Безопасность и экологичность технических систем

 

Безопасность и экологичность технических систем

Содержание реферата

1. Потенциальная опасность  и риск. Причины появления опасности

2. Методы оценки опасных  ситуаций

3. Нормативные показатели  безопасности технических систем

4. Методы повышения безопасности  технических систем и технологических  процессов

Список литературы

1. Потенциальная  опасность и риск. Причины появления  опасности

Безопасность жизнедеятельности человека в производственной среде связана с оценкой опасности технических систем и технологией. Научно-технический прогресс вводит в городскую и бытовую сферы технические средства, удовлетворяющие разнообразные растущие потребности человека. Производственная среда насыщается все более мощными техническими системами и технологиями, которые делают труд человека более производительным и менее тяжелым физически. При этом сохраняет силу аксиома: потенциальная опасность является универсальным свойством взаимодействия человека со средой обитания и ее компонентами, все производственные процессы и технические средства потенциально опасны для человека. Всегда существует индивидуальная опасность – вероятность гибели от несчастного случая.

Ежегодно 300-400 тысяч человек в нашей стране получают травмы на производстве, из них 7-10 тысяч – смертельные, еще 12-15 тысяч человек становятся инвалидами труда. Десятки тысяч человек погибают ежегодно в дорожно-транспортных происшествиях. Каждый третий пожар возникает из-за неисправности бытовых приборов.

Характер потенциальной опасности меняется на своем пути развития человечества от чисто природных, естественных факторов вначале и до многочисленных негативных факторов антропогенного происхождения (высокие скорости и энергии, электрический ток, излучения, высокие температуры и др.) в современном, обитающем в техносферечеловеческом обществе.

Потенциальную опасность можно оценить с помощью риска. Риск – вероятность реализации опасности. Так, риск для человека пострадать в автомобильной катастрофе составляет 10 1/год, от удара молнии 10 1/год. Это означает, что в течение года существует вероятность погибнуть в результате автокатастрофы одному человеку из 10 человек и в результате удара молнии одному человеку из 10 человек, находящихся в сходных условиях. Многолетние статистические данные позволяют оценить риск во многих сферах человеческой деятельности.

Состояние безопасности предполагает отсутствие риска, т.е. отсутствие возможности реализации опасности. На практике полная безопасность недостижима, пока существует источник опасности. Обеспечение безопасности осуществляется снижением риска до некоторого условленного приемлемого уровня. Риск может оставаться длительное время нереализованным или проявиться в форме несчастного случая. Для современных технических систем повышенной энергетической мощности устанавливается вероятность реализации опасности для человека на уровне не более 10  -10  1/год. Основной характеристикой уровня безопасности является величина допустимого (остаточного) риска для человека. На практике допустимый риск часто устанавливается  в соответствии с достигнутым в наиболее благополучных аналогичных системах «человек – техническая система». Так, например, вероятность тяжелых аварий на АЭС не должна превышать 10  -10  на 1 реактор-год. Обеспечивается допустимый риск комплексом мероприятий: технических, технологических и организационных, - позволяющих свести к минимуму причины возникновения опасности.

В каждом конкретном случае возникновение опасности в технической системе имеет многопричинный характер. Основная доля людей, примерно пятая часть их связана с техникой. К группе «человеческого фактора» относятся:

недостатки в профессиональной подготовке и слабые навыки действий в сложных ситуациях;

отклонения от нормативных требований в организации и технологии производства;

технологическая недисциплинированность исполнителей;

слабый контроль или неисполнительность в проведении регламентных испытаний оборудования и проверки контрольно-измерительной аппаратуры;

наличие факторов дискомфорта в работе, вызывающих процессы торможения, утомления, перенапряжения организма человека и т.п.;

неиспользование необходимых средств индивидуальной защиты и безопасности.

Опасности технического характера обусловлены:

неисправностью технических средств;

недостаточной надежностью сложных технических систем;

несовершенством конструктивного исполнения и недостаточной эргономичностью рабочих мест;

отсутствием или неисправностью контрольно-измерительной аппаратуры и средств сигнализации.

В процессе своей деятельности человек имеет дело с высокими уровнями энергии (электрической, тепловой, механической, радиационного и электромагнитного излучения) и вредных веществ.

