Сериков Я.А., Кинжалова Н.А., Сериков С.Я. Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

2. Система «человек – среда обитания». Основные составляющие системы.

3. Объект изучения науки «Безопасность жизнедеятельности».

4. Аксиома о потенциальной опасности.

5. Определение опасности.

6. Классификация опасностей.

7. Виды признаков опасности.

8. Определение риска.

9. Понятие риска, как категории безопасности жизнедеятельности.

10. Методы оценки риска.

11. Методика определения приемлемого риска.

12. Реакция организма человека на воздействие негативных факторов внеш-

ней среды.

13. Понятие обратимой и необратимой биологической реакции организма

человека на воздействие негативных факторов.

14. Предельно допустимый уровень воздействия негативных факторов на

организм человека.

15. Этапы в решении задач обеспечения безопасности жизнедеятельности.

16. Классификация принципов обеспечения безопасности жизнедеятельно-

сти.

17. Система «человек – машина». Характерные зоны системы «человек –

машина».

18. Методы обеспечения безопасности жизнедеятельности в системе «чело-

век – машина».

19. Основные задачи в управлении безопасностью жизнедеятельностью.

20. Алгоритм реализации управления безопасностью жизнедеятельности.

21. Определение «системный анализ».

22. Дерево «причин и опасностей».

23. Априорный анализ степени безопасности технических объектов.

24. Апостериорный анализ степени безопасности технических объектов.

Глава 2.3. Основы исследования надежности функционирования

систем антропогенного происхождения

Одним из логических результатов эволюции человечества, его дея-

тельности, есть создания систем разной структуры, сложности и назначе-

ния (технических, биологических, химических и др.). Такие системы слу-

жат удовлетворению нужд человека разного иерархического уровня. Каж-

дая из таких систем (систем антропогенного происхождения) характеризу-

ется отличными качественными показателями и уровнем потенциального

воздействия на человека, производственную среду, биосферу Земли.

Степень безопасности систем обусловлена наличием и частотой от-

казов во время их функционирования, возможностью прогнозирования ти-

па и времени их реализации. Таким образом, прогнозирование отказов, вы-

явление причин их возникновения позволяет своевременно принять меры

относительно их предупреждения и тем самым повысить безопасность, на-

дежность и эффективность эксплуатации систем.

Практика свидетельствует, что такой подход к эксплуатации систе-

мы разрешает получить экономический эффект около 30 % от эквивалент-

ной стоимости системы. Рассматривая предупреждение влияния отказов

системы на безопасность жизнедеятельности человека в комплексе, к ука-

занному экономическому эффекту прибавляется и существенное устране-

ние отрицательного влияния следствий отказов системы на экологию Зем-

ли, например, через аварии, которые сопровождаются выбросом вредных

веществ, опасных вирусов, микробов, появления электромагнитных, иони-

зирующих полей значительной напряженности и т. п.

Эффект достигается также путем защиты здоровья населения как от

возможных изменений физиологических функций, так и психологических

отклонений организма, обеспечения комфортности производственной, бы-

товой и среды проживания.

Определение степени безопасности функционирования таких систем

(объектов), надежности их функционирования может быть осуществлено с

использованием положений технической диагностики – науки о распозна-

вании состояния технических систем, которая имеет возможность решать

широкий круг проблем, связанных с получением и оценкой диагностиче-

ской информации.

Исходя из определения технической диагностики, можно выделить

два основных взаимосвязанных направления разработок, которые форми-

руют структуру ее практической реализации в виде контрольно-

измерительной системы диагностики.

Первым направлением разработок, который обеспечивает решение

поставленных задач, является обеспечение получения достаточного объема

информации о степени надежности составных элементов, блоков, узлов и

системы в целом в необходимый момент времени в процессе ее эксплуата-

ции. Решение этого круга задач осуществляется на основе теории контро-

леспособности.

Вторым направлением в разработке структуры контрольно-

измерительной системы диагностики есть обеспечение достоверной ин-

формации о состоянии контролируемого объекта (системы), его составных

элементов, блоков, узлов и объекта контроля в целом. Это направление

реализуется с привлечением теории распознавания образов.

Рассмотрим более подробно суть теорий контролеспособности и

распознавания образов.

Теория контролеспособности включает в себя следующие элементы:

• методологию определения объема необходимой и достаточной ин-

формации для диагностики технической системы;

• создание методов и средств получения диагностической информации;

• реализацию разработок в виде контрольно- измерительных приборов

и систем диагностики состояния исследуемых антропогенных систем;

• методы определения неисправностей.

