычно включает в себя одно головное со-

бытие, которое соединяется с помощью конкретных логических условий с про-

межуточными и исходными предпосылками, обусловившими в совокупности

его появление.

Головное событие такого дерева представляет собой исследуе-

мую ав

арию, несчастный случай, катастрофу, а его «ветвями» служат наборы

соответствующих предпосылок – их причинные цепи. «Листья» же дерева про-

исшествия – исходные события-предпосылки (ошибки, отказы и неблагоприят-

ные внешние воздействия), дальнейшая детализация которых нецелесообразна.

рис.6 дерево происшествий

Головное

событие

или

А Б

рис.7дерево событий

Процесс появления конкретного происшествия интерпретирует-

ся данной моделью как прохождение некоторого сигнала от каких-либо исход-

ных предпосылок, инициирующих причинную цепь (служащих истоками тако-

го сигнала) к головному событию, являющемуся его стоком. В качестве проме-

жуточных состояний рассматриваемого дерева применяется предпосылки верх-

него и последующих уровней, а узлов-регуляторов поток

а – логические условия

сложения – «или» и перемножения – «и».

Подобно дереву происшествия, дерево событий – его исходов

также имеет одно событие, называемое центральным, и несколько исходящих

из него ветвей. В качестве центрального события всегда рассматривается какое-

либо происшествие (чаще всего – головное событие соответствующего дерева),

а ветвей – сценарии причинения ущерба различным ресурсам, отличающиеся

по условиям нежелательного высвобождения, трансформации и воздействия на

них поток

ов энергии и вещества, высвободившихся в результате происшествия.

В отличие от дерева происшествия, дерево событий – его воз-

можных разрушительных исходов не имеет логических узлов «и» и «или». В

сущности, данная семантическая модель представляет собой вероятностный

граф (многоярусное дерево решений), построенное таким образом, что су

мма

вероятностей каждого разветвления должна составлять единицу. Иначе говоря,

Центральное

событие

1 2 3 4 5 6 7 8 9

все события каждого уровня должны образовывать полную группу независи-

мых событий.

Практика свидетельствует – наиболее сложным и ответственным этапом

прогнозирования техногенного риска является построение древовидных семан-

тических моделей процессов возникновения происшествий и причинения ими

ущерба людским, материальным и природным ресурсам.

Это объясняется тем, что лишь адекватные реальности «деревья» позво-

лят, при последующем их анализе, выявить все наиболее существенные пред-

посылки, количественно оценить ка

к возможность появления происшествий,

так и ожидаемый от них ущерб.

Сложность данного этапа обусловлена отсутствием в настоящее время

строгих формальных процедур его реализации, что иногда позволяет относить

этот этап скорее к искусству (эвристике), чем к науке. Дело в том, что обычно

не удает

ся обеспечить абсолютной идентичности моделей одного и того же

происшествия, построенных различными исследователями. А без этого трудно

ожидать требуемой в науке воспроизводимости результатов, полученных с по-

мощъю таких моделей.

Для преодоления указанных трудностей и облегчения построения рас-

сматриваемых здесь моделей, нами предлагается способ формализации данной

процедуры, основанный на использовании энергоэнтропийной концепции.

Данный способ базируется на двух утверждениях: а) происшестви

я всегда свя-

заны с нежелательным высвобождением, трансформацией, распространением и

губительным воздействием потоков энергии или вещества на различные объек-

ты, оказавшиеся под их влиянием; б) любое происшествие является одновре-

менно и результатом разрушительного выброса накопленного где-либо энерго-

запаса, и следствием цепи со

ответствующих предпосылок.

Каждое из этих утверждений может быть использовано при создании

рассматриваемых здесь моделей. В частности, для дерева происшествия – вто-

рое, а для дерева его исходов – первое.

Из второго утверждения следует, что при определении состава элементов

дерева происшествия и связей между ними, нужно руководствоваться следую-

100

щими рекомендациями. Во-первых, дерево должно состоять из одного головно-

го события – собственно происшествия (нежелательного высвобождения веще-

ства или энергии) и множества предшествующих ему предпосылок – ошибок

людей, отказов техники и неблагоприятных для них внешних воздействий. Во-

вторых, в структуру этого дерева следует включать все те логически условные

и безусловные связи между такими предпосылк

ами, соблюдение которых необ-

ходимо и достаточно для возникновения конкретного разрушительного энерго-

запаса.

Построение дерева происшествия следует начинать не снизу вверх (от

исходных ошибок, отказов и опасных внешних воздействий – к головному со-

бытию), а наоборот. При этом само головное событие, соответствующие ему

предпосылки верхнего и последующих уровней, а также вызвавшие каждую из

них причинные цепи необходимо выявлят

ь дедуктивно – на основе знания об-

щих закономерностей возникновения техногенных происшествий и особенно-

стей их появления в конкретных обстоятельствах.

Проведение работ на производстве и транспорте удобно рассматривать

как функционирование человекомашинных систем, а основными носителями

опасности считать их токсичные и взрывоопасные вещества, источники иони-

зирующих излучений, движущиеся пр

едметы и сосуды, работающие под высо-

ким давлением. Следовательно, выявление возможных происшествий необхо-

димо увязывать с логикой нежелательного высвобождения их энергии и веще-

ства, т.е. с известными законами энергомассопереноса и термодинамики.

В свою очередь старение, загрязнение, увлажнение, перегрев или переох-

лаждение таких элементов по естественным причинам или в результате вн

еш-

них воздействий нужно учитывать в качестве технических предпосылок к воз-

можным авариям.

Другой важной группой предпосылок к техногенным происшествиям

следует считать ошибочные действия, непроизвольно или умышленно допу-

щенные людьми при конструировании, изготовлении, монтаже, техническом

обслуживании и ремонте техники. При прогнозировании подобных предпосы-

лок (в том числе трудно предсказуемых несанкционированных действий че

ло-