|
где j — вид негативного техногенного воздействия (электромагнитного, ионизирующего, химического и т.д.), одного из т возможных (/=1,2... т).
При одновременном действии нескольких разновидностей (и) одного и того же j-го негативного фактора (например, при воздействии на человека нескольких токсических или загрязняющих веществ) пользуются суммированием общего числа п отношений текущих значений этих £-ых разновидностей {к = 1,2... п) к соответствующим пороговым значениям /7д.:
П
lCJk/nJk<l
Иначе говоря, в соответствии с формулой (4.8), некоторое количество действующих разновидностейj-ro фактора, отнесенное
к своим индивидуальным пороговым значениям, которые не должны быть превышены, составляют полную группу относительных значений. Особенностью этой группы является учет комплексного действия входящих р нее разновидностей негативного фактора, т.е. по каждой из разновидностей текущее значение должно быть уменьшено пропорционально количеству действующих разновидностей. В противном случае добиться непревы- шения суммой этих относительных величин значения I не удастся. По сути дела, сама эта единица представляет в данном неравенстве пороговое значение комплексного действия разновидностей негативного фактора. При и = 1 формула (4.8) автоматически превращается в условие (4.7).
В целом соблюдение условий (4.7) и (4.8) для каждого из j-тых негативных факторов, действующих на человека, вовсе не гарантирует ему безопасности. Например, в условиях возникновения пожара на человека одновременно действует целый комплекс самых разных негативных факторов (химических, загрязняющих, тепловых, механических), и если по каждому из них не превышен допустимый предел воздействия, то это вовсе не значит, что общее «амочувствие человека можно признать нормальным. На самом деле следовало бы, подобно выражению (4.8), накладывать на все т негативных факторов, действующих в конкретных условиях, такое же условие их пропорционального уменьшения воздействия на человека
т п
'L'LCjk/i-«-9)
_/=I jt=i
В этом случае человек заведомо находился бы в более щадящих условиях производственной или какой-либо другой среды обитания.
Но тогда многие отечественные производства пришлось бы реконструировать, чтобы добиться на их территории выполнения условия (4.9). Поэтому для руководителей любого хозяйства удобнее и дешевле считать, что негативные техногенные факторы обладают как бы независимостью своего воздействия на человека. Отдельно не превышен ПДУ шума, отдельно не превышен ПДУ по вибрации, отдельно не превышен ПДУ электромагнитных воздействий, отдельно не превышена ПД по ионизирующим воздействиям, отдельно не превышена ПДК токсических воздействий, а в результате оказывается, что средняя продолжитель
ность жизни человека в нашей стране одна из самых низких в Европе (58 лет — мужчин и 72 года — женщин).
На самом деле давно установлено, что многие негативные техногенные факторы обладают так называемым сочетанным воздействием на организм человека, взаимно усиливая вредные и опасные эффекты друг друга при одновременном и совместном их влиянии. Так, шум и вибрация усиливают токсический эффект химических соединений (оксида углерода, стирола, дихлорэтана, марганцевых аэрозолей, бензола). Ультрафиолетовое излучение повышает токсичность карбофоса, способствует образованию смога, сенсибилизации организма. Совместное действие загрязняющих аэрозолей и газообразных химических веществ повышает токсичность последних путем их адсорбции на пылевых частицах и повышении локальной концентрации адсорбированных газов. Повышенная влажность также способствует повышению токсических эффектов многих веществ. Замечено усиление радиационного эффекта при совместном действии ионизирующих излучений и повышенной температуры, излучений и повышенной концентрации кислорода, излучений и соединений ртути, формальдегида.