Теория распознавания разрешает оценить состояние системы на ос-

нове комплекса данных, получаемых при реализации теории контроле-

способности в конкретной антропогенной системе.

В свою очередь, теория распознавания включает следующие разделы:

• разработку диагностических моделей (методов обработки информа-

ции, которая поступает от контрольно-измерительной системы);

• составление правил решения моделей состояния технической системы

в каждый момент времени на основе характеристик, слежение за ко-

торыми осуществляет контрольно-измерительная система диагности-

ки;

• разработку алгоритмов прогнозирования и распознавания состояния

технической системы в конкретный момент времени.

Существо технической диагностики представлено в виде структурной

схемы (рис. 2.4).

Рис. 2.4 - Структура технической диагностики

Рассмотрим суть каждой составной части обеих теорий и способы

решения задач технической диагностики при определении надежности и

прогнозировании отказов антропогенных систем.

Минимизация информации – это решение задач по определению не-

обходимой и достаточной информации для оценки состояния антропоген-

ной системы в конкретный (любой) момент времени. Этот этап осуществ-

ляется на основе методов моделирования (физического, математического),

а также на основе априорной информации о зависимости надежности

функционирования антропогенной системы от значения конкретных ее ха-

рактеристик (параметров) в данный момент времени. Методы моделирова-

ния могут базироваться как на априорной информации, которая формиру-

ется при изучении функционирования аналогичных антропогенных сис-

тем, так и на экспериментальных данных, которые получают на этапе ис-

следования разработанной системы.

Одним из наиболее распространенных методов моделирования в на-

стоящее время есть метод планирования эксперимента, при котором разра-

батываются экспериментально-статистические модели нужных зависимо-

стей. Суть этого метода в рассматриваемом случае состоит в установлении

зависимости уровня надежности функционирования антропогенной систе-

мы от значения конкретного параметра, характеристики системы и сочета-

ния таких параметров, характеристик. Фактически этот метод состоит в

формализации указанных взаимосвязей и представлении их в общем виде

таким математическим выражением:

сист

= F(x

, x

,…x

), (2.1)

где x

, x

,…x

– параметры и характеристики антропогенной системы.

Важным моментом рассматриваемого метода разработки экспери-

ментально-статистической модели является возможность определения веса

избранных параметров антропогенной системы, т. е. степени влияния кон-

кретного параметра, его отклонения от номинального значения на надеж-

ность ее функционирования. Таким образом, обеспечивается минимизация

количества входных характеристик, параметров антропогенной системы, т.

е. – определение необходимого и достаточного количества измеряемых па-

раметров при реализации модели в виде контрольно-измерительного уст-

ройства.

Для решения этой задачи используется ряд так называемых планов

проведения эксперимента для построения нужной математической модели.

Существуют планы Бокса-Уилсона, Юнга, Бокса, Хантера, Шеффе и др.

Эти планы отличаются постановкой задачи, назначением, но фактически в

основе имеют один и тот же принцип формирования математической мо-

дели. Этот принцип заключается в экспериментальном изменении одного

или нескольких параметров исследуемой антропогенной системы (в нашем

случае в условиях ее функционирования или на физической модели систе-

мы) и фиксировании изменений выходных параметров системы, которые и

являются показателями ее надежности.

Изменение значения каждого или группы параметров проводится по

так называемой матрице планирования, которая является индивидуальной

для каждого из вида планов.

Пример одной из матриц планирования эксперимента для двух пере-

менных параметров (х

, и х

) антропогенной системы приведен в табл. 2.2.

Модель искомой зависимости в этом случае представляется в виде уравне-

ния регрессии второй степени такого вида:

Р = b

+ b

⋅ x

+ b

⋅

+ b

⋅

+ b

⋅

+ b

⋅

⋅ x

, (2.2)

где b

, b

– коэффициенты влияния факторов.

Коэффициенты влияния приведенной математической модели опре-

деляются по таким формулам:

∑

;

∑

jjj

(2.3)

где N – количество экспериментов в каждом опыте.

Следующим этапом обработки полученных данных есть вычисление

дисперсии воспроизводимости Ѕ

воспр

(2.4, 2.5). При этом проверяют адек-

ватность уравнения по Р-критерию (критерию Фишера), вычисляют дис-

персию коэффициентов уравнения, количество значимых коеффициентов

уравнения по критерию Стъюдента.

;

)

(

ост

−

∑

(2.4)

),(

ffF

табл

відт

ост

, (2.5)

где

lNf −=

− количество степеней свободы; f

– количество степеней сво-

боды дисперсии воспроизведения; N – количество экспериментов; l – ко-

личество значимых коэффициентов.

