Системный подход к анализу возможных отказов: понятие, назначение, цели и этапы, порядок, границы исследования

Системный анализ - методология исследования любых объектов посредством представления их в качестве отдельных элементов и анализа этих элементов.

Он применяется для:

- выявления и четкого формулирования проблемы в условиях неопределенности;

- выбора стратегии исследования и разработок;

- точного определения систем (границ, входов, выходов, связей), выявления целей развития и функционирования системы;

- выявление функций и состава вновь создаваемой системы.

Системы являются сложными многоуровневыми и многокомпонентными образованиями. В целях адекватной информации и определения причинных связей элементы системы конкретизируются.

Анализ возможных отказов предусматривает следующие этапы:

- анализ процесса эксплуатации системы и составление перечня периодов эксплуатации;

- задание границ рассмотрения системы;

- рассмотрение взаимодействия и взаимовлияния составных частей (элементов) системы;

- назначение контролируемых параметров и систем контроля;

- определение характерных признаков отказов и их симптомов;

- составление перечня возможных отказов для каждого периода эксплуатации;

- оценка вероятностных и временных характеристик каждого вида отказов из перечня возможных отказов;

- анализ критичности отказов и ранжирование отказов по важности;

- определение возможных последствий отказов, возможности их обнаружения и устранения (или уменьшения степени опасности).

Анализ должен удовлетворять следующим требованиям, выполнение которых в значительной мере повышает качество проводимых исследований:
- проводиться с достаточной степенью полноты и детализации;
- учитывать физическую природу процессов, протекающих в системе;

- учитывать влияние взаимных отказов, различные режимы работы элементов системы, возможные отказы между элементами (отказы межсистемных связей и соединений);
- обеспечивать согласованность параметров элементов системы.

Анализ процесса эксплуатации системы позволяет получить необходимые сведения для выявления возможных отказов. Его проводят в следующем порядке:
- определяют назначение системы, особенности условий и режимов эксплуатации и перечень выполняемых задач;
- выделяют основные, обеспечивающие и вспомогательные функции;
- для каждой выявленной функции определяют взаимно однозначные группы статистически независимых выходных параметров, номинальные и предельно допустимые значения каждого параметра;

- определяют виды элементов системы, их функциональные особенности и характер взаимодействия при эксплуатации, наличие резервных элементов, выявляют элементы, не имеющие аналогов;

- определяют условия эксплуатации (основные и резервные режимы работы, возможности работы с измененными выходными параметрами и др.);

- определяют продолжительность каждого периода эксплуатации.

Составление перечня возможных отказов.

Он должен обладать достаточной полнотой, определяемой наличием наиболее вероятных и критичных (приводящих к наиболее тяжелым последствиям) отказов, но не может быть избыточным из-за включения в него зависимых отказов. Отказы, возникающие по одной и той же причине, могут быть объединены.

Общее число возможных отказов в перечне складывается из общего числа всех выделенных условно независимых параметров по каждой функции системы с учетом возможного числа нарушений предельно допустимых значений по каждому параметру.

При составлении перечня анализируют также ограничения на условия применения изделия, нарушения которых рассматривают как возможные отказы. Далее уточняют перечень при проведении анализа причин, оценке вероятностей возникновения, возможностей обнаружения отказов и их последствий. Перечни возможных отказов и их причин оформляются в виде отчетов.

Методические основы задания границ системы при анализе опасных состояний и отказов состоят в следующем. Только главные, наиболее вероятные или критические события должны рассматриваться на начальной стадии анализа. Для определения этих событий можно использовать анализ критичности. По мере продвижения исследовательской работы (экспертизы) можно включать все более редкие или менее вероятные события или предпочесть не принимать их в расчет.

В принципе окружающие условия - это весь мир, в котором находится данная система. Таким образом, чтобы не отклоняться от намеченной цели, необходимо установить разумные пределы влияния окружающей среды при проведении исследования с помощью дерева событий или отказов, поскольку эти два подхода предусматривают детальную разработку процесса развития начальных аварийных событий в системе и окружающей ее среде.

При определении границ системы требуется тщательно установить начальные состояния элементов. Все элементы, которые имеют более одного рабочего состояния, создают различные начальные условия. Например, начальное количество жидкости в баке может быть регламентировано. Событие «бак полный» становится одним начальным состоянием, а «бак пустой» является другим состоянием. Необходимо также точно установить рабочий отрезок времени: например, условия при пуске и остановке могут создавать другого рода опасные условия, отличающиеся от установившихся режимов работы.

Когда достаточное количество информации по системе собрано, можно составить описания вариантов развития процесса (сценариев) и определить конечные события. Затем устанавливают причинные взаимосвязи, ведущие к каждому конечному событию, например при помощи дерева отказов.

Обычно система изображается в виде блок-схемы, показывающей все функциональные (или причинные) взаимосвязи и элементы. При ее построении исключительно важную роль приобретает правильное задание граничных условий, которые не следует путать с физическими границами системы.

Опасные состояния вызываются одним или несколькими элементами, приводящими к отказам в системе. Окружающая среда, персонал, старение могут влиять на систему только через ее элементы (рис.5.1.).

Рис. 6.1. Воздействия и взаимосвязи элементов

Каждый элемент системы связан с другими элементами специфическим образом, а идентичные элементы могут иметь различные характеристики в различных системах. Поэтому необходимо уточнять взаимосвязи и топографию системы. Взаимосвязи и топографию определяют, например, путем изучения системы трубопроводов данного предприятия, электрических схем, механических соединений, потоков информации, а также физического расположения элементов. Эти связи наилучшим образом можно представить в виде различных схем системы; технических описаний системы, карт технологических потоков и др., которые оказываются полезными в данной работе.

Желательно выявлять опасности крупных аварий, включая возможности взаимодействия между установками, которые могут иметь катастрофические последствия, на самой ранней стадии разработки проекта, что позволяет значительно облегчить дальнейшие исследования опасности и эксплуатационной пригодности на последующих стадиях проекта.

Главным требованием на этой стадии является выявление основных опасностей, которое может быть осуществлено после установления определенных общих параметров:

1. Материалы - сырье, исходные материалы, промежуточные материалы, продукция (продукты реакции), исходящие потоки газа или жидкости.

2. Производственные операции (технологический процесс).

3. Местоположение проектируемой системы - размещение между производственными операциями, пространственные соотношения с другими системами.

Эти общие параметры должны затем рассматриваться поочередно в процессе использования контрольных перечней потенциальных опасностей. Например, контрольные перечни, разработанные для обследования большинства технологических установок, включают следующие опасности: пожар, взрыв, детонацию, токсичность, коррозию, радиацию, шум, вибрацию, ядовитый (вредный) материал, поражение электротоком, механическое повреждение.

Для отдельных процессов можно дополнительно рассматривать и другие опасности.

Проведение такого исследования целесообразно при следующих условиях, когда:

1) на очень поздней стадии проектирования произошло существенное изменение в назначении устройства;

2) инструкции по эксплуатации очень рискованные;

3) новая установка является копией существующей системы, в которую внесены изменения, касающиеся, в основном, технологического процесса, а не самой конструкции.

Необходимо убедиться в том, что схемы и технологические карты точно описывают построенную установку.