Надежность технических систем и техногенный риск ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 1-9

Практических заданий 6, 7 , 8 (БУКВА Па–Пя) - 15 ВАРИАНТ

Практических заданий 1-5 , 9 (БУКВА Па–Пм ) - 30 ВАРИАНТ

ВОПРОСЫ В Оглавление

Определение количественных характеристик надежности по статистическим данным об отказах изделия

Тема 2.1. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Общие положения, методика проведения

Формулировка задания 1.1: определить статистическую оценку вероятности безотказной работы изделия Р(t) и вероятности отказа q(t).

Рекомендации по выполнению задания 1.1

1.   Ознакомиться с методами определения количественных характеристик надежности (теоретические сведения), ознакомиться с примером выполнения задания.

2.   Выбрать вариант по первым двум буквам фамилии в прил. А.

3.   Произвести расчеты количественных характеристик надежности согласно варианту, исходные данные взять в табл. 1.2.

4.   Сделать вывод о надежности системы и заполнить табл. 1.1.

Последовательное соединение элементов в систему. Расчет надежности системы с постоянным резервированием. Прогнозирование интенсивности отказов

Тема 2.1. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Общие положения, методика проведения

Формулировка задания 2.1: определить надежность системы с последовательным соединением элементов.

Рекомендации по выполнению задания

1.   Выбрать вариант по первым двум буквам фамилии в прил. А.

2.   Выбрать номер варианта по табл. 2.2.

3.   Определить интенсивность отказов элементов системы.

4.   Определить интенсивность отказов системы.

5.   Определить среднее время безотказной работы системы.

6.   Сделать вывод о надежности системы (табл. 2.1).

Теоретические сведения

Соединение элементов называется последовательным, если отказ хотя бы одного элемента приводит к отказу всей системы. Система последовательно соединенных элементов работоспособна тогда, когда работоспособны все ее элементы.

Вероятность безотказной работы системы за время t определяется формулой

Надежность станков в машиностроительной отрасли. Анализ видов, последствий и критичности отказов

Тема 2.1. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Общие положения, методика проведения

Формулировка задания: определить надежность станков в машиностроительной отрасли, научиться проводить анализ видов, последствий и критичности отказов.

Рекомендации по выполнению задания

1.   Выбрать вариант по первой букве фамилии в табл. 3.1

2.   Выбрать задание по своему варианту в табл. 3.2

3.   Изучить ГОСТ 27.310-95 «Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов».

4.   Определить категорию тяжести последствий отказа по шкале, представленной в табл. 3.3

5.   Определить тяжесть последствий согласно матрице «Вероятность отказа – тяжесть последствий», представленной в табл. 3.4.

6.   Рассчитать критичность отказа C. Необходимо определить оценку вероятности отказов в баллах, оценку последствий отказов, оценку вероятности обнаружения отказа до поставки изделия потребителю по табл. 3.5, 3.6, 3.7 соответственно. Критичность отказа C рассчитывают как произведение по формуле 15.

7.   Заполнить формы рабочего листа для проведения АВПО и рабочего листа для проведения АВПКО. Внести в соответствующие колонки исходные данные и полученные в результате анализа.

8.    Оформить отчет о выполненной работе.

Теоретические сведения

Анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) проводят одним из следующих методов:

-     структурным;

-     функциональным;

-     комбинированным.

Структурные методы АВПО (АВПКО) относят к классу индуктивных методов (анализ «снизу вверх»), применяемых для относительно простых объектов, отказы которых могут быть четко локализованы, а последствия каждого отказа элементов выбранного начального уровня разукрупнения могут быть прослежены на всех вышестоящих уровнях структуры объекта.

