Дерево отказов сложной системы

1.4. Правила построения «дерева отказов»

На второй стадии при изучении риска выявляются последовательности опасных ситуаций, приводящие к нежелательному событию или аварии. На второй стадии методики изучения риска строят «дерево отказов».

«Дерево отказов» — довольно сложная система, которая служит для определения причинных взаимодействий между исходными аварийными событиями, приводящими к аварии в системе, и определения способов устранения вредных воздействий, а также способов и средств защиты. Существуют следующие правила построения «дерева отказов».

1. Нежелательное событие (конечное событие) помещается сверху и соединяется с рядом более элементарных исходных отказов путем констатации событий и логических символов.
2. Анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.
3. События разделяются на более элементарные, и точно определяются причины этих событий.
4. Анализ системы проводится до тех пор, пока на всех ветвях не появятся первичные отказы.

5. Каждому логическому элементу присваивается буквенный символ.

6. Каждое исходное событие нумеруется. Основные логические знаки представлены в табл.1.

«и»

Выходное событие В происходит, если все входные события А1, А2 …, Аn случаются одновременно.

Вероятность возникновения В: Р(В)= (1-Р(Аi))

Выходное событие В происходит, если случается любое из входных событий А1, А2,… Аn .

Вероятность возникновения В: Р(В)=1- (1-Р(Аi))

Наличие входа вызывает появление выхода тогда, когда происходит условное событие

Выходное событие имеет место, если все входные события происходят в нужном порядке слева направо

Выходное событие происходит, если случается одно (но не оба) из входных событий

«m из n»

Выходное событие происходит, если случается m из n входных событий

1.5. Основные блоки «дерева отказов»

1. Событие, вводимое логическим элементом. Это событие возникает в результате более элементарных исходных отказов и описывается символом:

2 . Исходное базовое событие или исходный отказ (первичный отказ) отдельного элемента. Это событие обеспечено достаточными данными (сведениями по интенсивности отказов) и обозначается символом:

На рис.3 приведен элементарный блок описания отказа элемента.

Первичный отказ — нерабочее состояние элемента, причиной которого является он сам. Для расчета вероятности возникновения конечного события, круглые блоки должны представлять события, для которых имеются данные по надежности. Обычно исходное событие обусловливается определенным элементом и, когда оно происходит, этот элемент надо отремонтировать или заменить.

Вторичный отказ происходит, когда сам элемент не является причиной отказа, а выходит из строя из-за избыточных напряжений на элемент, которые могут быть вызваны неправильными действиями персонала, выходом из строя соседних элементов, а также окружающей средой.

Ошибочные команды означают, что элемент находится в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помехи.

Итак, «дерево отказов» — это графоаналитический способ представления информации о возможных отказах системы. Он позволяет качественно и количественно оценить надежность системы.

Качественный анализ состоит в сопоставлении различных маршрутов, ведущих от исходных к конечному событию. Определяют наименьший набор исходных событий, приводящих к аварии.

Количественный анализ состоит в расчете вероятности возникновения аварии для всех маршрутов или частоты ее возникновения.

Наконец на третьей (последней) стадии анализа риска разрабатывают основные мероприятия по уменьшению опасности и риска и рекомендации по выполнению изменений в системе с целью улучшения показателей безаварийности.

Источник

8.3. Построение дерева отказов

Дерево отказов — это топологическая модель надежности и безопасности, которая отражает логико-вероятностные взаимосвязи между отдельными случайными исходными событиями в виде первичных отказов или результирующих отказов, совокупность которых приводит к главному анализируемому событию [2]. Таким образом, дерево отказов — это ориентировочный граф в виде дерева.

Основной целью построения дерева неисправностей является символическое представление существующих в системе условий, способных вызвать ее отказ. Кроме того, построенное дерево позволяет показать в явном виде слабые места системы и является наглядным средством представления и обоснования принимаемых решений, а также средством исследования компромиссных соотношений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям.

Выделяют пять типов вершин дерева отказов (ДО):

• вершины, отображающие первичные отказы;
• вершины, отображающие результирующие или вторичные отказы;
• вершины, отображающие локальные отказы, которые не влияют на возникновение других отказов;
• вершины, соответствующие операции логического объединения случайных событий (типа ”ИЛИ ”);
• вершины, соответствующие операции логического произведения случайных событий (типа ”И”).