Справедливости ради следует отметить изредка встречающийся антагонизм негативных воздействий, например, некоторых токсических веществ, которые ослабляют друг друга, но в целом на низшем уровне воздействий, как правило, наблюдается аддитивный характер взаимодействия негативных факторов, при котором отрицательные эффекты каждого из них если и не усиливают друг друга, то по крайней мере просто складываются, что и отражено в условии (4.9). Учитывать эффекты усиления действия отдельных негативных факторов можно путем введения в неравенство (4.9) дополнительных коэффициентов взаимовлияния Kjk > 1:
т я
11(СА)/***'■
у=]*=1
Строго говоря, учет аддитивного или усиливающего (потенцированного) характера эффектов различных по своей природе негативных техногенных факторов требует своего четкого отражения во всех нормативных документах, посвященных безопасности жизнедеятельности человека и охране труда на производстве. К числу такого рода основных нормативных до
кументов на уровне государственных стандартов относятся следующие:
• ГОСТ 12.0.003—74 «Опасные и вредные производственные факторы»;
• ГОСТ 12.1.003—76 «Шум. Общие требования безопасности» (впоследствии ГОСТ 12.1.003—83);
• ГОСТ 12.1.001—75 «Ультразвук. Общие требования безопасности» (впоследствии ГОСТ 12.J.001—89);
• ГОСТ 12.1.012—90 «Вибрационная безопасность. Общие требования»;
• ГОСТ 12.1.045—84 «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля»;
• ГОСТ 12.1.002—84 «Электрические поля промышленной частоты: Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах»;
• ГОСТ 12.1.006—84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля»;
• ГОСТ 12.14)07—76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»;
• ГОСТ 12.1.005—88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;
• ГОСТ 12.1.004—82 «Пожарная безопасность. Общие требования»;
• ГОСТ 12.1.010—76 «Взрывобеэопасность. Общие требования».
Кроме приведенного перечня государственных стандартов, в
качестве нормативных документов в области безопасности жизнедеятельности в нашей стране активно используются санитарные правила и нормы (СанПиН), санитарные нормы (СН), гигиенические нормы (ГН). К числу основных норм, устанавливающих критерии безопасности, относятся:
• СН 2.2.472.1.8.562—96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий, на территории жилой застройки»;
• СН 3223—85 «Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах»;
• СН 2.2.4/2.1.8.583—96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых общественных помещениях и на территории жилой застройки»;
• СН 6032—91 «Допустимые нормы напряженности элеюро- статических полей и плотности ионного тока для персонала подстанций и воздушных линий постоянного тока ультравысокого напряжения»;
• СН 1742—77 «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами»;
• СН 3206—85 «Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц»;
• СН 5803—91 «Предельно допустимые уровни воздействия ЭМП диапазона частот 10—60 кГц»;
• СанПиН 2.2.4.723—98 «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях»;
• СанПиН 2.2.4/2.1.8.055—96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона»;
• СанПиН 2.2.2./2.4Л 340—03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ»;
• ГН 2.1.8/2.2.4.019-—94 «Временно допустимые уровни воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи»;
• ГН 2.2.5.685—96 и ГН 2.1.5.686—98 «Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны»;
• Нормы радиационной безопасности НРБ—99 (Санитарные правила 2.6.1.758—99).
Перечисленные выше нормативные документы с успехом выполняют свои функции критериев безопасности каждый в своей области, устанавливая предельно допустимые уровни, дозы, концентрации. Однако для действительно корректной оценки комплексного действия негативных факторов этого недостаточно. Поэтому одной из важнейших задач по эффективному управлению безопасностью жизнедеятельности человека на современном уровне является взаимная увязка всей существующей нормативной базы с общесистемных позиций.
(?) Контрольные вопросы
1. В чем заключается специфика критериев безопасности по сравнению С критериями комфортности?
2. Какие основные группы пороговых параметров выполняют роль критериев безопасности?
3. Каковы основные условия обеспечения безопасности жизнедеятельности человека для одного негативного фактора или группы его разновидностей?
4. Почему требуется комплексный учет всех одновременно действующих на человека негативных факторов?
5. Каковы условия безопасного воздействия группы негативных факторов с учетом их аддитивного или усливаюшего эффекта?
6. В каких основных группах нормативных документов отражены критерии безопасности по отдельным негативным факторам техногенных воздействий на человека?
7. С каких методологических позиций следует проводить взаимную увязку существующей нормативной базы по безопасности жизнедеятельности?
