Рассмотрим анализ событий, обусловленных человеческим фактором, анализ дерева отказов, анализ дерева событий и техническое обслуживание, основанное на основе оценки риска.
Систематическая оценка рисков, которым подвержены процессы предприятия, является неотъемлемым инструментом обеспечения его стабильности и безопасности. Разнообразие процедур анализа риска на сегодняшний день настолько широко, что любой производитель сможет найти наиболее подходящий в зависимости от своих задач и предпочтений. Качественные методы позволят обнаружить и систематизировать риски, количественные – станут надежным инструментом прогнозирования отказов при помощи математических закономерностей. Но помимо методов количественной и качественной оценки рисков, выделяют еще и смешанные, объединившие лучшее из обоих подходов.
Кроме портала, мы предлагаем вам и альманах «Управление производством». Все самое интересное и уникальное мы публикуем именно в нем. 300+ мощных кейсов, готовых к использованию чек-листов и других полезных материалов ждут вас в полном комплекте номеров. Оформляйте подписку и получайте самое лучшее!
Как показывает практика, человеческий фактор оказывается ведущей причиной большинства серьезных аварий. Даже самый опытный и квалифицированный сотрудник не защищен от возможности совершить ошибку. Избежать ее, повысить безопасность и улучшить показатели деятельности предприятий помогает постоянный учет человеческого фактора в инжиниринге, эксплуатации оборудования, техническом обслуживании. Поведение персонала и вероятность совершения им ошибки обуславливаются качеством подготовки, уровнем компетенций, сложностью выполняемых задач, планировкой рабочего места, уровнем стресса, производственной культурой, сложившейся в компании и многими другими факторами, определяющими работоспособность и эффективность сотрудника. Они затрагивают все виды деятельности человека на рабочем месте, влияют на качество работы операторов и могут быть причиной отказов и аварий в сложных промышленных системах.
К методам анализа ошибок оператора относится целый ряд инструментов: ATHEANA (метод анализа событий, связанных с человеческим фактором), CREAM (метод анализа когнитивной надежности и ошибок), HEART (анализ и сокращение ошибок, связанных с человеческим фактором), HEIST (идентификация человеческого фактора в системных инструментах), THERP (метод прогнозирования частоты ошибок персонала) и многие другие. Широко исследуются возможности использования математических инструментов для оценки влияния человеческого фактора при анализе надежности систем. Задачей этих методов является определение причин, обуславливающих совершение сотрудниками ошибок, и факторов, влияющих на вероятность ошибки.
Наиболее распространенный метод, HFEA (Анализ событий, обусловленных человеческим фактором), включает в себя два аналитических метода: THERP (метод прогнозирования частоты ошибок персонала), предусматривающий построение дерева событий, и HCR (когнитивная надежность человека; зависит от показателей уровня опыта, стресса, сроков выполнения задачи и др.), позволяющий выявить ошибки оператора на стадии диагностики события. Для моделирования вероятности возникновения ошибки оператора используется следующая математическая зависимость:
Р (ошибка оператора) = [(1- 1/(кол-во вариантов)) x наблюдение x факторы среды x избыточность]
Переменные уравнения влияют на вероятность возникновения ошибки оператора следующим образом:
Анализ дерева отказов (FTA, Fault-tree analysis) – это дедуктивный метод изучения отказов сложных систем, направленный на определение их коренных причин. Иными словами, это способ визуально смоделировать логическую взаимосвязь между различными событиями, человеческими действиями и отказами. Дерево отказов строится на основании событий и логических связей между ними и представляет собой многоуровневую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения. Условная схема построения дерева отказов выглядит следующим образом: сначала фиксируется отказ системы. В нем рассматриваются отдельные структурные элементы (подсистемы), отказ которых вызвал коллапс системы. Следующий уровень – изучение элементов подсистем, затем – событий, которые привели к отказу элементов. И самый глубокий уровень рассмотрения – изучение видов воздействий, которые привели к нежелательным событиям.
Построение дерева отказов осуществляется при помощи стандартных символов, обозначающих события и взаимосвязи (Таблица 1). Выделяют символы событий и символы элементов. Первые используются для первичных и промежуточных событий, а вторые описывают отношения между входными и выходными событиями. Например, использование элемента «И» означает, что для эскалации аварийной ситуации необходимо, чтобы произошли оба исходных события. И наоборот, элемент «ИЛИ» означает, что любое из исходных событий может запустить промежуточное событие.
