Способ оценки уровня безопасности сложной технической системы
Владельцы патента RU 2689090:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к способам оценки безопасности эксплуатации сложной технической системы. Способ оценки уровня безопасности сложной технической системы заключается в том, что на основе результатов эксплуатации технической системы рассчитываются частные показатели безопасности, полученные с использованием модели системы эксплуатации и частных моделей оценки вероятностей возникновения предпосылок к аварийным ситуациям, которые позволяют рассчитать комплексный показатель безопасности и критический уровень безопасности эксплуатации, после сравнения которых определяется уровень безопасности. Способ включает частные модели оценки вероятностей возникновения предпосылок к аварийным ситуациям и учитывает факторы, влияющие на безопасность эксплуатации сложной технической системы, а именно ошибки личного состава, с учетом напряженности, загруженности проведения работ и его квалификации, отказы техники с учетом характеристик надежности техники и их изменения в результате ее старения, нерегламентированные внешние воздействия искусственного и природного происхождения, ошибки системы контроля безопасности выполнения опасных работ и ответственных операций. Техническим результатом является эффективное управление безопасностью сложной технической системы в современных условиях, повышение достоверности оценки, контраля и прогнозирования показателей безопасности эксплуатации сложной технической системы. 2 ил.
При решении задачи оценки безопасности эксплуатации сложной технической системы возникает необходимость проведения исследований аварийных ситуаций с целью выявления и анализа предпосылок к аварийным ситуациям (АС), причинно-следственных связей перехода в АС в процессе эксплуатации, оценки основных характеристик аварий и их развития во времени.
В настоящее время при исследовании вопросов безопасности эксплуатации техники используются различные методы. Анализ основных результатов выполненных ранее работ показал, что проводились исследования безопасности эксплуатации технической системы, затрагивающие вопросы возможных АС в процессе эксплуатации. В этих работах оценивались вероятности перехода технической системы в АС в зависимости от параметров процесса эксплуатации и интенсивности внешних воздействий. Изучены условия и возможные последствия аварий технической системы с учетом специфики ее конструкции. Рассмотрению же влияния деятельности личного состава на безопасность эксплуатации технической системы посвящено сравнительно мало исследований. Кроме этого, используемое в настоящее время в процессе эксплуатации методическое обеспечение комплекса работ по предупреждению происшествий не полностью учитывает воздействие опасных факторов различной физической природы в процессе эксплуатации технической системы, недостаточно оценивает объем и достоверность необходимой исходной информации для предупреждения происшествий, недостаточно учитывает уровень профессиональной подготовки обслуживающего личного состава и т.д.
Для эффективного управления безопасностью эксплуатации сложной технической системы в современных условиях, повышения достоверности оценки, контроля и прогнозирования показателей безопасности и решения практических задач по оценке безопасности эксплуатации сложной технической системы разработан Способ оценки уровня безопасности сложной технической системы, в основу которого была положена модель возникновения аварийной ситуации (см. чертеж фиг. 1).
Данная модель (см. чертеж фиг. 1) построена на основе комплексного учета возможных предпосылок к аварийным ситуациям и авариям сложной технической системы на этапе эксплуатации, включая:
- ошибки личного состава с учетом напряженности (загруженности) проведения работ и его квалификации;
- отказы техники с учетом характеристик надежности техники и их изменения в результате ее старения;
- нерегламентированные внешние воздействия искусственного и природного происхождения;
- ошибки системы контроля безопасности выполнения опасных работ и ответственных операций.
Эти предпосылки использованы при формировании комплексного показателя безопасности эксплуатации Рбез - вероятность не возникновения в течение года эксплуатации предпосылок к аварийным ситуациям сложной технической системы, вызванных ошибочными действиями личного состава, отказами техники, внешними нерегламентированными воздействиями и ошибками системы контроля:
где QП - вероятность возникновения хотя бы одной предпосылки к аварийной ситуации при эксплуатации сложной технической системы в течение года:
где QСК - вероятность ошибки системы контроля безопасности;
QЛС, QТ, QНВ - вероятности возникновения предпосылки к аварийной ситуации сложной технической системы по причинам ошибочных действий личного, отказов техники и нерегламентированных внешних воздействий.
