Теорія ризику

ТЕОРИЯ РИСКА

Основные становища теорії ризику.

Одной з основних цілей БЖД є визначення кількісних характеристик небезпеки (ідентифікація). Тільки знаючи ці характеристики можна з урахуванням загальних методів розроблені ефективні приватні методи забезпечення безпеки й оцінювати існуючі технічні системи та об'єкти з погляду їхньої безпечності для людини.

При аналізі технічних систем широко використовується поняття надійності.

Надежность — властивість об'єкта виконувати і зберігати у часі задані йому функції в заданих режимах і правових умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, збереження і транспортування.

Надежность своїм внутрішнім властивістю об'єкта. Воно виявляється в взаємодії цього об'єкта коїться з іншими об'єктами всередині технічної системи, ні з зовнішньої середовищем, що є об'єктом, з яким взаємодіє сама технічна система відповідно до її призначенням. Це властивість визначає ефективність функціонування технічної системи у часі через своїх показників. Будучи комплексним властивістю, надійність об'єкта (залежно з його призначення і умов експлуатації) оцінюється через показники приватних властивостей — безвідмовності, довговічності, ремонтопригодности і збереження — окремо чи певному поєднанні.

При аналізі безпеки технічної системи, характеристики її надійності не дають вичерпної інформації. Потрібно здійснити аналіз можливих наслідків відмов технічної системи себто шкоди, спричинених устаткуванню і наслідків людей, що є поблизу нього. Отже, розширення аналізу надійності, включення до нього розгляду наслідків, очікувану частоту появи, і навіть збитки, викликаний втратами устаткування й до людських жертв, і є оцінкою ризику. Кінцевим результатом вивчення ступеня ризику то, можливо, наприклад, таке твердження: «Можливе число людських жертв протягом року внаслідок відмови одно N людина».

Таким чином, можна надати таке визначення ризику: ризик — частота реалізації небезпек. Кількісна оцінка ризику — цей показник від кількості тих чи інших несприятливих наслідків до можливого числу за певного періоду.

Пример. Визначити ризик загибелі особи на одне виробництві протягом року, якщо відомо, що щорічно гине близько n =14 000 людина, а кількість працюючих становить N =140 млн. людина:

.

С погляду суспільства загалом цікаво порівняння отриманої величини зі ступенем ризику звичайних умов людського життя, щоб скласти уявлення прийнятному рівні ризику плюс основу до ухвалення відповідних рішень.

По даним американських учених індивідуальний ризик загибелі з різних причин, по відношенню всього населення США протягом року становить:

Автомобильный транспорт 0,0003.

Падение 0,9.

Пожар і опік 0,4.

Утопление 0,3.

Отравление 0,2.

Огнестрельное зброя терористів-камікадзе і станочное устаткування 0,1.

Водный, повітряний транспорт 0,9.

Падающие предмети, ел. струм 0,6.

Железная дорога 0,4.

Молния 0,5.

Ураган, торнадо 0,4.

Таким чином, повна безпеку може бути гарантована нікому, незалежно від образу життя.

При зменшенні ризику нижчий рівня 0,1 В рік громадськість не висловлює надмірної стурбованості й тому рідко робляться спеціальні заходи зниження ступеня ризику (ми проводимо своє життя страху загинути від удару блискавки). Базуючись в цій передумові, багато фахівців приймають величину 1´ 10−6 як і той рівень, якого слід прагнути, встановлюючи рівень ризику для технічних об'єктів. У багатьох країнах їх кількість закріплена в законодавчому порядку. Пренебрежимо малим вважається ризик 1ґ10−8 на рік.

Необходимо відзначити, що оцінку ризику тих чи інших подій можна тільки при наявності достатньої кількості статистичних даних. Інакше дані будуть слабують на точність, оскільки тут ідеться про про «рідкісних явищах», яких класичний імовірнісний підхід не застосуємо. «Так, наприклад, до чорнобильську аварію ризик загибелі у результаті аварії на атомної електростанції оцінювався 2×10−10 на рік».

