Стандартизация в области оценки рисков при проектировании грузоподъемных кранов

Ямникова Ольга Александровна, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Царев Сергей Александрович, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Максимова Екатерина Николаевна, канд. техн. наук, Россия, Тула, ОАО «НПО «Стрела»

TECHNIQUE OF CREATION OF PARAMETRICAL MODELS STANDARD CYLINDRICAL BROACHES

Yamnikova O.A., Сarev S. A., Maksimova E.N.

The article deals with recommendations about development and application of parametrical 3D models of standard broaches are presented in article on a cylindrical basis.

Key words: unification, 3D model, parametrization, design documentation, broaches.

Yamnikova Olga Alexanderovna, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University,

Сarev Sergei Alexandrovich, student, Russia, Tula, Tula State University,

Maksimova Ekterina Nikolaevna, candidate of technical science, Russia, Tula, NPO

Strela.

УДК 621.86/87

СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ОБЛАСТИ ОЦЕНКИ РИСКОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ

В.Ю. Анцев, А.С. Толоконников, А. Д. Горынин

Выполнено структурирование действующей нормативной документации в области менеджмента риска. Проведен анализ существующих стандартов в данной области. Рассмотрены наиболее распространенные методики анализа риска. Дана оценка их применимости на стадии проектирования грузоподъемных кранов.

Ключевые слова: безопасность, анализ риска грузоподъемный кран, отказ, проектирование.

По требованию технического регламента о безопасности машин и оборудования при проектировании машины и оборудования идентифицируются возможные виды опасности для обеспечения безопасности излучений, взрывобезопасности, механической безопасности, пожарной безопасности, промышленной безопасности, термической безопасности, электрической безопасности и др. [1].

Для идентифицированных видов опасности оценивается риск расчетным, экспериментальным, экспертным путем или по данным эксплуатации аналогичных машин и (или) оборудования. Методы оценки риска могут устанавливаться в технических регламентах на соответствующие виды машин и оборудования, национальных стандартах и сводах правил.

Допустимый риск для машины и (или) оборудования определяется и устанавливается при проектировании.

В действующих стандартах Российской Федерации имеется ряд нормативных документов, регламентирующих деятельность в области менеджмента риска (см. рис.1), и охватывающих различные этапы жизненного цикла изделия: проектирование, изготовление, эксплуатация и т. п.

Грузоподъемные краны находят широкое применение при механизации погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ в различных отраслях промышленности. Наиболее распространенные краны (козловые и мостовые) включены в перечень машин и оборудования, подлежащих обязательной сертификации для подтверждения соответствия требованиям технического регламента о безопасности машин и оборудования. Следовательно, для указанных кранов должна быть выполнена оценка риска при проектировании машины.

Рис.1. Структура нормативной документации в области

менеджмента рисков

Рассмотрим более подробно основные и чаще всего применяемые на стадии проектирования методики анализа риска возникновения отказов. Согласно [2] наиболее распространенными методами являются: анализ видов и последствий отказов АВПО (БМЕЛ), а также анализ видов, послед-

ствий и критичности отказов АВПКО (БМЕСА); анализ «дерева неисправностей» (БТА); исследование опасностей и связанных с ней проблем (ИА70Р); анализ влияния человеческого фактора (БЕЛ); предварительный анализ опасности и структурная схема надежности. Каждая методика имеет как положительные, так и отрицательные стороны при применении.

Метод АВПО (БМЕА) применяется для качественной оценки безопасности технических систем грузоподъёмных кранов. Существенной чертой этого метода является рассмотрение каждого технического устройства или его составной части (элемента) на предмет того, как он стал неисправным (вид и причина отказа), и как этот отказ воздействует на техническую систему крана (последствия отказа). Метод АВПО может быть расширен до «метода количественного анализа вида, последствий и критичности отказа (АВПКО или БМЕСА)». Методы АВПО и АВПКО применяются для анализа проектов сложных технических систем [3]. В целом БМЕА является результатом работы команды, состоящей из квалифицированных специалистов, способных признать и оценить значимость и последствия различных типов потенциальных несоответствий конструкции и процессов, которые могут привести к отказам продукции [4]. В таблице представлена часть анализа видов и последствий отказов грузовой тележки мостового крана.

