Проведения исследований методом FTA Цели проведения исследований методом FTA

Область применения. Технический подход. Определение изучаемой проблемы. Представление обзора. Документирование. Типовая таблица. Маркировка оборудования. Описание оборудования.

Описание проблем промышленной безопасности само по себе является трудной задачей. Имеется большой перечень вопросов, которые должны быть освещены для того, чтобы решить эти задачи. Как показала практика, решение возникающих комплексных задач должно существенно упроститься, если удастся установить первичные симптомы и причины изучаемых явлений. Описание проблем должно обязательно включать не только оценку внутренне присущих исследуемым объектам причин, порождающих опасность, но и оценку побочных нежелательных эффектов и описание порядка действий, которые необходимо предпринять в предназначенное время. При этом для более или менее сложных объектов и систем количество факторов, которые должны быть подвергнуты анализу, может достигать нескольких сотен и тысяч. Сложность современных технологических процессов, невозможность сразу охватить весь спектр явлений, способных приводить к аварийным ситуациям, делает целесообразным использование метода деревьев событий (деревьев отказов) для комплексного анализа устойчивости функционирования промышленной безопасности предприятий.

Природа изучаемых явлений требует привлечения большого числа специалистов различных областей знаний, которые могут иметь, вообще говоря, разные ряды приоритетов и противоречивые планы решения возникающих практических задач.

Достаточно удачным средством для нахождения компромиссов, обеспечения полного и взвешенного функционального описания проблем промышленной безопасности является использование представления знаний об изучаемых объектах и систем в виде графических логических построений.

Методология исследований деревьев отказов (FTA)

FTA основан на графическом логическом описании механизма отказов системы. Ключевые теоретические основы в FTA – это предположение, что компоненты в системе либо работают успешно, либо отказывают полностью. До начала построения дерева отказов необходимо специально определить верхнее событие. Необходимо детальное понимание работы систем ее компонентов, роли операторов и возможных человеческих ошибок.

Дерево отказов представляет собой дедуктивное логическое построение, которое использует концепцию одного финального события (как правило, авария или отказ блока, всей системы) с целью нахождения всех возможных путей, при реализации которых оно может произойти.

Для этого рассматривается, какие события или их комбинации могут привести непосредственно к возникновению финального события. Затем каждое из этих событий рассматривается как вершина дерева и процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень детализации, на котором полученные события уже будут неделимы в принципе или по соображениям решения задачи. Такие события называют базовыми, инициирующими, элементарными или исходными. Все остальные события – порожденными или промежуточными.

Для графического изображения простейшего дерева событий необходимо ввести базовый набор символических изображений, которые представлены на рисунке E.1. Данные типы вершин позволяют построить дерево отказов для огромного большинства систем. Однако, существуют ситуации, когда отказ наступает только при определенном порядке возникновения входных событий (отказов) или же в случае соблюдения некоторых временных условий (например: действие какого-нибудь фактора в течение определенного интервала времени), который больше допустимого, либо при некоторой комбинации этих требований. В этом случае построение и анализ деревьев отказов значительно усложняется.

Приведем некоторые термины, необходимые для понимания рассматриваемого метода:

Событие – нежелательное отклонение от нормы или ожидаемого состояния компонентов системы.

Верхнее (главное) событие – это нежелательное событие или инцидент на вершине дерева отказов, от которого спускаются вниз, пользуясь логическими воротами.

Промежуточное событие позволяет комбинировать различные исходные события, которые рассматриваются в развитии посредством условий.

Исходное событие – отказ в работе оборудования или ошибка персонала, которые при рассмотрении не разбиваются на отдельные составные события более мелкого масштаба.

Неразвивающееся событие - возможные причины нежелательного события не рассматриваются в развитии по причине того, что условия возникновения данного события не достоверны или имеющейся информации не достаточно.

Условие (логические ворота) – логическая связь между входными событиями (событиями более низкого уровня) и отдельными выходными событиями (более высокого уровня).

Условие «и» объединяет входные события, каждое из которых должно существовать одновременно с другими.

Условие «или» используется в случае, если для определения последующего выходного события достаточно ввести данные об одном каком-либо предыдущем событии.

Минимальный набор сечений – минимальное число цепочек событий, при которых может произойти главное событие. Все события (отказы) соответствуют базовому или неразвивающемуся событию.

