Содержание к диссертации
Введение
1 Задачи и методы управления промышленной безопасностью 7
1.1 Цели стратегии технологической безопасности 7
1.1.1 Идентификация опасностей в техносфере 12
1.1.2 Объекты системы технологической безопасности 14
1.1.3 Угрозы технологической безопасности 16
1.1.4 Цели стратегии и объекты системы техногенной безопасности 17
1.2 Задачи управления промышленной безопасностью 19
1.3 Научные проблемы технологической безопасности 23
1.4 Методы анализа безопасности 27
1.4.1 Техногенный риск 30
1.4.2 Методы оценки и анализа риска 33
1.4.3 Концепции определения социальной приемлемости рисков 36
1.4.4 Оптимизация риска 39 1.4.6 Ущерб и методы его оценки 40
Выводы 46
2 Управление состоянием и безопасностью технических объектов 47
2.1 Обеспечение техногенной безопасности при проектировании и эксплуатации 47
2.2 Техническое состояние и показатели качества 54
2.3 Обеспечение надежности и безопасности 56
2.4 Планирование системы технического обслуживания 60 Выводы 63
3 Оптимизация системы технического обслуживания 64
3.1 Оптимизация системы технического обслуживания 64
3.2 Прогнозирование полного и остаточного ресурсов 81 Выводы 91
4 Механизмы и модели отказов при износе 92
4.1 Влияние износа на надежность и безопасность 92
4.2 Модели изнашивания 102
4.2.1 Феноменологический подход 103
4.2.2 Концептуальный подход 105
4.2.3 Металлофизический подход 108
4.2.4 Термодинамический подход 109
4.2.5 Кинетический подход ПО
4.2.6 Синергетический подход 111
4.3 Концепция повышения техногенной безопасности резервуаров 112
4.4 Расчет трибологической надежности 115
4.5 Чувствительность надежности технических систем к условиям эксплуатации 121
4.6 Выявление закона распределения 125 Выводы
- Цели стратегии технологической безопасности
- Задачи управления промышленной безопасностью
- Обеспечение техногенной безопасности при проектировании и эксплуатации
- Оптимизация системы технического обслуживания
Введение к работе
Быстроразвивающаяся экономика России в настоящее время требует особого внимания к вопросам обеспечения безопасности высокотехнологичных объектов (промышленного, энергетического, транспортного, трубопроводного, нефтегазохимического комплексов, объектов спецтехники оборонного комплекса). Для достижения требуемого уровня безопасности необходимо создание научных основ нормативно-правового обеспечения социально-приемлемой безопасности с учетом риска аварий, диверсий, природных и техногенных катастроф.
Опасность технического объекта является комплексным свойством, включающим несколько видов опасности, обусловленных наличием химических и взрывчатых веществ, делящихся материалов, радиоактивных веществ, пожаровзрывоопасных устройств, химически активных и токсичных веществ и т.п. Опасность характеризуется неопределенностью, случайностью возникновения событий, результатом которых является ущерб. Поэтому мера опасности объекта должна включать меру возможности (угрозы) наступления неблагоприятного события (частоту или вероятность) и меру ущерба при его наступлении.
Процесс обеспечения безопасности объектов охватывает три основных направления:
- предупреждение или уменьшение уровней внешних воздействий на
объекты;
- предотвращение несанкционированных действий и применения
оружия, взрывов, радиоактивного или иного загрязнения окружающей сре
ды, других опасностей в течение жизненного цикла объекта, в том числе в
результате аномальных воздействий при авариях, природных и техноген
ных катастрофах и несанкционированных действиях;
- защита населения, персонала и окружающей среды в штатных ус
ловиях эксплуатации и при авариях объектов.
Одной из фундаментальных задач оценки и оптимизации безопасности технических объектов является создание комплекса моделей отказов, аварий, катастроф и нерегламентированных действий с использованием физико-математических методов оценки их последствий.
Основным методом системного анализа в области промышленной безопасности, является построение моделей, отображающих взаимосвязи между реальными событиями, происходящими в технических системах. Построение таких взаимосвязей для систем практически всегда осложняется тем, что они не являются строгими функциональными зависимостями. Во-первых, трудно выявить все основные факторы, влияющие на данные события. Во-вторых, многие такие зависимости являются случайными, т.е. проявляются статистически. В-третьих, набор статистических наблюдений всегда ограничен и к тому же содержит различного рода ошибки. Методы системного анализа и обработки статистической информации позволяют строить модели статистических зависимостей и оценивать их параметры, что в конечном итоге служит основой для анализа и прогнозирования ди-
намики систем, создавая возможность для принятия обоснованных практических решений.
