ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Чтобы количественно охарактеризовать сте­пень достижения системой эксплуатации ЛК пятой цели — высокой безопасности выполнения эксплуатационных процессов, рассмотрим сначала существо безопасности эксплуатации. Различают опасные и вредные производственные факторы. Первые приводят к травмам, а вторые — к заболеваниям работающих. Безопасностью производст­венного процесса называют его свойство сохранять безопасное состо­яние при протекании с заданными параметрами в течение установ­ленного времени. Определение безопасного состояния отсутствует, поэтому введем дополнительные понятия, определяющие безопасность эксплуатации ЛК.

Определим понятие опасного эксплуатационного процесса как про­цесса, при выполнении которого возможны опасные последствия-, на­їм

несение ущерба здоровью (травмирование, отравление и др.) и гибель людей; аварии, приводящие к повреждению техники; вредное воздей­ствие на окружающую среду (загрязнение, заражение воды, местности, воздушного пространства и т. п.).

Будем называть эксплуатацию в целом, или отдельную операцию, или технологический эксплуатационный процесс безопасными, если при их выполнении не может наступить перечисленных выше послед­ствий. Каждый опасный эксплуатационный процесс включает в себя не менее одной опасной операции, при выполнении которой возможно наступление рассмотренных выше опасных последствий. В принципе можно считать опасными все технологические процессы, ведущиеся при эксплуатации ЛК, так как они связаны с необходимостью работы с токсичными веществами, при высоком напряжении в электрических сетях, на большой высоте, с тяжелыми и крупногабаритными грузами и т. п.

Степень опасности различных процессов неодинакова, она зависит от характера и числа опасных операций в процессе обученности пер­сонала, уровня организации работ, контроля и других факторов. Проявление потенциальной опасности процесса или операции в виде возникновения опасных последствий при их выполнении конкретным персоналом в определенных условиях носит случайный характер, а поэтому может характеризоваться вероятностными показателями, опре­деляющими степень возможности наступления опасных последствий, и экономическими показателями, оценивающими ущерб от опасных последствий эксплуатации ЛК.

С учетом этих соображений введем следующие показатели достиже­ния системой эксплуатации пятой цели:

вероятности Рб. в и Рб. г безопасной эксплуатации одного (любого) ЛК в системе за весь срок эксплуатации Тъ или за срок гарантии Тт;

вероятность P6(ti, t,+1) безопасной эксплуатации одного (любого) ЛК в системе на произвольном интервале (th ti+i) £ (О, Т3);

вероятность Pesvit) безопасного выполнения v-й опасной опера­ции в s-м эксплуатационном процессе при условии, что эта операция начинается в текущий момент времени t эксплуатации ЛК;

количество rs(t) проведенных на интервале (0, /) эксплуатации ЛК s-x опасных процессов;

интенсивность или частота —выполнения s-ro опасного экс-

di

плуатационного процесса в текущий момент времени t эксплуата­ции ЛК;

количество ms опасных операций в s-м опасном эксплуатационном процессе;

количество k опасных процессов при эксплуатации ЛК; средний ущерб Сб за счет наступления одного опасного послед­ствия на одном ЛК системы;

математическое ожидание MJCJ среднего ущерба из-за опасных последствий при эксплуатации одного ЛК в составе системы в течение срока Тэ.

Приведенные показатели не охватывают полностью всех аспектов безопасной эксплуатации ЛК. Так, можно было бы ввести показатели: отражающие влияние организации и контроля эксплуатационных процессов; учитывающие тяжесть опасных последствий (например, вероятности получения легких и тяжелых травм, гибели людей); дающие возможность прогнозировать количество травм или жертв

среди персонала и т. д. Однако введенные выше показатели позволяют в обобщенном виде оце­нить количественно сте­пень безопасности экс­плуатации ЛК. Проана­лизируем эти возмож­ности.

Общий процесс экс­плуатации ЛК можно представить как сово­купность k(s — 1, 2, …,/е) типов опасных эксплуа­тационных процессов (см. [42, 46]): заправку ЛА топливом, транспортировку ЛА или его ступеней в позиционном районе, установку ЛА в ПУ, открытие защит­ного устройства ПУ, расстыковку или пристыковку элементов ЛА, электрические проверки аппаратуры ЛА и др. Продолжительность та­ких процессов обычно составляет от десятков минут до десятков часов. По сравнению со сроком эксплуатации Тэ, равным 7—15 годам, мож­но считать такие процессы практически мгновенными и поэтому интен: сивность или частоту их наступления характеризовать непрерывной

функцией-, — — (s = 1, 2, …, /г).