ОПАСНОСТИ И НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
5.1. Вероятностные характеристики и анализ надежности технических систем
Осознанное проведение комплекса мероприятий па обеспечению безопасности жизнедеятельности человека базируется на выделении наиболее слабых и потому подверженных наибольшему риску выхода из строя элементов любого рода систем. Само понятие системы подразумевает совокупность элементов, объединенных между собой внутренними связями и образующих качественно новое целое, взаимодействующее с окружающей средой посредством внешних связей (рис. 5.1).
Появление качественно нового целого в результате такого объединения отдельных элементов представляет собой наиболее важный отличительный признак рождения новой системы. В та же время бессмысленно говорить о новой системе, если объеди- ненная совокупность каких-то элементов не привела к появлению у этой совокупности нового качества.
Сам факт внезапного появления нового качества у совокупности объединенных между собой элементов носит название эмер- джентность. Это понятие является важнейшим для характеристики любой системы и символизирует собой наиболее значимое системное свойство.
Другое системное свойство предполагает наличие в любой системе соподчиненных структурных уровней и обозначается как иерархичность. Так, само существование образующих систему элементов можно рассматривать как структурный уровень подсистем. Напротив, окружающую среду условно можно представить в качестве структурного уровня надсистем.
Рис. 5.1. Общее представление структуры и связей открытой иерархической системы
Следующим важным понятием, характеризующим любую систему, являются внутренние и внешние связи. По своей природе любые связи можно разделить на три основных вида: вещественные, энергетические, информационные. Будучи отнесенными к самой структуре системы и обеспечивая о&ьединение отдельных ее элементов между собой, внутренние связи различной физической природы, по сути дела, характеризуют связность системы, ее целостность.
Наличие внешних контактов любой системы с окружающей средой, осуществляемых с помощью двунаправленных внешних связей, свидетельствует об открытости системы, ее способности эффективно взаимодействовать с внешним миром, а следовательно, и успешно существовать в нем. Изолированность системы — отсутствие ее внешних связей.
Еще одним важнейшим системным свойством выступает устойчивость, под которой понимается способность системы возвращаться в равновесное состояние после прекращения на нее внешних воздействий. Это свойство является чрезвычайно важ-. ным, поскольку свидетельствует вообще о способности системы к сохранению самой себя как единого целого при взаимодействии ее с внешним миром, с окружающей средой.
Потеря системой свойства устойчивости, выход системы за границы устойчивости, появление неустойчивости системы ведут либо к полному ее разрушению, либо к переходу ее в другое качество, т.е. образованию какой-то новой системы, кардинально отличающейся от прежней.
Поэтому требование обеспечения устойчивости системы всегда равноценно требованию сохранения системы как таковой. Для того чтобы как-то обезопасить систему от непредвиденных воздействий со стороны окружающей среды, стремятся повысить запасы устойчивости этой системы.
Важным системным свойством, напрямую связанным с обеспечением безопасности жизнедеятельности человека, является стохастичность любой системы, представляющая собой, по сути, случайный, вероятностный характер всех процессов, происходящих в системе, всех внешних воздействий на нее со стороны окружающей среды и самого существования этой системы. Вероятностная природа асех параметров любой системы является фундаментальным свойством природы. Поэтому судить о качестве, достоинствах и недостатках любой системы можно лишь с большей или меньшей степенью вероятности. К сожалению, в этой-то неопределенности параметров систем и кроется основная причина как техногенных, так и природных катастроф.
Системное свойство детерминированности, предполагающее полную определенность структуры и поведения систем, является по сути своей идеализированным антиподом реально существующей их стохастичности. Детерминированность существует только в сознании проектировщиков, создающих ту или иную систему. На чертежах конструкций, в описании технологических процессов, в сметных расчетах все полностью определено и подсчитано. Любой созданный на бумаге или электронном носителе проект — это тот недостижимый идеал, к которому будут стремится строители, рабочие, наладчики, но который в результате их усилий полностью так и не будет достигнут. В реальности будет получено лишь большее или меньшее стохастическое
7 iMMiiiuciiocfb
приближение к идеальному детерминированному проекту. И дело вовсе не в том, что создатели реальной системы не хотят воплотить в жизнь проектную разработку. Они просто не могут это сделать, потому что вся совокупность отдельных случайных факторов в принципе не способна привести к четко определенному запланированному результату.
