МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Надежность технических систем
и техногенный риск
Учебное пособие
Составители:
С. А. Сазонова
С. А. Колодяжный
Е. А. Сушко
Рекомендовано научно-методическим советом
Воронежского ГАСУ
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности
280705 «Пожарная безопасность», для специалистов по профилю «Пожарная безопасность»; по специальности 280700 , «Техносферная безопасность», для бакалавров по профилям «Пожарная безопасность» и «Технический надзор в сфере строительства, промышленности, энергетики и транспорта»
по дисциплине «Надежность технических систем и техногенный риск».
Воронеж 2013
УДК 62-192:504.1(07)
ББК 30.14я7
Н171
Рецензенты:
кафедра прикладной математики и инженерной графики
Воронежского института ГПС МЧС России;
Бакаева Г.А., к.т.н. ,доц. кафедры пожарной безопасности технологических процессов Воронежского института ГПС МЧС России
Надежность технических систем и
Н 171 техногенный риск: учебн. пособие / сост. С.А. Сазонова,
С.А. Колодяжный, Е.А. Сушко; Воронежский ГАСУ.
– Воронеж, 2013. – 148 с.
ISBN 978-5-89040-457-2
Рассмотрены понятие риска как меры опасности и концепция надежности технических систем и производственной безопасности как составной части техногенной безопасности. Приведены основные термины и определения надежности технических систем, указаны основные опасности технических систем, обоснована актуальность проблемы безопасности с точки зрения ее социально-экономической значимости. Рассмотрены основные положения теории надежности технических систем и техногенного риска. Изложены современные методы управления рисками. Приведены примеры расчета задач.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 280705 «Пожарная безопасность», для специалистов по профилю «Пожарная безопасность»; по специальности 280700 «Техносферная безопасность», для студентов бакалавриата по профилям «Пожарная безопасность» и «Технический надзор в сфере строительства, промышленности, энергетики и транспорта».
Ил. 26. Табл. 24. Библиогр.: 11 назв.
УДК 62-192:504.1(07)
ББК 30.14я7
ISBN 978-5-89040-457-2 |
© Сазонова С. А., Колодяжный С. А., Сушко Е. А., составление, 2013 © Воронежский ГАСУ, 2013 |
Введение
Обеспечение надежности систем охватывает самые различные аспекты человеческой деятельности. Надежность является одной из важнейших характеристик, учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации самых различных технических систем.
С развитием и усложнением техники углублялась и развивалась проблема ее надежности. Изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка метода проверки надежности изделий и способов контроля надежности, методов расчетов и испытаний, изыскание путей и средств повышения надежности являются предметом исследований надежности.
Наука о надежности является комплексной наукой и развивается в тесном взаимодействии с другими науками, такими как физика, химия, математика и др., что особенно наглядно проявляется при определении надежности систем большого масштаба и сложности.
Если в результате анализа требуется определить параметры, характеризующие безопасность, необходимо в дополнение к отказам оборудования и нарушениям работоспособности системы рассмотреть возможность повреждений самого оборудования или вызываемых ими других повреждений. Если на этой стадии анализа безопасности предполагается возможность отказов в системе, то проводится анализ риска для того, чтобы определить последствия отказов в смысле ущерба, наносимого оборудованию, и последствий для людей, находящихся вблизи него.
До недавнего времени в России в основу концепции безопасности был положен принцип «нулевого риска». Как показывает практика (многочисленные аварии и катастрофы последних десятилетий), такая концепция неадекватна законам техносферы. Эти законы имеют вероятностный характер, и возможность аварий и катастроф всегда существует. Нулевая вероятность аварии достигается лишь в системах, лишенных запасенной энергии, химически и биологически активных компонентов. Исходя из этого, в нашем государстве, как и в большинстве стран мирового сообщества, в настоящее время принята концепция «приемлемого риска», позволяющая использовать принцип «предвидеть и предупредить». Появились директивные документы, регламентирующие проведение анализа и оценок риска и декларирование промышленной безопасности опасных промышленных объектов с учетом опасностей и рисков потерь, связанных со спецификой явлений природы и деятельности человека.