Г. At •

На рис. 3. 7 представлена схема проведения за срок эксплуатации Тэ k типов опасных эксплуатационных процессов, каждый из которых отмечен точками на соответствующей оси. В зависимости от разделения общего процесса эксплуатации на k типов опасных процессов определят­ся и функции. Так, например, если в момент времени t необ­

ходимо устранить неисправность в приборном отсеке ЛА, который на­ходился в готовности к применению, то можно считать, что одновре­менно выполняются несколько опасных процессов: открытие защитного устройства, электрические проверки ЛА, отстыковка приборного от­сека, его транспортировка для диагностики и ремонта (замены), уста­новка восстановленного (нового) приборного отсека, электрические проверки ЛА, закрытие защитного устройства.

Поскольку многие опасные процессы необходимо проводить после возникйовения неисправности ЛК в случайный момент времени, а иногда с этими моментами связывать и различные виды технического обслуживания, например проведение ПП (см. рис. 3.2), то функция

Если известно число ms опасных операций в s-м процессе, то общее количество опасных операций, выполненных на интервале эксплуата­ции (0, t) при проведении s-x процессов, можно представить в виде

Ms(t) = msrs(t), (3.63)

а общее количество опасных операций, выполненных во всех k процес­сах, составит

M(t) = 2 «Л (О — (3-64)

S—1

Выполнение v-й опасной операции s-ro опасного процесса характе­ризуется вероятностью Рбю безопасного ее выполнения. Этой веро­ятностью учитываются потенциальная опасность работ, их организа­ция и контроль, условия проведения, а также обученность персонала, выполняющего операцию.

Счедует отметить, что с повышением обученности персонала, со­вершенствования организации и условий проведения работ вероятность PCs, растет с увеличением количества выполненных операций. Исполь­зуя известные стохастические модели обучения, которые будут рас­смотрены в § 4.2 и 4.3, можно получить зависимость изменения Рбsv в процессе эксплуатации. Будем полагать, что v-я операция выпол­няется в s-м процессе один раз. Если какая-либо опасная операция вы­полняется, например, три раза в одном процессе, то можно рассматри­вать Рб sv как вероятность безопасного выполнения этой операции трижды. При этом условии число раз выполнения v-й операции s-ro процесса к моменту времени эксплуатации составит rjf). Тогда можно записать искомую зависимость роста вероятности безопасного выпол­нения операции в момент t от величины r,.(t) в форме, которая подроб­но будет раскрыта в § 4.2 [см. (4.33)]:

P6ss (t) = P6SV (rs) = P6SV [rs (/)] = 1 — (1 — P6sVo) e”°s/i m, (3.65)

где Рбет, — вероятность безопасного выполнения операции в первый раз; ОвТ— параметр, характеризующий эффективность научения пер­сонала в ходе выполнения операции.

Характер зависимости (3.65) при большом числе r(Ts) представлен на рис. 3.9 условно в виде непрерывной функции. Пунктиром показано иногда наблюдаемое на практике снижение безопасности работ после какого-то периода эксплуатации за счет психологических факторов,

вызванных стремлением хорошо обу­ченного персонала выполнять процесс с сознательным отклонением от установ­ленной технологии для облегчения или сокращения времени работ с уменьшени­ем объема мероприятий, обеспечиваю­щих безопасность. Такой эффект возни­кает из-за излишней уверенности пер­сонала в своих навыках и умении. По­добные отношения к мерам безопасности иногда фиксируют у опытных водителей, летчиков и представителей других про­фессий, связанных с повышенной опас­ностью работ.

Строго говоря, зависимость (3.65) описывается ломаной, так как

rs(t) принимает целочисленные положительные значения rs = 1, 2……………….

гэ = га(Тэ). С учетом этого вероятность Pqsv может быть представ­лена как функция количества выполненных s-x процессов:

Реи (rs) — 1 —(1 — P6Sv0) е. (3.66)

Если возникновение опасных последствий во всех ms on асных опе­рациях s-ro процесса считать независимыми событиями с учетом того, что каждая операция выполняется один раз, вероятность безопасного выполнения одного процесса s-ro типа в rs-й раз или в момент і эксплу­атации ЛК в соответствии с (3.65) можно представить в виде

В первом приближении можно также допустить, что возникновения опасных последствий в rs процессах s-ro типа являются независимыми событиями, хотя такая зависимость имеет место из-за роста величины P6sv по мере увеличения rs. Если такое допущение не очень грубо, то вероятность безопасного выполнения всех процессов s-ro типа за весь период эксплуатации Тэ определяется выражением