Неопределенность тем более возрастает, когда речь идет о дальнейшей эксплуатации созданной системы. Этот процесс обрастает таким количеством непредсказуемых факторов и их сочетаний, что только очень наивный человек может надеяться на абсолютную надежность какой-либо системы в ходе ее эксплуатации. При этом надо иметь в виду, что сам процесс эксплуатации технической системы включает в себя совсем не только ее целевое использование, выступающее как функционирование системы и являющееся тем смысловым ориентиром, ради достижения которого создается любая система.
Кроме непосредственного функционирования, эксплуатация технической системы предполагает выполнение в самых различных сочетаниях таких этапов, как хранение (консервация), транспортировка, подготовь к функционированию, регламентное техническое обслуживание, ремонтное обслуживание, подготовка к хранению (консервации). Финишным рубежом так называемого жизненного цикла любой технической системы является утилизация, связанная с прекращением ее дальнейшего существования.
Вообще, коша используется термин техническая система, то подразумевается, что такая система является продуктом определенного уровня развития техники. Однако это вовсе не означает, что при эксплуатации такой системы совершенно отсутствует человек. Даже в автоматических и уж тем более автоматизированных или роботизированных системах (комплексах) человек обязательно присутствует либо на стадии задания программы, либо на стадии управления, хотя бы и дистанционного. Поэтому при дальнейшем изложении материала, посвященного безопасности жизнедеятельности человека в процессе его трудовой активности, применяется также термин эрготехническая (эргатическая) система.
Таким образом, под эрг отехнической (от греч. ergon — работа, technike — искусство, мастерство) понимается такая система, которая, представляя собой человеко-машинный комплекс, включает в свой состав техническую часть и человека, выполняющего активные трудовые функции, от успешной реализации которых, наравне с технической частью, зависит достижение поставленных перед системой целей.
Нормальная эксплуатация эрготехнической системы характеризуется определенной степенью надежности, представляющей собой комплексную вероятностную характеристику успешного выполнения системой заданных функций при сохранении ею своих эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение требуемого времени.
В теории надежности общепринятыми свойствами эксплуатационной надежности технических систем являются:
• работоспособность как состояние системы, при котором она может выполнять требуемые функции с заданными рабочими параметрами;
• безотказность как свойство системы сохранять свою работоспособность в течение заданного времени без отказов и вынужденных перерывов;
• сохраняемость как свойство системы сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение и после установленного срока ее хранения или транспортировки;
• долговечность как свойство системы сохранять свою работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для регламентного обслуживания и ремонта;
• ремонтопригодность как свойство приспособленности системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов ее работоспособности путем проведения регламентного технического обслуживания и ремонта.
Как следует из вышеприведенных определений свойств надежности любой технической системы, наиболее значимым для успешности ее функционирования и выполнения ею заданных функций безусловно является работоспособность. В свою очередь, наличие работоспособности системы в течение всего времени ее эксплуатации характеризует в первую очередь безотказность ее функционирования, а также косвенно связано и с остальными перечисленными свойствами эксплуатационной надежности.
С точки зрения безопасности жизнедеятельности любая техническая или эрготехническая система обладает двумя основными и наиболее важными для человека состояниями:
• состояние работоспособности всех компонентов системы и обеспечение требуемого ее функционирования в течение заданного времени (система обладает структурной исправностью и функциональной способностью выполнения требуемых действий в течение заданного времени);
• состояние неработоспособности (отказа) хотя бы одного из компонентов системы или необеспечение требуемого ее функционирования в течение заданного времени (система либо структурно неисправна, либо функционально неспособна выполнять требуемые функции в течение заданного времени).