Анализ ризику дає змоги виявити найнебезпечніші діяльності. За даними американських учених частота нещасних випадків із смертельними наслідками становить (за часом діб) (мал.1):

.

Рис. 1. Найнебезпечніші діяльності.

Таким чином, розглядати все технічні і соціальні аспекти у тому взаємозв'язку. У цьому можна забезпечити прийнятний ризик, який поєднує у собі технічні, економічні, соціальні й політичні аспекти і становить собою певний компроміс між рівнем безпеки та можливостей її досягнення.

Упрощенный приклад визначення прийнятного ризику можна проілюструвати графіком (мал.2):

.

Затрачивая надмірні підвищення надійності технічних систем, можна завдати збитки соціальної сфери. Величина прийнятного ризику визначається найвищим рівнем розвитку нашого суспільства та темпами науково — технічного прогресу.

Начальный імпульс до створення про чисельні методів оцінки надійності дали авіаційної промисловістю. Після першого Першої світової у зв’язку з збільшенням інтенсивності польотів і авіакатастроф було вироблено критерії надійності для літаків й підвищити вимоги до рівня безпеки. Зокрема, проведено з порівняльного аналізу одномоторних і многомоторных літаків з погляду завершення польоту і вироблені вимогами з частоті аварій, віднесених до 1ч. польотного часу. До 1960 р., наприклад, було встановлено, що одне катастрофа доводиться загалом на 1 млн. посадок. Отже, для автоматичних систем посадки літаків можна було б можливості встановити вимогами з рівню ризику, не перевищує однієї катастрофи на 1´ 107 посадок.

Дальнейшее розвиток математичного апарату надійності стосовно складним системам послідовного типу показало неможливість застосування старого закону «ланцюг не міцніше, ніж найслабше її ланка». Був отримано закон твори в галузі послідовних елементів:

.

Таким чином, у системі послідовного типу надійність окремих елементів мусить бути значно вища для задовільного функціонування системи.

В 40-і роки збільшення надійності йшло шляхом поліпшення конструкційних матеріалів, підвищення точності й діють якості виготовлення й складання виробів. Значну увагу приділялося технічного обслуговування і ремонту устаткування (до того часу, поки міністерство оборони США — не виявило, що річна вартість обслуговування устаткування становить дві$ за кожен 1 $ від вартості; тобто. при 10-річному терміні його експлуатації необхідно 20 млн $ утримання устаткування вартістю 1 млн $).

В подальшому від аналізу надійності технічних систем почали переходити для оцінювання ризику, включивши в аналіз помилкові дії оператора. Сильний поштовх розвитку теорії надійності дала військову техніку — вимога поразки мети «з однієї пострілу».

Развитие космонавтики і НДІ ядерної енергетики, ускладнення авіаційної техніки призвело до з того що вивчення безпеки систем виділили в незалежну окрему область діяльності. У 1969 р. МО США прийняло стандарт MIL — STD — 882 «Програму з забезпечення надійності систем, підсистем і устаткування»: Вимоги як основне стандарту всім промислових підрядників по військовим програмам. А паралельно МО розробило вимогами з надійності, працездатності й ремонтопригодности промислових виробів.

Методика вивчення ризику.

Изучение ризику проводиться у трьох стадії.

Первая стадія: попередній аналіз небезпеки.

Риск найчастіше пов’язані з безконтрольним визволенням енергії чи витіками токсичних речовин (чинники миттєвого дії). Зазвичай одні відділення підприємства представляють велику небезпеку, ніж інші, у на самому початку аналізу слід розбити підприємство, щоб виявити такі ділянки виробництва або його компоненти, що є ймовірними джерелами безконтрольних витоків. Тому першим кожним його кроком:

Выявление джерел небезпеки (наприклад, можливі витоку отруйних речовин, вибухи, пожежі тощо.?);

Определение частин системи (підсистем), які можуть викликати ці небезпечні стану (хімічні реактори, ємності і сховища, енергетичні встановлення і ін.).

