Лекция 15. Графоаналитический метод анализа риска «Древовидные структуры».

Тенденция увеличения числа управляемых человеком объектов приводит к росту объема информации, которую он должен принять, переработать и вы­дать соответствующее (как можно ближе к оптимальному) решение. Таким образом, в ходе научно-технического прогресса коренное изменение структуры процессов привело к существенному изменению в них роли человека и, следо­вательно, к увеличению психологических нагрузок на человека. «Человеческий фактор» не всегда должным образом учитывается при проектировании различ­ных систем. Технические характеристики все более и более усложняющихся систем довольно часто плохо согласуются с возможностями человека. Нередки случаи, когда человеческий фактор, играющий во многих случаях определяю­щую роль в функционировании систем, начинают принимать во внимание только в процессе их эксплуатации, а на этапе проектирования не выполняются самые элементарные требования по учету характеристик и свойств человека. Недооценка этого фактора, существенно снижает надежность функционирова­ния систем. Создалось положение, когда одно из важнейших звеньев систем ос­тается в стороне от внимания разработчиков.

Система «человек-техника-среда» характеризуется чрезвычайной сложностью внутренних и внешних взаимосвязей и их зависимостью от очень большо­го числа факторов, причем количественные характеристики для новых систем не всегда поддаются точному прогнозу. С другой стороны, замена чело­века машиной не всегда возможна и целесообразна. Человек остается наиболее универсальным, пластичным и активным звеном системы управления. Перера­ботка информации человеком зависит от его индивидуальных особенностей, степени его обучения, функционального и эмоционального состояния, типа его нервной деятельности, мотивации действий, длительности и вида работы и т.д. Все эти свойства человека должны учитываться при анализе конечных характе­ристик прогнозируемой системы.

Метод «Древовидные структуры» позволяет:

- четко формализовать рассматриваемый материал;

- проводить анализ различных ситуаций;

- анализировать различные, но взаимосвязанные ситуации и

собы­тия в рамках одного «дерева»;

- проводить эффективную количественную оценку условий недопущения негативных событий или условий дости­жения цели;

- равноправно, в рамках одного «дерева», учитывать все элементы систе мы «человек-техника-среда».

Основные понятия, определения и символы метода «Древовидные структуры»

Древовидная структура - графическое представление взаимосвязи различ­ных событий конкретной системы «человек-техника-среда».

Событие - состояние, происшествие, явление, действие, которое могло произойти, произошло или может произойти в системе или элементе.

Событие, являющееся целью анализа, называется головным или результи­рующим. Головное событие наступает в результате комбинации различных со­бытий. В древовидной структуре может быть несколько головных событий. Кроме жестко детерминированных причинно-следственных связей, в древовид­ной структуре возможны и обратные связи, когда головное событие (или про­межуточное) влияет на предыдущее.

События, являющиеся первопричинами анализируемой системы и в конечном итоге, приводящие к возникновению головного события, называются первичными или исходными.

События, расположенные на древовидной структуре между головным и первичным событиями называются промежуточными.

Любое из событий обозначается символом с пояснениями внутри него:

Отношения между событиями обозначаются логическими связями или операциями:

1). Операция «И»:

Выходное событие в данном случае происходит только при реализации всех входных событий. Количество входных событий – более одного.

Понятия «входное событие», «выходное событие» здесь и далее служат лишь для объяснения качества связи между ними с помощью той или иной операции и не являются понятиями самой древовидной структуры.

2). Операция «ИЛИ»:

Выходное событие происходит при реализации хотя бы одного из входных событий. Количество входных событий более одного.

3). Операция «Σ» (совокупность событий):

Операция «Σ» применяется тогда, когда влияние входных событий на вы­ходное не удается четко отнести к одной из двух предыдущих («И» или «ИЛИ»). Выходное событие происходит тогда, когда совокупное влияние вход­ных событий на выходное превышает определённый порог. Количество вход­ных событий более одного.

4). Операция « —► » (причина - следствие):

Операция «—► » применяется для упрощения взаимосвязи событий в кон­кретной системе «человек- техника -среда» в случае, когда наблюдается четкая взаимосвязь между входными и выходными событиями.

Операция «—► » в ряде случаев может быть заменена одной из операций

«И - причина», «ИЛИ - причина», «Σ - причина» в зависимости от конкретной ситуации:

Такая замена может быть полезна для анализа причин появления «обяза­тельного» события в конкретной системе.

В случае, когда входное событие инициирует реализацию нескольких вы­ходных событий, графическое представление операции « —►» выглядит следующим образом:

5). Операция «Определяющее событие»:

В случае реализации входного события дальнейший ход событий будет происходить по ветке «Да» (реализация «Выходного события 1») или по ветке «Нет» (реализация «Выходного события 2») в зависимости от того, реализуется в конкретном случае определяющее событие или нет. При необходимости проводится анализ причин возможной реализации определяющего события в рам­ках древовидной структуры.

Для введения пояснений о сопутствующих событиях и других событиях, напрямую не влияющих на ход развития событий, можно использовать символ:

Древовидную структуру можно делить на отдельные фрагменты. Для соединения фрагментов в единую логическую структуру используется символ перехода с порядковым номером перехода внутри него:

Процедура построения древовидной структуры

Построение древовидной структуры начинается с процессов синтеза и ана­лиза, включающих несколько процедур.

Процесс синтеза включает в себя определение цели анализа, выбор кон­кретной системы «человек-техника-среда» для возможности проведения анали­за достижения цели.

Процесс анализа производится методами индукции и дедукции и включает следующие этапы:

1. Выбираются какие-то взаимосвязанные события рассматриваемой сис­темы, определяется конкретная схема взаимосвязи между ними, графически оформляется данный фрагмент взаимосвязи событий.

