Bezpečnostní inženýrství - Safety engineering - Wikipedia

Tento článek obsahuje seznam obecných Reference, ale zůstává z velké části neověřený, protože postrádá dostatečné odpovídající vložené citace. Prosím pomozte zlepšit tento článek představuji přesnější citace. (Ledna 2011) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Ilustrace NASA ukazující oblasti s vysokým dopadem na Mezinárodní vesmírnou stanici

Bezpečnostní inženýrství je inženýrská disciplína, která zajišťuje, že upravené systémy poskytují přijatelnou úroveň bezpečnost. Je to silně spojené s průmyslové inženýrství /systémové inženýrství a podmnožina bezpečnost systému inženýrství. Bezpečnostní technika zajišťuje, že a životně důležitý systém chová se podle potřeby, i když komponenty selžou.

Techniky analýzy

Techniky analýzy lze rozdělit do dvou kategorií: kvalitativní a kvantitativní metody. Oba přístupy sdílejí cíl najít kauzální závislosti mezi rizikem na úrovni systému a poruchami jednotlivých komponent. Kvalitativní přístupy se zaměřují na otázku „Co se musí pokazit, aby mohlo dojít k systémovému riziku?“, Zatímco kvantitativní metody se zaměřují na poskytování odhadů pravděpodobností, míry a / nebo závažnosti následků.

Složitost technických systémů, jako jsou Vylepšení designu a materiálů, Plánované kontroly, Bezchybný design a Záložní redundance, snižuje riziko a zvyšuje náklady. Riziko lze snížit na úroveň ALARA (tak nízké, jak je rozumně dosažitelné) nebo ALAPA (tak nízké, jak je prakticky dosažitelné).

Techniky bezpečnostní analýzy se tradičně spoléhají pouze na dovednosti a odborné znalosti bezpečnostního technika. V posledním desetiletí se staly prominentními přístupy založené na modelech. Na rozdíl od tradičních metod se modelové techniky snaží odvodit vztahy mezi příčinami a důsledky z nějakého modelu systému.

Tradiční metody pro analýzu bezpečnosti

Nazývají se dvě nejběžnější techniky modelování poruch analýza poruchového režimu a účinků a analýza stromu poruch. Tyto techniky jsou jen způsoby hledání problémů a vytváření plánů, jak zvládnout selhání, jako v pravděpodobnostní hodnocení rizika. Jednou z prvních úplných studií využívajících tuto techniku ​​na komerční jaderné elektrárně byla WASH-1400 studie známá také jako studie bezpečnosti reaktoru nebo Rasmussenova zpráva.

Analýza poruchových režimů a efektů

Analýza poruchových režimů a efektů (FMEA) je zdola nahoru, induktivní analytická metoda, kterou lze provádět buď na funkční úrovni, nebo na úrovni dílčích částí. U funkčních FMEA jsou režimy poruch identifikovány pro každou funkci v položce systému nebo zařízení, obvykle pomocí funkční funkce blokové schéma. U kusové součásti FMEA jsou identifikovány poruchové režimy pro každou součást dílčí části (například ventil, konektor, rezistor nebo dioda). Jsou popsány účinky poruchového režimu a je jim přiřazena pravděpodobnost na základě Poruchovost a poměr poruchového režimu funkce nebo součásti. Tato kvantizace je pro software obtížná - chyba existuje nebo není, a modely selhání používané pro hardwarové komponenty se nepoužijí. Teplota a věk a variabilita výroby ovlivňují rezistor; neovlivňují software.

Režimy selhání se stejnými efekty lze kombinovat a shrnout do souhrnu efektů režimu selhání. V kombinaci s analýzou kritičnosti je FMEA známá jako Analýza poruchových režimů, efektů a kritičnosti nebo FMECA, vyslovuje se „fuh-MEE-kuh“.

Analýza stromů poruch

Analýza stromů poruch (FTA) je shora dolů, deduktivní analytická metoda. Ve FTA je sledováno zahájení primárních událostí, jako jsou selhání komponent, lidské chyby a externí události Logická logika brány k nežádoucí špičkové události, jako je havárie letadla nebo roztavení jádra jaderného reaktoru. Záměrem je identifikovat způsoby, jak snížit pravděpodobnost hlavních událostí, a ověřit, zda bylo dosaženo bezpečnostních cílů.

Schéma poruchového stromu

Poruchové stromy jsou logickou inverzí úspěšných stromů a lze je získat použitím de Morganova věta k stromům úspěchu (které přímo souvisejí s blokové diagramy spolehlivosti ).

