Методы обеспечения и оценки надежности средств защиты персонала

До сих пор при прогнозировании техногенных происшествий на ОПО считалось, что необходимым и достаточным условием их появления было воздействие опасных факторов на незащищенные компоненты человекомашинной системы. При этом также предполагалось, что потенциал таких факторов оказывался достаточным для появления в них необратимых изменений; в противном случае соответствующие объекты как бы адаптировались к неблагоприятному воздействию, постепенно восстанавливая свои свойства.

Однако на практике имеют место случаи, когда отрицательные последствия даже незначительных по величине воздействий могут накапливаться и приводить к нежелательным результатам. Наиболее известными из них являются усталостное разрушение конструкции ОТУ или профессиональные заболевания персонала вследствие продолжительного влияния на них вредных факторов. В этой связи представляет интерес учет условий, при которых накопленный уровень неблагоприятных воздействий превышает адаптивные возможности человекомашинной системы и используемых в ней средств защиты.

Учитывая, что условия разрушения технических устройств от накопленной усталости будут рассмотрены ниже (см. гл. 7), здесь ограничимся оценкой лишь риска поражения персонала ОПО по подобным причинам. Ведь известно, что человек может сохранять работоспособность при поглощении только определенных доз опасных и вредных факторов. Предельная продолжительность их воздействия [29] во многом зависит от индивидуальных свойств людей, тогда как значения подобных параметров для среднестатистического человека и ряда техногенных факторов приведены в табл. 4.6.

Представленные данные свидетельствуют о широком интервале времени до появления в организме человека неблагоприятных изменений, проявляющихся затем в травмах или профессиональных заболеваниях. Это подтверждает, что воздействие подобных факторов является лишь необходимым, но далеко не достаточным условием поражения, так как даже при высоком потенциале поражающего фактора персонал ОТУ способен в течение некоторого времени т сохранять способность к выполнению поставленной ему задачи.

На этом основании можно сделать вывод о том, что человеку как компоненту человекомашинной системы свойственны и внезапные, и постепенные отказы. Например, первые характерны для воздействия электротока, а вторые — токсичных веществ и ионизирующих излучений, приводящих к выводу из строя персонала ОПО через некоторое время. Все это свидетельствует о необходимости учета при обеспечении безопасности создаваемых ОПО и таких особенностей вредного воздействия на людей, как его постоянство и эпизодичность.

При эпизодическом характере и случайной длительности времени Г появления рассматриваемых факторов безопасность людей, не использующих средства защиты, сохраняется при соблюдении следующего условия:

где m (t) — число случаев воздействия вредного фактора на человека, не имеющего защитных средств; x_h — временной предел переносимости им этого фактора конкретной интенсивности.

В случае же постоянно действующих на персонал ОПО вредных факторов его безопасность обеспечивается лишь тогда, когда суммарная продолжительность x (t) работы не превысит времени т_а, в течение которого соответствующие средства защиты сохраняют стойкость к этим факторам. Математически данное условие может быть выражено, например, следующим соотношением между только что приведенными параметрами:

где m — число случаев парирования средствами защиты персонала действующих на него вредных факторов; х_к(t) — продолжительность такого их использования в к-м случае.

Кроме того, при постоянно действующих опасных или вредных производственных факторах модель поражения человека вследствие отказа применяемого средства защиты может быть представлена в виде случайного процесса утраты его свойств. Это означает, что каждое воздействие подобных факторов в моменты времени tj = т_р t₂=x₁ + т₂,.", t_m = Ti + -c₂+ …+ x_t+ … + х_т, где т_р …, х_к, …д_т — случайные интервалы между моментами t_v t₂, t_m+1 воздействия опасного или вредного фактора на средство защиты, сопровождается соответствующими повреждениями данного средства:

где К_ж — коэффициент, характеризующий скорость утраты им защитных свойств при данном уровне действующего фактора; (t_x),.

^Tfc (^ffc), •••' ^т_т(^") —длительность его воздействия на средство защиты в каждый конкретный момент времени.

В предположении об аддитивности потери защитным средством своей стойкости из-за воздействия вредного производственного фактора величина Д накопленного в нем повреждения за календарное время т определяется следующим выражением:

где m — число случаев проявления негативного воздействия рассматриваемого вредного фактора.

Если т > 5, то независимо от вида закона распределения случайных величин x (t) и 5 значение Д и величина суммарного времени x (f) работы средства защиты образуют систему двух асимптотически нормальных случайных величин. Координаты центров М (т), M (t) и дисперсии D (m), D (x) их совместного распределения могут быть выражены следующим образом [29]:

Так как условием надежной работы этих средств является неравенство (4.33), то в качестве показателя безопасности использующего их человека может быть принята вероятность где М_х, М_д — математические ожидания времени между вредными воздействиями и величины вызванного им повреждения средства защиты; D_x, D _N — дисперсии этих случайных оценок.

