Prednáška č.2 Bezpečnosť a spoľahlivosť strojov. Analýza, hodnotenie a riadenie rizík v oblasti technických zariadení

Transcription

1 Prednáška č.2 Bezpečnosť a spoľahlivosť strojov Analýza, hodnotenie a riadenie rizík v oblasti technických zariadení

2 Systémový prístup zaisťovania bezpečnosti a spoľahlivosti Proces vyhľadávania optimálnej stratégie zaisťovania bezpečnosti a spoľahlivosti vo všetkých etapách životného cyklu, realizovaného z hľadiska: manažérskeho programy spoľahlivosti a plány spoľahlivosti bezporuchovosti, udržiavateľnosti; programy oficiálneho preskúmania, programy stanovenia nákladov životného cyklu, programy rastu bezporuchovosti, triedenie namáhaním pre zlepšovanie bezporuchovosti, technického uplatnenie vhodných techník, hlavne vhodných metód analýzy rizík a spoľahlivosti, postupov oficiálneho preskúmania, udržiavateľnosti a zaistenia údržby, metód a postupov rastu bezporuchovosti, triedenie namáhaním, skúšok spoľahlivosti napr. pre kritické alebo novo vyvíjané prvky systému, atď., ekonomického realizácia programov stanovenia nákladov životného cyklu.

3 Špecifikácia požiadaviek na spoľahlivosť Znaky spoľahlivosti (podobne ako iných technických parametrov) možno stanoviť ako: špecifikácie stanovené výrobcom (dodávateľom) používajú sa prevažne pri objektoch/ systémoch, pri ktorých k prijatiu na trh nie je vyžadované, aby mali určité znaky spoľahlivosti, špecifikácie vypracované zákazníkom používajú sa hlavne u objektov/ systémov, ktoré musia spĺňať určité požiadavky na znaky spoľahlivosti (napr. na bezpečnosť, bezporuchovosť, udržiavateľnosť a zaistenie údržby a pod.), aby uspokojili potreby zákazníka, špecifikácie vzájomne dohodnuté alebo vypracované výrobcom (dodávateľom) i zákazníkom obvykle sa používajú v prípade objektov/ systémov realizovaných na zákazku alebo v prípade zmien už existujúceho návrhu.

4 Špecifikovanie kvalitatívnych, ale hlavne kvantitatívnych požiadaviek na spoľahlivosť má byť uskutočňované spoločne so špecifikáciami postupov a kritérií ich overovania, metódy overovania by mali byť vzájomne odsúhlasené. Zvlášť je dôležité vždy presne definovať: systém, zariadenie, sústavu a pod., u ktorej sa požiadavky uplatňujú, kritériá, na ktorých základe sa budú bezpečnosť, bezporuchovosť, udržiavateľnosť, životnosť atď. posudzovať (presné definície kritických a nekritických poruchových stavov, medzných stavov s odkazom na podrobnú špecifikáciu funkčných parametrov atď.).

5 Na dosahovanú úroveň bezpečnosti a spoľahlivosti majú podstatný vplyv podmienky, za ktorých je objekt/ systém inštalovaný a prevádzkovaný, preto je nevyhnutnou súčasťou špecifikácie požiadaviek na spoľahlivosť vyjadrenie: jeho zamýšľaných funkcií a definícia poruchového stavu (t.j., čo je podstatou poruchového stavu v tomto objekte pri jeho použití), ako bude inštalovaný a ako bude používaný, rôznych prevádzkových podmienok a podmienok prostredia, za ktorých bude objekt/ systém používaný (pokiaľ možno vrátane relatívnej doby strávenej za týchto jednotlivých podmienok), povinnosti a zodpovednosti zákazníka, dodávateľa, resp. akýchkoľvek tretích strán, postupov a metód určených k overeniu súladu s požiadavkami, potrebných kvalifikácií a zodpovednosti pracovníkov zodpovedných za prevádzkovanie a udržiavanie výrobku, politiky údržby, ktorá sa má uplatňovať, a príslušných postupov a opatrení zaistenosti údržby (úroveň zaistenosti údržby je veľmi často daná podmienkami použitia a nebýva vnútornou požiadavkou samotného objektu/ systému).