Средствами до досягненню розуміння небезпек у системі є інженерний аналіз стану та детальне розгляд довкілля, процесу праці і самої устаткування. У цьому дуже важливо знання ступеня токсичності, правил безпеки, вибухонебезпечних умов, проходження реакцій, коррозионных процесів, умов возгораемости тощо.

Перечень можливих небезпек є основним інструментом у тому виявленні. Фірма «Боїнг» використовує наступний перелік:

Обычное паливо.

Двигательное паливо.

Инициирующие вибухові речовини.

Заряженные електричні конденсатори.

Аккумуляторные батареї.

Статические електричні заряди.

Емкости під тиском.

Пружинные механізми.

Подвесные устрою.

Газогенераторы.

Электрические генератори.

Источники високочастотного випромінювання.

Радиоактивные джерела випромінювання.

Падающие предмети.

Катапультированные предмети.

Нагревательные прилади.

Насосы, вентилятори.

Вращающиеся механізми.

Приводные устрою.

Ядерная техніка.

и т.д.

Процессы і умови, які мають небезпека:

Разгон, гальмування.

Загрязнения.

Коррозия.

Химическая реакція (диссипация, заміщення, окислювання).

Электрические: поразка струмом; опік; непередбачувані включення; відмови джерела харчування; електромагнітні поля.

Взрывы.

Пожары.

Нагрев і охолодження: висока температура; низька температура; зміна температури.

Утечки.

Влага: висока вологість; низька вологість.

Давление: високе; низька; швидкоплинність зміни.

Излучения: термічне; електромагнітне; іонізуюче; ультрафіолетове.

Механические удари тощо.

Обычно необхідні певні обмеження на аналіз технічних систем й навколишньої середовища (Наприклад, нераціонально докладно вивчати параметри ризику, що з руйнацією механізму, чи влаштування у результаті авіакатастрофи, т.к. це рідкісне явище, проте потрібно передбачати захисту від таких рідкісних явищ при аналізі ядерних електростанцій, т.к. це у себе дуже багато жертв). Тому необхідний наступний крок.

Введение

обмежень на аналіз ризику (наприклад, потрібно вирішити, чи він буде включати детальне вивчення ризику внаслідок диверсій, війни. помилок людей, поразки блискавкою, землетрусів тощо.).

Таким чином, метою першої стадії аналізу ризику є визначення системи та виявлення в найзагальніших рисах його потенційних небезпек.

Опасности після їх виявлення, характеризуються відповідно до викликуваними ними наслідками.

Характеристика виробляється у відповідність до категоріями критичності:

1 клас — пренебрежимые ефекти;

2 клас — граничні ефекти;

3 клас — критичні ситуації;

4 клас — катастрофічні наслідки.

В подальшому необхідно намітити застережні заходи (коли таке можливо) щоб уникнути небезпек 4-го класу (3-го, 2-го) або зниження класу небезпеки. Можливі рішення, які треба розглянути, видаються як алгоритму, званого деревом рішень для аналізу небезпек.

После цього можна взяти необхідні рішення з внесення виправлень до проекту у цілому або змінити конструкцію устаткування, змінити цілі й функції та зробити позаштатні дії з допомогою запобіжних і запобіжних пристроїв.

Типовая форма, заповнювана під час проведення попереднього аналізу ризику має такий вигляд (рис. 3.).

.

Рис. 3. Типова форма щодо попереднього аналізу.

Аппаратура чи функціональний елемент, подвергаемые аналізу.

Соответствующая фаза роботи системи чи вид операції.

Анализируемый елемент апаратури чи операція, що є за своєю природою небезпечними.

Состояние, небажане подія чи помилка, які можна причиною, що небезпечний елемент викликає певне небезпечна ситуація.

Опасное стан, що може бути створене результаті взаємодії елементів в системі або системи загалом.

Нежелательные події чи дефекти, які можуть викликати небезпечна ситуація, що призводить до певному типу можливої аварії.

Любая можлива аварія, що виникає внаслідок певного небезпечного стану.

Возможные наслідки потенційної аварії у її виникнення.