Полагая, что наступление опасных последствий во всех k типах процессов независимые события, получим вероятность безопасной эксп­луатации ЛК в течение срока Та:

Рс..= П Р6М. (3.69)

S=

С учетом (3.65)—(3.69) в развернутом виде получим

Величину P6 s можно получить и другим путем. Вычислим веро­ятность безопасного выполнения s-ro процесса за время dt. Полагаем, что интервал dt содержит момент времени t, на котором вероятность Рб8(0 безопасного выполнения одного s-ro процесса определяется вы­ражением (3.67). За время dt таких процессов необходимо выполнить drs(t). Если полагать, что все опасные последствия в drs(t) процессах наступают независимо, то вероятность их безопасного выполнения

pcsk{t) = PcsMdrsk(t)- (3.71)

Используя допущения о независимости наступления опасных последствий во всех к типах процессов, получим вероятность безопас­ной эксплуатации ЛК за время dt в виде

Отсюда в интервале (О, Т3) с учетом (3.67), (3.71), (3.72) вероятность безопасной эксплуатации ЛК

* drsk (О Рв*(0=П[Рвл(/)1

Рб.. = f Рв(0dt = jIII [P6s,(0)dr^,) =

ед. /,.,)= Jpm<u — I’jjri JnJ Нг*І)А

На произвольном интервале (fe, <г+4) вероятность безоп асной эксп­луатации ЛК

Анализ всех приведенных выше показателей безопасности эксплуа­тации ЛК дает возможность установить, что основными составляю­щими в них являются: 1) вероятности PcslO безопасного выполне­ния каждой опасной операции или определяющие эту функцию па­раметры Рби„, as/, 2) интенсивности или частоты выполнения про­цессов dr^t " • 3) количества ms опасных операций в каждом процессе и число таких процессов k.

Действительно, если заданы величины P6Sv„, ms, k и функции dr* ft)

— sy ’■ , то тем самым в рамках рассмотренной схемы определены

все вероятностные показатели безопасности эксплуатации ЛК — Деталь­но анализируя эксплуатационную документацию ЛК, нетрудно вы­делить те или иные опасные операции и процессы, т. е. найти величины ms и k. Зная планируемую периодичность технического обслуживания и ремонтов элементов ЛК и ЛК в целом, а также прогнозируя частоту возникновения, характер и технологию устранения неисправностей,

можно рассчитать и функции ‘ Значительно большую не­

определенность нужно преодолеть, чтобы найти функции P6sv(0 или параметры P6sv0, nSv.

Дело заключается в том, что планируемые значения Рс^(і), безу­словно, всегда равны единице, так как в отработанной эксплуатацион­ной документации заложена такая технология и организация процес­сов, которая должна обеспечить полную безопасность работ. Однако накопленный опыт эксплуатации ЛК и статистика, характеризующая
распределение опасных последствий в результате многократного вы­полнения подобных операций, позволяют оценить искомые вероят­ности p6sv(/).

Может создаться впечатление, что расчет вероятностей безопасной эксплуатации, меньших единицы, как бы заведомо санкционирует какую-то долю травм, жертв, аварий. Приведенные показатели могут быть в первую очередь использованы для количественной оценки и сравнения предлагаемых вариантов технологии, организации и кон­троля эксплуатационных процессов, уровня обученности персонала.

Отсутствие количественных методов оценки этих факторов, требо­вание безусловной безопасности эксплуатации, не подкрепленные числовыми показателями, способствуют увеличению числа опасных последствий. Подобные соображения о целесообразности применения вероятностных методов возникают при решении задач и в других от­раслях техники. Например, в § 2.3 отмечалось, что детерминированный расчет конструкции на прочность дает только*два результата: типа «да», или единица (прочная конструкция), и «нет», или ноль (непрочная), в то время как вероятностная мера позволяет оценить количественно характеристики прочности всем набором значений между 0 и 1. Анало­гичная картина имеет место при оценке эффективности применения комплекса по назначению. В этом случае применение вероятностных показателей стало традиционным и психологически воспринимается легко.

Для ТОГО чтобы определить Средний ущерб Сб от наступления одного опасного последствия на одном ЛК можно использовать соответствую­щие статистические данные по эксплуатации, хотя на этом пути стоят определенные трудности (например, определение экономического ущер­ба от гибели людей и др.). Если все же эта величина известна, то мате­матическое ожидание среднего ущерба МС^ за счет опасных послед­ствий за весь срок эксплуатации Т3 одного ЛК в анализируемой си­стеме ЛК можно найти в виде

лусб1 = Сб(1 — Яб. э). (3.75)

Использование экономических показателей CG, УИэ[Сб] позволяет оценить затраты на проведение мероприятий по повышению безопас­ности эксплуатации ЛК и их эффективность. Проиллюстрируем при­мером возможности количественной оценки показателей безопасности эксплуатации.

