Трефилов В. (ред.) Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов

Подождите немного. Документ загружается.

Диагональная блочная матрица размером n х n, которая отражает свойст-

ва защиты от влияния собственных свойств человека, аналогична (1.33) и также

должна иметь нулевые или отрицательные элементы. Присутствие хотя бы од-

ного положительного элемента говорит о недостаточности защиты от свойств

человека.

Аналогично проверяются условия защиты от изменений свойств челове-

ка. Строится матрица

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Δ⋅ΖΔ⋅ΖΔ⋅Ζ

τρϕ

SSS

ччч

;;

222

111

LLL

. (1.38)

Равенство нулю элементов матрицы показывает, что защита от изменений

свойств человека обеспечивает безопасность на рабочем месте.

Таким образом проверяются выполнение функций (7), (8), (9).

Таким же образом строится модель защиты от параметров внешней сре-

ды. Строится матрица защиты от параметров среды:

(

)

(

)

(

)

() () ()

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

τ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ρ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ϕ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

τ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ρ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ϕ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

τ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ρ∂

⋅Ζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ϕ∂

⋅Ζ

βββ

eee

111

; ;

222

111

LLL

. (1.39)

По этой же схеме строятся матрицы для остальных источников опасно-

сти. Эти матрицы становятся блоками диагональной блочной матрицы вида

(1.33) для проверки защиты от влияния параметров внешней среды. Все эле-

менты должны быть отрицательными или нулевыми.

Для проверки выполнения условий защиты от изменений параметров

природной среды составляется матрица

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Δ⋅ΖΔ⋅ΖΔ⋅Ζ

τρϕ

nenene

eee

nnn

; ;

222

111

222

111

LLL

. (1.40)

Равенство нулю элементов матрицы (1.40) показывает, что защита от из-

менений параметров природы обеспечивает безопасность человека. В случае,

если элементы матрицы ненулевые, то защита не в полной мере обеспечивает

безопасность. Таким образом проверяется выполнение функций (10), (11), (12).

1.3 Модели систем защиты в технологическом процессе

В технологическом процессе необходимо определить защиту рабочих

мест и защиту при перемещениях между рабочими местами. Защита на рабочих

местах описана в п.1.2. Особенность защиты при переходах состоит в том, что

необходимо обеспечить защиту в динамике движения оборудования или чело-

века. Однако общий подход остается прежним. В начале смоделируем защиту

собственно от различных источников опасности

() () ()

⎟

⎠

⎜

⎝

τ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

τ∂

Ζρ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ρ∂

Ζϕ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ϕ∂

−

∂

−

∂

−

; ;

nj,j

j,j

Snn,j

j,j

Snnj,j

j,j

⎟

⎞

⎜

⎛

τ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

τ∂

Ζρ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ρ∂

Ζϕ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ϕ∂

τ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

τ∂

Ζρ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ρ∂

Ζϕ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

ϕ∂

∂

−

∂

−

∂

−

∂

−

∂

−

∂

−

221

111

; ;

j,j

Sj,j

j,j

Sj,j

j,j

S,j

j,j

S,j

j,j

LLL

. (1.41)

Матрица (1.41) показывает выполнение функций (13), (14), (15). Если

элементы матрицы не положительны, можно утверждать, что защита обеспечи-

вает безопасность человека от источников опасности при переходах.

Для оценки взаимовлияния источников опасности при переходах от од-

ного рабочего места к другому (функции защиты (16), (17), (18)) важно добить-

ся, чтобы защита обеспечивала отсутствие опасного влияния, т.е. если коэффи-

циенты влияния больше нуля, то защита приводит их к нулю.

Для этого построим блочно-диагональную матрицу, блоками которого

будет матрицы следующего вида:

() () ()

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

−−−

nj,j

n,j

j,j

nnn

; ;

222

111

LLL

. (1.42)

Блочно-диагональная матрица по всем источникам опасности будет

иметь вид (1.33). При неположительных элементах можно утверждать, что сис-

тема защиты обеспечивает безопасность человека при передвижении между ра-

бочими местами при взаимовлиянии различных источников опасности.

Для оценки защиты при перемещении от собственных свойств человека

(функции (19), (20), (21)) построим аналогичную блочно-диагональную матри-

цу, блоками которого будут матрицы вида:

() () ()

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

ρ−ρ−ρ−

−−−

ρρρ

j,j

ччч

; ;

222

111

LLL

. (1.43)

При неположительных элементах блочно-диагональной матрицы, блока-

ми которой являются матрицы вида (1.43) по всем свойствам человека можно

утверждать, что система защиты обеспечивает безопасность при переходах ме-

жду рабочими местами от собственных свойств человека.