Промышленное производство было, остается и останется материальной основой обеспечения и повышения безопасности человека, общества и среды обитания. Вместе с тем это производство должно развиваться по обязательным критериям технологической и техногенной безопасности.
Проблема анализа технологических рисков в сфере технологической безопасности становится одной из актуальных задач развития промышленного комплекса России. Эта проблема должна быть поставлена на такую же рисковую научно-техническую и социально-экономическую основу, как при возникновении чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера.
В настоящее время методы управления безопасностью в основном направлены на предотвращение и уменьшение вероятности возникновения аварий. В последнее время широкое применение нашли механизмы экономического регулирования безопасности, существует ряд методик анализа безопасности и прогноза возникновения чрезвычайных ситуаций, введено декларирование и лицензирование опасных видов промышленной деятельности и пр.
Однако механизмы управления промышленной безопасностью все еще далеки от совершенства. В настоящее время практически отсутствуют не только научно обоснованные методики контроля, обеспечения и поддержания социально приемлемого уровня техногенного риска, но и общепринятые нормативно закрепленные количественные показатели и критерии его оценки.
Исследование процессов, приводящих к возникновению аварий и катастроф, разработка и реализация мер по их предупреждению и ликвидации последствий возможны только при наличии научно-обоснованных данных, диагностики и прогноза состояния и динамики изменения технических систем.
Для обеспечения заданного уровня управления техническим состоянием и безопасностью потенциально опасных технических объектов необходимы грамотная техническая эксплуатация и оптимальная система диагностики и ремонтов, представляющая собой комплекс положений и норм, определяющих организацию и содержание работ по техническому обслуживанию объекта в течение всего срока эксплуатации.
Переход от концепции «абсолютной безопасности» к концепции «приемлемого риска» определил появление принципиально новых подходов к управлению развитием общества, состоящих в том, что качество жизни должно осуществляться при соблюдении обязательного требования по обеспечению безопасности человека и окружающей его среды. Для обеспечения требуемого уровня безопасности технических систем необходима разработка новых методик, направленных на повышение их надежности, оценку техногенного риска и прогнозирование возможных ущербов при оптимальном соотношении между уровнем жизни и уровнем риска.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления безопасностью при эксплуатации потенциально опасных объектов. Для достижения этой цели решались следующие основные задачи:
Анализ основных задач и методов управления промышленной безопасностью потенциально опасных объектов.
Оптимизация системы''технического обслуживания по заданному значению вероятности отказа без учета последствий.
Оптимизация системы технического обслуживания (минимизация техногенного риска) с учетом последствий отказов.
Определение периодичности технического обслуживания, в зависимости от времени эксплуатации (для стационарной и нестационарной модели).
Разработка метода оценки и прогнозирования полного и остаточного ресурсов потенциально опасных объектов.
6. Разработка метода оценки ресурса при изменении режима экс
плуатации.
При выполнении работы использовались математические и вероятностно-статистические методы анализа параметров систем технического обслуживания, методы оценки надежности и безопасности, элементы теории вероятностей, математической статистики, теории графов, теории надежности и др.
Научная новизна исследований заключается в создании методов определения и регулирования параметров систем технического обслуживания, позволяющих решать задачи оптимизации вышеуказанных систем.
Сопоставление известных и полученных в диссертации результатов позволяет утверждать об оригинальности следующих ее положений:
1. Разработан метод определения оптимальной периодичности техни
ческого обслуживания, обеспечивающей минимизацию техногенного риска.
Получены аналитические решения модели нерезервированного объекта с периодическим техническим обслуживанием для неустановившегося и установившегося режимов эксплуатации. Эти решения позволяют рассчитывать вероятности состояний объекта в зависимости от параметров системы технического обслуживания (периодичности и продолжительности) и интенсивности отказов.
Предложен алгоритм определения оптимальной периодичности технического обслуживания в зависимости от срока эксплуатации объекта.