В условиях сложившейся в настоящее время в России ситуации проблема техногенной опасности приобретает особое значение для промышленных районов, где сосредоточен огромный потенциал опасных производств (которых насчитывается около 30 тыс.) в сочетании со значительным износом основного оборудования и сложной социально-экономической обстановкой. При этом должен оцениваться риск не только для нормальных условий эксплуатации, но и для случаев реализации аварий с разрушением систем защитных оболочек, сосудов, резервуаров, сопровождающимся выходом опасных веществ в окружающую среду.
Методы анализа и оценки риска создают базу для эффективного применения соответствующих методов и приемов управления риском. Информационное обеспечение управления рисками включает социальные и психологические аспекты, затрагивает проблемы нормирования и приемлемости риска.
Учебное пособие по дисциплине «Надежность технических систем и техногенный риск» предназначено для студентов, обучающихся по специальности 280705 «Пожарная безопасность», для специалистов по профилю «Пожарная безопасность»; по специальности 280700 «Техносферная безопасность», для студентов бакалавриата по профилям «Пожарная безопасность» и «Технический надзор в сфере строительства, промышленности, энергетики и транспорта».
Учебное пособие состоит из девяти глав, в достаточном количестве содержащих информацию по изучаемой дисциплине в соответствии с учебным планом. Подробно изложен теоретический материал и приведены примеры решения практических задач, имеются информация для самостоятельного изучения и контрольные вопросы.
Первая глава «Научно-техническая революция и техногенный риск» посвящена общему обзору по изучаемой дисциплине. Во второй главе «Используемые в теории надежности модели распределений» приводится достаточное количество информации из теории вероятности и математической статистики для применения в изучаемом предмете.
В третьей главе «Оценка надежности с помощью математических зависимостей» рассматриваются функциональные зависимости надежности и теоремы сложения и умножения вероятностей. В четвертой главе «Основные понятия и показатели надежности машин и технических систем» в полном объеме изложены необходимые при изучении дисциплины термины и определения.
В пятой главе «Причины потери работоспособности технического оборудования» рассматриваются источники и причины изменения начальных параметров технической системы, процессы, снижающие работоспособность системы. Приведена классификация процессов, действующих на машину, по скорости их протекания. Рассматриваются допустимые и недопустимые виды повреждений деталей и сопряжений. Приведена классификация показателей надежности технических систем.
В шестой главе «Характеристики надежности элементов и систем» изложенный теоретический материал используется в подробно разобранных задачах расчета показателей надежности восстанавливаемых, невосстанавливаемых элементов и для систем, состоящих из независимых элементов.
В седьмой главе «Структурные модели и схемы надежности технических систем» подробно рассмотрены структурные модели надежности сложных систем: с последовательным, параллельным соединениями элементов и с другими видами соединения.
В восьмой главе «Методы анализа надежности и техногенного риска» приводятся определения и символы, используемые при построении деревьев. Изложена процедура анализа дерева отказов, в примерах показана последовательность построения дерева отказов. Приводится качественная и количественная оценка дерева отказов, рассматриваются преимущества и недостатки метода дерева отказов.
В девятой главе «Снижение техногенного риска объектов экономики» рассмотрено большое количество задач по определению значений риска. Изложены последовательность моделирования риска и принципы построения информационных технологий управления риском. Проиллюстрирована последовательность определения приемлемого риска. Изложены: проблема управления риском; применение теории риска в технических системах; анализ и оценка риска при декларировании безопасности производственного объекта; последовательность разработки декларации промышленной безопасности; оценка риска аварий. Рассмотрена последовательность определения основных показателей опасности и риска.
В учебном пособии использованы авторские наработки, а также в учебных целях наработки из учебных пособий Акимова В.А. и др. [1], Ветошника А.Г. [2], материалы научной статьи Гуреева В.В., Лукшина А.В., Чугунова М.Н. [3], теория из учебника Вентцель Е.С. [4]. В библиографическом списке указана рекомендуемая литература для самостоятельного изучения по курсу «Надежность технических систем и техногенный риск».
По учебному плану после дисциплины «Надежность технических систем и техногенный риск» следует изучение дисциплины «Прогнозирование опасных факторов пожара». В рамках дисциплины «Прогнозирование опасных факторов пожара» студенты изучают математическое моделирование пожара, лежащее в основе методик расчетов пожарных рисков. Ввиду этого в данном учебном пособии не рассматриваются методики расчета пожарных рисков на основе применения моделей пожара. По этой теме можно посмотреть публикации Кошмарова Ю.А. и других авторов.