5.1. Аварійні ситуації в технічних системах

Види ініціюючих подій. Небезпека потенційно небезпечних об’єктів транспортної інфраструктури та інфраструктури оточуючого середовища виявляється у випадку їх аварій. Ініціюючим або вихідними подіями для аварій можуть бути як зовнішні, так й внутрішні по відношенню до даних об’єктів події. До внутрішніх подій відносяться відмови технічних пристроїв, які впливають на безпеку, хибні дії персоналу (так званий „людський фактор”), пожежі та ін., а до зовнішніх – небезпечні природні явища, диверсії, несанкціоновані дії [23,26,27].

Вище було розглянуте визначення аварійної ситуації. Аварійна ситуація з об’єктом є комбінація умов і обставин, які спричиняють аварійні впливи на об’єкти. Причинами таких ситуацій можуть бути транспортні події, відмови технічних пристроїв, небезпечні природні явища (удар блискавки, землетрус, урагани, обвали, повені й т.д.), людський фактор. Види і параметри аварійних впливів на потенційно небезпечні об’єкти при їх експлуатації визначаються за допомогою спеціальних моделей аварійних ситуацій з такими моделями.

Аварійні ситуації з потенційно небезпечними об’єктами за можливістю їх реалізації розподіляються на такі види [26,27]:

- режимні, що виникають при штатному функціонуванні об’єкту; наслідки від них передбачені, а захищеність від них персоналу і населення висока;

- проектні, що виникають при виході за допустимі межі штатних режимів з непередбачуваними й припустимими наслідками; захищеність від них достатня;

- поза проектні – виникають при неповоротних пошкодженнях відповідальних елементів з високими збитками і людськими жертвами; ступінь захищеності від них недостатня, з необхідністю проведення у наступному відновлювальних робіт;

- гіпотетичні – можуть виникати при непередбачуваних у проекті варіантах і сценаріях розвитку аварії з максимально можливими збитками і жертвами; захищеність від них низька й відновленню об’єкти після аварії не підлягають.

Ймовірносна оцінка безпеки об’єктів визначається з оцінок ймовірностей двох подій:

1) виникнення аварійної ситуації, що супроводжується впливом на потенційно небезпечні об’єкти аварійного навантаження;

2) переростання аварійної ситуації в аварію - завчасне спрацювання або руйнування об’єкта при умові впливу аварійного навантаження. З аварією пов’язані негативні наслідки, що розрізняються у залежності від каналу розвитку аварії та множини факторів впливу.

Аварійні ситуації є випадковими подіями.

Нехай А₁, А₂,…,А_і,…,А_m – події аварійних ситуацій різного типу за визначений проміжок часу (як правило, за рік), m – число можливих типів аварійних ситуацій. Кількісна можливість появи аварійної ситуації оцінюється частотою або (для різних подій) ймовірністю Р(А_і) реалізації. Частота виникнення аварійної ситуації і-го типу (і= ) для довільного зразка об’єкта з сукупності, що знаходиться в експлуатації, оцінюється по статистиці аварійних ситуацій за достатньо значній термін часу або по теоретичним моделям. Сукупність частот (і= ) є складовою частиною опису ( моделі) умов експлуатації потенційно небезпечних об’єктів.

Потенційно небезпечні об’єкти можна розподілити на дві групи: стаціонарні та рухомі (транспортуємі). Найбільш часто аварійні ситуації з небезпечними вантажами при їх перевезенні. Ймовірність транспортних подій залежить від числа транспортних засобів n і далекості l перевезення кожним транспортним засобом, тобто об’єму перевезень S=nl. Якщо вважати аварійність на транспорті в продовж усього терміну експлуатації потенційно небезпечного об’єкта незмінного, то інтенсивність аварійних ситуацій з об’єктами

При цих умовах потік аварійних ситуацій з об’єктами є простішими пуассонівським для якого випадкове число аварійних ситуацій, які зчиняються на далекості перевезення l кожним транспортним засобом за законом Пуассона:

, (5.1.)