Общая схема (алгоритм) АВПО (АВПКО) структурным методом включает следующие основные операции:

-   в соответствии с планом анализа устанавливают минимальный уровень разукрупнения, с которого начинают АВПО;

-   на основе функциональной блок-схемы объекта идентифицируют все элементы выбранного уровня разукрупнения;

-   для каждого идентифицированного элемента данного уровня на основе имеющихся классификаторов отказов, инженерного анализа, имеющихся априорных данных, опыта и знаний исследователя составляют перечень возможных видов отказов данного элемента;

-   для каждого вида отказов выбранного элемента определяют его возможные последствия на рассматриваемом и следующих уровнях структуры объекта;

-   для элементов, отказы которых определенного вида непосредственно приводят к отказу объекта или снижению качества его функционирования, оценивают категорию тяжести последствий отказов (при АВПО) или рассчитывают показатели критичности (при АВПКО);

-   повторяют описанные выше операции последовательно для элементов всех вышестоящих уровней разукрупнения. Последствия отказов элементов нижестоящего уровня, которые не могут быть выражены в виде влияния на функционирование элементов рассматриваемого уровня, рассматривают как самостоятельные виды отказов на этом уровне;

-   выделяют отказы, категория тяжести последствий или оценки показателей критичности которых превосходят пределы, установленные планом анализа, а элементы, соответствующие этим отказам, включают в перечень критичных элементов.

Для каждого критичного элемента:

-   определяют наличие и оценивают достаточность предусмотренных средств и методов обнаружения, локализации и индикации отказов;

-   определяют возможные меры, обеспечивающие сохранение работоспособности объекта при возникновении данного отказа (введение резервирования, перестраиваемая структура, изменение алгоритма функционирования) и оценивают целесообразность их введения;

-   определяют возможные меры по снижению вероятности отказов (применение в облегченном режиме, введение защиты от перегрузок, дополнительных проверок и испытаний в процессе изготовления и эксплуатации, введение профилактического обслуживания и плановых замен в эксплуатации и т. п.) и оценивают их эффективность;

-   определяют возможные способы предупреждения наиболее опасных последствий отказов (аварийная защита и сигнализация, специальные правила поведения персонала при возникновении отказов и т. п.).

Примечание. При углубленном анализе возможно рассмотрение на каждом уровне разукрупнения комбинаций отказов двух и более элементов.

Функциональные методы АВПО (АВПКО) относят к классу дедуктивных (анализ по схеме «сверху вниз») методов, применяемых для сложных многофункциональных объектов, отказы которых трудно априорно локализовать и для которых характерны сложные зависимые отказы.

Общая схема (алгоритм) АВПО (АВПКО) функциональным методом включает следующие операции:

-   идентифицируют все функции, выполняемые объектом;

-   для каждой функции на основе априорных данных, опыта исследователя, инженерного анализа и другими доступными способами определяют перечень возможных нарушений (отклонений) данной функции;

-   для каждого нарушения функции оценивают качественно тяжесть возможных последствий этого нарушения (через АВПО) или количественно – ожидаемый ущерб (при АВПКО).

Выделяют критические нарушения функции, тяжесть возможных последствий которых или ущерб от которых превосходит пределы, установленные планом анализа;

-   для каждого выделенного критического нарушения, принимая его возникновение в качестве «вершинного события», строят дерево отказов, охватывающее отказы элементов всех уровней разукрупнения, вплоть до нижнего уровня, установленного планом анализа;

-   с помощью построенного дерева выделяют одиночные элементы, приводящие к критическому нарушению функций изделия, и сочетания элементов, совместные отказы которых ведут к указанному нарушению;

-   оценивают вероятности отказов одиночных элементов и вероятности выделенных комбинаций отказов элементов, с использованием которых при проведении АВПКО рассчитывают показатели критичности соответствующих отказов (сочетаний отказов);

-   составляют перечни критичных элементов в соответствии с общими правилами.

Для сложных объектов АВПКО (АВПО) проводят, как правило, комбинированными методами, сочетающими элементы структурных и функциональных методов.

Независимо от применяемого метода АВПО (АВПКО) в качестве первого этапа анализа включают:

-   составление перечня и описаний всех задач, выполняемых объектом в эксплуатации, и необходимых для реализации каждой задачи рабочих функций объекта в целом и его элементов вплоть до установленного для данного этапа анализа или предельно возможного уровня разукрупнения. При этом идентифицируют все элементы заданного и вышестоящего уровней, участвующие в выполнении каждой функции объекта;

-   кодирование каждой функции и элементов объектов в соответствии с установленной системой кодирования;

-   описание режимов и условий выполнения каждой задачи в виде временных диаграмм и циклограмм нагружения объекта и его элементов;

-   составление функциональной блок-схемы объекта и структурной схемы его надежности.