Dohoda o volném obchodu může být kvalitativní nebo kvantitativní. Pokud pravděpodobnosti selhání a události nejsou známy, lze kvalitativní poruchové stromy analyzovat na minimální sady řezů. Například pokud libovolná sada minimálních řezů obsahuje jednu základní událost, pak může být hlavní událost způsobena jednou chybou. Kvantitativní FTA se používá k výpočtu nejvyšší pravděpodobnosti události a obvykle vyžaduje počítačový software jako CAFTA od Výzkumný ústav elektrické energie nebo SAPHIRE z Idaho National Laboratory.

Některá průmyslová odvětví používají oba chybové stromy a stromy událostí. Strom událostí začíná od nežádoucího iniciátora (ztráta kritického napájení, porucha součásti atd.) A sleduje možné další systémové události až po řadu konečných důsledků. Když se uvažuje o každé nové události, přidá se nový uzel na stromě s rozdělením pravděpodobností převzetí kterékoli větve. Potom lze vidět pravděpodobnosti řady „hlavních událostí“ vznikajících z počáteční události.

Ropný a plynárenský průmysl na moři

Offshore ropný a plynárenský průmysl používá kvalitativní techniku ​​analýzy bezpečnostních systémů k zajištění ochrany offshore produkčních systémů a platforem. Analýza se používá během fáze návrhu k identifikaci nebezpečí technologického procesu spolu s opatřeními ke zmírnění rizika. Metodika je popsána v dokumentu Americký ropný institut Doporučená praxe 14C Analýza, návrh, instalace a testování základních systémů povrchové bezpečnosti pro offshore produkční platformy.

Tato technika využívá metody systémové analýzy k určení požadavků na bezpečnost k ochraně jakékoli jednotlivé komponenty procesu, např. plavidlo, potrubí nebo čerpadlo.^[1] Bezpečnostní požadavky jednotlivých komponent jsou integrovány do kompletního bezpečnostního systému platformy, včetně systémů zadržování kapalin a nouzových podpůrných systémů, jako je detekce požáru a plynů.^[1]

První fáze analýzy identifikuje jednotlivé komponenty procesu, mezi něž mohou patřit: průtokové linie, záhlaví, tlakové nádoby, atmosférické nádoby, ohřívače, komponenty vyhřívané výfukem, čerpadla, kompresory, potrubí a Tepelné výměníky.^[2] Každá součást je podrobena bezpečnostní analýze k identifikaci nežádoucích událostí (porucha zařízení, narušení procesu atd.), Pro které musí být zajištěna ochrana.^[3] Analýza také identifikuje zjistitelný stav (např. vysoký tlak ), který se používá k zahájení akcí k zabránění nebo minimalizaci účinku nežádoucích událostí. Tabulka bezpečnostní analýzy (SAT) pro tlakové nádoby obsahuje následující podrobnosti.^[3][4]

Dalšími nežádoucími událostmi pro tlakovou nádobu jsou podtlak, výfuk plynu, únik a nadměrná teplota spolu s přidruženými příčinami a zjistitelnými podmínkami.^[4]

Jakmile jsou identifikovány události, příčiny a zjistitelné podmínky, používá další fáze metodiky pro každou komponentu kontrolní seznam bezpečnostní analýzy (SAC).^[5] Toto uvádí seznam bezpečnostních zařízení, která mohou být požadována, nebo faktory, které vylučují potřebu takového zařízení. Například v případě přetečení kapaliny z nádoby (jak je uvedeno výše) SAC identifikuje:^[6]

• A4.2d - Senzor vysoké úrovně (LSH)^{[7][kruhový odkaz ]}
  • 1. LSH nainstalován.
  • 2. Zařízení za výstupem plynu není systém světlice nebo odvzdušnění a může bezpečně zvládnout maximální přenos kapaliny.
  • 3. Funkce nádoby nevyžaduje manipulaci se samostatnými fázemi kapaliny.
  • 4. Nádoba je malý odlučovač, ze kterého jsou ručně odváděny kapaliny.

Analýza zajišťuje, že jsou k dispozici dvě úrovně ochrany ke zmírnění každé nežádoucí události. Například pro tlakovou nádobu vystavenou přetlaku by primární ochranou byl PSH (vysoký tlakový spínač) pro uzavření přítoku do nádoby, sekundární ochrana by byla zajištěna tlakový pojistný ventil (PSV) na plavidle.^[8]

Další fáze analýzy se týká všech snímacích zařízení, uzavíracích ventilů (ESV), vypínacích systémů a nouzových podpůrných systémů ve formě tabulky Safety Analysis Function Evaluation (SAFE).^[2][9]

X označuje, že detekční zařízení vlevo (např.PSH) iniciuje vypnutí nebo varovnou akci vpravo nahoře (např. Uzavření ESV).

Graf SAFE představuje základ grafů příčin a následků, ke kterým se vztahují snímací zařízení uzavírací ventily a výpadky závodu, které definují funkční architekturu systému vypnutí procesu.

