«Обоснование безопасности машин и оборудования» ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» Солдатов В.А. Научный сотрудник Москва 2011 Применение методологии. - презентация

1 «Обоснование безопасности машин и оборудования» ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» Солдатов В.А. Научный сотрудник Москва 2011 Применение методологии RAMS к требованиям к обоснованию безопасности

2 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety RAMS-методология обеспечения безотказности, готовности, ремонтопригодности и безопасности. RAMS-технология комплексного управления эксплуатационными показателями объектов на всех этапах жизненного цикла. RAMS-в первую очередь, рассматривает все возможные причины и виды отказов системы (возможно, формы отказов) посредством методами оценки надежности, таких как дерево отказов, FMECA, блок-схема надежности и т.д.

3 RAMS Reliability (надежность) Availability (готовность) Maintainability (ремонто- пригодность) Safety (безопасность) Вероятность того, что предмет может выполнять требуемую функцию при заданных условиях для заданного промежутка времени Способность продукта быть в состоянии готовности выполнять требуемую функцию при заданных условиях на данный момент времени или за определенный промежуток времени в предположении, что потребуется применение внешних ресурсов Вероятность того, что текущий ремонт может быть осуществлен при заданных условиях в течение указанного промежутка времени, когда обслуживание проводится при определенных условиях и с использованием заявленных процедур и ресурсы Состояние свободы технической системы от неприемлемого риска причинения вреда

4 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Используемые международные стандарты по безопасности: CENELEC EN 50126: Railway Applications - The Specification and Demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) Применения на железнодорожном транспорте - Спецификация и демонстрация надежности, доступности, ремонтопригодности и безопасности. CENELEC EN : Railway Applications: Dependability for Guided Transport Systems. Part 2: Safety Применения на железнодорожном транспорте - Согласованность для управляющих транспортных систем - часть 2. Безопасность. CENELEC EN 50128: Railway Applications – Communications, signaling and processing systems - Software for Railway Control and Protection Systems Применения на железнодорожном транспорте - Программное обеспечение для систем управления и обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте. CENELEC EN 50129: Railway Applications - Safety-related Electronic Systems for Signaling Применения на железнодорожном транспорте - Электронные системы железнодорожного управления и защиты, связанные с безопасностью.

5 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Используемые международные стандарты по безопасности: МЭК ГОСТ Р 61508: 1-7. Functional safety of electrical / electronic / programmable electronic safety – related systems – Функциональная безопасность электрических /электронных/ программируемых электронных систем безопасности. IEC 62061(2005) Безопасность машин и механизмов. Функциональная безопасность электрических, электронных и программируемых электронных систем контроля, связанных с безопасностью IEC (2002) Railway applications. Specification and demonstration of reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) Железные дороги. Технические условия и демонстрация надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и безопасности. IEC (2002) Railway Applications: Dependability for Guided Transport Systems. Part 2: Safety. Применения на железнодорожном транспорте - Согласованность для управляющих транспортных систем - часть 2. Безопасность.

6 EN определяет условия RAMS, их взаимодействие и процесс, основанный на системе управления жизненным циклом RAMS. Кроме того, определен систематический процесс для определения требований RAMS, который демонстрирует, что эти требования будут достигнуты.

7 EN определяет процедуры и технические требования к разработке программируемых электронных систем для использования в железнодорожных органах управления и защиты приложений, направленных на использование в любой области, где возможны последствия для безопасности. В отличие от EN 50126, данный стандарт применим исключительно к программному обеспечению и взаимодействию между программным обеспечением и системой, частью которой оно является.

8 В EN определены те мероприятия жизненного цикла, которые должны быть завершены до этапа принятия, следующие после дополнительно запланированных мероприятий, которые были осуществлены после этапа принятия. Поэтому, связанные доказательства должны быть представлены для принятия систем связанных с безопасностью и это сильно связано с EN

9 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety В связи с тем что понятие RAMS применяется сегодня во многих отраслях промышленности с высоким уровнем инвестиционных рисков, значение потенциального риска увеличивается. Это понятие используется в основном в железнодорожной отрасли для системной спецификации системы обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте. В стандарте EN RAMS определено как процесс или методология, которая поможет предотвратить ошибки еще на стадии проектирования.

10 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety V-модель EN процесс основан на общий вид жизненного цикла; жизненный цикл начинается, когда продукт (например, централизация, поезд, LED-лампа и т.д.) находится на стадии предварительной разработки. После того как продукт разработан, утвержден и введен в эксплуатацию он, наконец, считается созданным. Этот жизненный цикл выражается в V-модели (см. Рисунок 1). С реализацией требований RAMS на каждом этапе развития и управления рисками с учетом частоты возникновения опасных явлений и их тяжести, становится возможным поддержание эффективности и экономичности системы.