2. Графический фрагмент расширяется далее при ответе на один из вопро­сов:

- что может последовать далее?

- что предпринять?

- почему это произошло?

При этом выявляются дополнительные события и взаимосвязи между ними.

3. Продолжаются этапы 1 и 2 до тех пор, пока древовидная структура не будет соответствовать цели анализа.

В качестве примера проведем анализ возможных ситуаций при работе абсорбционной установки для очистки газовых потоков от вредных примесей по её принципиальной схеме [Мухутдинов А.А. и др. Основы и менеджмент промышленной экологии: Учебное пособие. Казань: Магариф, 1998]:

Суть работы установки в следующем: НГ поступает в абсорбер, проходит через слой насадки, где примеси поглощаются движущимся навстречу абсорбентом, а ОГ выводится из абсорбера; восстановление абсорбента (выделение из него примесей) происходит в десорбере; остальные тракты служат для постоянной циркуляции абсорбента в установке.

Рассмотрим следующую ситуацию: предположим, по какой-то причине в абсорбер для очистки стал поступать запыленный газовый поток. Ситуация вполне возможная, поскольку в реальности взвешенные вещества той или иной дисперсности и количества всегда присутствуют в газовом потоке. Разница лишь в том, что неприятности по этой причине могут произойти раньше или позже.

События могут развиваться следующим образом. Газовый поток проходит через слой насадки, смоченной абсорбентом. При этом газовый поток будет очищаться от пыли, часть которой будет вымываться абсорбентом, а часть – оставаться в слое насадки, что приведет к дополнительному загрязнению абсорбента и увеличению гидравлического сопротивления слоя насадки.

Загрязненный пылью абсорбент далее поступает в теплообменник, где часть пыли будет оседать в его каналах, что приведет к росту гидравлического сопротивления теплообменника. Остающаяся в абсорбенте пыль может нарушить распыл абсорбента в десорбере по причине нарушения работы распыливающих форсунок или полного их отказа. Часть пыли, остающаяся в абсорбенте может нарушить работу испарителя и осаждаться в тракте возврата абсорбента в теплообменнике. Аналогичные последствия возможны в тракте холодильника и при распыле абсорбента в абсорбере.

Отсутствие или неполадки измерительной аппаратуры, контролирующей ход процесса, или невнимательность обслуживающего персонала могут привести при этом к печальным последствиям.

Закупорка слоя насадки пылью может привести к тому, что газовый поток, поступающий в абсорбер, не сможет проходить через слой насадки, а пойдет по тракту абсорбента к теплообменнику. В случае, если тракт теплообменника способен пропустить газожидкостную смесь (газовый поток + абсорбент) и форсунки десорбера еще полностью не забились пылью, недоочищенный газовый поток будет поступать в десорбер, а оттуда газ попадет в тракт отвода примеси. В случае закупорки прямого тракта теплообменника в нижней части абсорбера, трубопроводе «абсорбер-теплообменник» и в самом теплообменнике возможен рост давления, что может привести к разрыву тракта, т.е. аварии. При этом могут пострадать люди, а в случае опасного загрязнителя газового потока, произойдет загрязнение окружающей среды. Рост давления возможен и в других частях установки по причинам нарушения работы форсунок в десорбере, трактов испарителя и холодильника, обратного тракта теплообменника. Возможные разрушения в них приведут к следующим последствиям:

- неочищенный газовый поток через тракт холодильника сможет поступать в тракт очищенного газа, а через него, минуя слой насадки – в атмосферу или дальнейшую технологическую цепочку;

- неочищенный газ может привести к загрязнению воды охлаждения в холодильнике и пара в испарителе;

- травмирование и отравление людей.

Рассмотренные рассуждения представим в виде древовидной структуры (см. рис.1). Что она иллюстрирует?

Во-первых, видно, что метод «Древовидные структуры» вобрал в себя графоаналитические методы-предшественники и является дальнейшим их развитием. В частности, возможны несколько головных событий (в нашем примере они обведены двойной рамкой); допускается влияние последующих событий на предшествующие (т.е. «прокрутка» части событий во времени); развитие событий по разным «ветвям» структуры в зависимости от изменения текущей ситуации.

Во-вторых, возможен равноправный учет всех компонентов системы «человек-техника-среда» в рамках одной структуры.

В-третьих, появился оператор «совокупность событий», о котором ранее даже намека не было. Это позволяет более свободно включать в анализ аспекты психологии, экономики и других дисциплин.

В-четвертых, отнюдь не полная, а лишь иллюстративная древовидная структура более объёмна (если так можно сказать) принципиальной схемы установки по которой она создана. Причина в том, что «структура» требует четкой формализации рассматриваемой проблемы.

Рис. 1. Опасности, связанные с эксплуатацией абсорбционной установки

В этом и трудность и преимущество метода. Трудность в том, что надо четко представлять все тонкости проблемы, уметь отделять главное, суметь объединить все события в единую структуру. Преимущество – логично построенная структура «не позволяет» упустить из рассмотрения какие-то важные моменты; наглядно демонстрирует важные взаимосвязи событий. В частности, приведенная структура четко демонстрирует (часто и так вроде бы понятные вещи):

- рано или поздно установка по отмеченным причинам может выйти из строя;

- подготовленный и внимательный обслуживающий персонал способен предотвратить нежелательные последствия или уменьшить их тяжесть;

- возможность принятия персоналом адекватных обстановке решений определяется совокупностью условий в тех или иных обстоятельствах;

- человеческий фактор в работе систем играет весьма важную роль на всех этапах их жизненного цикла;

- всегда полезно иметь «путь к отступлению» (в нашем примере: наличие резервной системы очистки или возможность остановки технологического процесса).