Metodika rovněž specifikuje testování systémů, které je nezbytné k zajištění funkčnosti ochranných systémů.^[10]

API RP 14C bylo poprvé publikováno v červnu 1974.^[11] 8. vydání vyšlo v únoru 2017.^[12] API RP 14C bylo v roce 1993 upraveno jako ISO standard ISO 10418 Ropný a plynárenský průmysl - Zařízení na těžbu na moři - Analýza, návrh, instalace a testování základních bezpečnostních systémů povrchových procesů.^[13] Nejnovější vydání ISO 10418 z roku 2003 v současné době (2019) prochází revizí.

Bezpečnostní osvědčení

Bezpečnostní pokyny obvykle předepisují soubor kroků, dodávatelných dokumentů a výstupních kritérií zaměřených na plánování, analýzu a návrh, implementaci, ověřování a ověřování, správu konfigurace a aktivity zajišťování kvality pro vývoj systému zásadního pro bezpečnost.^[14] Kromě toho obvykle formulují očekávání týkající se vytváření a používání sledovatelnost v projektu. Například, v závislosti na úrovni kritičnosti požadavku, Federální letecký úřad USA pokyn DO-178B / C vyžaduje sledovatelnost z požadavky na design a od požadavky na zdrojový kód a spustitelný kód objektu pro softwarové komponenty systému. Vyšší kvalita sledovatelnosti tak může zjednodušit proces certifikace a pomoci vytvořit důvěru ve vyspělost procesu aplikovaného vývoje.^[15]

Obvykle porucha bezpečnosti-certifikováno systémy je přijatelné^{[kým? ]} pokud v průměru méně než jeden život na 10⁹ hodiny nepřetržitého provozu jsou ztraceny do selhání. {podle dokumentu FAA AC 25.1309-1A} Most Western jaderné reaktory, lékařské vybavení a komerční letadlo jsou certifikovány^{[kým? ]} na tuto úroveň.^{[Citace je zapotřebí ]} Náklady versus ztráty na životech byly na této úrovni považovány za vhodné (do roku 2006) FAA pro systémy letadel pod Federální letecké předpisy ).^[16][17][18]

Zabránění selhání

A NASA Graf ukazuje vztah mezi přežitím posádky astronautů a počtem redundantní vybavení ve své kosmické lodi („MM“, modul mise).

Jakmile je identifikován poruchový režim, lze jej obvykle zmírnit přidáním dalšího nebo nadbytečného vybavení do systému. Například jaderné reaktory obsahují nebezpečné látky záření a jaderné reakce toho mohou tolik způsobit teplo že je nemůže obsahovat žádná látka. Proto mají reaktory nouzové systémy chlazení jádra, které udržují teplotu na nízké úrovni, stínění, které zadržuje záření, a inženýrské bariéry (obvykle několik, vnořené, překonané budova kontejnmentu ), aby se zabránilo náhodnému úniku. Obvykle se vyžaduje, aby systémy kritické z hlediska bezpečnosti povolily číslo selhání jedné události nebo součásti vyústit v katastrofický režim selhání.

Většina biologický organismy mají určité množství nadbytečnosti: více orgánů, více končetin atd.

Pro jakoukoli danou poruchu lze téměř vždy navrhnout a začlenit do systému záložní provoz nebo redundanci.

Existují dvě kategorie technik, které snižují pravděpodobnost selhání: Techniky předcházení poruchám zvyšují spolehlivost jednotlivých položek (větší návrhová marže, snížení hodnocení atd.). Techniky tolerance poruch zvyšují spolehlivost systému jako celku (redundance, bariéry atd.).^[19]

Bezpečnost a spolehlivost

Bezpečnostní inženýrství a spolehlivost mají mnoho společného, ​​ale bezpečnost není spolehlivost. Pokud zdravotnický prostředek selže, měl by selhat bezpečně; chirurgovi budou k dispozici další alternativy. Pokud selže motor na jednomotorovém letadle, neexistuje žádná záloha. Elektrické rozvodné sítě jsou navrženy pro bezpečnost a spolehlivost; telefonní systémy jsou navrženy pro spolehlivost, která se stává bezpečnostním problémem při uskutečňování tísňových volání (např.

Pravděpodobnostní posouzení rizik vytvořil úzký vztah mezi bezpečností a spolehlivostí. Spolehlivost součásti, obecně definovaná z hlediska součásti Poruchovost Pravděpodobnost vnější události a pravděpodobnost vnější události se používají v kvantitativních metodách hodnocení bezpečnosti, jako je FTA. K určení systému se používají související pravděpodobnostní metody Střední doba mezi poruchami (MTBF), dostupnost systému nebo pravděpodobnost úspěchu nebo neúspěchu mise. Analýza spolehlivosti má širší rozsah než analýza bezpečnosti v tom, že se berou v úvahu nekritická selhání. Na druhou stranu jsou vyšší míry poruch považovány za přijatelné pro nekritické systémy.