Качественная оцінка потенційних наслідків кожного небезпечного стану згідно з такими критеріями:

класс 1 — безпечний (стан, що з помилками персоналу, вадами конструкції чи його невідповідністю проекту, і навіть неправильної роботою), не призводить до істотних порушень і викликає ушкоджень устаткування й нещасних випадків із людьми;

класс 2 — граничний (стан, що з помилками персоналу, вадами конструкції чи його невідповідністю проекту, і навіть неправильної роботою), призводить до порушень у роботі, може бути компенсоване чи взято під контроль без ушкоджень устаткування чи нещасних випадків із персоналом;

класс 3 — критичний: (стан, що з помилками персоналу, вадами конструкції чи його невідповідністю проекту, і навіть неправильної роботою), призводить до істотних порушень у роботі, пошкодження устаткування й створює небезпечну ситуацію, ситуацію що вимагає негайних заходів для врятування персоналові та устаткування;

класс 4 — катастрофічний (стан, що з помилками персоналу, вадами конструкції чи його невідповідністю проекту, і навіть неправильної роботою), призводить до наступної втрати устаткування й (чи) загибель чи масовому травмування персонала.

Рекомендуемые захисні заходи щоб уникнути чи обмеження виявлених небезпечних станів і (чи) потенційних аварій; рекомендовані превентивних заходів мають включати вимоги до елементам конструкції, запровадження захисних пристосувань, зміна конструкцій, запровадження спеціальних процедур і інструкцій персоналу.

Следует реєструвати запроваджені превентивні заходи й ознайомитися з складом інших діючих превентивних заходів.

Таким чином попередній аналіз небезпеки є першу спробу виявити устаткування технічної системи та окремі події, які можуть призвести до виникненню небезпек і виконується на початковому етапі знають розробки системи.

Пример попереднього аналізу небезпеки хімічного реактора:

Подсистема чи операція.

Ситуация.

Опасный елемент.

Событие, що викликає небезпечна ситуація.

Опасные умови.

Событие, що викликає небезпечні умови.

Потенциальная аварія.

Последствия.

Класс небезпеки.

Мероприятия.

Емкость для зберігання луги 1. Експлуатація 1, Сильний окислювач 1. Луг забруднена мастильним олією 1. Можливість сильної реакції від відбудови чи окислення 1. Виділення достатнього кількості енергії спершу реакції 1. Вибух 1. Поранення персоналу, ушкодження сусідніх будівель IV Збереження луги на достатньому відстані від усіх джерел забруднення. Контроль чистоти елементів устаткування.

2. Заправка ємності лугом 2. Корозія 2. Вміст ємності забруднене парами води 2. Освіта іржі всередині бака 2. Збільшення тиску в ємності при закчке луги 2. Руйнування ємності під тиском 2. Поранення персоналу, ушкодження сусідніх будівель IV Використання ємностей з коррозионностойких сплавів, розміщення на достатньому відстані від іншого устаткування й персоналу.

Вторая стадія: виявлення послідовності небезпечних ситуацій.

Вторая стадія розпочинається після того, як визначено конфігурація системи та завершено попередній аналіз небезпек. Подальше дослідження виробляють із допомогою двох основних аналітичних методів:

построения дерева подій;

построения дерева відмов.

Рассмотрим побудова дерева подій і дерева відмов з прикладу ядерного реактора.

Пусть на першої стадії (попередній аналіз небезпеки) було встановлено, що найбільше ризик пов’язані з радіоактивними витіками, а підсистемою, з якого починається ризик, є система охолодження реактора (рис.4).

.

Рис. 4. Сім головних завдань, розв’язуваних під час аналізу безпеки реактора.

Анализ ризику на другий стадії починається з простежування послідовності можливих подій, починаючи з ініціюючого події (руйнації трубопроводу холодильної установки), ймовірність якого дорівнює РА.

Обратимся до блоку 1 і розглянемо дерево подій (див. мал.5). Аварія починається з руйнації трубопроводу, має можливість появи РА. Далі аналізуються можливі варіанти розвитку подій, що потенційно можуть поїхати з руйнацією трубопроводу.