БИБЛ грузовой тележки мостового крана

Объект/ Функция Потенциальный вид отказа Потенциальные последствия отказа Потенциальная причина / механизм отказа Точная причина механизма отказа

Подсистема Составная часть Компонент Локальные последствия Итоговые последст- вия Ранг тяжести Класс

Грузовая тележка

VI

1 Короткое замыкание Отказ мех-ма подъема Отказ крана 5 Внутренний дефект компонента Разрушение изоляции

1 Остановка движения Отказ мех-ма подъема Отказ мех-ма подъема 5 Внутренний дефект компонента Разрушение подшипника

2 Отсутствие торможения Отказ мех-ма подъема Отказ крана 10 Внутренний дефект компонента Износ или разрушение тормозных накладок

3 Разрушение корпуса редуктора Отказ мех-ма подъема Отказ крана 9 Внутренний дефект компонента Усталостная тре щина

Достоинствами метода АВПКО являются его простота и, как следствие, возможность получения результата в режиме «реального времени». К недостаткам метода относят его эмпиричность, связанную с экспертным подходом при задании коэффициентов критичности и трудность сравнения критичности нескольких объектов при отсутствии шкал коэффициентов критичности, используемых при ее расчете. По этой причине критичность плохо пригодна как один из показателей безопасности.

Анализ дерева неисправностей (БТА) представляет собой дедуктивный логический анализ причин, приводящих к отказу системы и ее составных частей. Он позволяет отразить в логико-графическом формате дерева неисправностей причинные взаимосвязи между различными случайными событиями с учетом логики их взаимодействия. Пример дерева отказов для мостового крана представлен на рис. 2. Данные причинные взаимосвязи получаются в результате прослеживания опасных ситуаций в системе в обратном порядке с целью отыскания возможных причин их возникновения. Однако данный метод не используется для анализа сложных систем, включающих несколько функционально связанных или зависимых подсистем различного назначения [5].

Рис. 2. Дерево отказов мостового крана

Исследование опасности и связанных с ней проблем (метод НА70Р) это совокупность приемов идентификации фундаментальной опасности, при помощи которых оценивается каждая часть системы с це-

226

лью обнаружения того, могут ли происходить отклонения от назначения конструкции и какие последствия это может повлечь. Данным методом исследуется влияние отклонений технических эксплуатационных параметров технического устройства (температуры, давления, износа, зазоров, уровня вибрации и др.) от регламентных режимов, с точки зрения возникновения опасности [6]. Метод HAZ0P по сложности и качеству результатов соответствует уровню методов АВПО и АВПКО.

Оценка влияния на надежность человеческого фактора (HRA) связана с влиянием человеческого фактора, а именно операторов и обслуживающего персонала, на работу системы и может быть использована для оценки воздействия ошибок персонала на безопасность и производительность [2]. Многие процессы содержат потенциальные возможности для ошибок персонала, в особенности в тех случаях, когда время, которым располагает оператор для принятия решений, ограничено. Вероятность того, что проблемы будут развиваться негативным образом, зачастую мала. Иногда действия со стороны персонала ограничиваются возможностью предотвращения начальной неисправности, прогрессирующей в направлении аварии. Анализ задачи и выявление ошибки персонала необходимо начинать на стадии концепции и на ранних этапах проектирования и разработки. Они должны модернизироваться на более поздних стадиях развития системы.

Предварительный анализ опасности (РНА) представляет собой индуктивный метод анализа, задачей которого является идентификация опасностей, опасных ситуаций и событий, которые могут причинить вред данной деятельности, объекту или системе. Чаще всего его принято проводить на ранней стадии разработки проекта, когда мало информации по деталям конструкции и рабочим процедурам, и зачастую он может быть предшественником последующих исследований. Кроме того, он может оказаться полезным в тех случаях, когда анализируются существующие системы или устанавливаются приоритеты опасностей, где обстоятельства препятствуют использованию более обширной совокупности технических приемов [2].