Процедура проведения анализа дерева состоит из 8 шагов:
Пример построения дерева отказов представлен на рис.1.
Главными преимуществами метода являются его дедуктивный подход, направленный на выявление первопричин проблем, и наглядность, отображение подробной схемы взаимосвязей элементов инфраструктуры и событий, влияющих на их надежность. В числе других преимуществ можно отметить:
Анализ дерева событий (Event Tree Analysis, ETA) – это графический метод представления вероятных последствий исходного события в соответствии с функционированием или нефункционированием различных систем. Такие модели направлены на изучение влияния средств обеспечения безопасности и внешних факторов на развитие цепочки событий в случае аварии. В данном методе исходное событие (например, неисправности в работе системы, процесса или конструкции) запускает цепочку возможных событий, которые последовательно отображаются на схеме в виде дерева событий.
Таким образом, дерево событий – это модель, позволяющая оценить безопасность системы на основании безопасности ее компонентов/подсистем. Она носит название «дерево событий», поскольку визуально такая схема представляет дерево со множеством ветвей, количество которых увеличивается с увеличением количества вероятных исходов. Дерево событий состоит из исходного события, вероятных последующих событий и последствий, вызванных этими вероятными последующими событиями. Вероятные последующие события не связаны между собой, а их итог зависит исключительно от исходного и предшествующих событий. Таким образом, вероятность возникновения определенной последовательности событий можно рассчитать путем умножения вероятностей возникновения всех последующих событий в ветви событий.
В дереве событий все события в системе отображаются графически, что позволяет соотнести последовательности событий со временем их наступления. На стадии проектирования системы анализ дерева событий помогает проверить критерии улучшения производительности системы; получить критически важную информацию о пробной эксплуатации и управлении; выявить действенные методы защиты системы от отказов. Анализ дерева событий используется не только на стадиях проектирования, конструирования и эксплуатации, но и при внесении изменений в операции и при анализе причин аварий.
Основными характеристиками метода являются следующие:
Техническое обслуживание, основанное на основе оценки риска (RBM, Risk-based Maintenance) – это универсальная гибридная (качественно/количественная) методика проведения технического обслуживания на основе оценки риска, применимая ко всем типам активов вне зависимости от их характеристик. Метод технического обслуживания на основе оценки риска состоит из трех основных этапов:
I. Этап определения риска включает в себя 4 шага:
1. Разработка сценария отказа. Сценарий отказа представляет собой описание последовательности событий, которые могут привести к отказу системы. Может включать в себя единичное событие или комбинацию последовательных событий. Обычно отказ системы является следствием определенной последовательности взаимосвязанных событий. Предполагаемый сценарий не обязательно произойдет, однако такая возможность вполне реальна. Сценарий отказа является основой исследования риска; он дает нам варианты развития событий, на основании которых мы можем разработать способы и средства профилактики таких ситуаций или минимизировать саму вероятность их наступления. Некоторые сценарии разрабатываются на основе эксплуатационных характеристик системы, физических условий, в которых система работает, геометрии системы, техники безопасности и т.п.
2. Оценка масштаба и серьезности последствий. Задачей данного этапа является приоритизация элементов системы на основе их важности для ее функционирования. Анализ включает в себя оценку возможных последствий, если определенный сценарий отказа будет иметь место. Изначально последствия оцениваются на основе радиусов ущерба (радиуса участка, которого коснется ущерб), ущерба имуществу (выход из строя оборудования, обрушение конструкций и т.п.), воздействия на человека (хроническое/острое токсическое воздействие, травмы, смертность). Общая оценка последствий проходит по четырем основным категориям:
A) Потери производительности системы вследствие отказа какого-либо компонента. Он рассчитывается частично с качественной точки зрения на основании мнения экспертов. Некоторые исследователи предлагают использовать для расчетов следующую формулу: А_i = функция (эффективности системы), основные показатели которой приводятся в Таблице 1.
B) Финансовые потери. Показатель В описывает потери имущества или активов и может рассчитываться для каждого сценария аварии с использованием следующих формул:
В_i = 〖(AR)〗_i× (AD)_i/UFL
B = ∑_(i=1,n)▒B_i ,
где i – количество событий (пожаров, взрывов, выбросов опасных химических веществ), UFL – неприемлемый уровень риска. Значение UFL индивидуально для каждой ситуации и может меняться от случая к случаю в соответствии с критериями, разработанными в организации. AR – участок в рамках радиуса поражения (м2); AD – плотность активов вблизи места аварии (вплоть до 500 м) ($/м2).