4. Разработан метод, позволяющий
проводить оценку полного и остаточного ресурсов в период эксплуатации объекта;
проводить «риск-анализ»;
оптимизировать параметры системы технического обслуживания для поддержания технического состояния объекта на требуемом уровне.
Полученные результаты создают теоретическую основу для разработки методов и моделей, направленных на эффективный анализ надежности и безопасности технических систем и решения задач оптимизации систем технического обслуживания и техногенных рисков.
Разработанный метод нахождения оптимальных параметров системы технического обслуживания позволяет учитывать текущее состояние объекта в стационарном и нестационарном режимах. Учет последствий негативного события позволяет минимизировать значение техногенного риска. Оценка полного и остаточного ресурсов позволяет определять техногенные риски для любого значения текущего времени.
Практическая ценность результатов диссертационной работы подтверждена актами о практическом использовании результатов исследования в ОАО «Енисейская территориальная генерирующая компания» и Красноярском филиале ООО «Инженерный Консалтинговый Центр «Пром-техбезопасность».
Достоверность полученных результатов подтверждается оценкой результатов применения разработанных методов для реальных технических объектов, согласованностью расчетных и экспериментальных данных.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 11 таблиц и 32 рисунка, список литературы из 134 наименований.
Цели стратегии технологической безопасности
Целями стратегии технологической безопасности являются [4]: - кардинальное совершенствование технологической базы, как основы устойчивого развития общества; - обеспечение технологической независимости и конкурентоспособности отечественной продукции; - ликвидация технологического разрыва между Россией и промыш-ленно развитыми странами; - выход на положительный баланс платежей, связанных с трансфертом технологий; - обеспечение гарантий по защите уязвимых технологических систем и интеллектуальной собственности; - интеграция базовых технологий и технологий двойного назначения в единую высокоэффективную систему; - снижение технологических рисков загрязнения окружающей среды; - проведение институциональных и структурных преобразований в сфере материального производства.
Стратегия технологической безопасности предполагает анализ и управление динамикой технологического развития страны. Проблема анализа технологических рисков в сфере технологической безопасности становится одной из актуальных задач развития промышленного комплекса России. Эта проблема должна быть поставлена на такую же рисковую научно-техническую и социально-экономическую основу, как при возникновении чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера. В этом случае у государства создается единая база научно-технической политики по проблемам безопасности техногенной сферы. Многовариантные сравнительные технологии рисков с учетом экологических последствий призваны создать тонкие обратные связи при принятии управленческих стратегий и тактических решений на федеральном, отраслевом и, объектовом уровнях.
При разработке стратегии и программ обеспечения технологической безопасности предусматривают институциональные и структурные преобразования для сферы материального производства [4]: - формирование проблемных планов фундаментальных и прикладных исследований по регулированию, обеспечению и повышению безопасности техногенной сферы; - анализ и координация научно-технических разработок по критическим технологиям и по технологической базе России; - сосредоточение в рамках основных госзаказов, госпроектов, инновационных проектов заданий на реализацию основополагающих и фондообразующих технологий гражданского и оборонного назначения.
В России насчитывается более 100 тысяч опасных производственных объектов гражданского и оборонного назначения, в том числе - около 1500 ядерных и 3000 химических объектов, обладающих повышенной опасностью. При этом в ядерном комплексе сосредоточено около 1013, а в химическом - около 1012 смертельных токсидоз [4]. В наиболее ответственных отраслях (энергетике, нефте- и газохимической промышленности) потенциально опасные объекты имеют выработку более 50% проектного ресурса, а в ряде случаев - до 75-90%. Наиболее ответственные объекты авиационной и ракетно-космической техники выработали полностью проектные ресурсы [4]. В настоящее время в мировой техногенной сфере насчитывается до 103 объектов ядерной техники мирного и военного назначения, более 5-Ю4 ядерных боеприпасов, до 8-Ю4 тонн химических вооружений, сотни тысяч тонн взрыво- и пожароопасных продуктов, химически опасных веществ, десятки тысяч объектов с высокими запасами энергии [1,9,10].
В таких условиях в течение ближайших лет последствия техногенных и природных аварий и катастроф станут все более опасными для населения, объектов и окружающей среды, и эта опасность будет увеличиваться при увеличении объемов производства [4]. Основу решения этих проблем как в России, так и за рубежом составляет переход общества к новому уровню культуры безопасности - науке, праву, технике, технологиям, воспитанию, направленным на понимание приоритетности защиты человека, общества, среды обитания и жизнедеятельности, объектов материальной и духовной жизни.