В первом из указанных состояний все компоненты системы совместно обеспечивают состояние ее структурной исправности и функциональной возможности выполнения возложенных на систему эксплуатационных требований. При этом как техническая часть системы, так и работающий с ней человек действуют в течение заданного времени без отказов и сбоев. Влияние на человека вредных и опасных факторов со стороны технической части системы в достаточной мере было рассмотрено выше в главе 4,
Второе из указанных состояний, в свою очередь, распадается на два возможных варианта. В первом из вариантов имеет место структурная неисправность технической части системы (техническая неисправность), т.е. наступление так называемого отказа системы, под которым в существующей теории надежности принято понимать событие, заключающееся в полной или частичной утрате системой состояния работоспособности (выходом за допустимые пределы одного или нескольких ее основных рабочих параметров). Соответственно, подобный отказ системы можно представить как структурный отказ, обусловленный неработоспособностью технической части системы.
Второй вариант неработоспособного состояния системы вызван к жизни необеспечением выполнения технически исправной системой требуемых функций в течение заданного времени, т.е. своего рода функциональным отказом системы. В большинстве случаев такие функциональные отказы (сбои) обусловлены неработоспособностью человека, входящего в состав эрготехнической системы. Другими словами, пресловутый «человеческий фактор» является просто одной из возможных форм отказов системы, в которой техническая часть совершенно исправна, а человек, входящий в состав такой эрготехнической системы, проявляет в процессе своей работы свойства неквалифицированности, усталости, невнимательности, в результате которых вся система в целом не обеспечивает выполнение требуемых функций в течение заданного времени.
Указанные варианты отказов технической системы представлены на рис. 5.2 в виде схемы, лежащей в основе построения сколь угодно сложного по структуре «дерева отказов». Анализ таких отказов важен, так как вызываемые ими воздействия на человека могут быть недопустимы для него.
Таким образом, опасности технической системы проявляются, с одной стороны, в виде предусмотренных ее нормальной работой воздействий на человека, или, как иногда говорят, штатных воздействий. С другой стороны, те же опасности, но значительно усиленные количественно и существенно расширенные по своему качественному составу, сопутствуют всем видам отказов системы и вызывают к жизни непредусмотренные ее нормальной работой так называемые нештатные ситуации и, соответственно, нештатные воздействия на человека. Особенностью последних является непредсказуемость их уровня и появления в пространстве и во времени.
Поэтому, вся теория надежности любых технических систем, в свою очередь, базируется на математической основе теории вероятностей. Для характеристики состояния работоспособности какой-либо технической, или эрготехнической системы на /-том этапе ее эксплуатации принимается вероятность безотказного состояния Pj (tj) этой системы при выполнении требуемого этапа эксплуатации в течение заданного времени Соответственно, поскольку безотказность и отказ такой системы образуют полную группу событий, вероятность отказа (неработоспособности) Qi (/,) системы связана с вероятностью ее безотказного состояния (работоспособности) следующим простым соотношением:
Qi{ti)=\-PiUi). (5,1)
При наличии некоторого числа п независимых этапов эксплуатации технической системы общая вероятность Ржс((экс) их безотказного выполнения, или эксплуатационная надежность системы, определяется как произведение вероятностей безотказного- выполнения всех учитываемых этапов
«
/=1
В формуле (5.2) взаимную независимость этапов эксплуатации следует понимать как независимость возможности возникновения отказов на каждом из этих этапов. Поэтому суммарная вероятность срыва нормальной эксплуатации системы 6-,KC(f3KC), или ее эксплуатационная ненадежность, определяется аналогично формуле (5.1):
£?экс(^эхс) I ~ ^экс^экс)-
Применительно к вероятности отказа отдельного этапа эксплуатации Qjit,) следует подчеркнуть несколько присущих ей особенностей. Во-первых, эта вероятность, как уже указывалось выше, обусловлена отказом технической части системы или отказом человека, работающего с ней, т.е. для безотказного выполнения этапа должны быть безотказны как техника, так и человек (рис. 5.3):
рт = Р>М)Р^аУ, (5-3)
Qi (*i) ~ 1 — P)\Ut)Pf2Ui2)'
где Pji(f/) — вероятность безотказной работы технической части системы на «-том этапе ее эксплуатации в течение заданного времени /^(f#) — вероятность безотказной работы человека на г-м этапе эксплуатации системы в течение времени /д; ц2 — время работы человека в составе системы совместно с ее технической частью, причем /д входит в ((д е f,-).