6 Východiskom zaisťovania požadovanej alebo očakávanej úrovne bezpečnosti výrobkov (ale tiež technických zariadení, technologických výrobných systémov, výrobných procesov a pod. ) sú postupy a metódy analýz rizík a na ne nadväzujúce hodnotenie a posudzovaní rizík, ktorých výsledky sú využívané k regulácii rizík prostredníctvom manažmentu rizík. Realizované analýzy rizík v podstate poskytujú vstupné údaje pre hodnotenie rizík a vykonanie následných činností manažmentu rizika, tzn. najmä rozhodovanie o prijateľnosti identifikovaných rizík, výber a zhodnotenie možností ich znižovania a o podložených rozhodnutiach a opatreniach k ich znižovaniu.

7 Schéma všeobecného postupu analýzy I. Vymedzenie systému, stanovenie požiadaviek II. Rozvrhnutie požiadaviek na podsystémy III. Analýzy spoľahlivosti (bezpečnosti, bezporuchovosti, udržiavateľnosti, životnosti) - kvalitatívne - kvantitatívne IV. Preskúmanie a odporúčanie

8 I. Vymedzenie systému a stanovenie požiadaviek vymedzenie požiadaviek na analyzovaný systém, na jeho prevádzkové režimy a funkčné vzťahy k vyšším úrovniam a susedným systémom alebo procesom, vymedzenie spoľahlivosti a vypracovanie zoznamu všetkých požiadaviek na bezpečnosť, životnosť, pohotovosť, bezporuchovosť, udržiavateľnosť atď., na jeho charakteristiky a vlastnosti vrátane podmienok prostredia a prevádzky a požiadaviek na údržbu, vymedzenie poruchy systému (resp. kritická porucha pre bezpečnosť, medzný stav pre životnosť) a určenie kritérií porúch a podmienok založených na funkčnej špecifikácii systému, očakávanej dobe prevádzky a prevádzkového prostredia; súčasťou tejto úlohy sú aj analýzy možných následkov porúch.

9 II. Rozvrhnutie požiadaviek na podsystémy (bloky, komponenty) Ak sú požadované číselné výsledky, odporúča sa požiadavky založené na predbežnom návrhu rozvrhnúť na požiadavky na jeho podsystémy, bloky, prvky a pod., k tomu je nevyhnutné vykonať rozklad systému na prvky, pričom sa rešpektujú hľadiská, že prvky: tvoria dielčie ucelené konštrukčné alebo funkčné časti minimálne o radu jednoduchšie, sú dodávané subdodávateľmi, podliehajú obnove ako celky.

10 III. Analýzy spoľahlivosti Systém sa analyzuje s využitím zvolených metód a postupov analýz spoľahlivosti a závažných dát o výkonnosti: kvalitatívne analýzy zahŕňajú analýzu funkčnej štruktúry systému a stanovenie druhov poruchových stavov, mechanizmov porúch, príčin, prejavov a následkov porúch systému a súčastí, analýzy udržiavateľnosti jednotiek, určenie možných stratégií údržby a opráv, zostavenie modelov bezpečnosti, bezporuchovosti atď., kvantitatívne analýzy určia sa referenčné dáta, ktoré sa budú používať a vykonajú sa vyhodnotenia spoľahlivosti, analýzy kritickosti a citlivosti súčastí, vyhodnotia sa možné zlepšenia vlastností systému využitím nadbytočných dielčích štruktúr, vplyvom stratégie údržby atď.

11 IV. Preskúmanie a odporúčanie (hodnotenie splnenia požiadaviek a nápravných opatrení) Vykoná sa analýza, či sú požiadavky na spoľahlivosť/bezpečnosť splnené a či alternatívne návrhy môžu ekonomicky efektívne zvýšiť spoľahlivosť/bezpečnosť. Na základe zváženia účelu a významnosti jednotlivých krokov uvedeného obecného postupu analýzy a hodnotenia možností, výhod a nedostatkov jednotlivých metód sa vykoná ich výber, väčšinou sa jednotlivé metódy analýzy vzájomne dopĺňajú.