Под критическим уровнем Рбез.кр понимается нижняя граница области допустимых значений комплексного показателя Рбез.
Критический уровень безопасности эксплуатации сложной технической системы определяется с использованием зависимостей:
где QАСкр - критическое значение вероятности возникновения аварийной ситуации;
QA - вероятность аварии хотя бы одной единицы техники;
QА/Пкр - критическое значение условной вероятности перехода от предпосылки к аварии единицы техники.
Выход значений Рбез за эту область означает невыполнение требований по обеспечению безопасности сложной технической системы.
При проведении расчета Рбез и Рбез.кр необходимы следующие исходные данные:
- Vр - объемы работ по снятию и вводу в эксплуатацию техники;
- Кз - коэффициенты загрузки подразделений обслуживания и органов контроля безопасности эксплуатации;
-qА - вероятность аварии на одном образце;
- М, n - среднее количество и количество имевших место аварийных ситуаций сложной технической системы за последние годы.
Вероятность безошибочной работы личного состава подразделений эксплуатирующих сложную техническую систему определяется по параболической зависимости вида [5]:
где Кз - коэффициент загрузки личного состава (для нормативной загрузки Кз=1); А, В, С, Р - эмпирические коэффициенты, характеризующие соответственно усталость, адаптивность (приспосабливаемость), устойчивость работоспособности и влияние рабочей среды. Значения эмпирических коэффициентов А, В, С рассчитываются с учетом действий, выполняемых личным составом подразделений, по следующим зависимостям:
где Ai, Bj, Ck - коэффициенты, значения которых приведены в [5, с.108]);
m - количество действий, выполняемых личным составом подразделений.
Значения коэффициента β принимаются равными поправочному коэффициенту для учета влияния факторов рабочей среды [5, с. 107].
Таким образом, вероятность возникновения предпосылок к аварийным ситуациям сложной технической системы по причине ошибочных действий личного состава определятся по зависимости:
Вероятность возникновения предпосылок к аварийным ситуациям сложной технической системы по причине ошибочных действий личного состава всех эксплуатирующих подразделений определяется по зависимости:
где i - индекс подразделений обслуживания техники;
n - количество эксплуатирующих подразделений.
Вероятность возникновения предпосылок к аварийным ситуациям сложной технической системы по причине отказов техники оценивается с использованием зависимости:
где λ - интенсивность возникновения отказов техники;
t - срок эксплуатации техники;
γ - относительная скорость износа техники (по отношению к нормальным условиям).
Вероятность возникновения хотя бы одного внешнего нерегламентированного воздействия сложную техническую систему в течение года эксплуатации определяется по зависимости:
где Pi - вероятность нахождения сложной технической системы на i-м этапе эксплуатации;
PHBi - вероятность проявления внешних нерегламентированных воздействий на сложную техническую систему на i-м этапе эксплуатации;
N - количество этапов (состояний) эксплуатации сложной технической системы.
Вероятности нахождения сложной технической системы на этапах эксплуатации определяются с использованием зависимостей приведенных в модели процесса эксплуатации сложной технической системы и алгоритмах оценки его временных и вероятностных характеристик.
Вероятность проявления внешних нерегламентированных воздействий на сложную техническую систему на i-м этапе эксплуатации определяется по формуле:
где λij - интенсивность внешних нерегламентированных воздействия j-го вида на сложную техническую систему на i-м этапе эксплуатации;
- математическое ожидание времени нахождения сложной технической системы на i-м этапе эксплуатации.