Возможность неконтролируемого выхода энергии, накопленной в материалах и технических системах, значительно усиливает их опасность.

2 Методы  оценки опасных ситуаций

Опыт взаимодействия человека с техническими системами позволяет идентифицировать травмирующие и вредные факторы, а также выработать методы оценки вероятности появления опасных ситуаций. Прежде всего, это накопление статистических данных об аварийности и травматизме (табл.1), различные способы преобразования и обработки статистических данных, повышающие их информативность. Недостатком этого метода является его ограниченность, невозможность экспериментирования и неприменимость к оценке опасности новых технических средств и технологий.

Таблица 1

Вероятность индивидуального смертельного риска в различных сферах деятельности

Вид деятельности	Риск
Автомобильные катастрофы	0,001
Преступления	0,0004
Добыча угля	0,00088
Строительство	0,000092
Сельское хозяйство	0,000087
молния	0,0000001

 

Значительное развитие и практическое применение получила теория надежности. Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, позволяющих выполнять требуемые функции. Для количественной оценки надежности применяют вероятностные величины.

Одно из основных понятий теории надежности – отказ. Отказ – это нарушение работоспособного состояния технического устройства из-за прекращения функционирования или из-за резкого изменения его параметров. В теории надежности оценивается вероятность отказа, то есть вероятность того, что техническое средство откажет в течение заданного времени работы. Для современных технических систем интенсивность отказов лежит в пределах 10 – 10  1/час. Теория надежности позволяет оценивать срок службы, по окончании которого техническое средство вырабатывает свой ресурс и должно подвергнуться капитальному ремонту, модернизации или замене. Техническим ресурсом называется продолжительность непрерывной или суммарной периодической работы от начала эксплуатации до наступления предельного состояния. Количественная информация о надежности накапливается в процессе эксплуатации технических систем и используется в расчетах надежности. При этом выявляются ненадежные элементы и факторы, ускоряющие или вызывающие отказы, слабые места в конструкции; вырабатываются рекомендации по улучшению устройств  и оптимальным режимам их работы.

Возможности электронно-вычислительной техники позволяют развивать метод моделирования опасных ситуаций. Моделирование оперирует формализованными понятиями. Формализация – это упорядоченное и специальным образом организованное представление исследуемых объектов с помощью различных физических и геометрических знаков. Формализации подвергаются статистические данные о происшествиях, структура и закономерности функционирования технических систем.

Для построения моделей используется ряд графических символов. Например (1), символы   характеризуют состояние, свойство или событие. Символами обозначаются исходное или конечное событие.

Знак «или» знак «и», имеет отношение связь

влияние и т.п. Эти символы используются для построения диаграмм с узлами и взаимосвязью между ними. В качестве узлов подразумеваются события, свойства и состояния элементов системы «человек-машина», логические условия их реализации и преобразования. Взаимосвязь между узлами диаграммы изображают ребрами, с помощью которых образуются ветви. Широкое распространение получила диаграмма ветвящейся структуры, называемая «дерево событий». Диаграмма включает одно нежелательное событие-происшествие, которое размещается вверху и соединяется с другими событиями-предпосылками с помощью соответствующих связей и логических условий. Узлами дерева служат как события, так и условия. Для реализации происшествия необходимо одновременное выполнение трех условий: наличие источника опасности, отсутствие у человека защитных средств.

Рассмотрим процедуру построения дерева, его качественный и количественный анализ на примере (1) (рис.1).

Рис.1.

 

Будем считать, что для гибели человека от электрического тока необходимо и достаточно включение его тела в цепь, обеспечивающую прохождение смертельного тока. Следовательно, чтобы произошел несчастный случай (событие А), необходимо одновременное выполнение, по крайней мере, трех условий: наличие потенциала высокого напряжения на металлическом корпусе электроустановки (событие Б), появление человека на заземленном проводящем основании (событие В), касание человека корпуса электроустановки (событие Г).

В свою очередь событие Б может быть следствием любого из событий – предпосылок Д и Е, например, нарушение изоляции или смещение неизолированного контакта и касание им корпуса. Событие В может появиться как результат предпосылок Ж и З, когда человек становится на заземленное проводящее основание или касается телом заземленных элементов помещения. Событие Г может явиться одной из трех предпосылок И, К и Л – ремонт, техобслуживание или работа установки.