12 Štruktúra posudzovania rizika a manažmentu rizika podľa IEC POSUDZOVANI E RIZIKA ANALÝZA RIZIKA (definovanie rozsahu platnosti analýz, identifikácia rizík) HODNOTENIE RIZIKA (rozhodnutie o prijateľnosti rizika, analýza voliteľných možností) MANAŽMENT RIZIKA ZNÍŽENIE (REGULÁCIA) RIZIKA (rozhodovanie, realizácia, sledovanie)

13 Typické otázky 1. V akej etape vývoja systému sa nachádzame? Typické okolnosti etapa koncepcie, etapa podrobného návrhu, etapa modernizácie, etapa pred uvedením do prevádzky (na trh a pod.) 2. Čo je základným cieľom štúdie rizík? voľba opatrení pre zníženie rizika, 3.Aký typ systému a aké nebezpečenstvá sa analyzujú? porovnanie s cieľovým rizikom, porovnanie rizika medzi alternatívami, jednoduchý systém, zložitý systém, technologické nebezpečenstvo, atď. 4. Aká je záväznosť možných následkov? veľký počet smrteľných nehôd, jedna smrteľná nehoda alebo jediné zranenie, poškodenie životného prostredia, hospodárske (majetkové) straty,

14 5. Aká je úroveň zdrojov, ktoré sú k dispozícii? obmedzené alebo rozsiahlejšie možnosti, 6. Aké informácie o analyzovanom systéme sú k dispozícii? 7. Predpokladá sa v budúcnosti aktualizácia štúdie? 8. Sú definované požiadavky v zákonoch, nariadeniach alebo v zmluve? obmedzená alebo doba, možnosť získať znalecký posudok, atď. koncepčný návrh, podrobný návrh, informácie z prevádzky atď. jedná sa o jedinú realizáciu štúdie, je to nepretržitá činnosť, nie sú, s obmedzenou voľbou, nie je iná voľba.

15 Metódy analýzy rizík TS Metódy analýzy rizík sú často modifikáciou štandardných metód analýzy spoľahlivosti (viď. STN IEC ) a to najmä vo vzťahu ku kritickým poruchám (kritickým poruchovým stavom). Najčastejšie používané metódy sú : 1. Štúdia nebezpečenstva a prevádzkyschopnosti (HAZOP - Hazard and Operability Study): metóda vyvinutá pôvodne pre chemický priemysel k identifikácii problémov (napr. nepredvídaných nebezpečenstiev vprojektovaných do technických zariadení vo fáze ich návrhu), týkajúcich sa bezpečnosti a prevádzkyschopnosti celého zariadenia. 2. Analýza druhov poruchových stavov a ich následkov (FMEA - Fault Modes and Effects Analysis): induktívna metóda systematickej identifikácie možných druhov poruchových stavov jednotlivých súčiastok a prvkov systému so zisťovaním ich dôsledkov alebo následkov (odpovedá vždy na otázku čo sa stane, ak ). Pri rozšírení na analýzu kritickosti sa metóda označuje FMECA (Fault Modes Effects and Critically Analysis).

