Применяемые при построении деревьев отказов
| Вид элемента | Наименование | Описание |
| Схема И (совмещение) | Выходной сигнал В появляется только тогда, когда поступают все входные сигналы (А1ÇА2Ç…ÇАn)ÞВ |
| Схема ИЛИ (объединение) | Выходной сигнал В появляется при поступлении любого одного или большего числа сигналов Аi (А1ÇА2Ç…ÇАn)ÞВ |
| Результирующее событие | Результат конкретной комбинации отказов на входе логической схемы |
| Первичный отказ |
Окончание табл. 1
| Неполное событие | Отказ (неисправность), причины которого выявлены не полностью, например из-за отсутствия информации |
| Ожидаемое событие | Отказ, появление которого ожидается |
Методика построения дерева отказа включает следующие этапы.
1. Определяют аварийное (предельно опасное, конечное) событие, которое образует вершину дерева. Данное событие четко формулируют, дают признаки его точного распознавания. Для объектов химической технологии, например, к таким событиям относятся разрыв аппарата, пожар, выход реакции из-под контроля и др. Если конечное событие сразу определить не удается, то производят прямой анализ работы объекта с учетом изменения состояния работоспособности, нарушений операторов и т. п. Перечисляют возможные отказы, рассматривают их комбинации, определяют последствия этих событий.
2. Используя стандартные символы событий и логические символы (табл. 1), дерево строят в соответствии со следующими правилами:
а) конечное (аварийное) событие помещают вверху;
б) дерево состоит из последовательности событий, которые ведут к конечному событию;
в) последовательности событий образуются с помощью логических знаков И, ИЛИ и др.;
г) событие над логическим знаком помещают в прямоугольнике, а само событие описывают в этом прямоугольнике;
д) первичные события (исходные причины) располагают снизу.
Простейшее дерево, характеризующее возникновение пожара в аппарате, показано на рис. 1.
Более сложное дерево аварии, описывающее разрыв реактора, представлено на рис. 2.
Исходные события при разрыве реактора следующие: А – закрыт и неисправен предохранительный клапан, Б – открыт клапан подачи окислителя, В – неисправна система блокировки при высокой температуре, Г – малая подача сырья, Д – клапан окислителя открыт и неисправен, Е – неисправна система регулирования расхода окислителя, Ж – увеличено открытие диафрагмы, 3 – понижен напор.
Рис. 1. Схема дерева отказов возникновения пожара
Рис. 2. Дерево аварии – разрыв реактора
При построении дерева аварий события располагают по уровням. Главное (конечное) событие занимает верхний – нулевой уровень, ниже располагают события 1-го уровня (среди них могут быть и начальные), затем 2-го уровня и т. д. Если на первом уровне содержится одно или несколько начальных событий, объединяемых логическим значком ИЛИ, то возможен непосредственный переход от начального события к аварии.
3. Квалифицированные эксперты проверяют правильность построения дерева. Это позволяет исключить субъективные ошибки разработчика, повысить точность и полноту описания объекта и его действий.
4. Определяют минимальные аварийные сочетания и минимальную траекторию для построения дерева. Первичные и неразлагаемые события соединены с событием нулевого уровня маршрутами (ветвями). Сложное дерево имеет различные наборы исходных событий, при которых достигается событие в вершине, они называются аварийными сочетаниями или прерывающими совокупностями событий.
Процедура проведения анализа
Суть метода заключается в построении структурной схемы – дерева отказов системы и ее анализе. Основной принцип построения дерева отказов заключается в последовательной постановке вопроса, по каким причинам может произойти отказ системы или элемента. Анализ осуществляется «сверху вниз».
Обычно предполагается, что инженер, прежде чем приступить к построению дерева отказов, тщательно изучает строение системы. Поэтому описание системы должно быть частью документации, составленной в ходе анализа ДО.
Процедура построения дерева отказов включает, как правило, следующие этапы:
1. Определение критического (завершающего) события в рассматриваемой системе.
2. Тщательное изучение предполагаемого режима использования системы и ее реального поведения.
3. Проведение углубленного анализа работы системы с целью выявления событий, способных привести к отказу системы.
4. Собственно построение дерева отказов. Эти события должны определяться в терминах независимых первичных отказов.
Чтобы получить количественные оценки завершающего нежелательного события (происшествия), необходимо задать вероятности отказов, их интенсивность, интенсивность восстановлений и другие показатели, характеризующие первичные события, при условии, что эти события дерева отказов не являются избыточными (т. е. неприводящими к происшествию).
Более детальный анализ предусматривает выполнение таких процедур, как определение небезопасных границ системы, построение дерева неисправностей, качественная оценка, количественная оценка.
Основой построения дерева отказов является символьное представление существующих в системе условий – событий, способных вызвать отказ.
При построении ДО учитывают и используют следующие основные виды событий:
• результирующее событие (происшествие) – нежелательное событие (конкретный вид отказа системы из перечня возможных отказов, приводящий к недопустимому ущербу), анализ которого проводится;
• промежуточное событие – сложное событие, возникающее при определенных условиях и являющееся одной из возможных причин результирующего события. Его выявляют в ходе анализа причин возникновения результирующего события и подвергают дальнейшему анализу;
• базовое событие – простое исходное событие, означающее первичный отказ, которое дальше не анализируется в связи с определенностью и наличием достаточного числа данных;
• неполное событие – недостаточно детально исследованное событие, которое дальше не анализируется, из-за невозможности или отсутствия необходимости проведения его анализа;
Исходными событиями при построении ДО являются перечни возможных видов событий – отказов и их причин, нерасчетные значения внешних воздействующих факторов и др. Соответственно, каждому виду события и оператора присваиваются символы, которые используются для графического построения дерева отказов. Логические символы связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями.