Надежность оборудования нефтеперекачивающих станций. Анализ видов, последствий и критичности отказов

Тема 2.1. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Общие положения, методика проведения

Формулировка задания: определить надежность оборудования нефтеперекачивающих станций, научиться проводить анализ видов, последствий и критичности отказов.

Рекомендации по выполнению задания

1.   Выбрать вариант по первой букве фамилии в табл. 4.1.

2.   Выбрать задание по своему варианту в табл. 4.2.

3.   Изучить ГОСТ 27.310-95 «Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов».

4.   Определить категорию тяжести последствий отказа по шкале, представленной в табл. 4.3.

5.   Определить тяжесть последствий согласно матрице «Вероятность отказа – тяжесть последствий», представленной в табл. 4.4.

6.   Рассчитать критичность отказа C. Необходимо определить оценку вероятности отказов в баллах, оценку последствий отказов, оценку вероятности обнаружения отказа до поставки изделия потребителю по табл. 4.5, 4.6, 4.7 соответственно. Критичность отказа C рассчитывают как произведение по формуле 16.

7.   Заполнить формы рабочего листа для проведения АВПО и рабочего листа для проведения АВПКО. Внести в соответствующие колонки исходные данные и полученные в результате анализа.

 Оформить отчет о выполненной работе.

Надежность оборудования станций технического обслуживания автомобилей. Анализ видов, последствий и критичности отказов

Тема 2.1. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Общие положения, методика проведения

Формулировка задания: определить надежность оборудования станций технического обслуживания автомобилей, научиться проводить анализ видов, последствий и критичности отказов.

Рекомендации по выполнению задания

1.   Выбрать вариант по первой букве фамилии в табл. 5.1.

2.   Выбрать задание по своему варианту в табл. 5.2.

3.   Изучить ГОСТ 27.310-95 «Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов».

4.   Определить категорию тяжести последствий отказа по шкале, представленной в табл. 5.3.

5.   Определить тяжесть последствий согласно матрице «Вероятность отказа – тяжесть последствий», представленной в табл. 5.4.

6.   Рассчитать критичность отказа C. Необходимо определить оценку вероятности отказов в баллах, оценку последствий отказов, оценку вероятности обнаружения отказа до поставки изделия потребителю по табл. 5.5, 5.6, 5.7 соответственно. Критичность отказа C рассчитывают как произведение по формуле (17).

7.   Заполнить формы рабочего листа для проведения АВПО и рабочего листа для проведения АВПКО. Внести в соответствующие колонки исходные данные и полученные в результате анализа.

 Оформить отчет о выполненной работе

Анализ надежности системы с помощью методик «Дерево неисправностей», «Дерево событий», «Анализ видов и последствий отказов», «Диверсионный анализ»

Тема 2.3. Анализ надежности различными методами. Методы анализа рисков

Формулировка задания 6.1: построить дерево неисправностей для ситуации, указанной в варианте задания.

Рекомендации по выполнению задания 6.1

1.   Выбрать вариант по первым двум буквам фамилии в прил. А1.

2.   Ознакомиться с методом анализа дерева неисправностей.

3.   Произвести построение дерева неисправностей согласно варианту технологического процесса, выбранного в прил. Б.

4.   Оформить задание согласно примеру выполнения задания.

Анализ надежности человеческого фактора. «Пять почему». Расчет техногенного риска.

Тема 2.3. Анализ надежности различными методами. Методы анализа рисков

Формулировка задания 7.1: провести анализ надежности и техногенного риска технологических процессов с помощью методики «Анализ надежности человеческого фактора».

Рекомендации по выполнению задания 7.1

1. Выбрать вариант по первым двум буквам фамилии в прил. А1.

2. В технологическом процессе, выбранном в прил. Б, определить этап, на котором работник может совершить ошибку с наибольшей вероятностью.

3. Выявить действия технической системы.

4. Определить задачи для выполнения работником.

5. Составить перечень возможных человеческих ошибок.

6. Представить возможные ошибки человека, определить их причины и разработанные меры предупреждения в таблице.

7. Оформить задание по табл. 7.1 согласно примеру выполнения.

Теоретические сведения

Анализ надежности человеческого фактора (HRA) является частью анализа человеческого фактора, который включает распределение функций, задач и ресурсов среди людей и машин и оценку надежности действий человека. Анализ человеческого фактора не является самостоятельной дисциплиной. В этом методе используются такие дисциплины, как психология, физиология, социология, медицина и проектирование.