11 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety V-модель (Рисунок 1) Концепция создания Определение системы и условий применения Анализ рисков Системные требования Распределение требований к системе Разработка и внедрение Производство Установка Система проверки Система принятия Эксплуатация и техническое обслуживание Вывод из эксплуатации и утилизация

12 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Пример применения методологии RAMS для системы сигнализации на железных дорогах Восточной Японии. Для примера мы будут использованы данные о неисправности системы сигнализации в течение последних трех лет в пределах зоны обслуживания JR East (East Japan Railway Company). Системные неполадки, такие как те, которые происходят, когда система перестает работать, не оказывают так много влияния благодаря двойной системе. Если одна из двух систем приходит в негодность, другая система продолжает работать и при этом не доставляет неудобства клиентам.

13 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Методика анализа Шаг 1. Данные об отказе в течение прошлых трех лет были классифицированы как показано в таблице 1. Шаг 2. Полное время задержки и "интенсивность отказов" отобраны как соответствующие параметры, которые показывают уровень серьезности. Причина полное время задержки отобрана исходя из того, что косвенно показывает уровень воздействия на пользователей. В связи с тем что возрастает количество пользователей, возрастает количество поездов, в результате чего полное время задержки для поездов увеличивается в тот момент когда происходит отказ.

14 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Методика анализа Шаг 3. Следующие значения вычислены исходя из данных об отказах. Интенсивность отказов = 1/MTBF (1/h) MTBF = полное операционное время / сумма чисел неполадок системы Полное время задержки разделяют на число устройств, чтобы облегчить сравнение в соответствии с областью. Шаг 4. Наша цель радиусом 50 километров вокруг Станции Токио должна сохранять время задержки менее чем шестьюдесятью минутами. Полное время задержки, которое удовлетворяет это условие установлено как запланированное полное время задержки. Запланированное полное время задержки составляет приблизительно минут.

15 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Таблица 1. Классификация данных отказов ПунктКлассификация Область 50-километровый радиус и 100-километровый радиус вокруг Станции Токио и др.областей. Тип оборудования CTC/PRC 3, система электронной блокировки, кабель, рельсовая цепь и т.д. Фактор неполадок системы вызванный человеком отказ, отказ постоянный, при проектировании и изготовлении

16 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Таблица 2. Количество подмножеств сигнальных систем Подмножество сигнальных систем CTC/PRCРельсовая цепь КабельСистема электронной блокировки Количество в радиусе 50 километров от Токио 153 комплекта 2811 комплектов 5750 километров 123 комплекта Количество в радиусе 100 километров от Токио 162 комплекта 2971 комплект 6088 километров 130 комплектов

17 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Результаты анализа 1. Анализ каждой области. Были проанализированы данные сигнальных операционных сбоев в каждой области. Следовательно, становится ясно, что воздействие на потребителей больше в области в пределах 50-километрового радиуса вокруг Токио (Рисунок 2). До сих пор мы сконцентрировались на улучшении большего количества безаварийного оборудования в 100-километровом радиусе вокруг Станции Токио, но поняли, что это более рентабельно снизить радиус к 50 км, и что большее число из пассажиров пользуются преимуществами. 2. Анализ причины системных холмов в пределах 50-километрового радиуса из Токио. Ясно, что в пределах 50-километрового радиуса от Станции Токио существует более серьезное воздействие чем в других областях. Отказ, связанный с кабелями и CTC/PRC, имеет больший эффект на потребителей, но вероятность его возникновения низка. Кроме того, системы электронной блокировки имеют более высокую вероятность разрушения, так как оказывают большее влияние на клиентов.

18 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Результаты анализа Рисунок 2. Анализ в каждой области

19 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Результаты анализа (a) Неполадки системы CTC/PRC. Причины отказа CTC/PRC проанализированы, и частота пакетов программного обеспечения велика. (b) Поломка кабеля. Для кабелей, отказ, вызванный человеком, такой как ошибки электропроводки, связанные с конструкцией, является главной причиной поломки. Проектирование и изготовление это ошибки при соединении. (c) Системы электронной блокировки. Для систем электронной блокировки, постоянный отказ является обычным явлением, например, таким как временные коммуникационные отклонения.

20 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Результаты анализа 1. Отказы вызванные человеком (CTC/PRC и кабель). Непосредственная мера должна обучать рабочих быть в состоянии ускорить ремонтные работы. Однако, мы улучшили бы интерфейс пользователя и сократили бы количество функций, в то время когда настает момент замены оборудования. Кроме того оборудование было бы изменено для меньшей вероятности возникновения ошибок, таких как сокращение телеграфирующей работы. 2. Проектирование и изготовление (CTC/PRC и кабель). В дополнение к принятию мер, в производственных тестах перед отгрузкой товара, обзоры техники контроля проводились для того чтобы предотвратить системные неполадки, вызванные непредсказуемыми ошибками программного обеспечения (3-ий цикл RAMS). 3. Постоянный отказ (система электронной блокировки и кабель). Трудно предотвратить преходящую ошибку компонента до того как произойдут отказы. Для системы электронной блокировки двойная система является стандартной. Мы исследовали методы контроля, когда системная неполадка уже произошла (3-ий цикл RAMS).