Таблица 2.2 – Матрица планирования эксперимента для двух пере-

менных параметров антропогенной системы

Номер

эксперимента

ּ х

1 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1

2 1 + 1 - 1 - 1 + 1 + 1

3 1 - 1 - 1 + 1 + 1 + 1

4 1 - 1 + 1 - 1 + 1 + 1

5 1

0 0

6 1

0 0

7 1 0

0 0

8 1 0

0 0

9 1 0 0 0 0 0

Значимость коэффициентов исчисляется по такому выражению:

;/)(05,0

iii

bSbfft ⋅=<=

(2.6)

где

∑

відт

В результате такой обработки определяются значимые коэффициен-

ты и, таким образом, перечень значимых параметров, которые оказывают

весомое влияние на надежность технической системы в общем. При этом

величина коэффициента при каждом параметре или их сочетании указыва-

ет на степень влияния этого коэффициента или их соединения на надеж-

ность технической системы.

Фактически этот этап обработки данных позволяет определить пере-

чень характеристик (параметров) технической системы, которые необхо-

димо контролировать в процессе ее функционирования, т. е. минимизирует

объем необходимой информации для решения задач технической диагно-

стики.

Разработанная математическая модель зависимости надежности тех-

нической системы от ее параметров разрешает перейти к решению про-

блем следующей составляющей системы технической диагностики – вы-

бора методов получения необходимой информации.

Рис. 2.5 - Классификация методов неразрушающего контроля

При этом, наряду с прямыми измерениями параметров технической

системы, например – отклонениями напряжения, сопротивлением фаз, то-

ком нагрузки, температуры протекания технологических процессов и т. п.,

могут возникать задачи, решение которых требует применения так назы-

ваемых неразрушающих косвенных методов контроля. К таким задачам

относятся, например, контроль состояния изоляции, измерение магнитных

потоков, исследование состояния железобетонных и металлических конст-

рукций и др.

Решение задач такого плана осуществляется на основе неразрушаю-

щих методов контроля, которые разрешают проводить многократные из-

мерения электрических, электромагнитных, физико-механических пара-

метров на основе косвенных измерений. На сегодня существует такая

классификация основных неразрушающих методов контроля (рис. 2.5).

Сущность этих методов изложена в литературе [77].

Методы неразрушающего контроля являются косвенными, т. е. они

не дают возможность производить непосредственный прямой численный

отсчет, например, таких параметров, как прочность материала, температу-

ра процесса, количество и размер трещин в материале и т. п. Исследуемые

параметры объектов контроля определяются при этом через некоторые

косвенные величины. Для определения соответствия численных значений

этих косвенных величин контролируемым физико-механическим, химиче-

ским или другим параметрам системы, в большинстве случаев выполняет-

ся предварительное установление соответствующих корреляционных зави-

симостей или градуирование специализированных измеримых приборов с

помощью разрушающих или аналитических методов. Причем, эти методы

применимы на всех стадиях цикла контроля состояния антропогенной сис-

темы: при проектировании; на этапе исследования, например, характери-

стик новых материалов, их физико-механических характеристик; парамет-

ров технологического процесса; при эксплуатации системы. Каждой ста-

дии производственного цикла, который протекает в исследуемой системе

или в конкретном виде конструкционного материала или контролируемого

технологического процесса, соответствуют определенные методы контро-

ля их ли модификации.

В плане использования таких методов для решения рассматриваемой

задачи наиболее эффективными являются следующие физические методы

неразрушающего контроля качества:

 методы, которые основаны на исследовании энергетических

характеристик упругих волн;

 радиационные методы;

 электромагнитные методы;

 комбинированные методы.

Широкое их распространение объясняется простотой их использова-

ния, а также соответствие требованиям, которые относятся к таким мето-

дам при решении задач контроля надежности функционирования антропо-

генной системы. Основные из таких требований приведены ниже.

Перечисленные группы методов дают возможность решать практи-

чески все изложенные выше задачи на основе исследования некоторых из-

меренных косвенных характеристик, которые отражают исследуемое свой-

ство материала, параметр технологического процесса и т. п. конкретной

антропогенной системы.

При этом методы контроля качества, в зависимости от поставленной

задачи, разделяются на основные группы по количественными, качествен-

ными или альтернативными признаками.

К количественным методам неразрушающего контроля относят та-

кие, которые дают возможность регистрировать точные численные значе-

ния параметров антропогенной системы.

В отличие от количественных качественные методы дают возмож-

ность определять лишь уровень измеренной характеристики антропоген-