Каждой вершине ДО, отображающей первичный или результирующий отказ, соответствует определенная вероятность возникновения отказа. Одним из основных преимуществ ДО является то, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов систем и событий, которые приводят к постулируемому отказу или аварии. Чтобы определить вероятность отказа, необходимо найти аварийные сочетания, для чего необходимо произвести качественный и количественный анализ дерева отказов.

Структура дерева отказа включает одно головное событие (аварию, инцидент), которое соединяется с набором соответствующих нижестоящих событии (ошибок, отказов, неблагоприятных внешний воздействий), образующих причинные цепи (сценарии аварий). Для связи между событиями в узлах деревьев используются знаки «И» и «ИЛИ». Логический знак «И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий (соответствует перемножению их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события). Знак «ИЛИ» означает, что вышестоящее событие может произойти вследствие возникновения одного из нижестоящих событий.

Обычно предполагается, что исследователь, прежде чем приступить к построению дерева неисправностей, тщательно изучает систему. Поэтому описание системы должно быть частью документации, составленной в ходе такого изучения.

В зависимости от конкретных целей анализа дерева неисправностей для построения последнего специалисты по надежности обычно используют либо метод первичных отказов, либо метод вторичных отказов, либо метод инициированных отказов.

Метод первичных отказов. Отказ элемента называется первичным, если он происходит в расчетных условиях функционирования системы. Построение дерева неисправностей на основе учета лишь первичных отказов не представляет большой сложности, так как дерево строится только до той точки, где идентифицируемые первичные отказы элементов вызывают отказ системы. Для иллюстрации этого метода рассмотрим следующий пример.

Пример 8.1. Требуется построить дерево неисправностей для простой системы — комнаты, в которой имеются выключатель и электрическая лампочка. Считается, что отказ выключателя состоит лишь в том, что он не замыкается, а завершающим событием является отсутствие освещения в комнате [2].

Дерево неисправностей для этой системы показано на рис 8.1. Основными, или первичными, событиями дерева неисправностей являются отказ источника питания «Е₁» , отказ предохранителя «E₂» , отказ выключателя «Е₃» и перегорание лампочки «Е₄» .

Промежуточным событием является прекращение подачи электроэнергии. Наибольший интерес представляет завершающее событие — «отсутствие света в комнате», и поэтому именно ему уделяется основное внимание при анализе. Дерево неисправностей, изображенное на рис. 8.1, показывает, что исходные события представляют собой входы схем ИЛИ: при наступлении любого из четырех первичных событий «Е₁», «E₂», «Е₃», «Е₄» осуществляется завершающее событие (отсутствие света в комнате).

Рис. 8.1. Дерево неисправностей для случая первичных отказов.

Метод вторичных отказов. Чтобы анализ охватывал и вторичные отказы, требуется более глубокое исследование системы. При этом анализ выходит за рамки рассмотрения системы на уровне отказов ее основных элементов, поскольку вторичные отказы вызываются неблагоприятным воздействием окружающих условий или чрезмерными нагрузками на элементы системы в процессе эксплуатации.

Пример 8.2. На рис 8.2 показано простое дерево неисправностей с завершающим событием — прекращение выработки электроэнергии генератором. Дерево отказов отображает такие первичные события, как отказ выключателя (отсутствие замыкания), неисправности внутренних цепей двигателя, источника питания и предохранителя. Вторичные отказы изображаются прямоугольником как промежуточное событие [2].

Вторичные отказы, изображенные на рис. 8.2, происходят вследствие неудовлетворительного технического обслуживания, неблагоприятного воздействия внешней среды, стихийного бедствия и т. д.

Метод инициированных отказов. Подобные отказы возникают при правильном использовании элемента, но в неустановленное время или в неположенном месте. Другими словами, инициированные отказы — это сбои операций координации событий на различных уровнях дерева неисправностей: от первичных отказов до завершающего события (нежелательного либо конечного).

вследствие аномальных условий

Источник