Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Контрольные задания по дисциплине

«Надежность технических систем и техногенный риск»

Вариант 14

Выполнил: студент гр. ПБ-418

Родионцев С.Д.

Проверил: к.т.н., доцент

Корчагин А.Б.

Омск 2011

Задание 1

Определить показатели надежности зажима токарного станка, удерживающего обрабатываемую заготовку, через 1000 часов эксплуатации. (λ = 0,0005·10^-6 ч^-1).

Решение:

P(t) = = ≈ 0,99

Ответ: P(t) = 0,99

Задание 2

Вычислить вероятность безотказной работы системы. Надежна ли данная система? Рассчитать систему с резервным элементом. Предложить мероприятия по увеличению надежности.

Вероятность безотказной работы:

2

3

6

= 0,75

1

= 0,6

5

4

7

= 0,7

= 0,85

= 0,8

= 0,9

= 0,55

= 0,9

Решение:

1. Упростим систему

D

E

С

В

1

2

5

3

4

6

7

D

С

В

1

2

5

3

4

6

D

С

В

1

2

5

3

4

А: = 0,75

В: = = 0,6∙0,7 = 0,42

С: = = 0,8∙0,85 = 0,68

E: = 1 – (1 - )(1 - ) = 1 – (1 – 0,9)(1 – 0,55) = 0,955

D: = 1 – (1 - )(1 - ) = 1 – (1 – 0,42)(1 – 0,68) = 0,8144

Найдем :

0,75 · 0,955 · 0,80 0,8144 ≈ 0,58

1. Схема с резервным элементом:

E

7

6

D

С

В

1

2

5

3

4

8

= 1 – (1 - )(1 - ) = 1 – (1 – 0,58)(1 – 0,90) ≈ 0,958

Ответ: 0,58

= 0,958.

Вывод: Подключение резервного элемента значительно увеличивает надежность системы.

Задание 3

Рассчитать вероятность безотказной работы системы:

A

0,8

B

D

= 0,9

E

= 0,7

C

= 0,6

= 0,5

Решение:

1. Отказавших элементов нет:

А∩В∩С∩D∩E = 0,8 · 0,9 · 0,7 0,6 ∙ 0,5 = 0,1512 – система работоспособна.

2. Отказал один элемент:

А∩В∩С∩D∩E = (1- )· · · · = 0,2·0,9·0,7·0,6∙0,5 = 0,0378 (+)

А∩В∩С∩D∩E = ·(1 - · · · = 0,8·0,1·0,7·0,6∙0,5 = 0,0168 (+)

А∩В∩С∩D∩E = · ·(1 - )· · = 0,8·0,9·0,3·0,6∙0,5 = 0,0648 (+)

А∩В∩С∩D∩E = · · ·(1- ) · = 0,8·0,9 0,7·0,4∙0,5 = 0,1008 (+)

А∩В∩С∩D∩E = · · ∙ = 0,8·0,9 0,7·0,6∙0,5 = 0,1512 (+)

3. Отказало два элемента:

А∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·(1 - 0,9)·0,7·0,6∙0,5 = 0,0042 (+)

А∩В∩С∩D∩E = (1-0,8)·0,9·(1-0,7)·0,6∙0,5 = 0,0162 (+)

А∩В∩С∩D∩E = (1-0,8)·0,9·0,7·(1-0,6)∙0,5 = 0,0252 (+)

А ∩В∩С∩D∩E = (1-0,8)·0,9·0,7·0,6∙(1-0,5) = 0,0378 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1-0,9)·(1-0,7)·0,6∙0,5 = 0,0072 (+)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1-0,9)·0,7·(1-0,6)∙0,5 = 0,0112 (+)

А∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1-0,9)·0,7·0,6∙(1-0,5) = 0,0168 (+)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·0,9·(1-0,7)·(1-0,6)∙0,5 = 0,0432 (+)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·0,9·(1-0,7)·0,6∙0,5 = 0,0648 (+)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·0,9·0,7·(1-0,6)∙0,5 = 0,1008 (-)

4 .Отказало три элемента:

А∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·0,6∙0,5 = 0,0018 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·(1 - 0,9)·0,7·(1 - 0,6)∙0,5 = 0,0028 (+)

А∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·(1 - 0,9)·0,7·0,6∙(1 - 0,5) = 0,0042 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·0,9·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙0,5 = 0,0108 (+)

А ∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·0,9·(1 - 0,7)·0,6∙(1 - 0,5) = 0,0162 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = (1- 0,8)·0,9·0,7·(1 - 0,6)∙(1 - 0,5) = 0,0252 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙0,5 = 0,0048 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·0,6∙(1 - 0,5) = 0,0072 (+)

А∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1 - 0,9)·0,7·(1 - 0,6)∙(1 - 0,5) = 0,0112 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·0,9·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙(1 - 0,5) = 0,0432 (-)

5. Отказало четыре элемента:

А ∩В∩С∩D∩E = (1 - 0,8)·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙0,5 = 0,0012 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = (1 - 0,8)·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·0,6∙(1 - 0,5) = 0,0018 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = (1 - 0,8)·(1 - 0,9)·0,7·(1 - 0,6)∙(1 - 0,5) = 0,0028 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = (1 - 0,8)·0,9·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙(1 - 0,5) = 0,0108 (-)

А ∩В∩С∩D∩E = 0,8·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙(1 - 0,5) = 0,0048 (-)

6 . Отказали все элементы:

А∩В∩С∩D∩E = (1 - 0,8)·(1 - 0,9)·(1 - 0,7)·(1 - 0,6)∙0,5 = 0,0012 (-)

∑=1.

Таким образом, система со сложным соединением элементов имеет вероятность безотказной работы 0,7322.

Задание 5

Определить сокращение продолжительности жизни (СПЖ), риска R и выборку R^-1.

Начальная плотность загрязнения - 70 ∙10⁵, Бк/м² (П)

Коэффициент типа почв – 0,68 (К).

Решение:

1. Доза облучения за всю жизнь после образования загрязнения:

2. Сокращение продолжительности жизни связанное с облучением:

3. Величина риска потерь за жизнь:

Полученные результаты показывают, что доза облучения за всю жизнь после образования загрязнения составляет Р, а сокращение продолжительности жизни при загрязнённости территории радионуклидами равна суток. Отсюда следует, что величина риска потерь за жизнь составит .

Вывод: R^-1= , такое количество дней потеряет человек на протяжении жизни в течение 25000 дней.

Установить связь между размерностями степени загрязнения и дозы облучения.

Радиоактивность вещества равна 1 Ки, если в нём каждую секунду происходит 3,7×10¹⁰ радиоактивных распадов. Таким образом:

1 Ки = 3,7×10¹⁰ Бк

Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад. Через другие единицы измерения СИ беккерель выражается следующим образом:

Бк = с⁻¹.

1 рентген — доза фотонного излучения, образующего ионы, несущие 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)×10⁻⁹ кулон) в 1 см³ воздуха при нормальном атмосферном давлении и 0 °C. В воздухе в 1см³ образуется 2,08×10⁹ пар ионов.

Системная единица — кулон на килограмм (C/kg, Кл/кг).

1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976×10⁻⁴ Кл/кг.

1 зиверт — это количество энергии, поглощённое килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощённой дозе гамма-излучения в 1 Гр.

Через другие единицы измерения СИ зиверт выражается следующим образом:

1 Зв = 1 Дж / кг = 1 м² / с²

Равенство зиверта и грея, показывает, что эквивалентная доза и поглощённая доза имеют одинаковую размерность, но не означает, что эффективная доза численно равна поглощённой дозе.

Поглощённая доза равна 1 грею, если в результате поглощения ионизирующего излучения вещество получило один джоуль энергии в расчёте на один килограмм массы. Через другие единицы измерения СИ грей выражается следующим образом:

Гр = Дж / кг = м² / с²

Ранее широко использовалась (а иногда используется и до сих пор) внесистемная единица поглощённой дозы «рад».

1 Гр = 100 рад

1 Рад равен поглощённой дозе излучения, при которой облучённому веществу массой 1 грамм передаётся энергия ионизирующего излучения 100 эрг.