Исключительной особенностью России является превышение большинства пороговых (запретных) показателей реальных угроз национальной безопасности в политической, социальной, экономической и военной сферах - практически все ключевые критерии, характеризующие безопасность человека, к концу 20-го века находились в закритической области [6,11]. Взаимодействие и усиление потенциальных угроз в этих сферах с угрозами в природно-техногенной сфере способны вывести общий системный кризис в России в катастрофическое необратимое состояние [3].
По степени потенциальной опасности можно выделить объекты ядерной, химической, металлургической и горнодобывающей промышленности, уникальные инженерные сооружения (плотины, эстакады, нефтегазохрани-лища), транспортные системы (аэрокосмические, надводные и подводные, наземные), перевозящие опасные грузы и большие группы людей, магистральные газо-, нефте- и продуктопроводы. Сюда же относятся многие объекты оборонного комплекса - ракетно-космические и авиационные системы с ядерными и обычными зарядами, атомные подводные лодки, крупные склады обычных и химических вооружений [8,11,12].
Аварии и катастрофы на указанных объектах могут инициироваться опасными природными явлениями - землетрясениями, ураганами, штормами. Сами техногенные аварии и катастрофы при этом могут сопровождаться радиационным и химическим загрязнением, взрывами, пожарами, обрушениями. Возникает синергетический эффект - стихийные бедствия в современной техносфере могут вызвать лавину чрезвычайных ситуаций. Имеет место и обратная связь - производственная деятельность может спровоцировать природные катастрофы с тяжелыми последствиями.
Опасные и катастрофические разрушения крупно- и среднесерийных технических систем в условиях нормальной эксплуатации прогнозируются уже в существенно меньшей мере - от 1 до 10%. Предварительный количественный анализ крупных аварийных ситуаций удается пока проводить в 0,1-1,0% случаев. Конкретные техногенные катастрофы регионального и национального характера получают отражение в расчетах и прогнозах не более чем в 0,001-0,1%. Глобальные катастрофы, как правило, не предсказываются [9,13].
Различие в уровнях требуемых и приемлемых (в национальных и международных рамках) рисков, с одной стороны, и уровнем реализованных рисков - с другой, достигает двух и более порядков. Вместе с тем известно, что повышение уровня защищенности объектов от аварий и катастроф на один порядок требует больших усилий в научно-технической сфере и существенных затрат, сопоставимых с 10-20% стоимости проекта [2,10,11].
В «Концепции национальной безопасности Российской Федерации» и других законодательных актах указаны необходимость и направления обеспечения защищенности людей, объектов жизнедеятельности и среды обитания от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера [4]. При этом анализ усложнения и насыщения высокотехнологичными и потенциально опасными объектами техногенной сферы всех промышленно развитых стран в последнее время показывает, что рост числа и тяжести последствий техногенных катастроф подчинялся экспоненциальному закону [11]. Несмотря на все достижения научно-технического прогресса во всех областях промышленности возможности парирования угроз в техногенной сфере оказались ограниченными.
Задачи управления промышленной безопасностью
Проблема безопасности имеет как технические, так и социальные аспекты [16]. Вторгаясь в природу, человечество сформировало чрезвычайно сложную систему, закономерности развития которой не в достаточной степени изучены. Разрушительный потенциал крупных технологических катастроф ныне сопоставим с угрозой военно-политических катаклизмов. Только в сфере энергетики добывается, хранится и перерабатывается около 10 млрд.т. условного топлива (масса сравнимая с арсеналом ядерного оружия) [16]. Опасные химические вещества используются в количествах, измеряемых от сотен миллиардов до триллионов летальных доз, что на один два порядка выше накопленных радиоактивных веществ [17]. Крупнейшие аварии 20-го - начала 21-го веков, вызвавшие значительные жертвы, сопровождавшиеся эвакуацией людей, приведшие к значительному загрязнению окружающей среды, произошли в течение двух последних десятилетий [18]. Одновременно увеличился их разрушительный эффект - на минувшее десятилетие приходится половина из почти 10 тыс. погибших в промышленных авариях и катастрофах 20-го века.