При проведении РНА вырабатывается перечень опасностей и опасных ситуаций общего характера посредством рассмотрения таких характеристик, как:

а) используемые или производимые материалы и их способность вступать в реакцию;

б) применяемое оборудование;

в) условия окружающей среды;

г) схема расположения;

е) области контакта и взаимодействия между компонентами системы и т. д.

Реализация данного метода завершается определением возможно-

стей аварии, качественной оценкой величины возможного вреда или ущерба здоровью, который мог быть нанесен, и идентификацией возможных исправительных мер. РНА должен корректироваться на стадиях проектирования, изготовления и испытания для обнаружения новых опасностей, внесения поправок и его совершенствования.

Полученные результаты могут быть представлены различными способами, например, в виде таблиц и «деревьев».

Структурная схема надежности является наглядным представлением надежности системы. Она показывает логическую связь компонентов, необходимую для работы системы. При построении структурной схемы надежности могут использоваться различные методы количественного анализа. Поэтому необходимо дать четкое определение отказа системы. Работоспособность системы зависит от одного или нескольких отказов системы. Для каждого определения отказа системы следующим шагом является деление системы на логические блоки в соответствии с целями анализа надежности. Отдельные логические блоки могут представлять собой подсистемы, каждая из которых, в свою очередь, может быть представлена своей структурной схемой надежности.[6]

Количественный анализ структурной схемы надежности проводят различными методами. В зависимости от типа структурной схемы могут использоваться простые Булевы методы и/или анализ множества соединений и прерываний. Вычисления проводят на основе данных надежности основных компонент [7].

Методы построения структурной схемы надежности предназначены для применения, прежде всего к системам без восстановления и системам, в которых порядок появления отказов не имеет значения. Предполагается, что в любой момент времени элемент системы может находиться только в одном из двух возможных состояний: исправном или неисправном. В связи с этим существуют некоторые ограничения по применению данного метода для анализа риска отказов грузоподъемных кранов

Проанализировав приведенные выше методики можно прийти к выводу о пригодности их применения при оценке риска возникновения отказов грузоподъемных кранов на стадии проектирования. Однако среди других стоит выделить два метода - БТА и БМЕСА. Первый является наиболее наглядным. С помощью него можно представить всю структуру и взаимосвязь отдельных частей анализируемого крана. Второй позволяет учитывать мнение компетентных в данной области людей (экспертов) в виде оценки тяжести последствий отказа.

Список литературы

1. Постановление Правительства РФ от 15 сентября 2009 г. N 753 «Об утверждении технического регламента о безопасности машин и обо-

рудования» (с изменениями от 18 октября 2010 г., 24 марта 2011 г.).

2. ГОСТ Р 51901.1-2002 Менеджмент риска Анализ риска технологических систем.

3. Чичерин С.С. Повышение безопасности мостовых кранов на основе анализа и оценки риска эксплуатации конструктивных элементов металлоконструкции: автореф. дис. канд. техн. наук. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2002. 24 с.

4. ГОСТ Р 51901.12-2007 Метод анализа вида и последствий отказов.

5. ГОСТ Р51901.13-2005 Анализ дерева неисправностей.

6. ГОСТ Р 51901.11-2005 Менеджмент риска Исследование опасности и работоспособности прикладное руководство.

7. ГОСТ Р 51901.14-2005 Менеджмент риска. Метод структурной схемы надежности.

Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, anzev@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Толоконников Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доц., tolokonnikov@list.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Горынин Алексей Дмитриевич, асп., gorynin@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

STANDARTIZA TION OF RISK ASSESSMENT IN THE DESIGN OF LIFTING CRANES

V.Y. Antsev, A.S. Tolokonnikov, A.D. Gorynin

Achieved structuring of the current regulatory documents in the field of risk management. The analysis of existing standards in this area. The most widespread methods of risk analysis. The estimation of their applicability in the design stage of cranes.

Key words: safety risk analysis lifting crane, denial, projection.

Antcev Vitaly Yurevich, doctor of technical science, professor, manager of department anzev@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tolokonnikov Aleksandr Sergeevich, candidate of technical science, docent, tolokonnikov@list. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Gogynin Aleksey Dmitrievich, postgraduate, gorynin@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University