де - ймовірність k аварійних ситуацій на далекості l; а_ас = n l - параметр розподілу Пуассона, а_ас = М[ ]; - частота аварійних ситуацій для одного транспортного засобу (середнє число аварійних ситуацій з ним на деякій одиничній далекості) з М[L] = l_ср=l/n має експоненційний розподіл з функцією

(5.2)

Якщо S₀ – об’єм перевезень за рік, то з (5.2) слідує, що ймовірність хоча би однієї аварійної ситуації на рік обчислюється за формулою Q_ас = , а для рідких подій .

Рівні ризику залучення небезпечних вантажів в аварійній ситуації деяких видів подані в табл.5.1 [25,27].

Таблиця 5.1.

Рівні ризику залучення небезпечних вантажів у небезпечну ситуацію

Аварійність на залізничному транспорті оцінюється величиною 1/(склад ). Щоб перевести цю цифру у величину на (вагон ), приймають частку пошкоджених вагонів, що дорівнює 0,2. Тоді інтенсивність аварійних ситуацій складатиме 1/(вагон ). У відношенні розподілу розмірів проливів приймається таке: 0,5 – для 10% втрат вантажу; 0,2 – для 30% втрат вантажу; 0,3 – для повної втрати вантажу [26,27 ].

Для оцінювання небезпеки при перевезеннях необхідно також враховувати річне число вагонів, об’єм вантажу на один вагон, загальну відстань перевезень по головних коліях, у тому числі поблизу населених пунктів, загальну відстань при маневруванні одного вагону. Статистика аварійності для різних об’єктів наведена у [ 27,28].

Для можливих аварійних ситуацій з потенційно небезпечними об’єктами на різних етапах їх життєвого циклу необхідно завчасно розробити комплекс організаційно-технічних заходів для зниження ймовірності їх реалізації.

Людський фактор. Аналіз аварійних ситуацій, які сталися на небезпечних об’єктах показує, що людський фактор відіграє тут велику роль. Тому добору й рівню кваліфікації персоналу, навчанню й тренуванню на тренажерах, організації робочих місць, інформаційному забезпеченню, взаємодії та розподілу відповідальності персоналу приділяється в останні роки значна увага.

Стосовно персоналу звичайно розглядають два аспекти [6,25 ]:

- невірні рішення, що призводять до хибних дій, які можуть стати ініціюючими подіями для аварій, або сприяють розвитку вже скоєної аварійної ситуації в аварійну;

- несанкціоновані дії, які є предметом окремого розгляду.

Проблема людського фактора найбільше повно розглянута стосовно до першого аспекту.

Вона є однією з центральних в інженерній психології та вивчається у зв’язку з аналізуванням надійності людино-машинних систем і пошуком оптимальних рішень в управлінні складними і потенційно небезпечними об’єктами типовими помилками людини – оператора є: прагнення оператора до хибної мети; мета, що поставлена, не може бути досягнута виконанням невірних його дій; оператор не діє, коли його дія необхідна.

Якість роботи оператора залежить від ступеня навантаження. Є оптимальний рівень навантаження (об’єм інформації, механічні дії оператора), при якому число помилок мінімальне. Дуже мале або велике навантаження призводять до зниження якості. На якість роботи впливають й індивідуальні якості оператора і психофізіологічні фактори: утомленість, стресовий стан, розгубленість або, навпаки, зайва самовпевненість, переоцінка власного досвіду, недооцінка небезпечної ситуації та її наслідків. Відмітимо, що помилки, пов’язані з психофізіологічним станом, можуть виникати незалежно від кваліфікації і досвіду оператора.

Особливе місце серед причин аварії займають природні та техногенні фактори, які мають вплив на багатьох людей. Для здоров’я людей дуже небезпечні магнітні бурі у поєднанні з високою вологістю повітря й швидким падінням тиску. Ці та інші фактори призводять до перезбудження людей, їх поганому самопочуттю й, як наслідок, до неадекватної поведінки і аваріям.

Якщо виключити такі причини й чисто механічні помилки інтелектуального рівня, тобто хибні дії, які зчинені свідомо, на основі власних рішень. У цьому класі помилок важливу роль відіграють об’єм і якість інформації, яку отримує оператор.