16 3. Analýza stromu poruchových stavov (FTA - Fault Tree Analysis): deduktívny typ analýzy, ktorým sa identifikujú podmienky a faktory, ktoré môžu prispieť ku špecifikovanej nežiaducej udalosti, hľadá sa ich logická organizácia a grafické znázornenie ich sledu. 4. Analýza stromu udalostí (ETA - Event Tree Analysis): induktívny typ analýzy, kde sa realizuje identifikácia možných následkov a ich pravdepodobností pri výskyte nežiaducej udalosti, ktorá ich vyvolala; pracuje sa však iba s bezporuchovými a poruchovými stavmi. 5. Predbežná analýza nebezpečenstva (PHA - Preminary Hazard Analysis): induktívny typ analýzy, kde sa realizuje identifikácia nebezpečenstva, nebezpečných situácií a udalostí, ktoré pri danej činnosti, daného zariadenia alebo systému môžu spôsobiť poškodenie alebo ujmu; spracováva sa zoznam nebezpečenstiev a tzv. generických nebezpečných situácií (uvažujú sa používané alebo vytvárané materiály, použité zariadenia, podmienky použitia, rozhrania medzi prvkami systému, priestorové rozmiestnenie atď.). 6. Posudzovanie spoľahlivosti ľudského faktora (HRA - Human Reliability Assessment): realizuje sa posudzovanie vplyvu operátorov, údržbárov a pod. na funkciu systému s cieľom vyhodnotiť vplyvy možných ľudských chyb a omylov na bezpečnosť a produktivitu. Typické kroky postupu sú : analýza úlohy (TA - Task analysis), identifikácia (možných) ľudských chýb (HEI - Human error identification) a kvantifikácia spoľahlivosti ľudského faktora (HRQ - Human reliability quantification).

17 Metóda FMEA, FMECA FMEA (Failure/Fault Modes and Effects Analysis), t.j. metóda Analýza druhov porúch a ich dôsledkov, je metóda štruktúrovanej systematickej kvalitatívnej analýzy možných druhov a dôsledkov porúch / poruchových stavov a ich usporiadania podľa stupňa závažnosti FMECA (Failure/Fault Modes, Effects and Criticality Analysis), t.j. Analýza druhov, dôsledkov a kritickosti porúch je rozšírením metódy FMEA o hodnotenie kritickosti dôsledkov porúch s uvážením pravdepodobností (alebo početností) ich výskytu

18 Analýza FMEA alebo FMECA sa všeobecne uskutočňuje v nasledujúcich krokoch zistí sa, ako má súčasť systému vykonávať svoju funkciu; zistia sa potenciálne druhy, dôsledky a príčiny porúch; zistí sa riziko odpovedajúce jednotlivým druhom porúch a ich dôsledkov; stanovia sa odporúčané opatrenia k odstráneniu alebo zníženiu rizika a uskutočnia sa.

19 Všeobecný postup aplikácie metódy FMEA Praktická aplikácia metódy sa uskutočňuje postupným systematickým vypĺňaním formulárov FMEA, čím je jej vykonanie dokumentované Záhlavie tabuľky FMEA s identifikačnými údajmi 1. Identifikácia analyzovaného dielu (miesta, funkcie, znaku, atď.), jeho možných porúch, ich možných násled- kov a príčin ( vrátane zaznamenania plánovaných kontrolných opatrení) 2. Hodnotenie súčasného stavu mierou rizika / priority, návrh nápravných opatrení a stanovenie zodpovedností 3. Uskutočnené nápravné opatrenia a hodnotenie zlepšeného stavu mierou rizika / priority

20 Postup pri FMEA analýze TS 1. Identifikujú sa akékoľvek mysliteľné, potenciálne možné poruchy (často označované ako nezhody, defekty, chyby a pod.) a analyzujú sa ich možné prejavy, dôsledky a príčiny. Uskutočnenie tohto kroku analýzy vyžaduje stanoviť pre ne: miesto a/ alebo popis; prejav; následok; príčinu. 2. Hodnotí sa súčasný (existujúci) stav návrhu, t. j. jednotlivé identifikované možné poruchy sa kvantifikujú pomocou miery rizika/ priority MR/P: MR/P = P x D x O P bodové ohodnotenie pravdepodobnosti (početnosti) výskytu ( t. j. vzniku) poruchového stavu, D bodové ohodnotenie významu následku (t. j. závažnosti z hľadiska nepriaznivých dôsledkov pre zákazníka), O bodové ohodnotenie odhaliteľnosti (t. j. detekcie) príčiny, resp. následku poruchového stavu pred dodaním zákazníkovi.