1 Рад = 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр.

Поглощающим материалом могут быть как ткани живых организмов, так и любая другая материя (например, воздух, вода, почва и т.д.).

Задание 6

Определить величину риска и время, через которое ожидается появление признаков заболевания вибрационной болезнью у работников цеха, применяющих при исполнении трудовых обязанностей ручной вибрационный инструмент.

Уровень виброускорения – 152 дБ (L_ω)

Количество работников – 6.

Решение:

Риск заболевания от действия локальной вибрации:

Q(t) = 1/6 = 0,1666 – вероятность появления заболевания у одного работника.

(1 работник)

(2 работника)

(3 работника)

(4 работника)

(5 работников)

(6 работников)

Риск заболевания от действия общей вибрации:

(1 работник)

(2 работника)

(3 работника)

(4 работника)

(5 работников)

(6 работников)

Время заболевания

от локальной вибрации:

Время заболевания

от общей вибрации:

График к расчету риска заболевания от действия локальной вибрации

График к расчету риска заболевания от действия локальной вибрации

Вывод: Появление признаков заболевания вибрационной болезнью у работников при локальной вибрации значительно быстрее, чем у работников при общей вибрации это связанно с интенсивностью поражающего действия локальной вибрации. Для уменьшения риска заболевания следует принять меры по виброизоляции оборудования либо, по возможности, заменить работников роботизированной техникой.

Задание 4.

Формула задания

Найти вероятность взрыва в производственном помещении и риск гибели человека (профессиональная деятельность)

а) при действии ударной волны в помещении, где произошел взрыв;

б) действие ударной волны в соседних помещениях;

в) действие вторичного фактора – пожара, возникшего в результате взрыва.

Описание причин возникновения опасной ситуации

Вероятность взрыва (вентиль «И») определяется вероятностью образования взрывоопасной воздушной смеси (СВЛЭ) и наличаем источника зажигания (СВЛЭ).

Вероятность («И») определяется вероятностью выхода параметров процесса за критические значения (СВЛЭ), вероятностью создания взрывоопасной концентрации вещества (ИСОДД) и вероятностью (СВЛЭ), обусловленной степенью безотказности работы приборов и средств аварийной защиты.

Вероятность («ИЛИ») может определяться выходомза критические значения следующих параметров:

• температуры (ИСОДД);

• давления (ИСОДД);

• объема рабочей среды (ИСОДД).

Вероятность («инвертор», «И») обусловлена степенью безотказности приборов автоматического контроля за состоянием газовой среды (ИСОДД) и эффективностью работы аварийной вентиляции (ИСОДД).

Вероятность («ИЛИ») может быть обусловлена следующими причинами:

• нарушением правил безопасности при выполнении сварочных газорезательных работ (ИСОДД);

• неисправность сварочного оборудования (ИСОДД);

• нарушением правил безопасности при хранении газовых баллонов (ИСОДД).

Риск гибели человека R («И») от ударной волны в помещении, где произошел взрыв определяется вероятностью возникновения взрыва (ИСОДД) и вероятностью действия смертельно поражающих факторов взрыва (СВЛЭ)(«И»),которая, в свою очередь, определяется вероятностью наличия такого количества взрывчатой смеси, которое создает опасное избыточное давление (ИСОДД) и вероятностью нахождения человека в зоне опасного избыточного давления (ИСОДД).

Риск гибели человека R («И») от ударной волны и от разрушений в соседних помещениях и зданиях определяется вероятностью возникновения взрыва (ИСОДД) и вероятностью действия смертельно поражающих факторов взрыва (СВЛЭ). Вероятность («И») определяется вероятностью наличия такого количества взрывчатой смеси, которое приводит к разрушениям в соседних помещениях (ИСОДД), вероятностью нахождения людей в этих помещениях, попадающих в зону разрушений (ИСОДД), и степенью устойчивости этих помещений или зданий («инвертор»)(ИСОДД).