Основними способами підвищення надійності персоналу на думку багатьох авторів є:

- кваліфікаційний та психофізіологічний відбір і тренування кандидатів на посади операторів:

- автоматизація рутинних операцій, які не потребують інтелектуальних зусиль;

- удосконалення робочого місця, інформаційного забезпечення і підтримки оператора, організації управління.

Радикальним рішенням проблеми було б виключення людини з процесу управління потенційно небезпечним об’єктом. Але таке рішення є несвоєчасним й неефективним. Враховуючи властивість людини знаходити оптимальне рішення у складній ситуації. При цьому повинні прийматися заходи зі створення умов для прийняття вірних рішень щодо попередження аварій.

Поняття ризику є одним з ключових в описування дій людини – оператора складних систем управління, в особливості процесу прийняття рішень. Воно широко використовується у зв’язку з оцінкою управлінської ситуації, аналізом можливих варіантів рішення, прийняттям рішення та його реалізацією. У таких задачах прояв ризику пов’язується зі вчинком людини – усвідомленим ним суспільним актом. З цих позицій ризиком є дія (вчинок), яка виконується в умовах вибору в ситуації невизначеності, коли існує небезпека у випадку неталану опинитися у гіршому положенні, а у випадку талану, навпаки – у кращому. При такому трактуванні будь-яка діяльність в умовах небезпеки розцінюється як прояв ризику. Ризик залежить від багатьох факторів, в тому числі й від індивідуальних особливостей людини-оператора, його професійних якостей, соціальної належності, зовнішніх умов діяльності й т.д. Побудова моделей ризикованої поведінки можлива, зокрема, за допомогою апарату фреймів [232], який дозволяє описувати структуру особистості діючого суб’єкта, засоби які він використовує, об’єкт ризику, матеріальне і соціальне оточення.

Відмови технічних пристроїв. У ряді випадків відмови технічних пристроїв є ініціюючими подіями для аварій потенційно небезпечних об’єктів, часто – розміщуються в аварійних ланцюгах, що призводить до аварій. За винятком конструктивних дефектів, відмови технічних пристроїв можна розподілити на 2 групи [25,27]:

- параметричні відмови, виникаючи у нормальних умовах експлуатації в результаті природних процесів старіння, зношення, роз регулювання й т.д.;

- раптові катастрофічні відмови, виникаючи в результаті зовнішнього впливу, який перевищує межі стійкості пристроїв.

Відмови першого виду, як правило, виявляються при перевірках технічних приладів й усуваються. Для прогнозування використовується параметрична модель відмов „параметр – поле допуску”. Їх розподіл у часі F(t) = P(T<t), де Т – напрацювання до відмови, найбільш добре описується ймовірносно-фізичними законами розподілу. Відмови другого роду виникають безпосередньо в процесі розвитку аварії.

Для прогнозування відмов другого роду використовується моделі типу „навантаження-несуча здатність”, а їх розподіл у часі практично повторює розподіл зовнішні ініціюючих подій. У загальному випадку необхідно розглядати відмови першого і другого видів спільно в рамках однієї моделі, у якості основи якої може використовуватися апарат багатомірних марковських випадкових процесів.

Актуальною задачею є також застосування системних аспектів теорії надійності до забезпечення потенційно небезпечних об’єктів. Доки безпека потенційно небезпечних об’єктів забезпечується в основному за рахунок пред’явлення дуже суворих вимог до якості обладнання і персоналу. Але прагнення до підвищення надійності на елементарному, функціональному і системному рівнях в процесі узгодження функціонування складових об’єкта майже неминуче призведуть до появи ряду додаткових властивостей і можливих станів, які не відповідають проектним. В цьому полягає феномен еволюційної несподіваності складних технічних систем [25,27].

Подальші дороблення і модифікації, які виконуються з метою підвищення безпеки об’єктів, часто дають протилежний ефект. Вони можуть породити „лабіринтну” конфігурацію систем, що відповідають за безпеку. Але може призвести до їх неоднозначної реакції на одні й ті ж зовнішні впливи з боку оточуючого середовища і персоналу. Імовірнісний аналіз безпеки, який застосовується для виключення таких ситуацій, доки не забезпечує необхідну точність. Оцінки одних й тих же об’єктів, виконані різними фахівцями, поки розрізняються на 2-3 порядки.