Вероятность ошибки системы контроля обеспечения безопасности эксплуатации сложной технической системы зависит от:
- числа уровней системы контроля;
- количества контролируемых работ на каждом уровне;
- вероятности обнаружения предпосылок к аварийным ситуациям с ЯО по причинам ошибочных действий личного состава, отказов техники и внешних нерегламентированных воздействий;
и может быть выражена зависимостью:
где R - число уровней системы контроля;
kr - коэффициент, численно равный отношению количества Nr операций контроля, выполненных на r-ом уровне, к общему числу N контролируемых опасных работ, проводимых на технике;
РСКir - вероятность обнаружения предпосылок к аварийным ситуациям по причинам ошибочных действий личного состава, отказов техники и внешних нерегламентированных воздействий на r-ом уровне на i-ом этапе эксплуатации.
Для оценки безопасности эксплуатации сложной технической системы разработан алгоритм (см. чертеж фиг. 2).
На первом этапе алгоритма на основе анализа процесса эксплуатации и системы обеспечения безопасности сложной технической системы формируются исходные данные для частных моделей оценок вероятностей возникновения предпосылок к АС и полумарковской модели системы эксплуатации.
При помощи указанных моделей получаем оценки вероятностей возникновения предпосылок к АС по причинам отказов техники, ошибочных действий личного состава, внешних нерегламентированных воздействий и ошибок системы контроля безопасности эксплуатации и вероятности нахождения техники на i-том этапе эксплуатации.
Далее на основе полученных оценок определяются комплексный показатель безопасности эксплуатации сложной технической системы за год и его нижняя интервальная оценка.
Затем рассчитывается критический уровень безопасности эксплуатации ЯО и производится его сравнение с нижней интервальной оценкой комплексного показателя безопасности эксплуатации сложной технической системы.
В случае 
требование к безопасности эксплуатации сложной технической системы считается выполненным.
В случае 
не обеспечивается требуемый уровень безопасности, что требует принятия дополнительных мер по повышению уровня безопасности эксплуатации сложной технической системы.
На основе разработанного Способа может быть проведена оценка фактического состояния на данный момент и выполнен прогноз уровня безопасности эксплуатации сложной технической системы. Системный учет характеристик надежности техники и их изменения в результате ее старения, напряженности (загруженности) работы, квалификации личного состава, учет нерегламентированных внешних воздействий, состояния системы контроля безопасности выполнения опасных и ответственных операций позволяет провести более углубленную оценку состояния системы обеспечения безопасности эксплуатации и выявить ее критичные элементы для недопущения выхода комплексного показателя за границы критического значения.
Источники информации
1. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов. - М: Высшая школа, 1987. - 400 с.
2. Волков Л.И. Безопасность ракетных и ракетно-космических комплексов. - М.: Изд-во СИП РИА, 2002. - 136 с.
3. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Наука, 1979. - 495 с.
4. Шибанов Г.П. Количественная оценка деятельности человека в системах человек-техника. - М.: Машиностроение, 1983. - 263 с.
5. Справочник по инженерной психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова. - М.: Машиностроение, 1982. - 368 с.
Способ оценки уровня безопасности сложной технической системы, заключающийся в том, что на основе результатов эксплуатации технической системы рассчитываются частные показатели безопасности, полученные с использованием модели системы эксплуатации и частных моделей оценки вероятностей возникновения предпосылок к аварийным ситуациям, которые позволяют рассчитать комплексный показатель безопасности и критический уровень безопасности эксплуатации, после сравнения которых определяется уровень безопасности, отличающийся тем, что включает частные модели оценки вероятностей возникновения предпосылок к аварийным ситуациям и учитывает более широкий спектр факторов, влияющих на безопасность эксплуатации сложной технической системы, а именно ошибки личного состава с учетом напряженности, загруженности проведения работ и его квалификации; отказы техники с учетом характеристик надежности техники и их изменения в результате ее старения; нерегламентированные внешние воздействия искусственного и природного происхождения; ошибки системы контроля безопасности выполнения опасных работ и ответственных операций, что позволяет получить более достоверные и точные оценки уровня безопасности сложной технической системы.