На основі аналізу можливих подій будується дерево відмов (див. мал.5). У цьому виконується правило: верхня гілка відповідає бажаного події («успіх»), нижня небажаному («відмова»).

А — поломка трубопроводу; У — електроживлення; З — автоматична система охолодження реактора; D — видалення радіоактивних продуктів; Є - цілісність замкнутого контуру.

.

Рис. 5. Спосіб спрощення дерева подій.

На практиці дерево відмов аналізують з допомогою звичайній інженерної логіки й спрощують, відкидаючи «непотрібні «події.

Например, якщо відсутня електроживлення (У), жодні дії, передбачені у разі аварії, що неспроможні здійснюватися (ж не працюють насоси, системи охолодження тощо.). Через війну, спрощене дерево відмов зовсім позбавлений вибору разі відсутності продукції електроживлення тощо.

Таким чином, друга стадія закінчується визначенням всіх можливих варіантів відмов в системи та перебуванням значень ймовірності тих варіантів.

Третья стадія: аналіз наслідків.

При аналізі наслідків використовуються дані, отримані на стадії попередньої оцінки небезпеки, і на стадії виявлення послідовності небезпечних ситуацій.

По даним дерева відмов й отриманим значенням ймовірності можливих відмов можна побудувати гистограмму частот щодо різноманітних величин витоків (з прикладу ядерного реактора).

.

Рис. 6. Гистограмма частот щодо різноманітних величин витоків.

Если за даними гистограммы побудувати криву, ми одержимо граничну криву частоти аварійних витоків (крива Фармера). Вважається, що крива відокремлює верхню область неприпустимо великого ризику від області прийнятного ризику, розташованої нижче, й лівіше кривою.

.

Рис. 7. Крива Фармера.

Другие прийоми аналізу ризику.

1. Аналіз видів відмов і наслідків.

С допомогою аналізу видів відмов і наслідків систематично, з урахуванням послідовного розгляду одного елемента одним аналізуються всіх можливих види відмов чи аварійним ситуаціям вдається виявити їх результуючі на систему. Окремі аварійним ситуаціям і різноманітні види відмов елементів проявляються й аналізуються щоб визначити їх вплив інші сусідні елементи і системи загалом.

Анализ видів відмов і наслідків більш детальний, ніж аналіз з допомогою дерева відмов, бо за цьому слід розглянути всіх можливих види відмов чи аварійним ситуаціям кожному за елемента системи.

Например, реле може відмовити з таких причин:

контакты не розімкнулись або зімкнулися;

запаздывание в замиканні чи размыкании контактів;

короткое замикання контактів на корпус, джерело харчування, між контактами й у ланцюгах управління;

дребезг контактів (хитливий контакт);

контактная дуга, генерування перешкод;

разрыв обмотки;

короткое замикання обмотки;

низкое чи високе опір обмотки;

перегрев обмотки.

Для кожного виду відмови аналізуються наслідки, намічаються методи усунення чи компенсації відмов.

Дополнительно кожної категорії необхідно укласти перелік необхідних перевірок.

Например, для баків, ємностей, трубопроводів цей перелік може охоплювати таке:

переменные параметри (витрата, кількість, температура, тиск, насичення тощо.);

системы (нагріву, охолодження, електроживлення, управління тощо.);

особые стану (обслуговування, включення, вимикання, заміна вмісту тощо.);

изменение умов чи стану (дуже великі, занадто малі, гидроудар, осад, несмешиваемость вібрація, розрив, витік і т.д.).

Используемые під час аналізу форми документів подібні застосовуваним і під час попереднього аналізу небезпек, але у значною мірою деталізований.

2. Аналіз критичності.

Этот вид аналізу передбачає класифікацію кожного елемента у відповідності зі ступенем його впливу виконання спільної справи системою. Встановлюються категорії критичності щодо різноманітних видів відмов:

категория 1 — відмова, що призводить до незапланованому обслуговування;

категория 2 — відмова, що призводить до затримкам у роботі чи втрати працездатності;

категория 3 — відмова, потенційно що призводить до невиконання основної мети;

категория 4 — відмова, потенційно що призводить до жертвам.