Наконец, очень важной является защита при переходах от факторов

внешней среды (функции (22), (23), (24)). Для ее оценок строится блочно-

диагональная матрица, блоками которой будут матрицы вида:

() () ()

⎟

⎠

⎜

⎝

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

⎟

⎠

⎜

⎝

∂⋅∂

⎟

⎠

⎜

⎝

∂⋅∂

⎟

⎠

⎜

⎝

∂⋅∂

β−β−β−

−−−

βββ

eSeSeS

j,j

; ;

222

LLL

⎟

⎞

⎜

⎛

⎞⎛

τ∂

⎞⎛

ρ∂

⎞⎛

ϕ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

τ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ρ∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂⋅∂

ϕ∂

−−−

ttt

j,j

222

; ;

111

. (1.44)

Общий вид блочно-диагональной матрицы по всем источникам опасности

соответствует матрице (1.33). При неположительных членах матрицы можно

утверждать, что защита от факторов природной среды при переходах между ра-

бочими местами обеспечения.

Таким образом, модели системы защиты позволяют на этапе проектиро-

вания оценить степень безопасности технологического процесса.

1.4 Изменение свойств защиты в процессе ее эксплуатации

Технические средства защиты подвержены влиянию разнообразных слу-

чайных и неслучайных явлений, поэтому их свойства необходимо рассматри-

вать как функцию случайных событий, старения, износа:

()

tdt

Udt

t,UdZ

∂

+⋅

∂

Ζ 2

, (1.45)

где

∂

Ζ∂

- плотность распределения случайной величины изменения парамет-

ров защиты,

- плотность распределения времени поступления события U

t∂

Ζ∂

- скорость старения и износа средств защиты.

Учитывая, что, как правило,

∂

подчинена нормальному закону, то

()()

−−

πσ

∂

Ζ∂

UMU

. (1.46)

Время наступления события отказа подчинено, как правило, экспоненци-

альному закону, поэтому

λ−

λ= . (1.47)

Во многих источниках старение и износ описывают показательной функ-

цией, например:

eay

= , (1.48)

где b – скорость старения и износа.

Учитывая (1.46), (1.47), (1.48), получим

()

eae

+⋅=Ζ

πσ

UMU

)(

−

−−

. (1.49)

Основное оборудование, являющееся источниками опасностей, также

имеет случайные функции изменения параметров источников опасностей

()

()()

UMU

eae

πσ

⋅+=

−

−−

, (1.50)

()

()()

UMU

eae

πσ

⋅+=

−

−−

, (1.51)

()

()()

UMU

eae

πσ

⋅+=

−

−−

. (1.52)

Для выполнения своих функций, изменения характеристик системы за-

щиты должны случаться реже, т.е.

τρϕ

≤

, а случайное изменение характе-

ристик U

меньше, чем U

, U

. Следовательно, случайное распределение U

должно иметь ,

, меньше чем

(

)

(

)

(

)

τρϕ

σσσ ,,,UM,

UM,UM

Проверка сходимости распределений по вариациям проводится следую-

щим образом:

(

∫

∞

∞−

−

dUdU

)

; (1.53)

(

∫

∞

∞−

−

dUdU ; (1.54)

(

∫

∞

∞−

−

dUdU . (1.55)

Уравнение (1.53) в нашем случае будет иметь вид:

()()

UMU

=−

ΖΖ

−

−−

−

−−

πσπσ

. (1.56)

Если величина положительна, то следует вывод о том, что функции не

сходятся, и, следовательно, характеристики защиты обеспечивают безопасность

при возникновении случайных событий – отказов или неисправностей по мощ-

ности источника опасности. Уравнение (1.52) будет иметь вид:

()()

UMU

=−

ΖΖ

−

−−

−

−−

πσπσ

. (1.57)

При положительном характеристики защиты обеспечивают безопас-

ность при случайных событиях по расстоянию опасного воздействия. Уравне-

ние (1.55) принимает следующий вид:

()()

UMU

=−

ΖΖ

−

−−

−

−−

πσπσ

. (1.58)

При положительном характеристики защиты обеспечивают безопас-

ность человека при случайных событиях отказа оборудования и системы защи-

ты по времени опасного воздействия.

Таким образом, модели систем защиты рабочего места и технологическо-

го процесса определяют требования к характеристикам защиты Z

, Z

lφ

, Z

lρ

, Z

lτ

, Z

sφ

, Z

sρ

, Z

sτ

, Z

eφ

, Z

eρ

, Z

eτ

, Z

ςl

, Z

ςs

, Z

ςe

как по абсолютно величине

(уравнения 1.30 – 1.44), так и с учетом возможных случайных событий (уравне-

ния 1.56 – 1.58).

