Обеспечение надежности технических систем
Технические системы как объекты техносферы
Часть биосферы, преобразованная человеком, является техносферой, и в этом преобразовании участвуют техника, технические системы и используемая технология.
Техника - совокупность средств человеческой деятельности, созданных для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. В технике материализованы знания и производственный опыт, накопленные человечеством в процессе развития производства. Техника облегчает трудовые усилия человека и увеличивает их эффективность, позволяет преобразовывать природу в соответствии с потребностями общества. Основную часть технических средств составляет производственная техника, к которой относятся машины и механизмы, инструменты, аппаратура управления машинами и технологическими процессами, а также производственные здания и сооружения, коммуникации и т. д.
Под технической системой (объектом) понимается упорядоченная совокупность отдельных элементов, связанных между собой функционально и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение некоторых заданных функций (достижение цели) при различных состояниях работоспособности. Объектами могут быть различные системы и их элементы, в частности: сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали. Признаком системы является структурированность, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. Системе присуще множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность и единство. Всякая система состоит из элементов, каждый из которых может рассматриваться как подсистема. Каждая подсистема есть система более низкого иерархического уровня. Поскольку все подсистемы и элементы, из которых состоит система, определенным образом взаимно расположены и взаимосвязаны, образуя данную систему, можно говорить о структуре системы. Структура системы - это то, что остается неизменным в системе при изменении ее состояния, при реализации различных форм поведения, при совершении системой операций и т. п.
Процессы, происходящие в системах, можно охарактеризовать с помощью следующих понятий: состояние, поведение, равновесие, устойчивость. Поведение системы, ее равновесие, устойчивость и развитие связаны с изменениями состояния системы. Системы функционируют в пространстве и времени. Процесс функционирования систем представляет собой изменение состояния системы, переход ее из одного состояния в другое. В соответствии с этим системы подразделяются на статические и динамические.
Статическая система - это система с одним возможным состоянием. Динамическая система - система с множеством состояний, в которой с течением времени происходит переход от состояния в состояние. С позиций безопасности задачи исследования технических систем заключаются в том, чтобы увидеть, каким образом элементы системы функционируют в системе во взаимодействии с другими ее частями и по каким причинам может произойти отказ, грозящий негативными последствиями для окружающей среды.
Проведение комплекса мероприятий по обеспечению безопасности жизнедеятельности человека базируется на выявлении наиболее слабых и потому подверженных наибольшему риску выхода из строя элементов любого рода систем. Важным системным свойством, напрямую связанным с обеспечением безопасности жизнедеятельности человека, является стохастичпость любой системы, представляющая собой случайный, вероятностный характер всех процессов, происходящих в системе, всех внешних воздействий на нее со стороны окружающей среды и самого существования этой системы. Вероятностная природа параметров системы является фундаментальным свойством. В связи с этим судить о качестве, достоинствах и недостатках любой системы можно лишь с большей или меньшей степенью вероятности. Именно в этой неопределенности параметров систем и кроется основная причина как техногенных, так и природных катастроф. Неопределенность возрастает, когда речь идет об эксплуатации созданной системы. Этот процесс сопровождается таким большим количеством непредсказуемых факторов и их сочетаний, что надеяться на абсолютную надежность какой-либо системы невозможно.
Кроме непосредственного функционирования, эксплуатация технической системы (ТС) в процессе ее жизненного цикла предполагает реализацию в самых различных сочетаниях таких этапов, как хранение (консервация), транспортировка, подготовка к функционированию, регламентное техническое обслуживание, ремонтное обслуживание, подготовка к хранению (консервации). Финишным рубежом жизненного цикла любой технической системы является утилизация, связанная с полным прекращением ее дальнейшего существования (рис. 6.3).
Рис. 6.3. Основные характеристики технической системы в процессе эксплуатации
В случаях, когда используется термин «техническая система», подразумевается, что такая система является продуктом определенного уровня развития техники. Однако даже в автоматических, автоматизированных или роботизированных системах (комплексах) человек обязательно присутствует либо на стадии задания их программы, либо на стадии управления, хотя бы дистанционно. В связи с этим используется также термин эрготехническая система. Под эрготехнической понимается такая система, которая, представляя собой человеко-машинный комплекс, включает в состав техническую часть и человека, выполняющего активные трудовые функции, от успешной реализации которых наравне с технической частью зависит достижение поставленных перед системой целей.
Технические системы вследствие своей сложности и многофункциональности характеризуются рядом основных показателей.
Показатели безопасности определяют способность системы обеспечивать при ее эксплуатации безопасность обслуживающего персонала и населения. Хотя безопасность рассматривается как одно из свойств надежности, оно выходит за рамки надежности, поскольку неполнота безопасности может проявляться и в нормальных условиях работы объекта.
Экологические показатели определяют уровень вредных воздействий на окружающую среду при эксплуатации, производстве, потреблении и транспортировании продукции. К ним следует отнести содержание вредных компонентов, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность выбросов вредных компонентов (газов, жидкостей, различных излучений).
Эргономические показатели. Определяют систему взаимодействия «человек-машина» и характеризуют комплекс гигиенических, антропометрических, физиологических, и психологических свойств, которые проявляются в процессах взаимодействия системы «человек-машина» (изучает инженерная психология и эргономика).
Гигиенические показатели используют при определении соответствия системы условиям жизнедеятельности и работоспособности человека при его взаимодействии с технической системой (показатели освещенности, температуры, влажности, магнитного и электрического полей, запыленности, излучения, токсичности, шума, вибрации, перегрузок).
Физиологические и психофизиологические показатели используют при определении соответствия системы физиологическим свойствам человека и особенностям функционирования его органов чувств. Такие показатели характеризуют соответствие системы возможностям человека воспринимать и перерабатывать информацию, соответствие системы закрепленным и вновь приобретенным навыкам человека.
Показатели надежности. Надежность характеризует свойство системы сохранять требуемые параметры и заданные функции в течение своего жизненного цикла, т. е. сохранять свою работоспособность и безопасность в заданный период времени.