21 Príklad klasifikačnej tabuľky výskytu porúch (P) Kritérium klasifikácie výskytu poruchy (chyby) Odhad početnosti Trieda Nie je pravdepodobné, že porucha nastane 0 1 Veľmi malá: jedná sa o prípad (napr. proces) s ojedinelým výskytom poruchy (chyby) Stredná: zodpovedá prípadom (napr. procesom), kde obvykle dochádza k náhodným poruchám (chybám), ale v menšej miere 1/5000 1/2000 1/1000 1/ /200 6 Vysoká: zodpovedá prípadom, napr. výrobným procesom s častými poruchami (chybami) Veľmi vysoká: z hľadiska užívateľa je takmer istý výskyt poruchy (chyby) 1/100 1/50 1/20 1/

22 Príklad klasifikačnej tabuľky významu porúch (D) Kritérium klasifikácie významu poruchy (chyby) Zanedbateľná: podstata poruchy je taká, že neovplyvní schopnosti systému výrobku, t.j. užívateľ pravdepodobne nezaznamená jej výskyt Nízka: porucha vyvolá užívateľovi len zanedbateľné problémy, nespozorujú sa poškodené funkcie objektu výrobku Stredná: porucha vyvolá užívateľovi problémy znížením pohodlia pri používaní porucha vadí pri ovládaní, manipulácii. Užívateľ zaznamená určité zhoršenie vlastností výrobku. Vysoká: porucha vyvolá užívateľovi značné problémy, resp. spôsobí vážne poškodenie, zlé vlastnosti výrobku, neovplyvňuje však bezpečnosť výrobkov Veľmi vysoká: porucha ovplyvňuje bezpečnosť výrobkov, ich nespôsobilosť k prevádzke z hľadiska zákonných predpisov Trieda

23 Príklad klasifikačnej tabuľky odhaliteľnosti porúch (O) Kritérium klasifikácie odhaliteľnosti poruchy (chyby) Veľmi vysoká: pravdepodobnosť, že porucha by bola detekovaná kontrolou alebo pri montáži Vysoká: pravdepodobnosť, že porucha sa dostane k užívateľovi bez detekcie podľa veľkosti pravdepodobnosti prieniku poruchy k užívateľovi Stredná: pravdepodobnosť, že porucha sa dostane k užívateľovi bez detekcie podľa veľkosti pravdepodobnosti prieniku poruchy k užívateľovi Nízka: pravdepodobnosť, že porucha sa dostane k užívateľovi bez detekcie podľa veľkosti pravdepodobnosti prieniku poruchy k užívateľovi Veľmi nízka: pravdepodobnosť, že porucha sa dostane k užívateľovi bez detekcie podľa veľkosti pravdepodobnosti prieniku poruchy k užívateľovi Prienik poruchy k užívateľovi (%) Trieda 0 až až až až až až až až až až

24 Postup FMEA - pokračovanie 3. Vykoná sa roztriedenie všetkých možných identifikovaných porúch podľa veľkosti miery rizika/priority (MR/P) a navrhnú sa náhradné opatrenia (zmena či úprava konštrukčného riešenia, návrhu výrobného postupu a pod.) pre poruchy so stanovenými najvyššími hodnotami MR/P vrátane stanovení zodpovedností a termínov. Kritérium pre rozhodnutie, pre ktoré identifikované možné poruchy v závislosti na veľkosti MR/P je nutné navrhnúť a vykonať nápravné opatrenia, sa volí podľa konkrétnych podmienok, napr. vopred stanovenú minimálnu hodnotu MR/P, prienikom minimálnych stanovených hodnôt MR/P a jednej jej zložky a pod. 4. Po realizácii nápravných opatrení sa opakovane vykoná analýza podľa 2. bodu postupu s novým hodnotením zlepšeného stavu pomocou miery rizika/priority MR/P.