Специфическая цель анализа человеческого фактора состоит в том, чтобы оценить факторы, которые могут воздействовать на надежность действий человека при эксплуатации системы (анализ надежности человеческого фактора). Надежность человека необходима для успешной работы системы «человек – машина» в условиях воздействия различных факторов. Эти факторы могут быть внутренними (напряжение, эмоциональное состояние, обучение, побуждения и опыт) или внешними (часы работы, среда, действия диспетчеров, процессов, аппаратных средств).

Влияние человеческого фактора должно быть определено на всех стадиях разработки системы от проекта до обучения, эксплуатации и демонтажа. Метод применим для рассмотрения системы в целом (включая управление при эксплуатации) и взаимодействия отдельных работников при эксплуатации системы.

При решении любой задачи, выполняемой человеком, возникает возможность возникновения человеческой ошибки. После идентификации этих задач необходимо идентифицировать вероятные ситуации возникновения человеческих ошибок. Метод HRA является методом FMEA для задач, связанных с человеческим фактором.

Часто для решения этих задач используют анализ дерева событий. Дерево событий отражает информацию анализа задачи и определяет схему количественной оценки комбинации отказов.

Типичными элементами анализа надежности человеческого фактора являются:

-     описание персонала, условий его работы и выполняемых задач;

-     анализ интерфейсов «человек – машина»;

-     анализ эффективности функций оператора;

-     анализ ошибки человека при выполнении заданных функций;

-     документирование результатов.

Достоинства метода

Анализ неудач и несчастных случаев показывает, что надежность человеческого фактора является ключевым моментом надежности системы «человек – машина». Если учитывать человеческий фактор, прогноз надежности системы может быть ложным.

Ограничения применения

Проведение анализа надежности человеческого фактора системы требует глубокого знания параметров эффективности действий человека.

Если необходимые данные отсутствуют, количественный анализ должен быть основан на экспертной оценке вероятностей человеческих ошибок.

Анализ человеческого фактора редко является частью разработки надежности системы, и иногда сложно убедить руководителей проекта начать анализ человеческого фактора или анализ надежности человека.

«Анализ надежности системы с помощью методики «Древовидная диаграмма» и по методике «Галстук-бабочка».

Тема 2.3. Анализ надежности различными методами. Методы анализа рисков

Формулировка задания 8.1: построить древовидную диаграмму для устранения выбранной проблемы.

Рекомендации по выполнению задания 8.1

1. Выбрать вариант по первым двум буквам фамилии в прил. А1.

2. Обозначить проблему в выбранном ранее техпроцессе из прил. Б.

3. Определить обобщенные причины возникновения проблемы.

4. Определить подпричины.

5. Распределить вероятности по обобщенным причинам, затем по подпричинам, приняв вероятность возникновения причины за 1.

6. Оформить протокол.

Теоретические сведения

Причинно-следственный анализ является структурированным методом идентификации возможных причин нежелательного события или проблемы. Данный метод позволяет скомпоновать возможные причинные факторы в обобщенные категории так, чтобы можно было исследовать все возможные гипотезы. Однако применение этого метода позволяет идентифицировать фактические причины. Причины могут быть определены только на основе эмпирических данных или эмпирическим путем. Информацию представляют в виде диаграммы «рыбьего скелета» или в виде древовидной схемы.

Причинно-следственный анализ обеспечивает структурированное графическое представление перечня причин одного следствия. В зависимости от объекта исследований следствие может быть положительным (цель) или отрицательным (проблема).

Метод используют для исследования всех возможных сценариев и причин, предложенных группой экспертов. Метод позволяет достичь согласованного мнения относительно наиболее вероятных причин, которые могут быть далее проверены опытным путем или на основе имеющихся данных. Наиболее целесообразно применять данный метод в самом начале анализа, что позволяет расширить диапазон представлений о возможных причинах, а затем сформулировать гипотезы, которые далее следует рассмотреть в соответствии с установленной процедурой.

Построение причинно-следственной диаграммы позволяет:

-       идентифицировать возможные первопричины и/или основные причины для определенного следствия, проблемы или условия;

-       провести анализ ситуации и найти взаимосвязь между взаимодействующими факторами, связанными с исследуемым процессом;

-       провести анализ существующих проблем для принятия корректирующих действий.

