1.2. Символика, используемая при построении
Исходные события являются первопричинами, которые прямо или косвенно приводят к головным событиям. Деревья отказов могут также содержать промежуточные события, в том числе причины -реализаторы головного события. События дерева отказов обозначаются условными символами (таблица 1)и соединяются с помощью символов логических операций в соответствии с их причинными взаимосвязями. Символы логических операций представлены в таблице 2.
1.3. Правила построения дерева отказов
1.3.1.События, входные для операции “ИЛИ” должны формулироваться так, чтобы каждое из них способно было вызвать появление выходного события, а вместе они исчерпывали бы все возможные пути появления выходного события.
1.3.2. Для любого события, подлежащего анализу, вначале рассматриваются все события, являющиеся входами операций “ИЛИ”, а затем входы операций «И».
1.3.3.События, входные для операции “И” должны формулироваться так, чтобы появления выходного события было возможно лишь при совместной их реализации.
1.3.4.Если в системе возможны головные события. различающиеся по характеру и тяжести последствий, для каждого из таких событий строят отдельное дерево отказов. Эти деревья могут объединяться в общее дерево отказов системы.
Таблица 1. Символы событий
Событие, вводимое логическим знаком и анализируемое в дереве отказов (головное или промежуточное событие)
Исходное событие, обеспеченное достаточными данными
Событие, недостаточно детально разработанное. Далее в дереве отказов оно не анализируется из-за отсутствия данных или из-за нецелесообразности.
Таблица 2. Символы логических операций
Выходное событие происходит, если все входные события случаются одновременно
Выходное событие происходит, если случается любое из входных событий
1.4. Этапы построения дерева отказов
1.4.1. Выбирается уровень детализации рассматриваемой эргатической системы. Рассматриваются все возможные нежелательные события в системе.
1.4.2.События разделяются на самостоятельные группы.
1.4.3.Для каждой группы выделяется головное событие т.е. событие, к которому в различных комбинациях приводят все события данной группы и которое должно быть предотвращено.
1.4.4. Рассматриваются все первичные и вторичные события которые могли вызвать головное событие,
1.4.5. Устанавливается связь между событиями через соответствующие логические операции (логическое «И«,логическое «или»).
1.4.6.Рассматриваются события, необходимые для анализа каждого из предыдущих событий, и повторяются па. 1.4.1, 1.4.2 и т.д., пока все события не будут основными, или прекращаем дальнейший анализ в силу незначительности событии, нецелесообразности или отсутствия данных.
1.4.7. События представляются графически в виде дерева отказов.
1.4.8. Выполняется количественный анализ (вычисление вероятностей событий).
Рассмотрим процесс построения дерева отказов на примере работы на заточном станке. Предположим, что рассматриваемой системой является операция заточки инструмента.
В соответствии с этапом 1.4.1перечислим нежелательные события -аварийные ситуации, которые долины быть предотвращены.
а) касание кистью или пальцами наждачного круга.
б) контакт локтевой части руки с кругом.
в) попадание одежды в станок.
г) попадание металлической крошки в глаз.
д) поражение током из-за плохого заземления.
е) воспламенение из-за перегрузки двигателя.
Подробный список опасных ситуаций можно составить на основе данных о несчастных случаях за прошедшее время.
На этапе 1.4.2разделяем перечисленные события на независимые группы. Здесь трудно сформулировать определенный алгоритм, и успех этого этапа во многом зависит от опыта и способностей человека, проводящего анализ, но в рассматриваемом примере можно дать некоторые рекомендации.
Так события «а» и «б», тесно связаны и могут анализироваться совместно. То же можно сказать о событиях «д» и «е». Событие «г» обособлено и должно рассматриваться отдельно. Событие «в» можно рассматривать как часть группы, в которую входят события «а» и «б», но оно относится к захвату одежды движущимися частями, а не к прямому контакту, поэтому также может быть изучено отдельно.
Итак, для четырех групп мы можем сформировать четыре головных события.
Для каждого из этих головных событий можно построить дерево отказов в соответствии с 1.4.4 — 1.4.8.Рассмотрим построение дерева отказов для головного события «г» (рис. 1). Согласно правилу 1.3.1построения дерева отказов вначале анализируем вход операции “ИЛИ”. При этом целесообразно рассмотреть две несовместные категории лиц: рабочий, работающий на станке (оператор), и постороннее лицо (неоператор). Следует также предположить, что если на человеке защитные очки, то попадания частиц в глаз не происходит.
Контакт человека с кругом
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