25 Metóda FTA (Analýza stromu porúch / poruchových stavov) Metóda Analýza stromu poruchových stavov FTA (Fault/failure Tree Analysis) sa používa pre kvantitatívnu, prípadne aj kvalitatívnu analýzu spoľahlivosti a bezpečnosti systémov. Ide o metódu deduktívnu (zhora dolu) zameranú na zistenie príčin alebo kombináciu príčin, ktoré môžu mať za následok definitívnu vrcholovú udalosť (angl. top event). Metóda je vhodná aj pre analýzu zložitých systémov, zložených z funkčne viazaných alebo závislých podsystémov, ktoré sú určené k plneniu rôznych funkcií (napr. elektráreň, komunikačný systém, technologická výrobná linka a pod.)

26 Postup aplikácie metódy FTA 1. Po presnom vymedzení predmetu analýzy, vyjasnenia požadovaných funkcií, prevádzkových podmienok systému a získavania podrobných informácií o jeho návrhu sa definuje analyzovaná vrcholová udalosť (top event) a zisťujú sa jej možné príčiny alebo druhy poruchových stavov na najbližšej nižšej funkčnej úrovni systému. 2. Nasleduje postupné rozvíjanie vrcholovej udalosti k ďalším javom nižšej úrovne, pričom sa hľadajú a posudzujú všetky možné príčiny vzniku nadradeného poruchového javu. Takto sa postupuje až na požadovanú najnižšiu úroveň. Príčinami na najnižšej úrovni tzv. základnými (primárnymi) udalosťami, sú napr. druhy porúch súčiastok.

27 3. Popis príčin každého identifikovaného poruchového javu na každej úrovni by mal odpovedať na otázky : Čo? Kde? Kedy? a Prečo? Výsledky analýzy sa zobrazujú v podobe stromu porúch (používa sa tiež názov strom poruchových stavov), ktorý sa kreslí s pomocou štandardných značiek (symbolov), ktoré sú zhrnuté v tab Na základe zostaveného stromu porúch sa uskutočňujú analýzy buď kvalitatívne alebo kvantitatívne alebo obidvomi spôsobmi v závislosti na cieľoch analýzy. Výstupom je potom: Súpis (prehľad) možných kombinácií druhov porúch prvkov, faktorov prevádzkových podmienok, podmienok prostredia a chýb ľudského faktora, ktoré by mohli jednotlivo alebo v kombinácii viesť k vzniku nežiaducej vrcholovej udalosti, Pravdepodobnosť, s akou nežiaduca vrcholová udalosť môže v prevádzke nastať behom špecifikovaného časového intervalu. Požadovanými východzími údajmi pre kvantitatívnu analýzu sú intenzity porúch, intenzity opráv, pravdepodobnosti výskytu druhov poruchových stavov atď.

28 Metóda ETA (Event Tree Analysis) Analýza stromu udalostí Jedná sa o podobnú metódu ako je analýza stromu porúch/ poruchových stavov, avšak postupuje najskôr zdola nahor (induktívny postup) a vychádza z možných stavov súčiastky (prvku) alebo inej počiatočnej udalosti a hľadajú sa účinky na celý systém. Postup a výsledok sa zobrazuje pomocou stromu udalostí, čo je logická sieť, ktorá pri vzniku (potenciálne možnej) nežiaducej udalosti v systému analyzuje postupnosť nadväzujúcich podsystémov z hľadiska správnej funkcie či zlyhania.

29 Koncepcia stromu udalostí Nežiaduci jav Podsystém 1 Podsystém 2 Stav Pravdepodobnosť stavu

30 Metóda RBD (Blokový diagram bezporuchovosti) Blokový diagram bezporuchovosti (RBD Realibility Block Diagramme) je grafické zobrazenie štruktúry systému v podobe podsystémov resp. až súčiastok reprezentovaných pre zvolenú úroveň rozkladu systému jednotlivými blokmi diagramu. Blokový diagram potom umožňuje jednoducho zobraziť cestu úspechu (bezporuchového stavu systému) spôsobom prepojenia blokov diagramu a tým zobrazuje, ako porucha systému závisí na poruchách jeho prvkov. Bezporuchový stav systému je určený existenciou aspoň jedného úspešného prepojenia medzi vstupom (angl. Input) a výstupom (angl. Output) blokového diagramu systému.

31 Ďakujem Vám za pozornosť!!!