Преимуществами построения причинно-следственной диаграммы являются:

-           содействие определению первоначальных причин проблемы с применением структурированного подхода;

-           содействие в работе группе экспертов и более полному использованию знаний экспертов о продукции или процессе;

-           применение простого для восприятия типа диаграммы для отображения причинно-следственных связей;

-           выявление возможных причин изменений в процессе;

-           идентификация областей сбора данных для дальнейших исследований.

Причинно-следственный анализ может быть использован как метод выполнения анализа первопричины.

Входными данными причинно-следственного анализа являются результаты экспертизы, опыт участников рабочей группы, ранее разработанные модели, использованные в предыдущих исследованиях.

Основными этапами причинно-следственного анализа являются:

-       установление следствия, которое необходимо проанализировать, и размещение его справа в соответствующем блоке диаграммы. Следствие может быть положительным (цель) или отрицательным (проблема) в зависимости от обстоятельств;

-       определение основных (главных) категорий причин. При анализе систем обычно выделяют следующие категории причин: персонал, оборудование, рабочая среда, процессы и др. Категории определяют в соответствии с объектом исследования;

-       указание возможных причин для каждой основной (главной) категории;

-       продолжение исследования путем итеративной постановки вопросов «почему?» или «что это вызвало?» для установления связей между причинами;

-       анализ всех ветвей и ответвлений, направленный на проверку последовательности и полноты выявленных причин и их отношения к основному следствию;

-       идентификация наиболее вероятных причин данного следствия.

Изображение данной диаграммы в виде древовидной схемы аналогично дереву неисправностей, но обычно эту диаграмму строят слева направо, а не сверху вниз. Однако при применении данной диаграммы бывает затруднительно представить результат в количественном выражении и оценить вероятность главного события, поскольку причины в большей степени понимают как возможные факторы, которые могут вызвать рассматриваемое событие, а не отказы с известной вероятностью возникновения.

Причинно-следственную диаграмму обычно применяют для определения качественных оценок. Можно предположить, что вероятность возникновения проблемы составляет 1, и распределить вероятности по обобщенным причинам, затем по подпричинам, основываясь на степени доверия или значимости. Однако зачастую между факторами, которые могут вызвать события, существует взаимосвязь, она способствует возникновению результата более сложным способом, что делает количественную оценку недостоверной.

Анализ надежности системы по радиальной диаграмме, с помощью методики «Диаграмма Парето», с помощью диаграммы Исикавы

Тема 2.3. Анализ надежности различными методами. Методы анализа рисков

Формулировка задания 9.1: построить радиальную диаграмму.

Рекомендации по выполнению задания 9.1

1.   Выбрать вариант по первым двум буквам фамилии в прил. А.

2.   Выбрать вариант задания согласно прил. В.

3. Этапы построения диаграммы:

1) начертить окружность. Радиус этой окружности равен среднему показателю изучаемого явления;

2) разделить окружность на секторы. Число секторов должно соответствовать интервалам изучаемого времени цикла. Если изучается явление за кварталы года, то окружность следует разделить на четыре сектора; если необходимо сравнить какие-либо данные, представленные по дням недели, то окружность следует разделить на семь секторов. В случае если анализируемая информация рассматривается за годовой период, то окружность следует разделить на 12 секторов;

3) на каждом радиусе окружности откладываются в выбранном масштабе значения статистических данных за определенный период времени;

4) соединить конечные точки отрезков линиями. Полученный многоугольник изображает колебания значения статистических данных за определенный период времени.

Студент выбирает задание по своему варианту из прил. В.

Теоретические сведения

Радиальная диаграмма используется для наглядного сопоставления различных значений статистической совокупности, изменяющихся во времени.

Особенности построения лучевой диаграммы:

1. В качестве точки отсчета служит точка начала координат.

2. Из точки начала координат через определенный угол выходят лучи.

3. На каждом луче последовательно откладываются отрезки, длина которых должна быть прямо пропорциональна статистическим значениям, имеющимся в нашем распоряжении.

Часто такого типа диаграммы используют для проведения анализа имеющейся в распоряжении статистической информации