21 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Итоги работы В данном примере железнодорожная сигнальная система была оценена при использовании методологии RAMS для оценки надежности железнодорожной транспортировки. Стало возможным установить соответствующие приоритетные меры, оценивающие систему в целом как оборудование с отказами, которые оказывают маленькое влияние, даже если вероятность возникновения высока. Кроме того мы смогли проанализировать не только системные неполадки единицы оборудования, но также и отказов, вызванных человеком отказов. В результате стало возможно принимать более эффективные меры. В будущем сигнализирующее оборудование будет непрерывно оцениваться методологией RAMS, и мы приложим усилия, чтобы создать соответствующие условия. В этом случае мы должны возвратиться к различным стадиям RAMS и меры должны быть приняты.

22 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности В соответствии с техническим регламентом «О безопасности машин и оборудования» обоснование безопасности (ОБ)- документ, содержащий анализ риска, а также сведения из конструкторской, эксплуатационной, технологической документации о минимально необходимых требованиях к обеспечению безопасности, сопровождающий машины или оборудование на всех стадиях жизненного цикла и дополняемый сведениями о результатах оценки рисков на стадии эксплуатации после проведения ремонта. ОБ должно содержать оценку рисков машин или оборудования. Оценку рисков можно проводить многими способами. Они включают в себя как качественные, так и количественные способы расчета. К примеру, в Японии для оценки безопасности вместо количественных методов анализа и абсолютных целевых показателей в большей степени применяются качественные методы анализа, включающие анализ угроз (hazard), а количественные методы анализа применяются в целях подтверждения соответствия.

23 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Предлагаем применять V-модель методологии RAMS для написания обоснования безопасности (Рисунок 1) Концепция создания Определение системы и условий применения Анализ рисков Системные требования Распределение требований к системе Разработка и внедрение Производство Установка Система проверки Система принятия Эксплуатация и техническое обслуживание Вывод из эксплуатации и утилизация ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

24 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности ТР «О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта» ТР «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта» ТР «О безопасности железнодорожного подвижного состава» Декларирование соответствия на основании собственных доказательств; Обязательная сертификация инновационной продукции ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

25 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Методы, применяемые для оценки рисков: -матрица рисков -граф рисков -балловая система -количественный расчет степени риска Работа, проводимая для оценки возможности обеспечения технологическим процессом изготовления заданных требований к безопасности изделий должны проводится по программе, которая должна предусматривать анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), исходя из условий эксплуатации изделия, с выделением критических отказов, вероятность не возникновения которых (вероятность безотказной работы изделия) должна обеспечиваться технологическим процессом предприятия-изготовителя. Анализ видов, последствий и критичности отказов проводится в соответствии с ГОСТ

26 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety АВПКО Построение и анализ, функционирование и иерархичность схемы объекта Анализ взаимодействующих элементов Выделение наиболее ответственных дефектностных элементов объекта Классификация возможных последствий отказов Анализ возможных способов предотвращения отказов

27 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Анализу подвергается не каждый элемент объекта, а только те элементы, которые отказывают чаще других в объектах аналогах. С этой целью, пользуясь диаграммой Карета ранжируют отказы элемента объекта. Диаграммой Карета называется столбчатая диаграмма, по горизонтальной оси которой отложены названия анализирующих факторов, а по вертикали числа характеризующие эти факторы.

28 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Пример применения метода АВПКО 1. Построение диаграммы Карета

29 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности 1-подшипник ротора 2-уплотнение масла насоса 3-ведущая шестерня редуктора 4-лопатки первой ступени турбины 5-диск ротора турбины 2. Анализ видов и последствий отказов (АВПО) 2.1 Анализ видов критичности отказов (ОК)

30 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности 2. Анализ видов и последствий отказов (АВПО) 2.1 Анализ видов критичности отказов (ОК) Объект 1 Оборудование 1.1Оборудование 1.2 Элемент 1.11Элемент 1.12

31 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Оборудование 1.1Последствия отказов оборудования 1.1 сгорел Не сгорел Элемент Элемент

32 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 1.основные параметры и характеристики машины и (или) оборудования Башенный кран – поворотный кран со стрелой, закрепленной в верхней части вертикально расположенной башни (рис. 2). Основные параметры башенного крана: грузоподъемность, вылет, высота подъема груза, глубина опускания груза, скорость подъема (опускания) груза, скорость поворота башни, скорость перемещения крана.