Данный метод не дає кількісної оцінки можливих наслідків чи шкоди, але дозволяє вирішити такі питання:

какой з елементів може бути підданий докладного аналізу із усунення небезпек, що призводять до виникненню аварій;

какой елемент потребує особливої уваги у процесі виробництва;

каковы нормативи вхідного контролю;

где слід вводити спеціальні процедури, правила безпеки та інші захисні заходи;

как найбільш ефективно затратити кошти на запобігання аварий.

Сравнительные дані різних методів аналізу.

Предварительный аналіз небезпек — визначає небезпеку системи та виявляє елементи для проведення аналізу з допомогою дерева відмов та політичного аналізу наслідків. Частково збігаються з методом аналізу наслідків й аналізом критичності.

Преимущества: є першою необхідним кроком.

Недостатки: немає.

Анализ з допомогою дерева відмов — починається з ініціюючого події, потім розглядаються альтернативні послідовності подій.

Преимущества: широко застосуємо, ефективний для описи взаємозв'язків відмов, їх послідовність і альтернативних відмов.

Недостатки: великі дерева відмов важкі у сенсі, потрібно використання складної логіки. Непридатні для докладного вивчення.

Анализ видів відмов і наслідків — розглядає всі види відмов в кожному елементу. Орієнтований на апаратуру.

Преимущества: простий розуміння, широко застосуємо, непротиворечив, не вимагає застосування математичного апарату.

Недостатки: розглядає безпечні відмови, потребує багато часу, часто вже не враховує поєднання відмов і людської чинника.

Анализ критичності - визначає докупи елементи вдосконалення системи.

Преимущества: простий для користування й розуміння, не вимагає застосування математичного апарату.

Недостатки: часто вже не враховує эргономику, відмови із загальною причиною і зміцнити взаємодію системи.

На практиці, для дослідження небезпеки системи, найчастіше послідовно застосовуються різні методи (наприклад, попередній аналіз, потім — дерево відмов, потім — аналіз критичності і аналіз видів відмов і наслідків).

Для оцінки ефективності витрат, що з зменшенням ризику, можна використовувати спрощений підхід, розглянутий раніше (графік Rт + Rсэ) або скористатися іншими.

Одним з способів оцінки зменшення ризику є порівняння оцінюваних витрат з очікуваними результатами в грошах. Цей вид аналізу суперечливий, оскільки вимагає оцінки безпеки для людського життя в вартісному вираженні.

В дослідницької лабораторії «Дженерал Моторс» розроблений засіб оцінки, не що стосується цієї проблеми, зосереджуючи увагу до тривалість життя. Вихідна передумова: кошти на скорочення ризику призначені збільшити тривалість життя.

В методі використовуються дані про усім категоріям смертельного ризику й їх впливом геть тривалість життя незалежно кожної категорії. Таким способом визначається можливість збільшення тривалість життя літній чи днях завдяки впровадженню заходів із зменшенню ризику. У поєднанні з оцінками витрат це допомагає визначити ефективність таких заходів (рис.3).

Главной метою щодо небезпек, властивих системі, є визначення причинних взаємозв'язків між вихідними аварійними подіями, які належать до устаткуванню, персоналові й навколишньому середовищі приводящими до аварій у системі, і навіть пошук способів усунення шкідливих впливів шляхом перепроектування системи чи його вдосконалення.

Причинные взаємозв'язку можна установити з допомогою однієї з розглянутих методів, та був піддати якісному і кількісному аналізам. Потому, як поєднання вихідних аварійних подій, які ведуть виникненню небезпечних ситуацій у системі виявлено, система то, можливо вдосконалена й екологічної небезпеки зменшено.

Необходимо відзначити, що використання деяких із спрощено розглянутих вище методів вимагає роботи з складними логічними структурами, їх колег і кількісний аналіз вимагає, по меншою мірою, твердих знань математичної логіки, булевой алгебри, теорії множин та інших складних розділів сучасної математики.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.