Риск гибели человека от вторичного опасного фактора взрыва – пожара R («И») определяется вероятностью возникновения взрыва (ИСОДД), вероятностью возникновения пожара в результате взрыва (ИСОДД), вероятностью воздействия опасных факторов пожара с уровнями, смертельными для человека (ИСОДД), эффективностью средств тушения пожара («инвертор»)(ИСОДД) и эффективностью эвакуации людей (ИСОДД).

Исходные данные для расчета

Вероятность
Значение	0,25	0,35		0,40	0,25		0,65	0,85		0,30	0,35		0,35
Вероятность
Значение	0,65	0,35		0,55	0,55		0,75	0,85		0,70	0,65		0,50

Построение структурных схем

Вероятность взрыва в производственном помещении.

Р_взр

&

&

Р_в.с

Р_и.з

&

≥1

Р_в.п

Р_отк

Р_в.к

Р₅

Р₄

Р₆

≥1

1

&

Р₁

Р₂

Р₃

Р_а.к

Р_а.в

Риск гибели человека

от ударной волны

R

R

&

&

Р_взр.

Р_п.ф

Р_взр.

&

Р_р

Р_изб

Риск гибели человека

от ударной волны в соседних помещениях

R

&

Р_п.ф

Р_взр.

&

Р_р.с

Р_н

1

Р_уст

Риск гибели человека

от вторичного опасного фактора взрыва – пожара

R

&

Р_пож

Р_с.у

Р_взр.

1

1

Р_с.т

Р_эв

Составление формул, расчёт вероятности возникновения опасной ситуации и риска гибели человека:

=

=

Р₁ + Р₂ + Р₃ – Р₁ · Р₂ – Р₂ · Р₃ – Р₃ · Р₁ + Р₁· Р₂ · Р₃

= 1 – 0,85∙0,65 = 0,4475

= Р₄ + Р₅+ Р₆ – Р₄ · Р₅ – Р₅ · Р₆ – Р₆ · Р₄ + Р₄· Р₅ · Р₆

Риск гибели человека от ударной волны:

R=

Р_п.ф = Р_р·Р_изб = 0,65·0,35 = 0,2275

Риск гибели человека от ударной волны в соседних помещениях:

R=

Риск гибели человека от вторичного опасного фактора взрыва – пожара:

Вывод: Данная профессиональная деятельность относится к третьей категории безопасности как опасная работа с R = 10^-3 – 10^-2.

Риск гибели человека в данной системе можно уменьшить, прежде всего, увеличением надежности приборов автоматического контроля за состоянием газовой среды и повышением эффективности работы аварийной вентиляции , а также соблюдения правил безопасности при выполнении сварочных и газорезательных работ помогут избежать аварийной ситуации.

Задание 7.

Формула задания

Найти вероятность отказа системы оповещения при пожаре и риск гибели человека вследствие несвоевременного информирования о чрезвычайной ситуации.

Схема взаимодействия элементов системы оповещения.

Описание причин возникновения опасной ситуации

Вероятность отказа системы оповещения (вентиль «И») определяется вероятностью отказа системы управления (СВЛЭ) и отказа исполняющей системы (СВЛЭ).

Вероятность («ИЛИ») определяется вероятностью прекращения функционирования автоматизированных систем управления(АСУ) (СВЛЭ) и вероятностью несвоевременного обслуживания и мониторинга за АСУ (ИСОДД).

Вероятность («И») может определяться отказом в функционировании следующих элементов:

• неспособность процессора корректно выполнять свою программу

(ИСОДД);

• любые ошибки, обнаруженные при проверке памяти давления (ИСОДД);

• невозможность выполнения любой из функций, обеспечивающих мониторинг системы и контроль ее состояния (ИСОДД).

Вероятность («И») обусловлена возникновением короткого замыкания в системе (СВЛЭ) и неисправностью оборудования входящего в состав системы оповещения (СВЛЭ).

Вероятность короткого замыкания системы («ИЛИ») (Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов.) может быть обусловлена коротким замыканием в системе питания (СВЛЭ), отказом устройств визуальной сигнализации (ИСОД) и обрывом линий передач сигналов системы (СВЛЭ).

Вероятность («И») может определяться следующими причинами:

• короткое замыкание, отключение или неисправность основного источника питания (ИСОДД);

• короткое замыкание, отключение или неисправность какого-либо устройства заряда аккумуляторных батарей, входящего в состав основного или резервного источников питания, или работающего совместно с ним (ИСОДД);

• короткое замыкание, отключение или неисправность резервного источника питания (ИСОДД).

Вероятность («И») возникает при:

• перегорании плавкого предохранителя, приведении в действие размыкателя цепи, изолятора или устройства защиты, которые могут прекращать аварийное оповещение (ИСОДД);

• неисправности любой линии громкоговорителей (обрывы и короткие замыкания) (ИСОДД);

Вероятность неисправности оборудования входящего в состав системы оповещения («ИЛИ») характеризуется неисправностью микрофона (СВЛЭ), отказом системы преобразования сигналов (СВЛЭ) или отказом системы звукового оповещения (СВЛЭ).

Вероятность («ИЛИ») может включать в себя следующее:

• выход из строя мембраны (ИСОДД);

• выход из строя катушки (ИСОДД);

• отказ предварительного усилителя (ИСОДД);

• отказ основной электропроводки до остальной системы (ИСОДД).

Вероятность («И») обусловлена:

• неисправностью при прохождении сигнала по каналу оповещения, состоящего из нескольких усилителей (ИСОДД);

• неисправностью любого из резервных усилителей (ИСОДД).

Вероятность («И») может определяться следующими причинами:

• неисправностью генераторов аварийных сигналов, включая устройства для хранения предварительно записанных сообщений (ИСОДД);

• неисправностью линий передачи данных или линий передачи голосовых сигналов между отдельными частями распределенной системы (ИСОДД).

Риск гибели человека R («И») определяется вероятностью возникновения чрезвычайной ситуации (СВЛЭ)(«И») и вероятностью недостатка информации о произошедшей чрезвычайной ситуации (СВЛЭ)(«И»).

Вероятность («И») характеризуется:

• гибелью в очаге пожара (ИСОД);

• гибелью вследствие отравления угарным газом («ИСОД»).

Вероятность («И») может быть обусловлена:

• несвоевременным получением информации о пожаре по причине выхода из строя системы оповещения (ИСОД);

• отсутствием оповещения о путях эвакуации (ИСОД);

Исходные данные для расчета

Вероятность
Значение	0,45	0,50		0,65	0,80		0,75	0,50		0,35	0,85		0,20
Вероятность
Значение	0,30	0,20		0,40	0,10		0,30	0,50		0,10	0,60		0,70
Вероятность
Значение	0,60	0,70		0,35	0,40

Принципиальная электрическая схема системы оповещения в цехе по производству пенополистирола. (стр. 15.1)

Построение структурной схемы

Вероятность отказа системы оповещения при пожаре.

Р_с.о.

Р_с.у.

Р_и.с.

&

&

&

Р_АСУ

Р_об.

Р_н.о.

Р_к.з.с.

≥1

Р_с.п.

Р_у.в.с.

Р_л.п.

&

Р_р.и.

Р_у.и.п

Р_о.и.

Р_п.п.

Р_о.л.

&

≥1

Р_м.

Р₄

Р₇

Р₅

Р₆

≥1

Р_з.о.

Р_п.с.

&

&

Р₈

Р₉

Р₁₀

Р₁₁

&

Риск гибели человека.

Р_н.и.

R

&

Р_а.в

Составление формул, расчёт вероятности отказа системы оповещения и риска гибели человека:

=

=

Риск гибели человека:

Вывод:

Вероятность отказа системы оповещения при пожаре составляет 0,08, это удовлетворительный показатель, не смотря на это его можно улучшить благодаря плановому техническому осмотру данной системы, это позволит выявить неполадки до того как они приведут к полному отказу системы.

Риск гибели человека в чрезвычайной ситуации достаточно велик. Минимизировать его можно с помощью проведения среди персонала инструктажей по пожарной безопасности, а также не допускать отказа системы оповещения, так как она отвечает за своевременное информирование о пожаре или другой чрезвычайной ситуации.