Во-вторых, сам отказ системы является лишь предпосылкой потенциального возникновения вредного или опасного воздействия на человека, но еще не является достаточным условием для действительной реализации такого воздействия. Поэтому вероятность отказа не тождественна вероятности опасности, но может входить в нее в качестве необходимого условия.
i------------------------------------------------------------------------------------------------ 1
I I
ад | —pj Рп(.ь) j—- | рil{tn) j-J"*--------------------------------------- *■ | ад |
1 р>т |
Рис. 5.3. Схема надежности эксплуатации технической системы
В-третьих, вероятность безотказного использования технической системы математически может быть определена либо еще на стадии проектирования системы с помощью анализа наиболее предпочтительного закона распределения вероятностей, либо уже на стадии эксплуатации системы с помощью статистического метода путем соотнесения времени штатного использования системы?шт к общему времени ее эксплуатации /экс с учетом времени нештатных ремонтных работ и подсчета так называемого коэффициента готовности системы КГот, широко используемого в практике эксплуатации систем, длительно находящихся в режиме дежурства:
*экс — Чит + *рем’ (5.4)
^тот — 0шт ^ *рем)- (5-5)
Особо следует отметить, что профилактические и другие регламентные работы по техническому обслуживанию систем, носящие плановый, заранее известный характер, относятся к разряду их штатной эксплуатации.
Однако, при всей простоте применения статистических методов, они могут дать количественную и качественную оценку только уже реально существующей системы, когда кардинально что-либо изменить в ее идеологии и структуре почти невозможно. Поэтому формулы (5.4) и (5.5) носят в основном апостериорный (послеопытный) характер и служат для сравнения качества готовой системы с ее предварительными проектными вероятностными показателями. По результатам такого сравнения выносится оценка результатов труда изготовителей конкретной системы.
Для априорного (доопытного) прогнозирования качества технических систем используются вероятностные характеристики, среди которых одной из основных, как уже указывалось, является вероятность безотказного состояния технической части системы Pn(S,) ка 1-том этапе эксплуатации.
Согласно результатам многочисленных исследований подавляющее большинство технических систем для определения указанной характеристики может с успехом применять показательный закон распределения вероятностей, в котором в качестве одного из основных вероятностных показателей используется так называемая интенсивность отказов Xjj, ч-1. В свою очередь данный показатель представляет собой величину, обратную наработке времени ч, на один отказ j-rо элемента системы в /- тых условиях ее эксплуатации
Величины наработки на отказ и интенсивности отказов для различного рода элементов технических систем определены статистически, табулированы и сведены в справочные таблицы существующих справочных пособий по надежности, представляя собой удобный первичный материал для проведения предварительных оценочных расчетов вероятностных характеристик. Большое удобство показательного распределения заключается в том, что общая интенсивность отказов Л,- всей системы в целом на /-том этапе ее эксплуатации определяется простым суммированием отдельных интенсивностей отказов всех входящих в нее N элементов
N
^ Xjj
«" j=l
С учетом последней формулы вероятность безотказного состояния технической части системы на /-том этапе эксплуатации в течение заданного времени Ц определяется следующим образом:
Соответственно, вероятность хотя бы одного отказа технической части системы 2а на /-том этапе ее эксплуатации составляет
й.=1-е“ЛЛ-
В случае возможности восстановления работоспособности технической части системы после отказа путем проведения ремонта, вероятность безотказного состояния восстанавливаемой технической части системы можно определить по
следующей формуле:
(5.6)
где.Рв{?рем) — вероятность успешного восстановления работоспособного состояния технической части системы в течение времени ремонта /р^.
Приведенную в выражение (5.6) математическую запись несложно трансформировать в следующую формулу:
P*i]('«) = I - [1 - Л]ДО][1 - ^(«рем)]- (5-7)
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 31 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |