Слепакова Виктория Вячеславовна Факторный параметрический

Слепакова Виктория Вячеславовна
Факторный параметрический анализ безопасности системы «окрасочный пункт
ООО «Прессовый инструмент» – способы защиты – опасные и вредные факторы»
Направление 280700 «Техносферная безопасность»
Программа «Защита окружающей среды»
АВТОРЕФЕРАТ
магистерской диссертации на соискание квалификации
магистра
Ростов-на-Дону – 2015
Работа выполнена в Донском государственном техническом университете, факультет
«Безопасность жизнедеятельности и инженерная экология», кафедра «Безопасность
жизнедеятельности и защита окружающей среды»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор,
профессор кафедры “БЖиЗОС” ДГТУ
Есипов Ю.В.
Рецензенты:
доктор технических наук,
профессор, зав. кафедрой “Химия” РГУПС
Мигаль Ю.Ф.
доктор технических наук,
профессор,
зав.
кафедрой
“Кибербезопасность
информационных
систем” ДГТУ
Безуглов Д.А.
Защита состоится «30» июня 2015 г. в 900 часов на кафедре “Безопасность
жизнедеятельности и защита окружающей среды” Донского государственного
технического университета.
Актуальность темы диссертационной работы.
В настоящее время безопасность труда во всем мире стоит в ряду наиболее
значимых социальных проблем.
Производственный травматизм представляет серьезную опасность для здоровья и
жизни людей, особенно работников опасных производственных объектов. В нашей стране
ежегодно в результате несчастных случаев на производстве гибнут тысячи людей, сотни
тысяч получают производственные травмы. Поэтому необходимо проводить
соответствующую государственную политику в области охраны труда, так как бездействие
влечет за собой огромные человеческие, а также экономические потери
Цель. На основе изученного нами нового метода факторного параметрического
анализа и возможностной оценки требуется установить значения показателей
безопасности и риска конкретной технической системы «окрасочный пункт ООО
«Прессовый инструмент» – способы защиты – опасные и вредные факторы».
Для этого требуется решить следующие задачи:
1) провести классификацию безопасности;
2) для классов безопасности 5 и выше (повышенно опасная система и т.д.) с учетом
имеющейся апостериорной статистики выбрать ожидаемые вершинные исходы (ВИ)
3) построить логические и возможностные (нечеткие) модели этих вершинных
исходов;
4) обосновать выбор мер определенности (частоты реализации или вероятности или
возможности появления предпосылок и условий превышения);
5) подставить значения этих мер в возможностную функцию ВИ;
6) рассчитать значения ВМ вершинных исходов и
7) оценить стоимостное значение интегрального риска.
Основная задача моей работы оценить рассчитать значения ВМ ожидаемых
вершинных исходов и оценить стоимостное значение интегрального риска.
Решение поставленных задач в перспективе представляют собой новые научные
результаты, причем некоторые из них могут обладать признаками мировой научной
новизны (п. 6 и 7).
Область применения и возможность практической реализации.
Для конкретной технической системы «объект – защита – среда – работники»
1)обосновать организационно-технические мероприятия повышения безопасности или
снижения вероятности травм, а также 2) апробировать этот метод для оценивания
страховых взносов по стоимостному значению интегрального риска системы и (или)
страховых фондов компаний – страховщиков (совместно со Слепаковой Е.В.).
Апробирован новый способ множественно-параметрического моделирования, а на
его основе поставлена и решена задача
оценки интегрального риска сложных
технических систем.
Результатами данного проекта:

Построение структурно-логической модели вершинного исхода;

Преобразования от логической (булевой) модели в вероятностную модель;

Преобразования от логической (булевой) модели в нечёткую
(возможностную) модель;

Определение вероятности и возможности (нечеткой меры) на основе
параметрической модели «воздействие – восприимчивость»;

Оценка стоимости интегрального риска (возможных потерь) в системе
«работник – производственная среда – работодатель».
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, двенадцати глав, заключения, списка
использованных литературных источников. Материал диссертации содержит 59 страниц
машинописного текста, 6 таблиц, 13 рисунков, список библиографических источников из
26 наименований.
Содержание.
Перед экспертом стоит задача оценить вероятность получения работником
окрасочного цеха тяжелых травм: перелом ноги, руки, вывих плеча, травму головы.
В результате анализа условий труда работников эксперт определил три фактора,
действующие раздельно, которые пронумеровал как 1 – тепловой, 2 – химический и 3механический.
Построение структурно-логической модели вершинного исхода (возможных
происшествий) -1: удар куска профиля по голове работника без каски; ВИ-2: падения
груза на работника, который получил тяжелую травму, перелом ноги, ВИ-3: падения груза
на работника, профиль ударил пострадавшего в лобную часть головы, ВИ-4: падения
груза на работника, работник сломал руку,ВИ-5: падения груза на работника в результате
вывих плеча;
(функции связности предпосылок):
1.
Неопытный стропальщик рассчитал вес груза не правильно (вес груза
больше чем положено) и применил 2 захвата, а не 4, груз опрокинуло или стропальщик
использовал поврежденных строповочных приспособлений, произошло напряжение в
стропе, разрыв строп и падение груза.
(П12 П5 )П8
Вершинный исход - падения груза на работника и в результате – вывих плеча.
2.
Неопытный стропальщик, который применил 2 захвата, а не 4, рассчитал вес
груза не правильно (вес груза больше чем положено) при внезапном отключении
электроэнергии произошло резкое торможения обрыв троса и падения груза.
П12 П5 П2
Вершинный исход - падения груза на работника, который получил тяжелую
травму, перелом ноги.
3.
Если внезапно отключилось электроэнергия и использовали изношенный
трос, произошло резкое торможения, разрыв звеньев и падения груза или стропальщик
использовал поврежденные строповочные приспособления, произошло напряжение в
стропе, разрыв строп и падение груза.
П2 (П3 П8 )
Вершинный исход - падения груза на работника. Падающий груз ударил
пострадавшего в лобную часть головы. Врезультатеработникполучилтяжёлуютравму
головы.
4.
Работал один неопытный стропальщик применил 2 захвата, а не 4, который
рассчитал груз визуально, в результате превысил вез груза больше чем положено, груз
опрокинуло.
П13 П12 П5
Вершинный исход - падения груза на работника, работник сломал руку
5.
Если работал не опытный стропальщик применил 2 захвата, а не 4,
произошел разрыв строп и падения груза или не соблюдение последовательности
операций, привело к нарушению транспортировки груза в результате ослабление
крепления, падение груза или неисправность крепления блока, в результате трос
перетерся и падения груза.
П12 П10 П1
Вершинный исход - падения груза на работника работник получил тяжелую травму
головы. В результате от полученных травм рабочий скончался в больнице.
Решение:
(П12 П5 )П8 → (х12 х5 )х8
1.
2.
П12 П5 П2 → х12 х5 х2
3.
П2 (П3 П8 ) → х2 (х3 х8 )
4.
П13 П12 П5 → х13 х12 х5
5.
П12 П10 П1 → х12 х10 х1
Логическая модель:
(х
у1 = 12 х5 )х8 𝑦1 = z1 х3
у2 = х х5 х2
12
у3 = х (х3 х8 ) → у3 = (х2 х3 )(х2 х8 )у3 = z2 z3
2
у4 = х х12 х5
13
у5 = х12 х10 х1
Преобразования от логической (булевой) модели в вероятностную модель:
Булевы переменные y и xi , принимающие значения: 0  (или) 1, заменяют
переменными P и pi.
𝑦1 = z1 х3 → Pro(𝑦 = 1) = 1 − 𝑔𝑧1 ∙ 𝑔𝑥3 = 1 − (1 − 𝑝𝑧1 ) ∙ (1 − 𝑝𝑥3 ) = 𝑝𝑧1 + 𝑝𝑥3 − 𝑝𝑧1 ∙ 𝑝𝑥3
у2 = х х5 х2 → Pro(𝑦 = 1) = 𝑝𝑥12 ∙ 𝑝𝑥5 ∙ 𝑝𝑥2
12
у3 = z2 z3 → Pro(𝑦 = 1) = 1 − 𝑔𝑧2 ∙ 𝑔𝑧3 = 1 − (1 − 𝑝𝑧2 )(1 − 𝑝𝑧3 ) = 𝑝𝑧2 + 𝑝𝑧3 − 𝑝𝑧2 ∙ 𝑝𝑧3
где 𝑝𝑧2 = 𝑝𝑥2 ∙ 𝑝𝑥3 ,
𝑝𝑧3 = 𝑝𝑥2 ∙ 𝑝𝑥8
у4 = х х12 х5 → Pro(𝑦 = 1) = 𝑝𝑥13 ∙ 𝑝𝑥12 ∙ 𝑝𝑥5
13
у5 = х х10 х1 = Pro(𝑦 = 1) = 1 − (1 − 𝑝𝑥12 )(1 − 𝑝𝑥10 )(1 − 𝑝𝑥1 )
12
Преобразования от логической (булевой) модели в нечёткую (возможностную) модель:
Булевы переменные y и xi , принимающие значения: 0  (или) 1, заменяют
переменными, далее называемыми возможностными (нечёткими) мерами, П и i .
Операция «логическое и» () замещается операцией (min) из сигнатуры четких и
нечетких множеств:
  min;
Операция «логическое или» () замещается операцией (max) из сигнатуры четких и
нечетких множеств:
  max.
Возможностная форма функции реализации вершинных исходов имеет следующий
вид:
𝑦1 = (х12 х5 )х8 𝑃𝑜𝑠(𝑦 = 1) = П = max(8 , min(12 , 5 ))
у2 = х х5 х2 Pos(𝑦 = 1) = П = min(𝜋12 , 𝜋5 , 𝜋2 )
12
у3 = х (х3 х8 )Pos(𝑦 = 1) = П = min(2 , max(3 , 8 ))
2
у4 = х х12 х5 Pos(𝑦 = 1) = П = min(𝜋13 , 𝜋12 , 𝜋5 )
13
у5 = х х10 х1 Pos(𝑦 = 1) = П = max(𝜋12 , 𝜋10 , 𝜋1 )
12
Параметрическая модель механического поражения работника при погрузке
Параметрическая модель механического поражения работника при погрузке
(«профиль» на голову работника с защитой или без каски) (Модель «воздействие –
восприимчивость»)
Установление областей параметра восприимчивости работника к ударному
воздействию (физический параметр: давление p (Па) в ударе механическим фрагментом
или фронтом ударной волны (УВ) ΔРФ (Па)) (Рисунок 1).
P → лежит в пределах от 3 до 10 Килопаскалей – травма с потерей
трудоспособности до 10 суток.
P → от 10 до 60, Килопаскалей – увечье с длительной потерей трудоспособности.
P → свыше 60 Килопаскалей – летальный исход (ЛИ).
Физико-технический анализ и расчет параметра напряжения σ в объекте с
использованием «σ – ε» диаграммы: напряжение, σ (Па) – деформация, ε = Δl/l (отн. Ед.)
(Рисунок 2)
Из закона сохранения энергии:
𝐸𝑛 = 𝑚𝑔ℎ →
𝑚𝑣 2
2
→ 𝑣 = √2𝑔ℎ , (м/c)
Из закона сохранения количества движения:
𝑚𝑣
𝑚𝑣 = 𝑃∆𝑡 → 𝜎 = 𝑃 = ∆𝑡 , (Па)
Рисунок 1 - Механического поражения работника при погрузке
ℎ1 ≥ 5м;
ℎ2 ≥ 500м;
𝑣 2 105
ℎ=
=
= 500м
2𝑔
20
Рисунок 2 - «σ – ε» диаграмма
∆𝑡 = 10
−3
𝑐;
𝑚 = 3кг; ℎ1 = 20;
𝑣1 = √2𝑔ℎ1 = √2 ∙ 10 ∙ 20 = 20м/c;
𝑃1 =
𝑚𝑣1 3 ∙ 20
=
= 6 ∙ 104 Па = 60кПа;
∆𝑡
10−3
𝑚 = 3кг; ℎ2 = 5;
𝑣2 = √2𝑔ℎ2 = √2 ∙ 10 ∙ 5 = 10м/c ;
𝑃2 =
𝑚𝑣2 3 ∙ 10
=
= 3 ∙ 104 Па = 30кПа
∆𝑡
10−3
m= 3кг; ℎ3 = 15;
𝑣3 = √2𝑔ℎ2 = √2 ∙ 10 ∙ 15 = 17,3 м/c ;
𝑃3 =
𝑚𝑣2 3 ∙ 17,3
=
= 5,1 ∙ 104 Па = 51кПа
∆𝑡
10−3
𝑚 = 3кг; ℎ4 = 10;
𝑣4 = √2𝑔ℎ2 = √2 ∙ 10 ∙ 10 = 14,1м/c ;
𝑃4 =
𝑚𝑣2 3 ∙ 14,1
=
= 4,2 ∙ 104 Па = 41кПа
∆𝑡
10−3
𝑚 = 3кг; ℎ5 = 18;
𝑣5 = √2𝑔ℎ2 = √2 ∙ 10 ∙ 18 = 18,9м/c ;
𝑃5 =
𝑚𝑣2
∆𝑡
=
3∙18,9
10−3
= 5,6 ∙ 104 Па = 56кПа.
̅̅̅̅ :
Найдем приведенный запас безопасности 𝑍𝐵
𝑟1 = 0,6кПа;
𝑆1 = 0,3 кПа;
∆𝑟 = 0,3 кПа;
∆𝑆 = 0,4 кПа;
̅̅̅̅̅1 = (0,6 − 0,3)⁄(0,3 + 0,4) = 0,42
𝑍𝐵
𝜋1𝐿 = 1 − 0,42 = 0,58
𝑟2 = 0,3 кПа;
𝑆2 = 0,2 кПа;
∆𝑟 = 0,15 кПа;
∆𝑆 = 0,25 кПа;
̅̅̅̅̅
𝑍𝐵2 = (0,3 − 0,2)⁄(0,15 + 0,25) = 0,25
𝜋2𝐿 = 1 − 0,25 = 0,75
Зная значения запаса безопасности, определим возможностные меры элементарных
предпосылок:
При гауссовой аппроксимации нечетких параметров ВМ происшествия можно


 4  exp  k e  z b 4
найти по формуле:
где ke коэффициент «нормальной» размытости, со значениями 4,5; 8; 12,5, которым
соответствует уровень (квантиль) доверия 1 – ν: 0,9968; 0,999968; 0,9999997.
zb – называемый «приведенный запас» безопасности
Кроме того, значение Nможно получить по графику, рисунок 3
Используя данные рисунка 3, принимаем значения k e  4,5
G
2
 3G  exp  4,5 1,252   8 103 ;
𝜋5𝐿 = 1 − 0,4 = 0,6
𝜋8𝐿 = 1 − 0,5 = 0,5
𝐿
𝜋10
= 1 − 0,24 = 0,76
𝐿
𝜋12
= 1 − 0,4 = 0,6
𝐿
𝜋13
= 1 − 0,24 = 0,76
Подставляя значения возможностных мер элементарных предпосылок получим
итоговый результат возникновения вершинного исхода:
𝑦1 = (х12 х5 )х8 𝑃𝑜𝑠(𝑦 = 1) = П = max(0,5, min(0,6; 0,6)) = 0,6
у2 = х х5 х2 Pos(𝑦 = 1) = П = min(0,6; 0,6; 0,75) = 0,6
12
у3 = х (х3 х8 )Pos(𝑦 = 1) = П = min (0,75, max(8 ∙ 10−3 ; 0,75)) = 0,5
2
у4 = х х12 х5 Pos(𝑦 = 1) = П = min(0,76; 0,6; 0,6) = 0,6
13
у5 = х х10 х1 Pos(𝑦 = 1) = П = max(0,6; 0,76; 0,58) = 0,76
12
Рисунок 3 - Расчетные зависимости возможностной меры N в функции от
приведенного запаса безопасности zb и уровня различимости при гауссовой
аппроксимации нечетких параметра
В результате экспресс анализа для заданной технической системы были
оценены вероятности возникновения вершинных исходов.
Оценить стоимость интегрального риска (возможных потерь) в системе «работник
– производственная среда – работодатель»:
Под интегральным риском понимается зависимость вида (Махутов Н.А., Гаенко
В.П.):
R U =   p j i (  u h j i ),
j i
h
где j  J - множество происшествий, происходящих (способных произойти) за жизненный
цикл ( ЖЦ ) потенциально опасного объекта,
i  I - множество этапов ЖЦ,
h  H - множество видов ущерба от ( i, j ) вида происшествия,
p, u – вероятность и ущерб от ( i, j ) вида происшествия.
Причем риск выражается в форме:
1. Количества происшествий (несчастных случаев, летальных исходов, аварий и т.
д.), отнесенных к числу анализируемых объектов, людей или систем за выбранный период
времени, например, календарный год;
2. Стоимости ущербов, например, в минимальных размерах оплаты труда (МРОТ),
которые несут (способны нести) происшествия, отнесенное к совокупности объектов за
календарный год.
В результате, после подстановки табличных значений в формулу
значение интегрального риска (руб.) системы
2
получим
RC(N,M) =  (12000+9200+10584+8400+16000) = 56 184 руб.
m=1
Расчетное значение интегрального риска системы представляет ожидаемый или
прогнозируемый ущерб от однократной реализации вершинных исходов с работниками
предприятия за календарный год. Если принять среднемесячную зарплату работников
равной 600 руб., то потери примерно равны годовой зарплате работника.
Основные положения магистерской диссертации отражена в статье:
Слепакова В.В., Слепакова Е.В. Событийный анализ и логико-возможностная оценка
защиты от несчастных случаев в ООО «Прессовый инструмент» // Труды студентов и
аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН. 2015. Р-н-Д. Изд. ЮНЦ РАН