В зависимости от конкретных целей анализа, деревья могут быть построены для любых видов отказов – первичных, вторичных и инициированных отказов.
Случай первичного отказа. Отказ элемента называется первичным, если он происходит в расчетных условиях функционирования системы.
Построение ДО на основе учета лишь такого рода отказов не представляет большой сложности, так как дерево строится только до той точки, где идентифицируемые первичные отказы элементов вызывают отказ системы.
Пример.Требуется построить ДО для простой системы – электросети, выключателя и электрической лампочки. Считается, что завершающим событием является отсутствие освещения.
Дерево отказов для этой системы показано на рис. 3. Основными (первичными) событиями ДО являются (1) отказ источника питания Е1, (2) отказ предохранителя Е2, (3) отказ выключателя Е3 и (4) перегорание лампочки Е4.
Рис. 3. Электрическая схема системы «сеть - электрическая лампочка» (а) и дерево (б) для случая первичных отказов:1 – сеть; 2 – выключатель;
3 – электролампа; 4 – предохранитель
Промежуточным событием является прекращение подачи энергии. Исходные отказы представляют собой входы схем ИЛИ: при наступлении любого из четырех первичных событий осуществляется завершающее событие – отсутствие освещения.
Случай вторичного отказа. В этом случае требуется более глубокое исследование системы. При этом анализ выходит за рамки рассмотрения системы на уровне отказов ее основных элементов, поскольку вторичные отказы вызываются неблагоприятным воздействием внешних условий или чрезмерными нагрузками на элемент системы в процессе ее эксплуатации.
Пример. На рис. 4 показаны электрическая схема системы и простое дерево отказов с завершающим событием «отказ двигателя». Конечное событие может быть вызвано тремя причинами: первичный отказ электродвигателя, вторичный отказ и ошибочная команда (инициированный отказ).
Первичный отказ – это отказ самого двигателя (характеристики которого соответствуют техническим условиям), возникающий в результате естественного старения. Дерево отображает такие первичные события, как отказ выключателя (отсутствие замыкания) К, неисправности внутренних цепей обмотки двигателя L, сети приемника питания М и предохранителя N.
Вторичные отказы возникают из-за причин, которые лежат за пределами, заданными техническими условиями, таких как:
– неправильное техническое обслуживание Х (например, некондиционная смазка подшипников электродвигателя);
– аномальные условия эксплуатации Y, это может быть переработка (например, выключатель остался включенным после предыдущего запуска, что вызвало перегрев обмотки электродвигателя, который, в свою очередь, привел к короткому замыканию или обрыву цепи);
– воздействие на условия работы параметров внешней окружающей среды Z (например, внешние условия: повышенная температура наружного воздуха, высокая влажность и т. п.).
Рис. 4. Электрическая схема системы «генератор–двигатель» (а) и дерево (б) для случая вторичных отказов:1 – генератор; 2 – выключатель; 3 – электродвигатель; 4 – предохранитель
Вторичные отказы изображаются прямоугольником как промежуточное событие.
Случай инициированных отказов. Подобные отказы возникают при правильном использовании элемента системы, но не в установленное время. Другими словами инициированные отказы – это сбои операций координации событий на различных уровнях дерева неисправностей: от первичных отказов до завершающего события. Типичным примером является не приведение в действие оператором какого-либо устройства управления (рис. 5).
Рис. 5. Случай инициированного отказа:
внесенная неисправность – не поступает электроэнергия
Рассмотрим более детально построение дерева отказа на примере станка сверлильно-расточной группы.
Основными движениями станка сверлильно-расточной группы являются: главное движение резания, т. е. вращение инструмента, и движение подачи.
Требуется оценить вероятность отказа станка.
Отказ станка может произойти из-за функционального отказа, явившегося следствием внезапных отказов блоков, узлов, деталей или из-за параметрического, который произойдет, когда будет исчерпана технологическая надежность.
Функциональный отказ может иметь место, если будут реализованы приводимые ниже прогнозируемые причинно-следственные цепи опасностей:
· отказ электродвигателя – остановка станка;
· отказ концевого выключателя – остановка станка;
· короткое замыкание кабеля на землю – остановка станка;
· отказ предохранителя – остановка станка;
· короткое замыкание электропровода на корпус – остановка станка;
· отказ насоса – остановка станка;
· отказ пружины предохранительного клапана – остановка станка;
· отказ дросселя – остановка станка;
· отказ обратного клапана – остановка станка;
· отказ предохранительного клапана – остановка станка;
· потеря герметичности в маслопроводе – остановка станка;
· отказ муфты главного двигателя – остановка станка;
· отказ муфты первого вала коробки скоростей – остановка станка;
· отказ зубчатых колес коробки скоростей – остановка станка;
· отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей – остановка станка;
· отказ шестерни коробки подач – остановка станка;
· отказ муфты сцепления шестерен коробки подач – остановка станка.
На рис. 6 представлено построенное на основе рассмотренных причинно-следственных цепей дерево отказов металлорежущего станка.
Рис. 6. Дерево отказов для металлорежущего станка:1 – отказ электродвигателя; 2 – отказ концевого выключателя; 3 – короткое замыкание кабеля на землю; 4 – отказ предохранителя; 5 – короткое замыкание на корпус; 6 – отказ насоса; 7 – поломка пружины клапана; 8 – отказ дросселя; 9 – отказ обратного клапана; 10 – отказ предохранительного клапана; 11 – утечки маслопровода; 12 – отказ муфты главного двигателя; 13 – отказ муфты первого вала коробки скоростей; 14 – отказ зубчатых колес коробки скоростей; 15 – отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей; 16 – отказ шестерен коробки подач; 17 – отказ муфты сцепления шестерен коробки подач.
Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 5290;