Общее определение термина «безопасность» дано в Федеральном Законе «О безопасности»: «Под безопасностью Российской Федерации понимается качественное состояние общества и государства, при котором обеспечивается защита каждого человека, проживающего на территории Российской Федерации, его прав и гражданских свобод, а также надежность существования и устойчивость развития Республики, защита ее ценностей, материальных и духовных источников жизнедеятельности, конституционного строя и государственного суверенитета, независимости и территориальной целостности от внутренних и внешних врагов» [19].
Безопасность - свойство объекта, заключающееся в способности не допускать таких изменений своих состояний и свойств, а также не вызывать изменений состояний и свойств других, связанных с ним объектов, которые были бы опасны для людей и (или) окружающей среды [20]. Если подходить к проблеме промышленной безопасности именно с позиций настоящего определения, то становится очевидным, что она не ограничивается и не исчерпывается вопросами только научно-технического характера проблема имеет социально-политическое значение в области обеспечения национальной безопасности России.
В России в годы реформ к объективным причинам увеличения риска возникновения аварий при эксплуатации опасных объектов добавились причины субъективного характера. Ликвидация ряда министерств и ведомств во многих отраслях промышленности привела к практическому отсутствию централизованного управления вопросами безопасности, в том числе в части отраслевого технического нормирования безопасности. Из-за отсутствия инвестиций в промышленность, на многих предприятиях сложилось сложное финансовое положение, не позволяющее обновлять основные производственные фонды, что повлекло использование устаревшего и зачастую опасного оборудования. Кроме того, отмечена тенденция ликвидации служб безопасности (охраны труда) на предприятиях [21].
Управление промышленной безопасностью определяется такими функциями, как государственный надзор и контроль, нормативное регулирование и разрешительная деятельность. Основным методом осуществления надзорной деятельности Госгортехнадзора России являются инспекции (проверки), складывающиеся из комплексных, целевых и оперативных обследований объектов, в ходе которых проводится проверка исполнения законодательства по промышленной безопасности на предприятии [2Г]. Такой подход приводит к переложению части ответственности за нарушения требований промышленной безопасности на государственных инспекторов, снижает эффективность надзора, его глубину из-за большой нагрузки инспекторов. Современный надзор должен базироваться на управлении системами обеспечения промышленной безопасности, используя в большей степени аналитические методы оценки состояния безопасности на объектах.
В системах надзора промышленно развитых стран практически полная ответственность за соблюдение требований промышленной безопасности возложена на предприятие, что позволяет более полно привлекать к решению проблем безопасности его средства и кадровый потенциал, развивать мотивационную составляющую выполнения норм безопасности.
Обеспечение техногенной безопасности при проектировании и эксплуатации
При вводе объектов в эксплуатацию большое значение приобретает контроль за их состоянием с определением эксплуатационных повреждений и остаточного ресурса [56,57]. Для этих целей разрабатываются и создаются информационно-измерительные комплексы натурной тензометрии с регистрирующей аппаратурой. Оценка состояния объектов в процессе эксплуатации проводится методами ультразвукового и рентгеновского контроля, проникающих жидкостей, акустической эмиссии и др. [58,59]. По результатам эксплуатационного контроля прочности и ресурса производится уточнение режимов эксплуатации, оценка возможности перехода на форсированные режимы, а также определение и назначение остаточного ресурса безопасной работы с учетом деградации несущих элементов в про ( цессе эксплуатации. Для решения вопросов о продлении ресурса и безопасного вывода из эксплуатации приходится практически повторять и усовершенствовать все методы и способы обоснования прочности, ресурса и безопасности, которые были приняты на предыдущих стадиях жизненного цикла.
Количественное описание сценариев и последствий аварий и катастроф на потенциально опасных объектах можно осуществлять на базе фундаментальных закономерностей физики, химии и механики катастроф. При этом стадии возникновения и развития аварийных ситуаций могут характеризоваться различным сочетанием физических, химических и механических поражающих и повреждающих факторов.
Предметом механика катастроф являются аварии, связанные с механическими разрушениями или повреждениями элементов технических систем. Актуальность выделения в рамках традиционных направлений исследований еще одного обусловлено тем, что именно крупномасштабные разрушения и повреждения высоконагруженных элементов, как правило, приводят к максимально возможному ущербу. С другой стороны суммарный ущерб от реализации той или иной аварийной ситуации в значительной мере зависит от степени разрушения или повреждения различных элементов этих объектов (машин, конструкций, оборудования и систем защиты).
Основными направлениями исследований в механике катастроф являются изучение областей опасных и безопасных состояний, процессов накопления повреждений, реакции элементов конструкций на внешние и внутренние воздействия, теория предельного состояния и особенно процесс закритического поведения элементов системы, который приводит к тем или иным последствиям. Концепция максимальной гипотетической аварии позволяет сформулировать первоочередные задачи в изучении технических систем в рамках механики катастроф [4,39,28,32,56]: - определение системы внешних нагрузок, действующих на элементы, исходя из условий эксплуатации при нормальных и аварийных условиях; - изучение напряженно-деформированного состояния высоконагруженных элементов системы с учетом внешних и внутренних штатных и нештатных динамических нагрузок; - оценка прочности, поврежденности и масштабов возможных разрушений элементов конструкций технических систем; - оценка последствий возможных разрушений; - разработка мер и рекомендаций по исключению катастрофических разрушений и снижение возможного ущерба от опасных разрушений.
Физические, химические и механические процессы, протекающие при штатных и аварийных ситуациях, определяют краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные последствия (рисунок 2.1).
Механика катастроф позволяет в количественно обоснованной форме назначить показатели безопасности с использованием расчетно экспериментального обоснования прочности, ресурса, надежности и живучести для всех стадий жизненного цикла потенциально опасных объектов.
В механике катастроф наряду с поражающими факторами от аварий и катастроф техногенного характера рассматриваются воздействие поражающих факторов от природных катастроф. При этом для запроектных и гипотетических аварийных ситуаций рассматриваются комбинированные варианты воздействия повреждающих факторов от природных, техногенных и природно-техногенных катастроф.
Базовые соотношения механики катастроф в общем случае можно записать в виде {S,/?r,P,/?s} = = р\!э{РЭ t N -с,Ф),[м{яь СТ ЬТ 8 ЕЛ,Нь ю,\/,#/),/#(/,ее,Fs)}, (2.1) где 5 - характеристики безопасности; Rj - характеристики ресурса; Р - характеристики надежности; R$ — характеристики прочности (сопротивления разрушению); fg — функционал эксплуатационной нагруженности; Рэ - параметры эксплуатационной на-груженности в нормальных и аварийных ситуациях; t - температура; ./V - число циклов нагружения; т - время эксплуатации; Ф - параметры полей физических воздействий (радиация, среда, магнитные поля); / - функционал физико-механических свойств конструкционных материалов; с - предел прочности; Cj - предел текучести; c r -предел длительной прочности; у$ предел выносливости; Е - модуль упругости; А, -коэффициент теплопроводности; Н - твердость (микротвердость); т - показатель упрочнения в упругопластической области; у - предельная пластичность материала; Kt -характеристика трешиностойкости; /# - функционал конструктивных форм несущего элемента конструкции; / - размер дефекта; а - теоретический коэффициент концентрации напряжений; F$ - характеристика поперечного сечения в рассматриваемой зоне.
Оптимизация системы технического обслуживания
Во многих практически значимых случаях оптимальность параметров системы технического обслуживания объекта может быть оценена решением одной из двух задач [24]: - обеспечение требуемого уровня безопасности (т.е. значения какого либо показателя надежности) при минимальных потерях и затратах на техническое обслуживание (прямая задача оптимизации); - обеспечение максимального из возможных уровня безопасности при ограниченных потерях и затратах (обратная задача оптимизации).
Для наиболее сложных и дорогостоящих технических объектов, отказ или снижение работоспособности которых ниже допустимого уровня может привести к серьезным последствиям, показатели надежности и безопасности, как более важные характеристики, обычно рассматриваются в качестве ограничения, а затраты - как целевая функция оптимизации. Поэтому в большинстве случаев решается прямая задача оптимизации [88].
Решение задач оптимизации системы технического обслуживания включает, как правило, построение графа состояний, составление модели функционирования и определение параметров системы технического обслуживания. Определение оптимальных параметров системы технического обслуживания обычно заключается в выборе из параметров, удовлетворяющих предъявляемым требованиям, таких, при которых затраты на техническое обслуживание минимальны [88,89].
При построении моделей функционирования систем с различными видами технического обслуживания можно выделить ряд характерных групп потоков (переходов из одного состояния в другое) [24,88,89]: возникновение отказов и неисправностей, устранение отказов и неисправностей, вывод объекта на различные виды технического обслуживания, вывод из состояний проведения технического обслуживания и т.д. При этом марковская аппроксимация возможна, если случайные потоки являются простейшими, т.е. удовлетворяют условиям ординарности, стационарности и отсутствия последствия [24,89]. В большинстве задач прикладного характера использование марковской аппроксимации приводит к получению решений с погрешностью в пределах точности исходных данных и в большинстве случаев не превышает 3-г5% [24,89,90]. Поэтому использование свойств марковских процессов для решения практических задач надежности и безопасности, как правило, является вполне оправданным.
Оптимизация техногенного риска и определение оптимальных параметров системы технического обслуживания потенциально опасных технических объектов определяется видом и сложностью самого объекта, характером и важностью выполняемых функций, числом и видом его возможных состояний, тяжестью последствий отказов, а также стратегией эксплуатации и технического обслуживания.
Например, для простейшего случая не- s-х А, хґ \ прерывно контролируемого в процессе ЭКС- \ J" p. \U плуатации объекта (рисунок 3.1) возможны р к зл Граф состояний только два состояния (работоспособное и со- нерезервированного объекта с стояние отказа) и при известной интенсивно- восстановлением: сти отказов X модель системы технического работоспособное состояние; обслуживания включает только один управ- отказ ляющий параметр - среднее время Тв или интенсивность восстановления \\, (при этом Тв = 1/ц). Для установившегося режима эксплуатации (/-»оо) система дифференциальных уравнений относительно вероятностей состояний объекта Po(t) и Pi(0 вырождается в систему алгебраических уравнений относительно «финальных» вероятностей Р0 и Р\ -XP0 + [iPl=0; -\хР1+ХР0=0, (3.1) из которой, с учетом нормирующего условия Р0 + Р\ = 1, можно получить ,,.31.-..... (3.2) 1-/ Л
При известной интенсивности отказов X и заданном уровне надежности PQ (вероятности готовности объекта к работе) или вероятности аварийного отказа Q = Р\ = 1 - PQ (технического риска) можно определить предельное значение среднего времени восстановления объекта и, соответственно, остальные параметры системы технического обслуживания.
В более сложных случаях для решения задач оптимизации необходимо определить некоторые дополнительные характеристики, которые не могут быть заданы исходя их экспериментальных исследований или практики эксплуатации объекта. Для этого целесообразно воспользоваться основными свойствами марковских процессов с непрерывным временем [24,90,91].
Например, в модели нерезервированного объекта с периодическим обслуживанием (рисунок 3.2) возможны переходы четырех видов: - из работоспособного состояния (или состояния готовности к применению) 1 в состояние технического обслуживания 2 с периодичностью /то и соответственно, с интенсивностью переходов Л-12 = 1 Ато); - из состояния готовности 1 в состояние отказа 3 с интенсивностью переходов, равной интенсивности отказов X (или параметру потока отказов): Х\% = X; - из состояния технического об служивания 2 в состояние готовности 1с Рисунок 3.2. Граф состояний интенсивностью, которая определяется у v r r нерезервированного объекта продолжительностью технического об- с периодическим служивания Тто: 21 = І/ ТОЇ техническим обслуживанием [24]: - из состояния отказа 3 в состояние 1 - работоспособное состояние (го технического обслуживания 2 (переход, явность к работе); 2 - техническое ,, J 1 обслуживание; 3 - скрытый отказ обусловленный обнаружением скрытого (до роведения тех„ИЧеского обслу-отказа при техническом обслуживании) с живания) интенсивностью переходов а-32 Единственным работоспособным состоянием объекта является состояние готовности к работе 1 и поэтому основным показателем надежности можно считать вероятность этого состояния Р\. При анализе безопасности основным параметром является вероятность отказа (технический риск) Q = Р3.
Параметры tjQ, X, т-ро И- соответственно, интенсивности переходов 12 13 21 могут быть получены по результатам экспериментальных исследований и испытаний или задаются регламентом технического обслуживания и при построении модели их можно считать известными. Для нахождения неизвестной интенсивности переходов А,з2 можно воспользоваться свойствами марковских процессов с непрерывным временем [24,90,91]. В частности, так как переход 3-2 единственный, то /?32 = 1, и, очевидно, /3 = то " із» а із = h . тогда:
