PODSTAWY EKSPLOATACJI

Transkrypt

1 WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA im. Jarosława Dąbrowskiego LESŁAW BĘDKOWSKI TADEUSZ DĄBROWSKI PODSTAWY EKSPLOATACJI CZĘŚĆ II PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ WARSZAWA 2006

2 Podręcznik przeznaczony jest dla studentów Wydziału Elektroniki Wojskowej Akademii Technicznej, wszystkich specjalności. ***** Autorzy: prof. dr hab. inż. Lesław BĘDKOWSKI dr hab. inż. Tadeusz DĄBROWSKI ***** Recenzent: prof. dr hab. inż. Jerzy JAŹWIŃSKI ***** Copyright by Redakcja Wydawnictw Wojskowej Akademii Technicznej Warszawa 2006 ISBN: ; Projekt i DTP: Sławomir Dębski Redakcja Wydawnictw WAT Redakcja i korekta: Renata Borkowska Redakcja Wydawnictw WAT Projekt okładki: Barbara Chruszczyk Redakcja Wydawnictw WAT Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna Druk: Polskie Przedsiębiorstwo Geodezyjno-Kartograficzne S.A Warszawa, ul. Pstrowskiego 0 Warszawa 2006

3 SPIS TREŚCI Wykaz ważniejszych oznaczeń... 5 Wybrane pojęcia i definicje... 8 Rozdział DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI MODEL SYSTEMU ANTROPOTECHNICZNEGO DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI UŻYTKOWEJ DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI OBSŁUGOWEJ DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI BEZPIECZNOŚCIOWEJ DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI ADMINISTRACYJNEJ DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI OPERATORA DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI EKONOMICZNEJ Rozdział 2 KLASYFIKACJA OBIEKTÓW W ASPEKCIE NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ ZŁOŻONOŚĆ OBIEKTÓW OBIEKTY JEDNOZADANIOWE OBIEKTY WIELOZADANIOWE WSPÓŁBIEŻNE OBIEKTY WIELOZADANIOWE WSPÓŁBIEŻNE WIELOSEKTOROWE... Rozdział 3 WSKAŹNIKI NIEZAWODNOŚCI UŻYTKOWEJ I OBSŁUGOWEJ WSKAŹNIKI NIEZAWODNOŚCI UŻYTKOWEJ OBIEKTÓW JEDNOZADANIOWYCH, NIENAPRAWIALNYCH NIEUSZKADZALNOŚĆ PRAWDOPODOBIEŃSTWO ZDATNOŚCI W OKREŚLONYM PRZEDZIALE CZASOWYM CZĘSTOŚĆ USZKODZEŃ ŚREDNIA CZĘSTOŚĆ USZKODZEŃ INTENSYWNOŚĆ USZKODZEŃ ŚREDNI CZAS ZDATNOŚCI WSKAŹNIKI NIEZAWODNOŚCI UŻYTKOWEJ OBIEKTÓW JEDNOZADANIOWYCH, NAPRAWIALNYCH INTENSYWNOŚĆ USZKODZEŃ OBIEKTU ŚREDNIA INTENSYWNOŚĆ USZKODZEŃ OBIEKTU ŚREDNI CZAS MIĘDZY USZKODZENIAMI OBIEKTU GOTOWOŚĆ OBIEKTÓW JEDNOZADANIOWYCH GOTOWOŚĆ OBIEKTÓW WIELOZADANIOWYCH WSPÓŁBIEŻNYCH WSKAŹNIKI NIEZAWODNOŚCI OBSŁUGOWEJ PRAWDOPODOBIEŃSTWO ZREALIZOWANIA NAPRAWY ŚREDNI CZAS NAPRAWY INTENSYWNOŚĆ NAPRAW Rozdział 4 PODSTAWOWE STRUKTURY NIEZAWODNOŚCIOWE STRUKTURA SZEREGOWA STRUKTURA RÓWNOLEGŁA STRUKTURA RÓWNOLEGŁA Z REZERWĄ OBCIĄŻONĄ STRUKTURA RÓWNOLEGŁA Z REZERWĄ NIEOBCIĄŻONĄ STRUKTURA PROGOWA K z N

4 4.4. STRUKTURA RÓWNOLEGŁO-SZEREGOWA STRUKTURA SZEREGOWO-RÓWNOLEGŁA STRUKTURA MOSTKOWA MINIMALNA ŚCIEŻKA ZDATNOŚCI MINIMALNY PRZEKRÓJ NIEZDATNOŚCI... Rozdział 5 AKTYWNE ZWIĘKSZANIE NIEZAWODNOŚCI NADMIAR PARAMETRYCZNY NADMIAR FUNKCJONALNY NADMIAR WYTRZYMAŁOŚCIOWY NADMIAR CZASOWY NADMIAR INFORMACYJNY CHARAKTERYSTYKA PROBLEMU MODEL DIAGNOZOWANIA PRZY NIEPEWNYCH SYNDROMACH WNIOSKI SYSTEMY PRZECIWDESTRUKCYJNE PROCES DESTRUKCYJNY PROCES PRZECIWDESTRUKCYJNY ALGORYTM ROZWOJU PROCESU DESTRUKCYJNEGO UKŁADY PRZECIWDESTRUKCYJNE SYSTEM WSPOMAGAJĄCY OPERATORA EKSPLOATACJI CHARAKTERYSTYKA MODUŁU KOREPETYTOR CHARAKTERYSTYKA MODUŁU INSTRUKTOR CHARAKTERYSTYKA MODUŁU SYMULATOR CHARAKTERYSTYKA MODUŁU DOKUMENTATOR OCENA SYSTEMU WSPOMAGAJĄCEGO W OPARCIU O WSKAŹNIKI EKSPLOATACYJNE Dodatek WYBRANE ROZKŁADY ZMIENNYCH LOSOWYCH POJĘCIA WSTĘPNE ROZKŁADY ZMIENNYCH LOSOWYCH TYPU DYSKRETNEGO Rozkład równomierny Rozkład dwumianowy (Bernoulliego) Rozkład Poissona ROZKŁADY ZMIENNYCH LOSOWYCH TYPU CIĄGŁEGO Rozkład normalny (Gaussa-Laplace a) Rozkład wykładniczy Rozkład Weibulla Rozkład gamma Rozkład trójkątny FUNKCJA WIODĄCA ROZKŁADU CZASU DO USZKODZENIA Dodatek 2 PRZYKŁADY OBLICZANIA WSKAŹNIKÓW I CHARAKTERYSTYK NIEZAWODNOŚCI... PRZYKŁAD... PRZYKŁAD 2... PRZYKŁAD 3... Skorowidz ważniejszych pojęć Literatura

5 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ A gotowość asymptotyczna asymptotic availability A(t) gotowość chwilowa instantantaneous availability A średnia gotowość asymptotyczna asymptotic mean availability A t, gotowość średnia mean availability (in time interval [t l, t 2 ]) ( ) t 2 A D n i liczba obiektów uszkadzających się w przedziale czasu t i n u t wartość oczekiwana liczby obiektów, które uszkodzą się do chwili t () n z () t wartość oczekiwana liczby obiektów, które zachowają zdatność do chwili t E E(T) efekt uzyskany w przedziale czasu T E wym efekt wymagany η u ( T) wartość oczekiwana statystycznego wskaźnika użytkowania obiektu w przedziale czasu T F PB potencjał bezpieczeństwa F PN potencjał niebezpieczeństwa F Pb-wym wymagany potencjał systemu bezpiecznościowego F Pb-dys dysponowany potencjał systemu bezpiecznościowego f(t) gęstość prawdopodobieństwa zmiennej losowej f i częstość uszkodzeń w przedziale czasu t i F H(t) funkcja odnowy h(t) gęstość odnowy H K K g ( T) wartość oczekiwana wskaźnika gotowości obiektu do rozpoczęcia kolejnego zadania w przedziale czasu T L λ współczynnik intensywności uszkodzeń λ(t) intensywność uszkodzeń (chwilowa) failure rate (instantaneous) λ ( t, t 2 ) średnia intensywność uszkodzeń w przedziale czasu [t, t 2 ] mean failure rate λ śr średnia intensywność uszkodzeń obiektu naprawialnego λ od (t) intensywność uszkodzeń obiektu naprawialnego (odnawialnego) 5

6 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ t) funkcja wiodąca rozkładu czasu do uszkodzenia, skumulowana funkcja intensywności uszkodzeń M M(t,t 2 ) prawdopodobieństwo obsługi maintainability MTBF oczekiwany czas działania między uszkodzeniami mean operating time between failures MTTF oczekiwany czas do uszkodzenia mean time to failure MTTFF oczekiwany czas do pierwszego uszkodzenia mean time to first failure MTTR oczekiwany czas do odnowy; oczekiwany czas do przywrócenia zdatności mean time to restoration MADT oczekiwany sumaryczny czas przestoju z przyczyn wewnętrznych mean accumulated down time MAD oczekiwane opóźnienie organizacyjne mean administrative delay MDT oczekiwany czas przestoju z przyczyn wewnętrznych mean down time MRT oczekiwany czas naprawy mean repair time MUT oczekiwany czas zdatności mean up time µ współczynnik intensywności napraw (obsługi) µ(t) intensywność naprawy (chwilowa) repair rate (instantaneous) µ ( t, t 2 ) średnia intensywność napraw w przedziale czasu [t, t 2 ] mean repair rate N N(t) nakłady (koszty) ponoszone w związku z realizacją zadania (zadań) do chwili t N liczba obiektów poddanych badaniu (próbie) n liczba obiektów uszkadzających się w czasie badania (w próbie) Q Q(t) funkcja zawodności; uszkadzalność obiektu; prawdopodobieństwo uszkodzenia się obiektu do chwili t R R(t l, t 2 ) prawdopodobieństwo zdatności w przedziale czasu [t, t 2 ] reliability R(t) funkcja niezawodności; nieuszkadzalność; prawdopodobieństwo nieuszkodzenia się obiektu do chwili t R S (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze szeregowej R RO (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze równoległej obciążonej R RN (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze równoległej nieobciążonej R R-S (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze równoległo-szeregowej R S-R (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze szeregowo-równoległej 6

7 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ R P (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze progowej R M (t) funkcja nieuszkadzalności obiektu o niezawodnościowej strukturze mostkowej T T wym wymagany czas realizacji zadania (wymagany przez zamawiającego zadanie) T zre czas realizacji zadania (czas niezbędny, np. z przyczyn technicznotechnologicznych, dla zrealizowania zadania) T średni czas pracy do pierwszego uszkodzenia; wartość oczekiwana czasu zdatności obiektu nienaprawialnego T średni czas między uszkodzeniami (obiektu naprawialnego) o T z wartość oczekiwana czasu zdatności obiektu (czasu do uszkodzenia) T n wartość oczekiwana czasu niezdatności obiektu (czasu naprawy; czasu obsłużenia) T zd wartość oczekiwana czasu zdatności zadaniowej obiektu τ dysponowana rezerwa czasowa (nadmiar czasu) na zrealizowanie zadania T u ( T) wartość oczekiwana czasu użytkowania obiektu w przedziale czasu eksploatacji T T o ( T) wartość oczekiwana czasu obsługiwania obiektu w przedziale czasu eksploatacji T T p sumaryczny czas pracy (czas użytkowania) obiektu naprawialnego U niegotowość asymptotyczna asymptotic unavailability U(t) niegotowość chwilowa instantaneous unavailability U średnia niegotowość asymptotyczna asymptotic mean unavailability U t, niegotowość średnia mean unavailability ( ) t 2 U W W przychód uzyskiwany w wyniku zrealizowania zadania (zadań); wartość wytworzonego efektu Z z(t) (chwilowa) intensywność strumienia uszkodzeń (instantaneous) failure intensity z ( t, t 2 ) średnia intensywność strumienia uszkodzeń mean failure intensity Z zysk osiągany w wyniku zrealizowania zadania (zadań) 7

8 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ WYBRANE POJĘCIA I DEFINICJE B Badanie diagnostyczne pomiar wielkości opisujących symptomy lub organoleptyczne badanie zjawisk zawierających określone symptomy oraz rejestracja wyników. C Cechy stanu eksploatacyjnego (obiektu) wielkości fizyczne, ekonomiczne lub funkcje charakteryzujące stany obiektu występujące podczas eksploatacji. Chwila; moment pojedynczy punkt na skali czasu (ang.: instant of time; ros.: o e pe e ). D Diagnostyka techniczna dziedzina wiedzy obejmująca całokształt zagadnień teoretycznych i praktycznych związanych z obiektem technicznym, ujmowanym w otoczeniu w jakim on występuje, w celu identyfikacji jego stanu. Diagnoza techniczna rezultat procesu diagnozowania, zawierający określenie (identyfikację) stanu technicznego diagnozowanego obiektu. Diagnozowanie techniczne badanie i wnioskowanie diagnostyczne. Diagnozowanie eksploatacyjne wnioskowanie o stanie obiektu w danej chwili na podstawie analizy wyników badania, dokonanego przy zastosowaniu odpowiednich metod oraz środków technicznych. Uwaga: Diagnozowanie to działania zróżnicowane co do metod i sposobów ich realizacji, w wyniku których zyskuje się informację pozwalającą podjąć decyzję, co do bieżącego lub przyszłego postępowania z obiektem, a także dokonać oceny tej decyzji. Diagnozowanie może mieć zastosowanie w każdej fazie istnienia obiektu w zależności od uwarunkowań ekonomicznych jego eksploatacji. Długość przedziału czasu różnica między końcowymi chwilami przedziału czasu (ang.: (time) duration; ros.: pe e ). Dozorowanie eksploatacyjne dozorowanie obiektu umożliwiające uzyskiwanie w sposób ciągły lub doraźny (dyskretny) informacji o bieżącej zmianie stanu obiektu, z dostatecznie małą zwłoką. Uwaga: Celem dozorowania jest uzyskanie informacji o każdej zmianie stanu obiektu. Jest to więc badanie bieżącej zdatności obiektu. Dozorowanie może być prowadzone przez: bezpośredniego użytkownika, służby eksploatacyjne, odpowiednie urządzenia techniczne nadzorujące stan obiektu (w tym samoczynne).w procesie dozorowania pożądane jest wykorzystywanie takich sygnałów, których uzyskiwanie nie wymaga: - wyłączania obiektu z eksploatacji, - demontażu obiektu, - chwilowej zmiany struktury obiektu. Zasady oraz metody określające sposób i zakres dozorowania obiektu powinny być podane w odpowiedniej, dokumentacji eksploatacyjnej. Działalność diagnostyczna działalność obejmująca opracowanie metod diagnostycznych, przygotowanie i realizację diagnozowania, weryfikację metod i opracowanie genezy, diagnozy i prognozy. Większość podanych tu pojęć i definicji przytoczono za normą PN-93/N-509 8

9 WYBRANE POJĘCIA I DEFINICJE E Eksploatacja, eksploatowanie zespół celowych działań (organizacyjnotechnicznych i ekonomicznych) ludzi z obiektem technicznym oraz wzajemne relacje, występujące pomiędzy nimi od chwili przejęcia obiektu do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem, aż do jego likwidacji. Inaczej: Eksploatacja to zespół wszystkich działań technicznych i organizacyjnych, mających na celu umożliwienie obiektowi wypełnianie wymaganych funkcji, włącznie z koniecznym dostosowaniem do zmian warunków zewnętrznych (ang.: operation, exploitation; ros.: ). F Funkcja wymagana funkcja lub zespół funkcji obiektu, których wypełnienie przez obiekt jest niezbędne w celu wykonania danej usługi (ang.: reguired function; ros.: pe ye ). G Genezowanie eksploatacyjne określenie na podstawie analizy wyników odpowiednich badań warunków i przyczyn, które spowodowały, powodują lub mogą spowodować istnienie określonego stanu lub zmiany stanu obiektu. Gotowość; dyspozycyjność zdolność obiektu do utrzymywania się w stanie umożliwiającym wypełnianie wymaganych funkcji w danych warunkach, w danej chwili lub w danym przedziale czasu, przy założeniu, że są dostarczone wymagane środki zewnętrzne (ang.: availability (performance); ros.: ). Uwaga: Gotowość zależy łącznie od nieuszkadzalności, obsługiwalności i zapewnienia środków obsługi obiektu. J Jakość eksploatacyjna (obiektu) zbiór właściwości (cech) obiektu, określających jego przydatność do eksploatacji zgodnie z przeznaczeniem, obejmujący takie cechy jak: funkcjonalność, niezawodność, ergonomiczność, potencjał eksploatacyjny i inne. L Likwidacja (obiektu) przekazanie na złom, utylizacja obiektu wycofanego z eksploatacji lub jego rozbiórka w celu odzyskania części przydatnych do ponownego wykorzystania. M Model obiektu diagnozowania sformalizowany opis obiektu technicznego, niezbędny w procesie diagnozowania. Modyfikacja (obiektu) wszystkie działania techniczne i organizacyjne zmierzające do zmiany obiektu (ang.: modification (of an item); ros.: ( a)). N Naprawa okresowa naprawa obiektu mająca na celu odtworzenie stanu zdatności, dokonywana według z góry ustalonych zasad, np. po określonym czasie trwania eksploatacji, sumarycznym czasie pracy obiektu, ilości wykonanej pracy. Niezawodność zespół właściwości, które opisują gotowość obiektu i wpływające na nią: nieuszkadzalność, obsługiwalność i zapewnienie środków obsługi (ang.: dependability; 9

10 ros.: ). PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ Uwaga: Termin niezawodność jest używany tylko do ogólnego nieliczbowego opisu. Niezawodność eksploatacyjna (obiektu) właściwości obiektu charakteryzujące jego zdolność do użytkowania i obsługiwania w określonych warunkach i w określonym przedziale czasu. Uwaga: Niezawodność traktowana jako właściwość eksploatacyjna o charakterze kompleksowym, obejmuje, w zależności od przeznaczenia obiektu i warunków jego eksploatacji, kilka właściwości składowych jak np. jak nieuszkadzalność, obsługiwalność, trwałość, przechowywalność, gotowość. Ilościowo niezawodność eksploatacyjną obiektu ocenia się za pomocą wskaźników wybranych i wyznaczonych w zależności od właściwości obiektu wymagających oceny wartościowej oraz sposobu i warunków jego eksploatacji. Niezdatny będący w stanie niezdatności (ang.: faulty; ros.: ). Niezdatność stan obiektu charakteryzujący się niezdolnością do wypełniania wymaganych funkcji, poza przypadkiem niezdolności w czasie obsługi profilaktycznej lub niezdolności spowodowanej brakiem środków zewnętrznych lub innymi planowanymi działaniami (ang.: fault; ros.: ). Uwaga: Niezdatność jest często wynikiem uszkodzenia obiektu, lecz może też wystąpić bez wcześniejszego uszkodzenia. Niezdatność starzeniowa niezdatność wynikająca z uszkodzenia, którego prawdopodobieństwo zwiększa się z upływem czasu jako wynik wewnętrznych procesów zachodzących w obiekcie (ang.: ageing fault; wearout fault; ros.: ( ) ). Niezdatność programowa niezdatność ujawniająca się jako wynik wykonania niektórych sekwencji rozkazu (ang.: programme-sensitive fault; ros.: - ). Niezdatność informacyjna niezdatność ujawniająca się jako wynik przetwarzania szczególnych zestawów danych (ang.: data-sensitive fault; ros.: ). Niezdatność zupełna niezdatność charakteryzująca się całkowitą niezdolnością obiektu do wypełniania wszystkich wymaganych funkcji (ang.: complete fault; functionpreventing fault; ros.: ; ). Niezdatność częściowa niezdatność charakteryzująca się niezdolnością obiektu do wypełniania niektórych, lecz nie wszystkich wymaganych funkcji (ang.: partial fault; ros.: ). Niezdatność trwała niezdatność obiektu, która trwa aż do czasu wykonania obsługi korekcyjnej (ang.: persistent fault; permanent fault; solid fault; ros.: ). Niezdatność przejściowa niezdatność trwająca przez ograniczony przedział czasu, po którego upływie obiekt odzyskuje swe zdolności do wypełniania wymaganych funkcji bez wykonania obsługi korekcyjnej (ang.: intermittent fault; volatile fault; transient fault; ros.: ; ). Niezdatność zdeterminowana; niezdatność określona niezdatność, przy której odpowiedź obiektu, wytwarzającego tę odpowiedź jako skutek jego działania, jest taka sama dla wszystkich działań (ang.: determinate fault; ros.: ). Niezdatność niezdeterminowana; niezdatność nieokreślona niezdatność, przy któ- 0

11 WYBRANE POJĘCIA I DEFINICJE rej błąd odpowiedzi obiektu, wytwarzającego tę odpowiedź jako skutek jego działania, zależy od danego działania (ang.: indeterminate fault; ros.: ). O Obiekt (eksploatacji) dowolny obiekt techniczny, np.: maszyna, urządzenie, aparatura, instalacja, budowla, oprogramowanie, element znajdujący się w eksploatacji (ang.: item, entity; ros.: ). Obiekt naprawiany obiekt naprawialny, który jest naprawiany po wystąpieniu uszkodzenia (ang.: repaired item; ros.: ). Obiekt nienaprawiany obiekt, który nie jest naprawiany po uszkodzeniu (ang.: non-repaired item; ros.: ) Uwaga: obiekt nienaprawiany może być naprawialny lub nienaprawialny. Obsługiwanie eksploatacyjne (obiektu) czynności organizacyjno-techniczne operowania obiektem oraz czynności mające na celu podtrzymywanie i przywracanie obiektowi stanu zdatności użytkowej. Uwaga: Celem obsługiwania w ogólności jest utrzymanie obiektu w stanie zdatności lub odtworzenie utraconego stanu zdatności. W praktyce eksploatacyjnej rozróżnia się trzy formy obsługiwania: obsługiwanie przygotowawcze, obsługiwanie zapobiegawcze (profilaktyczne), w tym konserwację, obsługiwanie obejmujące naprawy, w tym: wymianę lub regenerację elementów. regulację i inne. Obsługiwanie może być prowadzone w sposób doraźny, okresowy lub ciągły. Obejmuje wszystkie fazy istnienia obiektu od magazynowania, transportowania, przygotowania do użytkowania, właściwego użytkowania aż do jego kasacji i likwidacji Sposób i zakres obsługiwania obiektu (co, gdzie, kiedy, jak, kto) powinien być określony w odpowiedniej dokumentacji eksploatacyjnej. Obsługiwanie przygotowawcze obsługiwanie mające na celu przygotowanie obiektu do użytkowania, obejmujące m.in. zasilanie energetyczno-paliwowe, materiałowe, informacyjne i inne. P Parametr stanu obiektu wyróżniona wartość wielkości opisującej stan obiektu technicznego. Podatność eksploatacyjna (obiektu) zbiór właściwości (cech) obiektu określających jego przystosowanie do eksploatacji w zadanych warunkach, obejmujących takie cechy jak: podatność użytkowa, podatność obsługowa (w tym diagnostyczna), podatność naprawcza (w tym regeneracyjna) i inne. Postój (obiektu) planowa przerwa w działaniu obiektu, wynikająca z organizacji jego eksploatacji. Proces diagnozowania ciąg działań zawierających badania i wnioskowanie diagnostyczne w celu sformułowania diagnozy. Prognozowanie eksploatacyjne przewidywanie stanów obiektu w przyszłości na podstawie wyników diagnozowania i genezowania, ustalające właściwości obiektu w określonym momencie lub przedziale czasu. Przedział czasu część skali czasu ograniczona dwiema określonymi chwilami (ang.: time interval; ros.: pe e ).

12 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ Przestój (obiektu) przerwa w działaniu obiektu wynikająca z przyczyn losowych w eksploatacji np. uszkodzenia, braku zasilania, zaburzeń organizacyjnych i innych. Przyczyna uszkodzenia okoliczności, które powstały w czasie projektowania, produkcji lub eksploatacji i doprowadziły do uszkodzenia (ang.: failure cause; ros.: ). Potencjał eksploatacyjny (obiektu) właściwość obiektu charakteryzująca jego zdolność do zachowania wymaganej zdatności użytkowej i obsługowej w danej chwili lub w określonym czasie. R Relacja diagnostyczna relacja przyporządkowująca symptomowi cechę lub cechy stanu (stanów) obiektu technicznego. S Sposób działania; sposób funkcjonowania podzbiór zbioru wszystkich możliwych funkcji wypełnianych przez obiekt (ang.: functional mode; ros.: ). Skuteczność (działania); efektywność (działania) zdolność obiektu do wykonania żądanej usługi zgodnie z danymi charakterystykami ilościowymi (ang.: effectiveness (performance)). Uwaga: Zdolność ta zależy od zdolności do działania i gotowości obiektu. Stan eksploatacyjny (obiektu) stan obiektu określony zbiorem wartości jego charakterystyk technicznych i ekonomicznych, ustalonych dla obiektu w danej chwili lub w określonym przedziale czasu. Stan graniczny (obiektu) umowny stan obiektu, w którym dalsze jego eksploatowanie nie jest wskazane. Stan zdatności obiektu diagnozowania stan techniczny, w którym obiekt może zrealizować zadanie zgodnie z wymaganiami, przy określonym oddziaływaniu otoczenia. Stan niezdatności obiektu diagnozowania stan techniczny, w którym obiekt nie może zrealizować zadania zgodnie z wymaganiami, przy określonym oddziaływaniu otoczenia. Sygnał diagnostyczny sygnał generowany przez badany obiekt techniczny, wykorzystywany w diagnozowaniu. Symptom diagnostyczny informacja pozwalająca wnioskować o właściwościach obiektu technicznego. System diagnostyczny zbiór elementów i relacji między nimi, występujących w procesie diagnozowania. T Trwałość eksploatacyjna (obiektu) właściwość obiektu charakteryzująca jego zdolność do zachowania wymaganej zdatności użytkowej i obsługowej do chwili osiągnięcia umownego stanu granicznego. W innym sformułowaniu: trwałość to zdolność obiektu do wypełnienia wymaganych funkcji w danych warunkach użytkowania i obsługiwania aż do osiągnięcia stanu granicznego (ang.: durability; ros.: ). Uwaga: Stan graniczny obiektu może być określony przez zakończenie czasu użyteczności, nieprzydatność do dalszego użytkowania z przyczyn ekonomicznych, technicznych lub z powodu in- 2

13 WYBRANE POJĘCIA I DEFINICJE nych istotnych czynników. U Usługa zbiór funkcji oferowanych użytkownikowi przez organizację (ang.: service; ros.:,, ). Uszkodzenie utrata zdolności obiektu do wypełniania wymaganych funkcji (ang.: failure; ros.: o, ). Uwaga: Po uszkodzeniu obiektu występuje jego niezdatność. Uszkodzenie jest zdarzeniem w odróżnieniu od niezdatności, która jest stanem. Uszkodzenie nagłe uszkodzenie, którego nie można przewidzieć na podstawie wyników wcześniejszych badań lub dozorowania (ang.: sudden failure; ros.: ). Uszkodzenie stopniowe uszkodzenie powstałe wskutek stopniowych zmian określonych charakterystyk obiektu w czasie (ang.: gradual failure; drift failure; ros.: ). Uwaga: Uszkodzenie stopniowe można przewidzieć na podstawie wyników wcześniejszych badań lub dozorowania i czasami można mu zapobiec poprzez obsługę profilaktyczną. Uszkodzenie pierwotne uszkodzenie obiektu nie spowodowane bezpośrednio lub pośrednio przez uszkodzenie lub niezdatność innego obiektu (ang.: primary failure; ros.: ). Uszkodzenie wtórne uszkodzenie obiektu spowodowane bezpośrednio lub pośrednio przez uszkodzenie lub niezdatność innego obiektu (ang.: secondary failure; ros.: ). Uszkodzenie zupełne uszkodzenie, które powoduje całkowitą niezdolność obiektu do wypełniania wszystkich wymaganych funkcji (ang.: complete failure; ros.: ). Uszkodzenie częściowe uszkodzenie powodujące niezdolność obiektu do wypełniania niektórych, lecz nie wszystkich wymaganych funkcji (ang.: partial failure; ros.: ). Urządzenie diagnostyczne środek techniczny wbudowany (będący częścią składową obiektu) lub zewnętrzny (istniejący niezależnie od obiektu) za pomocą którego przeprowadza się określone diagnozowanie. Użytkowanie eksploatacyjne (obiektu) działania związane z wykorzystywaniem obiektu zgodnie z jego przeznaczeniem. Uwaga: Użytkowanie jest zasadniczym celem tworzenia i istnienia obiektu. Rezultatem użytkowania jest zaspokojenie potrzeb. Efektem nieodłącznym towarzyszącym użytkowaniu są zmiany cech stanu eksploatacyjnego obiektu, powodujące spadek jego potencjału użytkowego. W krańcowym przypadku może nastąpić utrata zdatności użytkowej obiektu. Innymi słowy, zachodzące zmiany cech stanu obiektu mogą spowodować powstanie różnic między rzeczywistym a wymaganym przebiegiem realizacji zadania. Mogą też w ogóle uniemożliwić realizację zadania w wymaganym zakresie. Aby osiągnąć oczekiwany efekt techniczny i ekonomiczny użytkowania obiektu należy co najmniej: przed rozpoczęciem użytkowania sprawdzić stan obiektu i jego zdatność użytkową, w trakcie użytkowania obiektu prowadzić jego dozorowanie, w trakcie użytkowania (lub też po jego zakończeniu) prowadzić obsługiwanie profilaktyczne w celu utrzymania obiektu w stanie zdatności użytkowej. W Wnioskowanie diagnostyczne przetwarzanie wyników badania diagnostycznego 3

14 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ oraz innych informacji o obiekcie technicznym i jego otoczeniu, na diagnozę. Wskaźnik; miara (w odniesieniu do probabilistycznego opisu niezawodności) funkcja lub wielkość używana do opisu zmiennej losowej lub procesu losowego (ang.: measure (in the probabilistic treatment of dependability)). Uwaga: W odniesieniu do zmiennej losowej przykładami wskaźników są: dystrybuanta i wartość oczekiwana. Z Zdatność użytkowa (obiektu) właściwość obiektu charakteryzująca jego zdolność do spełniania funkcji i do realizacji zadań w sposób zgodny z wymaganiami dokumentacji eksploatacyjnej. Zdolność do działania (obiektu) zdolność obiektu do wykonania żądanej usługi zgodnie z danymi charakterystykami ilościowymi, w danych warunkach wewnętrznych (ang.: capability; ros.: ( )). Uwaga: Pojęcie warunki wewnętrzne odnosi się np. do wszelkich kombinacji zdatnych i niezdatnych części składowych obiektu. 4

15 ROZDZIAŁ. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI ROZDZIAŁ DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI.. MODEL SYSTEMU ANTROPOTECHNICZNEGO Pojęcie niezawodności systemu antropotechnicznego (SAT) jest ściśle związane z pojęciem utrzymania zdatności systemu (a w tym oczywiście także obiektu technicznego wchodzącego w skład systemu). Należy dodać, że pojęcie zdatności może być różnie interpretowane, odpowiednio do potrzeb. Zauważmy, że każde urządzenie i każdy system jest zaprojektowany i zbudowany przede wszystkim dla użytkowania. Procesy użytkowe są najważniejszą częścią procesów eksploatacyjnych. W związku z tym rozpatrzymy na wstępie pojęcie zdatności użytkowej (dalej omówimy również inne interpretacje pojęcia zdatności). Stan zdatności użytkowej sytemu jest to taki stan, w którym system spełnia wymagania użytkownika. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że w systemie antropotechnicznym (czyli w systemie składającym się z człowieka lub ludzi oraz urządzenia technicznego) mogą występować różni użytkownicy i oczywiście mogą oni mieć różne wymagania. System może więc spełniać wymagania jednych użytkowników, a nie spełniać wymagań innych. Wynika z tego, że pojęcie zdatności systemu ma charakter względny wobec użytkownika. Rozpatrzmy najprostszy model systemu antropotechnicznego (Rys..). D DECYDENT ODDZIAŁYWANIA ZEWNĘTRZNE ZADANIA UŻYTKOWE P OPERATOR POBUDZENIA STERUJĄCE O OBIEKT EFEKT UŻYTECZNY EFEKT ODPADOWY Rys... Model systemu antropotechnicznego (++) Oznaczenia: D decydent-użytkownik, P operator-użytkownik, O obiekt techniczny Model ten zawiera jednego decydenta-użytkownika D, jednego operatoraużytkownika P i jeden obiekt (jedno urządzenie techniczne) O. 5

16 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ Decydentem może być każdy człowiek lub ośrodek formułujący i zlecający wykonanie zadania użytkowego. Może to być np. dyrektor przedsiębiorstwa, stawiający swojemu personelowi zadania produkcyjne. W roli decydenta występuje też każdy klient zamawiający u przedsiębiorcy wykonanie jakiegoś zadania. Może to być np. abonent sieci telekomunikacyjnej wymagający przesłania pakietu informacji, połączenia go z innym abonentem itp. Operatorem może być człowiek lub ośrodek przyjmujący zlecenie oraz sterujący funkcjonowaniem obiektu (urządzenia technicznego) w celu zrealizowania zleconego zadania. W modelu ++ (Rys..) system może zrealizować zlecone mu zadanie użytkowe jeśli operator posiada odpowiednie kwalifikacje i motywacje czyli jeśli potrafi i chce wygenerować właściwy ciąg pobudzeń sterujących (tzn. wtedy, gdy operator jeśli jest zdatny operacyjnie) oraz jeśli obiekt reaguje na pobudzenia sterujące zgodnie z oczekiwaniami operatora (czyli wtedy, gdy obiekt jest zdatny technicznie). Zauważmy, że w systemie pokazanym na Rys.. równocześnie można realizować tylko jedno zadanie. Jeżeli w czasie gdy system operator-obiekt jest zajęty realizacją zadania pojawi się drugi decydent, który też zechce zlecić wykonanie swojego zadania, to zostanie załatwiony odmownie. Zatem dla tego drugiego decydenta-użytkownika system jest względnie niezdatny. Tego decydenta może nie interesować przyczyna niezdatności (nieodpowiednie sterowanie, nieodpowiedni stan urządzenia, niesprzyjające oddziaływanie otoczenia, zajętość systemu itp.). Uznaje po prostu, że system jest niezdatny użytkowo względem jego, indywidualnych wymagań. Takich odrzuconych decydentów-klientów może być więcej niż jeden. Zależy to od tzw. natłoku zamówień. Zauważmy, że w tym samym czasie obiekt jest zdatny dla operatora, ponieważ spełnia jego wymagania pozwalając realizować jedno zadanie. Jeśli natomiast obiekt nie pozwala realizować nawet jednego zadania, to nie spełnia wymagań operatora i względem niego jest niezdatny. Z punktu widzenia użytkowania również operator może nie interesować się powodem niezdatności (nieodpowiedni stan urządzenia, niesprzyjające oddziaływanie otoczenia itp.). Uznaje po prostu, że urządzenie jest niezdatne względem jego, indywidualnych wymagań. Nietrudno też sobie wyobrazić model zawierający n decydentów-klientów D, jednego operatora P i m obiektów (urządzeń technicznych) O (Rys..2). D ZADANIA UŻYTKOWE O D 2 P O 2 D n POBUDZENIA STERUJĄCE O m EFEKT UŻYTECZNY Rys..2. Model systemu antropotechnicznego (n++m) 6

17 ROZDZIAŁ. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI W takich przypadkach operator może przyjąć zlecenia i realizować m zadań równocześnie (zazwyczaj decydenci-klienci wymagają od operatora rozpoczynania realizacji zadań natychmiast po złożeniu zamówienia lub najwyżej po ograniczonym czasie oczekiwania). Jeśli liczba decydentów-klientów żądających równoczesnej realizacji zadań jest większa od m, to nadmiar zleceń nie zostanie zrealizowany. Zauważmy jeszcze, że liczba m może być zmienna w czasie, ponieważ część obiektów może znajdować się w stanie niezdatności lub może być obsługiwana i tym samym niedostępna dla użytkowania. Im częściej decydent trafi na system niezdatny lub zajęty, tym mniejsze zaufanie będzie miał, że przystępując do realizacji kolejnego zadania trafi na system zdatny użytkowo i niezajęty. Im częściej operator trafi na niezdatny obiekt, tym mniejsze zaufanie będzie miał, że przystępując do realizacji kolejnego zadania trafi na obiekt zdatny użytkowo. Na tej podstawie można sformułować następującą, deskrypcyjną (tj. opisową) definicję informacyjną niezawodności użytkowej: Niezawodność użytkowa wyraża zaufanie decydenta (lub operatora), że system (lub obiekt) umożliwi wykonanie wymaganego zadania (lub zadań). Tę definicję można rozumieć w ten sposób: niezawodność użytkowa wyraża zaufanie decydenta i/lub operatora, że system (lub obiekt) będzie zdatny do rozpoczęcia realizacji zadania i utrzyma tę zdatność użytkową do zakończenia zadania (lub zadań). Poziom tego zaufania może zależeć od rodzaju zadania, wymagań decydenta, warunków realizacji i innych czynników. Rozpatrzmy pojęcie niezawodności nieco szerzej. Można rozróżniać: niezawodność użytkową; niezawodność obsługową; niezawodność bezpiecznościową; niezawodność administracyjną; niezawodność operatora; niezawodność ekonomiczną. Każdy z wymienionych rodzajów niezawodności definiowany jest z uwzględnieniem określonych potrzeb i kryteriów. Ale oczywiście istnieją między nimi ścisłe zależności..2. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI UŻYTKOWEJ Rozszerzymy tu pojęcie niezawodności użytkowej. Jak już zostało to wcześniej stwierdzone, niezawodność użytkowa wyraża zaufanie decydenta i/lub operatora użytkowania do tego, że obiekt (element, urządzenie, system) wykona określone zadanie użytkowe. Zaufanie to może się opierać na doświadczeniu uzyskanym z obserwacji funkcjonowania pewnej populacji obiektów tego samego typu, przeprowadzonych w takich samych lub zbliżonych warunkach eksploatacyjnych. Obserwacje te można prowadzić w warunkach specjalnych (laboratoryjnych) lub naturalnych, a także przy zastosowaniu metod symulacyjnych. Jest oczywiste, że operatorom systemu eksploatacji zależy na osiągnięciu najwyższej niezawodności użytkowej. Postawmy więc pytanie: 7

18 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ od czego zależy wykonanie przez obiekt wymaganego zadania? Można wymienić szereg czynników wpływających na wykonalność wymaganego zadania. ) Właściwości obiektu (fizyczne, technologiczne, konstrukcyjne i inne). Właściwości te zostały wpisane w obiekt przez konstruktora (projektanta) i producenta (technologa). Właściwości te już nie mogą być zmienione na poziomie procesów eksploatacyjnych bez przebudowy lub rozbudowy obiektu. Stanowią one bierny czynnik wpływający na niezawodność. 2) Warunki użytkowania. Warunki te stanowią zespół sprzyjających i niesprzyjających oddziaływań otoczenia na obiekt. Można tu wymienić temperaturę i wilgotność otoczenia, ciśnienie atmosferyczne, właściwości zaopatrzenia (energetycznego, informacyjnego, materiałowego), celowe działania niszczące itp. W niektórych przypadkach warunki użytkowania mogą być zmieniane lub dobierane przez operatora użytkowania w taki sposób, aby zwiększać niezawodność. 3) Skuteczne wykrywanie i przeciwdziałanie procesom destrukcyjnym czyli skuteczne obsługiwanie. Obsługiwanie należy tu rozumieć jako wszelkie działania zapobiegające zainicjowaniu procesów destrukcyjnych, zatrzymujące te procesy i zmniejszające oraz usuwające ich skutki (do działań tych należy dozorowanie oraz technologia naprawcza). Na te czynniki może mieć wpływ operator obsługiwania. 4) Sposób sterowania obiektem czyli ciąg pobudzeń sterujących, generowanych przez operatora użytkowania. Sterowanie to decyduje o procedurach realizacji zadań, a tym samym o obciążeniach obiektu. Niekiedy operator użytkowania może mieć także wpływ na wybór zadań. 5) Właściwości strumienia zadań czyli rodzaje i objętość zadań, wymagany czas realizacji, rozkład strumienia zadań w czasie oraz sposób odbioru zadań przez zamawiającego (warunki techniczne i finansowe) itp. Zauważmy, że właściwości strumienia zadań kształtuje zamawiający czyli decydent-klient. Operator użytkowania może niekiedy wpływać na strumień zadań np. przez kształtowanie rozkładu kosztów (cen) wykonania poszczególnych zadań, uzgadnianie z zamawiającym sposobu realizacji zamówienia itp. Jest to pewien rodzaj dodatkowego sprzężenia między decydentem a operatorem użytku, które może wpływać na zdatność do realizacji zadań i tym samym na niezawodność. 6) Dostępność obiektu dla decydenta zlecającego wykonanie zadania. Zauważmy, że jeśli decydent-klient występuje z zamówieniem w czasie gdy obiekt jest już zajęty realizowaniem innego zadania lub zadań, to dla tego decydenta jest to równoznaczne z niezdatnością (nie ma przecież obowiązku interesować się powodem odmowy realizacji jego zadania). Jeśli natomiast decydent-klient godzi się oczekiwać na realizację zadania, to jest to w istocie pewna forma przywrócenia zdatności. Można tu więc mówić o względnej niezdatności i zdatności, a w konsekwencji o względnej niezawodności. Czynniki 2 6 są aktywnymi czynnikami wpływającymi na niezawodność. Łatwo zauważyć, że niezawodność zależy od wielu czynników wewnętrznych i zewnętrznych względem obiektu. Zatem nie można twierdzić, że niezawodność jest wyłącznie właściwością obiektu w ścisłym tego słowa znaczeniu, choć oczywiście właściwości samego obiektu mają istotne znaczenie. 8

19 ROZDZIAŁ. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI.3. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI OBSŁUGOWEJ Niezawodność obsługowa wyraża zaufanie decydenta i/lub operatora obsługiwania do tego, że obiekt (element, urządzenie, system) można obsłużyć (przywrócić zdatność) w określonych warunkach i w określonym czasie. Zaufanie to może się opierać na doświadczeniu uzyskanym z obserwacji procesów obsługowych pewnej populacji obiektów tego samego typu, przeprowadzonych w takich samych lub zbliżonych warunkach eksploatacyjnych, ale także na analizie teoretycznej i wynikach symulacji procesów obsługowych. Niezawodność obsługowa zależy od wielu czynników. Do ważniejszych spośród nich należy zaliczyć następujące: właściwości obiektu; skuteczność wykrywania niepożądanych stanów i procesów w obiekcie; efektywność sterowania procesem obsługowym; właściwości strumienia zadań obsługowych; dostępność obiektu dla realizacji zadań obsługowych. Zagadnienie niezawodności obsługowej jest szerzej rozpatrywane w rozdziale DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI BEZPIECZNOŚCIOWEJ Niezawodność bezpiecznościowa wyraża zaufanie decydenta i/lub operatora eksploatacji do tego, że obiekt (element, urządzenie, system) wykona określone zadanie eksploatacyjne (użytkowe lub obsługowe) bez zagrożenia dla ludzi, samego obiektu i otoczenia. Zaufanie to może się opierać na doświadczeniu uzyskanym z obserwacji funkcjonowania pewnej populacji obiektów tego samego typu, przeprowadzonych w takich samych lub zbliżonych warunkach eksploatacyjnych, ale także na analizie teoretycznej i wynikach symulacji procesów eksploatacyjnych. Bezpieczność jest pojęciem należącym do zbioru pojęć teorii bezpieczeństwa. Oznacza cechę (właściwość) obiektu (systemu) warunkującą stan bezpiecznego istnienia i funkcjonowania obiektu. Bezpieczne istnienie i funkcjonowanie oznacza, że obiekt nie zagraża życiu i zdrowiu operatora oraz innych ludzi znajdujących się w zasięgu oddziaływania obiektu, nie zagraża sam sobie, a także nie zagraża istnieniu i nie zakłóca prawidłowego funkcjonowania innych obiektów oraz środowiska, które go otacza. Bezpieczność jest właściwością względną jej poziom zależy nie tylko od właściwości wewnętrznych obiektu ale także od jakości oddziaływań otoczenia, a w tym np. od oddziaływań sterujących operatora. Analiza struktur rzeczywistych systemów eksploatacji wskazuje, że niemal w każdym przypadku daje się wyróżnić pewien - wewnętrzny i/lub zewnętrzny w stosunku do systemu antropotechnicznego (SAT) - zestaw środków (urządzeń, reguł, czynników) pozostających względem siebie w określonych relacjach i spełniających funkcje warunkujące stan systemu w aspekcie bezpiecznościowym. Ten zestaw środków i realizowanych przy ich udziale funkcji i procesów podzielić można na dwie przeciwstawne ze względu na skutki oddziaływań struktury: system zagrożeń i system bezpieczeństwa. Systemy te, w połączeniu z systemem antropotechnicznym, tworzą strukturę, którą nazywamy systemem bezpiecznościowym (Rys..3). Zauważmy, że procesowi użytkowania, w wyniku którego powstaje efekt użytkowy, towarzyszą nieodłącznie procesy destrukcyjne wywoływane przez różne czynniki wyzwalające, generowane przez system zagrożeń. Przykładem takich czynników mogą być niekorzystne warunki klimatyczne lub błędne sterowanie obiektu przez operatora. Brak przeciwdziałania 9