Анализ дерева событий состоит в выявлении условий, минимально необходимых и достаточных для возникновения или невозникновения головного события. Модель может давать несколько минимальных сочетаний исходных событий, приводящих в совокупности к данному происшествию. В данном примере имеются 12 минимальных аварийных сочетаний: ДЖИ, ДЖК, ДЖЛ, ДЗИ, ДЗК, ДЗЛ, ЕЖИ, ЕЖК, ЕЖЛ, ЕЗИ, ЕЗК, ЕЗЛ и 3 минимальных секущих сочетания, исключающих возможность появления происшествия при одновременном отсутствии образующих их событий: ДЕ, ЖЗ, ИКЛ.

Аналитическое выражение условий появления исследуемого происшествия имеет вид  А= (Д+Е)(Ж+З)(И+К+Л). подставив вместо буквенных символов вероятности соответствующих предпосылок, можно получить оценку риска гибели человека от электрического тока в конкретных условиях.

Например, при равных вероятностях Р(Д)=Р(Е)=…Р(Л)=0,1 вероятность гибели человека от электрического тока в рассматриваемом случае

Р(А)=(0,1+0,1)(0,1+0,1)(0,1+0,1+0,1)=0,012.

Таким образом, может быть рассчитана вероятность несчастного случая или аварии при производстве.

Практический интерес представляет построение дерева причин несчастного случая с подобным проведением анализа предшествующих событий, которые привели к нему. При этом выделяются случайные предшествующие события, устанавливаются связи между ними, анализируются факторы, носящие постоянный характер. Логическая структура дерева такова, что при отсутствии хотя бы одного из предшествующих событий, несчастный случай произойти не может. При составлении дерева причин могут быть выявлены потенциально опасные факторы, не проявившие себя. Таким образом, можно предотвратить повторение аналогичного несчастного случая.

Для сложных систем анализ может производиться методом дерева отказов, в котором диаграмма показывает события и условия как логические следствия других событий и условий.

Достоинством такого моделирования опасностей являются простота, наглядность и легкость математической алгоритмизации исследуемых производственных процессов и технических систем.

На практике разрабатываются и применяются различные методы моделирования опасных ситуаций.

Оценка вероятности опасных ситуаций в системе «человек-техническая система» на стадии проектирования производства, технологий и технических систем позволяет повысить их безопасность.

Для этой цели разрабатываются программы исследований факторов риска, испытания технических средств на соответствие требованиям безопасности.

В случае невозможности надежного теоретического анализа применяются экспертные оценки. Методы экспертного оценивания используются при исследовании достаточно сложных объектов, когда имеются трудности в создании достоверных моделей функционирования больших систем. Эти трудности могут возникнуть из-за сложности и трудоемкости решения задач оптимизации, а также, как это часто бывает, из-за совмещения в технических решениях принципов различных областей науки. Эксперты являются специалистами в конкретных областях знания и могут указать более предпочтительные варианты решений. Для обеспечения объективности оценки разработаны способы получения экспертной информации: парные и множественные сравнения, ранжирование, классификации. Экспертам предъявляются пары или множество объектов, и предлагается указать более предпочтительные из них, при ранжировании предлагается упорядочить по предпочтениям множество объектов. Эксперт может дать количественную оценку предпочтения; анализ и обработка экспертной информации проводится с помощью математических методов.

Применяя различные методы, можно проводить систематические исследования на стадии проектирования и  ходе эксплуатации как целого предприятия, так и отдельной технической единицы. Проверка качества проектируемых технических средств проводится испытанием опытных образцов, а затем, в процессе эксплуатации, периодическими испытаниями серийных образцов в условия, приближенных к реальным условиям максимальных негативных воздействий (механических, климатических и др.). Эти условия создаются с помощью вибростендов, климатических камер и т.д. Выявление, анализ и устранение дефектов повышает надежность технологий и технических систем. Классификации отказов на этапе проектирования и производства позволяют определить факторы, имеющие преобладающее значение в формировании причин опасных ситуаций.