1.5 Обоснование требований к системе защиты

Задача обоснования требований к системе защиты – сложная технико-

экономическая задача. С одной стороны, очевидна необходимость создания та-

ких систем защиты, которые бы защищали работающих с высокой эффективно-

стью и не допускали гибели, травм и заболеваний. С другой стороны так же

очевидно, что создание таких систем защиты, во-первых, требует значительных

средств, во-вторых, усложняет конструкцию оборудования и уменьшает его на-

дежность. Поэтому будем исходить из того, что существует зависимость пока-

зателя безопасности и затрат на систему защиты:

()

.GВ

,GВ

2тп

1рм

μ=

(1.59)

В тоже время существует зависимость между страховыми выплатами ϑ и

затратами на систему защиты:

(

Gν=ϑ

)

. (1.60)

Совместное решение уравнений (1.59) и (1.60) позволяет найти вариант

защиты удовлетворяющий и безопасности, и затратам (рис. 1.1)

()

Gν=ϑ

(

)

GВ

1рм

Рис. 1.1.

Ясно, что оптимальное решение находится на пересечении кривых (1.59)

и (1.60). Однако здесь можно решить и другие задачи. Так, задача недопущения

увеличения коэффициента страховых выплат, т.е.

ϑ , решается в проектировании

этого допустимого уровня на кривую

(

)

GВ

1рм

, а оттуда – на необходимые за-

траты G

. Другая задача, возникающая в ограниченных средствах на защиты

, позволяет говорить об уровне безопасности рабочего места или технологи-

ческого процесса, а также – о возможной величине страховых выплат.

∂

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА В

ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

2.1 Содержание и классификация методов защиты человека

в производственной деятельности

Анализ функций систем защиты и математических моделей систем

защиты позволяют подойти к рассмотрению методов их реализации.

Определим, что реализация систем защиты может быть выполнена

техническими средствами, т.е. приборами и устройствами, организационно-

техническими, где решение принимает человек, а реализация решения – тоже

человек, но с помощью технических или иных средств (например, наложение

переносного заземления), и организационными (например, обучение, отбор,

инструктаж).

Исходя из этих определений рассмотрим, каким образом могут быть

реализованы функции защиты. Функции 1, 2, 4, 5 могут быть реализованы

техническими средствами, а функции 3 и 6 – как техническими, так и

организационными средствами (например, ограничением времени прибывания

работающих на рабочем месте). Функции 7, 8, 9, связанные со свойствами

человека, реализуются, в первую очередь, организационными средствами, но

необходимы также и технические средства («защита от дурака»). Функции 10,

11 реализуются техническими средствами, а функция 12 – как техническими,

так и организационными средствами. Аналогично возможна реализация

функций защиты в технологическом процессе. Функции 13, 14, 16, 17

реализуются техническими средствами, а функции 15, 18 – как техническими,

так и организационными средствами. Функции 19, 20, 21 реализуются

организационными и техническими средствами. Функция 22 реализуется

техническими средствами.

Функция защиты, связанная с предотвращением случайных изменений

параметров, проводится по решению человека, но с помощью технических

средств. Это – организационно-техническая защита в виде профилактического

обслуживания оборудования рабочего места или технологического процесса. К

организационно-техническому виду защиты следует отнести и вывешивание

знаков безопасности, так как они вывешиваются по решению человека.

Таким образом, первичная классификация методов защиты человека в

производственной деятельности такова:

Рис. 2.1

Анализ моделей защиты (1.3 – 1.26) позволяет сделать следующие

выводы:

А. Если защита реализуется в виде выполнения одной функции, то такую

защиту можно определить как одиночную (Z

, Z

и т.д.).

Б. Если защита реализует несколько функций одновременно (Z

φρ

, Z

φτ

ρτ

lφρ

, Z

lφτ

, Z

lρτ

, Z

sφρ

, Z

sφτ

, Z

sρτ

, Z

eφρ

, Z

eφτ

, Z

eρτ

и т.д.), то такую защиту можно

определить как комбинированную. К комбинированным можно отнести и

защиту от нескольких источников опасности (Z

, Z

и т.д.).

В. Если защита реализует все возможные на данном рабочем месте или в

технологическом процессе функции, то такую защиту определим как

комплексную. Такая защита возможна в автоматизированном процессе, когда

человек-оператор отделен от технологического процесса и управляет им

дистанционно.

Таким образом, методы защиты могут классифицироваться по степени

выполнения функции:

Рис. 2.2.