С учетом параметров распределения (4.36) искомая вероятность.

(4.37) рассчитывается с помощью функции Лапласа:

где Ф (*) — интеграл.

Полученные результаты показывают, что последняя формула позволяет обосновать требования к средствам защиты персонала и оценить вероятность их безотказной работы, если известны М_х, М_д, D_x, П_д, т и т_сз. При этом могут быть решены следующие задачи:

• а) при известных значениях М_т, М_д, D_x, D_A и заданной величине P_s(t), определить такое время т_сз, при котором с вероятностью Р₅(т) гарантируется безотказность средств защиты;
• б) найти такой ресурс времени Т их работы, который с вероятностью Р₈(т) обеспечивает безотказность этих средств в условиях, характеризуемых конкретными параметрами М_т, М_д, D_x и D_y

При решении первой задачи целесообразно использовать в (4.37),.

(4.38) не истинные значения параметров М_х, М_д, D_x и П_д, а их оценки, найденные по статистическим данным об испытаниях или опытной эксплуатации средств защиты. В этом случае справедлива формула.

где у = Р_&(т) — доверительная вероятность безотказной работы средств защиты в течение времени гарантийной наработки; Ф₀' — обратная функция Лапласа; — гамма-процентная гарантийная наработка защитных средств до отказа.

А вот решением второй задачи (назначение гарантийного срока службы средств защиты), является положительный корень следующего уравнения, полученного из формулы (4.39):

где Г — гамма-процентный гарантийный срок службы средств защиты; I — безразмерный параметр, рассчитываемый по следующей формуле [29]:

Иллюстрацию возможности совершенствования безопасности создаваемых ОПО за счет учета надежности средств защиты проведем на трех примерах, используя в качестве таких средств респираторные устройства, предназначенные для очистки воздуха от возможных вредных выбросов из технологического оборудования ОТУ.

Пример 1.

Пусть необходимо оценить допустимые (по соображениям безопасности) сроки службы респираторов, результаты испытаний которых приведены в табл. 4.7.

Таблица 4.7. Результаты ресурсных испытаний средств защиты.

Использование приведенных выше статистических данных и общеизвестных формул.

где п = 12 — число замеров значений времени x_k(fl и А_к, равное количеству соответствующих столбцов табл. 4.7, дает следующие оценки математических ожиданий М_т, М_д и дисперсий D_T, D_A случайных величин т и x.(t): М_т= 12,9 и М_Л= 0,2 ч; D_T = 2,12 и D_A= 0,0066 ч².

Предположим также, что в ходе опытных исследований найдена величина т_сз= 12 ч. Необходимо определить значение выбранного выше показателя безопасности соответствующих средств защиты в течение календарного месяца, т. е. за время т = 720 ч. Подстановка перечисленных исходных данных в формулу (4.39) приводит к следующему результату:

Пример 2.

Пусть по условиям предыдущего примера необходимо определить такую продолжительность работы средств защиты, которая с доверительной вероятностью у = 0,99 обеспечила бы безопасность работы персонала ОПО в течение 720 ч.

Подстановка найденных выше параметров в формулу (4.39) дает следующее значение искомой продолжительности безотказной работы используемых средств защиты:

Полученный результат означает следующее: чтобы с вероятностью у = 0,99 обеспечить безопасность работы персонала в рассматриваемых условиях, его средства защиты должны сохранять свою стойкость к вредным выбросам ОТУ в течение 13,53 ч непрерывной работы.

Пример 3.

Пусть параметры средств защиты характеризуются теми же значениями, что и в примере 1, а т_сз= 10 ч. Необходимо найти такую продолжительность их эксплуатации, при которой обеспечивается доверительная вероятность у = 0,9.

В результате подстановки соответствующих параметров в (4.40) и (4.41) имеем:

Решение последнего уравнения показывает, что Т_у= 645 ч. Это нужно понимать следующим образом: респиратор, выдерживающий 10 ч непрерывного воздействия вредного фактора и эксплуатируемый с интенсивностью, определяемой уравнениями (4.42) и (4.43), может (с доверительной вероятностью 0,9) эксплуатироваться в течение 27 суток.

Завершая данный параграф, логично констатировать, что предложенные в нем модели и методы позволяют учитывать как параметры средств защиты персонала ОТУ, так и резерв времени, которым он располагает в условиях воздействия возможных опасных и вредных факторов. Следовательно, полученные здесь результаты могут использо;

ваться для повышения защищенности людей и снижения за счет этого числа тех предпосылок к возможным техногенным происшествиям, которые обусловлены вредным влиянием рабочей среды.

Оценивая же материал настоящей и предыдущей глав данной книги, можно утверждать о целесообразности его применения для программно-целевого регулирования техногенного риска создаваемых ОПО, что означает практическую реализуемость соответствующего стратегического планирования. А вот о том, как осуществить оперативное управление, т. е. решить две оставшиеся задачи, будет изложено в следующих четырех главах.