20 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ tym czynnikom oraz wywołanym przez nie procesom prowadzi nieuchronnie do stanu niezdatności, który może mieć wymiar awarii a nawet katastrofy 2. Mając to na uwadze wyposaża się niektóre obiekty i systemy eksploatacji w systemy bezpieczeństwa. Zadaniem systemu bezpieczeństwa jest w najkrótszym ujęciu zapobieganie pojawianiu się czynników wyzwalających oraz generowanie w takiej liczbie, formie, czasie i natężeniu czynników osłonowych, interwencyjnych, przeciwawaryjnych i ratunkowych mających na celu zapobiegać, przerywać lub przynajmniej spowalniać pojawiające się procesy destrukcyjne (odwracalne i nieodwracalne) tak aby system antropotechniczny pozostawał w stanie bezpieczeństwa a jeśli to niemożliwe to przynajmniej by skutki stanu niezdatności nie były zbyt dotkliwe. Oczywiste jest, że nie każdy proces destrukcyjny prowadzi do awarii lub katastrofy. Dlatego rozpatrując zagadnienie niezawodności bezpiecznościowej obiektu technicznego bierze się pod uwagę przede wszystkim te procesy uszkodzeniowe, które przy braku przeciwdziałania przekształcają się w nieodwracalne procesy awaryjno-katastroficzne prowadzące nieuchronnie do stanu awarii i/lub katastrofy. SYSTEM ZAGROŻEŃ PROCESY DESTRUKCYJNE CZYNNIKI WYZWALAJĄCE ODWRACALNE NIEODWRACALNE STAN AWARII/ /KATASTROFY SYSTEM ANTROPOTECHNICZNY (D-P-U) PROCES UŻYTKOWY EFEKT UŻYTKOWY CZYNNIKI OSŁONOWE CZYNNIKI INTERWENCYJNE CZYNNIKI PRZECIWAWARYJNE I RATUNKOWE PODSYSTEM OSŁONOWY PODSYSTEM INTERWENCYJNY SYSTEM BEZPIECZEŃSTWA PODSYSTEM PRZECIWAWARYJNY I RATUNKOWY Rys..3. Struktura systemu bezpiecznościowego na tle podstawowych procesów związanych z użytkowaniem obiektu technicznego W większości przypadków można przyjąć, że w zależności od poziomu bezpieczności obiekt może się znajdować w jednym z następujących stanów bezpiecznościowych (Rys..4): w stanie bezpieczeństwa bezwarunkowego (B); w stanie bezpieczeństwa warunkowego (BW); w stanie zagrożenia (Z); w stanie niebezpieczeństwa (N); w stanie awaryjno-katastroficznym (A/K). Awaria to stan obiektu (systemu) charakteryzujący się rozległą i głęboką niezdatnością wywołującą poważne straty materialne. 2 Katastrofa to stan obiektu (systemu) charakteryzujący się nie tylko rozległą i głęboką niezdatnością wywołującą poważne straty materialne ale także pociągający ofiary w ludziach. 20

21 ROZDZIAŁ. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI SZ G w PO D B B STB G o PI D Z BW G i Z PPA D N N G pa A/K Rys..4. Struktura funkcjonalno-zadaniowa systemu bezpiecznościowego Oznaczenia: STB stany bezpiecznościowe systemu antropotechnicznego; SZ system zagrożeń; PO podsystem osłonowy; PI podsystem interwencyjny; PPA podsystem przeciwawaryjno-ratunkowy; B stan bezpieczeństwa bezwarunkowego; BW stan bezpieczeństwa warunkowego; Z stan zagrożenia ( żółty alarm ); N stan niebezpieczeństwa ( czerwony alarm ); A/K stan awarii lub katastrofy; D B układ dozorowania stanu bezpieczeństwa bezwarunkowego i warunkowego oraz generatora G w czynników wyzwalających proces uszkodzeniowy; G o generator czynników osłonowych; D Z układ dozorowania stanu bezpieczeństwa warunkowego i stanu zagrożenia; G i generator czynników interwencyjnych; D N układ dozorowania stanu niebezpieczeństwa i stanu awaryjno-katastroficznego; G pa generator czynników przeciwawaryjnych i ratunkowych. Nietrudno zauważyć, że stan bezpieczeństwa bezwarunkowego jest stanem intencjonalnym, praktycznie prawie nieosiągalnym. Typowymi stanami bezpiecznościowymi rzeczywistego obiektu (systemu) są odwracalne stany: bezpieczeństwa warunkowego i zagrożenia. W tych stanach obiekt jest jeszcze technicznie zdatny lub niezdatność może być stosunkowo łatwo usunięta. W przypadku niekorzystnego rozwoju sytuacji stan zagrożenia przekształca się w nieodwracalny stan niebezpieczeństwa. W tym stanie w obiekcie (w systemie) toczy się proces destrukcyjny o dużej dynamice, intensywności i poważnych skutkach w postaci końcowego stanu awaryjno-katastroficznego. O postaci tego końcowego stanu a zwłaszcza o 2

22 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ zakresie i znaczeniu strat wywołanych tym stanem decyduje skuteczność systemu bezpieczeństwa a przede wszystkim skuteczność podsystemu przeciwawaryjnego i ratunkowego. Dążenie do stanu bezpieczeństwa bezwarunkowego, utrzymanie obiektu w stanie bezpieczeństwa warunkowego oraz powracanie do tego stanu ze stanu zagrożenia, a także ograniczanie negatywnych skutków stanu niebezpieczeństwa i stanu awaryjno-katastroficznego wymaga nakładów w postaci metod i urządzeń tworzących system bezpieczeństwa zawierający następujące moduły zadaniowe: podsystem osłonowy (PO); podsystem interwencyjny (PI); podsystem przeciwawaryjno-ratunkowy (PPA). Podsystem osłonowy (PO) jest to zespół działań i środków wytwarzających czynniki osłonowe, których zadaniem jest zapobieganie uaktywnianiu się czynników wyzwalających w obiekcie (w systemie antropotechnicznym) procesy destrukcyjne, zwłaszcza tych, które mogą prowadzić do awarii lub katastrofy. Podsystem interwencyjny (PI) jest to zespół działań i środków aktywizujących czynniki interwencyjne, przerywające lub hamujące procesy destrukcyjne, zwłaszcza te, które mogą prowadzić do awarii lub katastrofy. Podsystem przeciwawaryjny i ratunkowy (PPA) jest to zespół działań i środków aktywizujących czynniki przeciwawaryjne i ratunkowe ograniczające skutki awarii lub katastrofy. Zauważmy, że w każdym z tych trzech, omówionych podsystemów systemu bezpieczeństwa istotną rolę odgrywają układy dozorujące. Organizacja procesu dozorowania ma istotne znaczenie dla bezpieczeństwa SAT. Wynika to, z co najmniej dwu powodów: zwłoka dozorowania 3 może decydować o możliwości uniknięcia niepożądanych stanów niezdatności; zwłoka dozorowania może determinować skutki niezdatności (skutki procesów destrukcyjnych). Przyjmijmy, że zasób energii, informacji i substancji systemu bezpieczeństwa, który może być użyty w celu zlikwidowania lub przynajmniej zmniejszenia negatywnych skutków oddziaływania systemu zagrożeń na system antropotechniczny, nazywać będziemy potencjałem bezpieczeństwa F PB systemu bezpiecznościowego. Podobnie przyjmijmy, że zasób energii, informacji i substancji systemu zagrożeń, który stanowi zagrożenie dla systemu antropotechnicznego, nazywać będziemy potencjałem niebezpieczeństwa F PN systemu bezpiecznościowego. Warunkiem koniecznym zachowania stanu bezpieczeństwa (w tym także powrotu do tego stanu ze stanu zagrożenia) jest istnienie potencjału bezpieczeństwa niemniejszego od potencjału niebezpieczeństwa, czyli: F PB F PN (.) Minimalny, wystarczający potencjał bezpieczeństwa nazywać można wymaganym potencjałem F Pb-wym systemu bezpiecznościowego, zaś istniejący potencjał bezpieczeństwa nazywać można potencjałem dysponowanym F Pb-dys systemu bezpiecznościowego. W konsekwencji warunek konieczny zdatności bezpiecznościowej systemu antropotechnicznego zapisać można następująco: 3 Zwłoką dozorowania nazywamy czas między chwilą zaistnienia niepożądanego zdarzenia a chwilą uzyskania informacji o tym zdarzeniu 22