Рисунок - Символы, используемые в методе дерева отказов

Большинство существующих методов анализа деревьев отказов основываются на поиске и изучении множества сечений и путей дерева.

Путь (сечение) – есть такая комбинация базовых событий, реализация которых приводит к возникновению главного события.

Сечение (путь) – есть такая комбинация базовых событий, одновременная нереализация которых приводит к невозможности возникновения данного события.

Минимальный путь – это группа событий или первичных источников отказов, которые могут привести к главному событию через минимальное число шагов.

С точки зрения возникновения аварийных ситуаций предпочтительнее производить анализ минимальных путей дерева. Зная вероятности их реализации, можно рассчитать вероятность возникновения главного события.

Если же решается задача повышения надежности систем, то гораздо эффективнее анализ минимальных сечений дерева отказов с целью найти наиболее простые способы повышения надежности системы.

Комбинация этих рассмотрений позволяет найти наиболее «узкие места» системы, найти эффективные способы повышения надежности химико-технологической системы (ХТС).

Из вышеизложенного рассмотрения видно, что концепция деревьев событий и отказов является перспективным методом решения задачи по надежности и безопасности, а также по определению риска функционирования ХТС.

Однако, следует отметить некоторые принципиальные моменты, связанные с использование деревьев событий и отказов.

Дерево (вообще) представляет собой структуру, где каждый элемент (за исключением граничных) имеет один вход или один или более выходов, или наоборот – все зависит от того, в какую сторону проходится дерево, но не то и другое вместе. Данное ограничение, накладываемое на понятие «дерево», приводит к некоторым сложностям в построении и анализе дерева. Например, в случае дерева отказов (где все элементы кроме вершины дерева должны иметь один выход) обычно существует событие, имеющее более одного выхода (в качестве примера можно привести отказ электропитания ХТС или наводнение).

Второй принципиальный момент, который не учитывается существующими моделирующими алгоритмами, заключается в следующем предположении: если на входах участка логической структуры создается благоприятная комбинация условий, то со стопроцентной вероятностью должно произойти порожденное событие. В большинстве случаев так оно и есть, однако, можно привести ситуации, когда это не соблюдается, например, попадание камня в оконное стекло не всегда приводит к тому, что оно разбивается. Для решения данной задачи в существующих алгоритмах приходится или вводить фиктивные события (функция которых заключается в том, что не всегда выдавать выходной сигнал, когда на входах присутствует благоприятная комбинация входных), или корректировать входные вероятности (например, вероятность попадания камня в окно заменятся вероятностью того, что оно разобьется; но это не позволяет учесть причины, которые привели к разбиению окна).

Отличительной особенностью функционирования человека в ХТС является то, что ему свойственен принципиально новый тип отказа – ошибка в деятельности (временный неустойчивый отказ), и его также необходимо учитывать.

Исследования методом FTA применяют в целях:

- выявления всех путей, которые приводят к главному нежелательному событию при определенном стечении обстоятельств;

- определения минимального числа комбинаций событий, которые могут привести к главному событию;

- качественного определения основных причин нежелательного события;

- количественной оценки частоты вероятности нежелательного события;

- идентификации общего характера отказов или их общих причин, трудно выявляемых при рассмотрении изолированных подсистем;

- анализа чувствительности отдельных событий к отклонениям параметров системы.

Целями применения метода FTA в химической промышленности являются:

- оценка частоты возникновения инцидентов (или надежность оборудования);

- определение комбинаций отказов оборудования, рабочих условий, условий окружающей среды и человеческих ошибок, которые повлияли на инцидент;

- идентификация корректирующих воздействий для улучшения надежности и безопасности и определения их влияния.

Дерево отказов – это графическое представление связей между отказами оборудования и аварийными ситуациями.

Можно выделить четыре класса причин возникновения аварийных ситуаций:

- отказы оборудования

- отклонения от технологического регламента

- ошибки производственного персонала

- внешние причины (стихийные бедствия, диверсии и т.д.)

Одним из достоинств метода является систематическое логически обоснованное построение множества отказов элементов системы, которые могут приводить к аварии.

Метод деревьев отказов используется, в основном, в случаях, когда при отказе системы в целом может быть установлена связь между комбинациями отказов отдельных компонентов системы. Метод применяется при идентификации требований к дублированию компонентов, к защитным устройствам и контрольным системам.