Реализация указанных методов защиты зависит от назначения, состава,

содержания оборудования рабочего места или технологического процесса, от

конкретных условий размещения, от природных и климатических условий и

еще от множества других факторов. Весьма существенно реализация методов

защиты зависит и от экономических факторов, а также от понимания владельца

предприятия, организации роли и значения защиты человека от опасных и

вредных производственных факторов.

2.2 Содержание организационных методов защиты

Выбор тех или иных методов защиты обусловлен балансом между

необходимостью их использования и возможностью их реализации. При этом

необходимость практически всегда определена, а возможность всегда

ограничена либо техническими, либо экономическими причинами. Однако

выбор между необходимостью и возможностью существует, и задача

разработчика – принять обоснованное решение.

К важнейшим из организационных методов относятся все те, что

обеспечивают необходимые собственные свойства человека:

- профессиональный отбор на рабочее место;

- профессиональное обучение.

Профессиональный отбор проводится на основании профессиограмм

рабочих мест и технологических процессов. В профессиограммах указывается,

какими психофизиологическими качествами должен обладать работающий:

- вниманием,

- памятью,

- скоростью реакции,

- силой,

- выносливостью,

- переключением внимания, моторными действиями и т.д.

Исходя из перечня необходимых качеств, составляются тесты для

профессионального отбора на конкретную должность, что позволяет избежать

травм и гибели людей в процессе их профессиональной деятельности.

Профессиональное обучение ставит перед собой задачу добиться

правильного с точки зрения технологии и безопасности выполнения операций

на конкретном рабочем месте или в конкретном технологическом процессе. Эта

задача решается путем теоретического и практического обучения с тем, чтобы

на рабочем месте вероятность своевременного и безошибочного выполнения

операций была максимально близка к единице.

Вероятность своевременного и безошибочного выполнения работы

оценивается следующим образом:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

τ−τ

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

пр

нспр

ош

CБ

, (2.1)

где N – общее количество операций, выполняемых работающим,

ош

– количество операций, выполняемых с ошибками,

пр

–

продолжительность процесса,

нс

– продолжительность операций, выполняемых несвоевременно.

Для различных рабочих мест и технологических процессов

устанавливается, исходя из сущности процесса и возможных исследований

ошибок и несвоевременного выполнения операций допустимая величина ,

меньше которой человека к работе допускать нельзя. Обучение должно

подготовить человека с вероятностью своевременного и безошибочного

выполнения операций, большего допустимого уровня. Поскольку человеческой

природе свойственно забывание, то периодически обучение должно

повторяться. Причем забывание идет у всех, даже постоянно работающим на

данном рабочем месте. Известно, что процесс забывания подчинен

экспоненциальному закону (рис.2.3).

∂

СБ

eР

СБ

−

= , (2.2)

где k

- коэффициент забывания.

По (2.1) можно определить, через какой промежуток времени необходимо

провести повторное обучение

СБ

мо

Pnl

∂

= . (2.3)

Психофизиологический отбор определил границы k

, значения

установлены исходя из сущности рабочего места, поэтому значения периода

∂

СБ

между двумя обучениями легко могут быть найдены. Наиболее эффективно

практическое обучение до величины с помощью тренажеров, полностью

имитирующих действия обучаемых.

∂

СБ

Организационные методы обеспечивают в значительной мере, но не

полностью, реализацию защиты

чч

L,,

1 2

, а так же

ччч

Ζ L,,

Полная реализация этих защит возможна только в совокупности с

техническими средствами.

2.3 Содержание организационно-технических методов

защиты

Организационно-технические методы защиты – те, применение которых

определяет человек в процессе производственной деятельности, но

реализуются они различными средствами. Наиболее известным

организационно-техническим методом защиты является применение знаков

безопасности. Они устанавливаются по решению человека и предупреждают об

опасности, указывают на опасность, запрещают действия, которые могут быть

опасными.

ГОСТом ССБТ все знаки безопасности разделены на группы:

• запрещающие,

• указательные,

• предписывающие.

Организационно-технические методы защиты включают комплекс

мероприятий, предупреждающих возникновение и развитие опасности. В

первую очередь, к таким мероприятиям следует отнести профилактику отказов

и неисправностей оборудования и технических средств защиты.

Предупреждение отказов и неисправностей осуществляется исходя из

надежности оборудования, требуемой надежности, наработки оборудования,

продолжительности профилактики, через определенные промежутки времени.

Определение межпроверочного или межрегламентного периода проводится

следующим образом:

()

МП

ВПМП

ТР

ettt

ω−

−++

−

, (2.4)

где – параметр потока отказов системы,

МП

– межпроверочный период,

– продолжительность проверок,

– продолжительность устранения отказов или неисправностей.

Определение t

МП

производится путем подставления значений t

МП

до

достижения необходимой величины Р

ТР