Пример 3.9. Рассчитать вероятность PG безопасной эксплуатации ЛК в тече­ние первого года, если эксплуатация включает в себя два независимых процесса (s = 1,2): первый проводится при устранении неисправностей, а известно, что поток неисправностей подчиняется экспоненциальному закону с параметром ы = 2 года-1; второй идет при проведении периодических проверок, которые вы­полняются через каждые три месяца.

Первый процесс включает тх = 2 независимых опасных операций, второй — т2 = 3. Все операции имеют одинаковую зависимость вероятности безопасного выполнения [см. (3.66)] от количества rs выполнений:

P6sJrs)=1— V — 0,999)~°’1г*; s = 1, 2; vx=l,2; vt= 1,2,3,

где Р6sv0 = 0,999; asv = 0,1.

В соответствии с исходными данными интенсивности процессов

= i£L = 4_L_,

dt год dt год

т. е. первый процесс за один год в среднем пройдет два раза (/тэ = 2), второй — четыре (г8э = 4). В соответствии с (3.67) и (3.68) найдем вероятность безопасно­го выполнения первого процесса, состоящего из двух одинаковых операций, т. е. в первый и во второй раз:

Рви (Г1Э = 2) = [l — (1 — 0,999) е-0’1 1J2 [l — (1-0,999) е~0,1’2]2 =

= 0.9990952 • 0.99І8І2 = 0.996557.

Вероятность безопасного выполнения второго процесса, состоящего из трех одинаковых операций, т. е. в первый, второй, третий и четвертый раз, находится аналогично:

PC2v(r29=4) = [l-(l -0,999)~°’1 ‘1 ]3 [ 1 — (I _ 0,999)~°’1 2]3 х

X [і— (1 — 0,999ГО,1’3]3[і — (1 — 0.999)-0,1’4]3 =

= 0,999095s ■ 0,999181s ■ 0,999259s . 0,999330s = 0,990636.

Определим вероятность безопасной эксплуатации ЛК в течение года. В со­ответствии с (3.69) имеем Рс. э = 0,996557 • 0,990636 = 0,987225.

Анализ введенных и проанализированных в главе показателей дает возможность установить, что многие из них зависимы. Постараем­ся свести к минимуму совокупность этих величин, но такому, который был бы чувствителен к изменениям системы эксплуатации ЛК и отра­жал бы выполнение всех пяти целей. Достижение первой и второй целей при заданных характеристиках ЛК и определенных задачах, которые должны решать ЛА, характеризуется: 1) показателем Жт), учитывающим надежность ЛК и возможности восстановления готов­ности комплекса за заданное время, или в частном случае обобщенным показателем R надежности ЛК; 2) сроком гарантии Гг, или гамма-про­центным сроком службы 7’т, или сроком Тэ эксплуатации ЛК, опре­деляющими продолжительность эксплуатации без заметного снижения эксплуатационных свойств ЛК.

Достижение третьей цели можно характеризовать разностью А Л/Д) = Л/Д) — ЛД. Р(/) действительного и требуемого к данному мо­менту существования системы числа эксплуатируемых ЛК или ЛА.

Достижение четвертой цели достаточно полно определяется вели­чиной средних за срок Тэ или Тг удельных (приходящихся на один ЛК) затрат CN на создание и эксплуатацию системы и средних удель­ных затрат Сэ на эксплуатацию одного ЛА или одной ПУ в течение одного года в составе системы.

Достижение пятой цели можно количественно характеризовать вероятностью Ябэ безопасной эксплуатации одного ЛК в составе си­стемы в течение срока Тэ или Тг, а также средним ущербом Сб от на­ступления одного опасного последствия на одном комплексе системы.

Таким образом, совокупностью показателей R(t) или R, Tr, AN(t), CN, С9, Рб, э, Сб можно более или менее полно отражать функциони­рование системы эксплуатации. Естественно, что при решении ряда частных задач могут оказаться предпочтительными (более чувствитель­ными, удобными при анализе) несколько видоизмененные показатели или только часть названных. Однако нет сомнения, что эта совокуп­ность отражает степень выполнения всех поставленных перед системой целей. В следующих двух главах рассмотрим методы расчета основной характеристики — обобщенного показателя надежности ЛК — с уче­том его изменений в процессе эксплуатации и ограниченности статис­тического материала, по которому этот показатель может быть оценен.