33 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рисунок 2. Башенные краны (а - быстромонтируемый кран на винтовых опорах РБК-2-20; б - кран на рельсовом ходу КБ-504А: 1 - ходовая рама; 2 - опорно-поворотное устройство; 3 - поворотная платформа; 4 - механизм поворота; 5 - грузовая лебедка; 6 - стреловая лебедка; 7- противовес; 8 - башня; 9 - кабина; 10 - стреловой расчал; 11 - тележечная лебедка; 12 - стрела; 13 - грузовая тележка; 14 - крюковая подвеска)

34 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 2. общий подход к обеспечению безопасности при проектировании машины и (или) оборудования; Основные механизмы башенных кранов оснащены специальными устройствами безопасности, называемыми ограничителями, которыми оснащены: механизм подъёма груза, поворота крана, передвижения грузовой тележки и подъёма стрелы. Управление этими механизмами крана осуществляется крановщиком из кабины управления, которая, как правило, устанавливается в верхней части конструкции башни.

35 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 3. требования к надежности машины и (или) оборудования; Требования к надежности башенного крана определяем с помощью методологии RAMS: -показатели ремонтопригодности -показатели безотказной работы (наработка на отказ) -показатели безопасности -определение критериев отказов …….

36 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 4. Требования к персоналу/пользователю машины и (или) оборудования. Предъявляемые требования к персоналу должны соответствовать ГОСТ ССБТ и Правилам Ростехнадзора.

37 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 5. Анализ риска применения (использования) машин и (или) оборудования. Анализ риска проведем на основе метода АВПКО.

38 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности ЭлементХарактеристика частоты отказаЗначение B1 Характеристика вероятности выявления отказа Значение B2Последствия отказаЗначение B3Критичность отказа (С)Уровень риска Кольцевая неповоротная рама Очень частый9 Умеренная вероятность не обнаружить отказ 5Катастрофические9405Очень высокий Оголовок, на котором подвешивают стрелу Редкий3 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Значительные515Средний Опорно-поворотное устройство Возможный5 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Критические735Очень высокий Консоль противовеса крана Частый7 Умеренная вероятность не обнаружить отказ 5Существенные3105Средний Кронштейн под подкос башни Возможный5 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 2Критические770Очень высокий Ходовая рамы Возможный5 Умеренная вероятность не обнаружить отказ 5Значительные5125Высокий СтрелаОчень редкий1 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Значительные55Низкий ПолиспатыОчень редкий1 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Незначительные11Очень низкий Монтажная стойка---- ЛебедкаРедкий3 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Существенные39Низкий ПоясаОчень редкий1 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Существенные33Очень низкий РаскосыОчень редкий1 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Существенные33Очень низкий КанатыРедкий3 Очень высокая вероятность обнаружения отказа 1Существенные39Очень низкий

39 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 5. Анализ риска применения (использования) машин и (или) оборудования. Как видно из таблицы наиболее высокая вероятность отказа у следующих элементов: Кольцевая неповоротная рама, Опорно-поворотное устройство, Консоль противовеса крана, Кронштейн под подкос башни, Ходовая рамы. Проведя анализ критичности, мы пришли к выводам: Кольцевая неповоротная рама находится в зоне недопустимо высокого риска. Ходовая рамы находится в зоне высокого риска. Остальные элементы находятся в зоне приемлемого риска.

40 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности Рассмотрим пример написания обоснования безопасности для башенных кранов. Обоснование безопасности должно содержать следующие пункты: 6. требования к безопасности при вводе в эксплуатацию машины и (или) оборудования; 7.требования к управлению безопасностью при эксплуатации машины и (или) оборудования; 8.требования к управлению качеством при эксплуатации машин и (или) оборудования; 9.требования к управлению охраны окружающей среды при вводе в эксплуатацию, эксплуатации и утилизации машины и (или) оборудования; 10.требования к сбору и анализу информации по безопасности при вводе в эксплуатацию, эксплуатации и утилизации машины и (или) оборудования; 11.требования безопасности при утилизации машины и (или) оборудования.

41 RAMS-Reliability, Availability, Maintainability and Safety Применение методологии RAMS к обоснованию безопасности В результате написания обоснования безопасности мы получаем документ, разработанный с целью подтверждения соответствия продукции технического регламента «О безопасности машин и оборудования» для обеспечения соответствующего уровня: - защиты жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества; - охраны окружающей среды, жизни или здоровья животных и растений; - предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей; - обеспечения энергетической эффективности.

42 ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» , г.Москва, ул.Таганская, д.34 А Тел.(495) , факс (499) Москва2011 Спасибо за внимание