23 ROZDZIAŁ. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI F Pb-dys F Pb-wym (.2) Zauważmy, że na potencjał dysponowany składają się potencjały podsystemów zadaniowych systemu bezpieczeństwa tj. podsystemów: osłonowego, interwencyjnego i przeciwawaryjno-ratunkowego. Można zatem w tym aspekcie mówić o trzech poziomach bezpieczeństwa SAT: pierwszy poziom bezpieczeństwa (bezpieczeństwo bezwzględne); miarą tego bezpieczeństwa jest akceptowalna wartość prawdopodobieństwa skutecznej deaktywacji, przez podsystem osłonowy, czynników wyzwalających proces destrukcyjny; drugi poziom bezpieczeństwa (bezpieczeństwo względne); miarą tego bezpieczeństwa jest akceptowalna wartość prawdopodobieństwa skutecznego działania podsystemu interwencyjnego (tj. działania polegającego na przerwaniu procesu destrukcyjnego); trzeci poziom bezpieczeństwa (bezpieczeństwo ograniczone); miarą tego bezpieczeństwa jest akceptowalna wartość prawdopodobieństwa skutecznego działania podsystemu przeciwawaryjno-ratunkowego (tj. działania polegającego na ograniczeniu skutków awarii lub katastrofy do akceptowalnego rozmiaru). Niezawodność bezpieczeństwa systemu antropotechnicznego można jak łatwo zauważyć - oceniać ogólnie jako wypadkowy rezultat działania wszystkich podsystemów bezpieczeństwa lub szczegółowo z rozbiciem na poszczególne poziomy bezpieczeństwa i poszczególne podsystemy bezpieczeństwa..5. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI ADMINISTRACYJNEJ Niezawodność administracyjna wyraża zaufanie decydenta i/lub operatora eksploatacji do tego, że obiekt (element, urządzenie, system) wykona określone zadanie eksploatacyjne bez naruszania obowiązujących norm, przepisów, nakazów i zakazów (np. wymagań ekologicznych, przepisów unijnych itp.). Zaufanie to może się opierać na doświadczeniu uzyskanym z obserwacji funkcjonowania pewnej populacji obiektów tego samego typu, przeprowadzonych w takich samych lub zbliżonych warunkach eksploatacyjnych, często także na analizie teoretycznej i symulacji procesów eksploatacyjnych. Niezawodne utrzymanie zdatności administracyjnej zależy w dużym stopniu od operatora, który nie powinien ulegać niewłaściwym naciskom ze strony decydenta-klienta. Zagadnienia tego nie będziemy tu szerzej rozwijać ze względu na zakres tematyczny skryptu..6. DYSKUSJA POJĘCIA NIEZAWODNOŚCI OPERATORA Zgodnie z Rys.. operator i obiekt tworzą system (parę antropotechniczną) o tzw. szeregowej strukturze niezawodnościowej zawierającej dwa elementy. ZADANIA UŻYTKOWE (ZU) P OPERATOR POBUDZENIA STERUJĄCE (PS) O OBIEKT EFEKT UŻYTECZNY (EU) Rys..5. Przykład niezawodnościowej struktury szeregowej, składającej się z dwu elementów: operatora P oraz obiektu technicznego O 23

24 PODSTAWY NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ Każdy system o strukturze szeregowej jest zdatny tylko wtedy, gdy wszystkie jego elementy składowe są zdatne. Jeśli jednym z elementów jest człowiek-operator to zdatność a tym samym i niezawodność zależy także od niezawodności człowieka. Sformułowanie modelu matematycznego człowieka jest bardzo trudne. Trudności te wynikają z tego, że o niezawodności człowieka decydują w znacznej mierze jego właściwości psycho-motoryczne oraz motywacje do działania. Zarówno właściwości psycho-motoryczne jak też motywacje mogą znacznie różnić się u różnych osób. Ponadto obserwuje się znaczne fluktuacje tych właściwości nawet u tego samego osobnika w różnych okresach czasu. Z tych powodów statystyczne modele niezawodności człowieka są zazwyczaj mało dokładne, ale mimo wszystko pozwalają na opis szacunkowy. Tutaj omówimy nieco dokładniej czynniki wpływające na niezawodność operatora. Pewna wiedza na ten temat może ułatwić podejmowanie eksploatacyjnych decyzji organizacyjnych. Przy opracowywaniu i generowaniu pobudzeń (sygnałów) sterujących operator opiera się na bieżącej informacji o procesie użytkowym (w tym informacji diagnostycznej) oraz na swojej znajomości tego procesu wyuczonej oraz uzyskanej doświadczalnie. Między operatorem a obiektem (np. w układzie operator-komputer) stosowany jest często tzw. interfejs. Ogólnie rzecz biorąc jest to urządzenie, które powinno ułatwiać współpracę operatora z obiektem, nawet korygować niektóre błędy operatora. Zgodnie z dyrektywami odpowiednich organów Unii Europejskiej interfejs operatora powinien spełniać szereg wymagań. Niżej przytoczono niektóre z nich. ) Interfejs powinien pomagać operatorowi przy podejmowaniu (wyborze) decyzji sterujących. Może to polegać na: doradzaniu decyzji najlepszych w aktualnej sytuacji z ewentualnym ich uzasadnieniem; ułatwianiu uzyskania informacji stanowiących podstawę podejmowania decyzji; przeprowadzaniu potrzebnych obliczeń; ułatwianiu diagnostycznej interpretacji informacji o stanie obiektu technicznego; kalkulacji opłacalności zrealizowania zadań użytkowych i obsługowych; analizie i korygowaniu błędów informacji przepływających między obiektem a operatorem oraz korygowaniu błędów operatora. 2) Interfejs powinien posiadać możliwości adaptacji do poziomu percepcji informacji i umiejętności operatora. Może to polegać na: doradzaniu takich decyzji sterujących, które operator potrafi zrozumieć i wykonać; przekazywać informacje w formie i języku zrozumiałym dla operatora; 3) Interfejs powinien posiadać możliwości: dostarczania operatorowi informacji zwrotnych o reakcji obiektu na pobudzenia sterujące; oceny reakcji obiektu ze względu na ich zgodność z wymaganiami. Niezawodność operatora w sensie deskrypcyjnym wyraża się przez: bezbłędność generowania pobudzeń sterujących w określonych warunkach i czasie; zaufanie (np. ze strony decydenta), że operator wykona swoje zadanie zgodnie z potrzebami i w wymaganym czasie. Wskaźnikiem niezawodności operatora (traktowanego jako element systemu) może być prawdopodobieństwo bezbłędnej pracy w przedziale czasowym [0,t]: R(t) = P(T > t) (.3) gdzie: T czas do pierwszego błędu operatora. 24