C) Ущерб жизни и здоровью человека. Для каждого из сценариев аварии рассчитывается показатель потенциальных жертв, для чего используются следующие формулы:
PDI = PDI x PDFI,
C_i = 〖(AR)〗_i x 〖(PDI)〗_i / UFR,
C = ∑_(i=1,n)▒C_i ,
где UFR – неприемлемый уровень риска. Предлагаемое значение UFR 10-3 (значение субъективно и может меняться в разных ситуациях). PDF1 – показатель распределения населения (гетерогенность). Если население в регионе исследования (в радиусе 500 м) распределено равномерно, показателю присваивается значение 1; если население сконцентрировано на участке вдалеке от места аварии, данному показателю присваивается значение 0,2 (самое низкое из возможных). PDI: плотность населения вблизи места аварии (в радиусе до 500 м) (чел/м2).
D) Ущерб для экологии/окружающей среды. Показатель D описывает ущерб для экосистемы, который можно рассчитать по следующим формулам:
D_i = 〖(AR)〗_i χ〖(IM)〗_i / UDA,
D = ∑_(i=1,n)▒D_i ,
где UDA – значение неприемлемого ареала ущерба (предлагаемое значение – 1000 м2; значение субъективно и может меняться в разных ситуациях); IM – показатель важности. Этот показатель используется, если радиус поражения больше расстояния между местом аварии и экосистемой.
Наконец, показатели A, B, C и D складываются и дают показатель Con (показатель оценки последствий):
Con = [0,25А2 + 0,25B2 + 0,25C2 + 0,25D2]0,5
3. Вероятностный анализ отказов. Использование анализа дерева отказов в сочетании с данными об отказах компонентов и надежности человеческих ресурсов позволяет определить потенциальную частоту возникновения аварии.
4. Оценка риска. Результаты оценки возможных последствий аварии и вероятностного анализа отказов используются для оценки риска, связанного с отказом каждого из компонентов системы.
II. Этап оценки риска состоит из двух шагов:
1. Разработка критериев приемлемости. На этом этапе проводится отбор критериев приемлемости специфических рисков.
2. Оценка рисков с учетом критериев приемлемости. На этом этапе к рассчитанным показателям риска для каждого из компонентов системы применяются критерии приемлемости. Определяются компоненты, для которых рассчитанный уровень риска превышает критерий приемлемости. Для этих компонентов впоследствии проводится пересмотр программы технического обслуживания.
III. Этап планирования технического обслуживания. Компоненты, уровень риска для которых превышает критерий приемлемости, изучаются особенно тщательно с целью снижения уровня риска посредством более подходящей программы технического обслуживания.
1. Определение оптимальной продолжительности ремонтно-технических работ. Изучаются отдельные причины аварий с целью определения того, какая из них больше всех влияет на вероятность аварии. Обратный анализ отказов проводится для того, чтобы определить необходимое значение вероятности отказа для исходного события. После этого завершается разработка программы технического обслуживания.
2. Переоценка и повторный расчет уровня риска. Последний шаг в данной методологии направлен на то, чтобы убедиться, что разработанная программа ремонтно-технического обслуживания позволяет добиться приемлемого уровня общего риска для системы.
Список методов качественной, количественной и смешанной оценки рисков не ограничивается рассмотренными примерами. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками, давая впрочем возможность рассмотреть проблему с разных сторон. Риски и угрозы в функционировании предприятий неизбежны, с ними сталкивается любой производитель, но взвешенный подход к их изучению и прогнозированию и комплексное использование современных инструментов позволят снизить этот показатель до минимума и избежать ущерба для предприятия.
Текст: Ольга Гончарова. Изображение magnific.com/ru
Материал подготовлен на основании данных:
1) Lars Harms-Ringdahl, Guide to safety analysis for accident prevention;
2) P.K. Marhavilas, D. Koulouriotis, V. Gemeni, Risk analysis and assessment methodologies in the work sites: On a review, classification and comparative study of the scientific literature, Journal of Loss Prevention in the Process Industries