Bezpečnost obecně nelze dosáhnout pouze spolehlivostí komponent. Pravděpodobnosti katastrofického selhání 10⁻⁹ za hodinu odpovídají poruchovosti velmi jednoduchých součástí, jako je rezistory nebo kondenzátory. Složitý systém obsahující stovky nebo tisíce komponent by mohl být schopen dosáhnout MTBF 10 000 až 100 000 hodin, což znamená, že by selhal při 10⁻⁴ nebo 10⁻⁵ za hodinu. Pokud je porucha systému katastrofická, obvykle jediný praktický způsob, jak dosáhnout 10⁻⁹ míra selhání za hodinu je způsobena redundancí.

Pokud je přidání zařízení nepraktické (obvykle kvůli nákladům), pak je nejméně nákladná forma designu „neodmyslitelně bezpečná proti selhání“. To znamená, změnit design systému, aby jeho režimy selhání nebyly katastrofické. Vlastní bezpečnostní schránky jsou běžné v lékařských zařízeních, dopravních a železničních signálech, komunikačních zařízeních a bezpečnostních zařízeních.

Typickým přístupem je uspořádání systému tak, aby běžné jednotlivé poruchy způsobily bezpečné vypnutí mechanismu (u jaderných elektráren se to nazývá pasivně bezpečný design, i když jsou pokryty více než běžné poruchy). Alternativně, pokud systém obsahuje zdroj nebezpečí, jako je baterie nebo rotor, je možné odstranit nebezpečí ze systému, aby jeho režimy selhání nemohly být katastrofické. Standardní postup amerického ministerstva obrany pro bezpečnost systému (MIL – STD – 882) klade nejvyšší prioritu na eliminaci nebezpečí výběrem návrhu.^[20]

Jedním z nejběžnějších bezpečnostních systémů je přepadová trubka ve vaně a kuchyňském dřezu. Pokud se ventil uvízne, místo aby došlo k přetečení a poškození, nádrž vyteče do přepadu. Dalším běžným příkladem je, že v výtah kabel nesoucí auto drží pružinové brzdy otevřeno. Pokud se lanko zlomí, brzdy uchopí kolejnice a kabina výtahu nespadne.

Některé systémy nikdy nemohou být zabezpečeny proti selhání, protože je nutná nepřetržitá dostupnost. Například ztráta tahu motoru za letu je nebezpečná. Pro tyto situace se používají postupy nadbytečnosti, odolnosti proti poruchám nebo obnovy (např. Několik nezávislých řízených motorů a motorů s palivem). Díky tomu je systém méně citlivý na chyby předpovědi spolehlivosti nebo nejistotu vyvolanou kvalitou pro jednotlivé položky. Na druhé straně je zde stále důležitější detekce a korekce poruch a zamezení poruchám společné příčiny, aby byla zajištěna spolehlivost na úrovni systému.^[21]

Viz také

Reference

Poznámky

Zdroje

• Lees, Frank (2005). Prevence ztrát v procesním průmyslu (3. vyd.). Elsevier. ISBN  978-0-7506-7555-0.
• Kletz, Trevor (1984). Levnější, bezpečnější rostliny nebo bohatství a bezpečnost při práci: poznámky k inherentně bezpečnějším a jednodušším rostlinám. I.Chem.E. ISBN  978-0-85295-167-5.
• Kletz, Trevor (2001). Pohled inženýra na lidskou chybu (3. vyd.). I.Chem.E. ISBN  978-0-85295-430-0.
• Kletz, Trevor (1999). HAZOP a HAZAN (4. vyd.). Taylor & Francis. ISBN  978-0-85295-421-8.
• Lutz, Robyn R. (2000). Softwarové inženýrství pro bezpečnost: cestovní mapa (PDF). Budoucnost softwarového inženýrství. Stiskněte ACM. ISBN  978-1-58113-253-3. Citováno 31. srpna 2006.
• Grunske, Lars; Kaiser, Bernhard; Reussner, Ralf H. (2005). "Specifikace a vyhodnocení bezpečnostních vlastností v procesu softwarového inženýrství založeného na komponentách". Springer. CiteSeerX  10.1.1.69.7756. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
• USA DOD (10. února 2000). Standardní postup pro bezpečnost systému (PDF). Washington, DC: US ​​DOD. MIL-STD-882D. Citováno 7. září 2013.
• USA FAA (30. prosince 2000). Příručka o bezpečnosti systému. Washington, DC: US ​​FAA. Citováno 7. září 2013.
• NASA (16. prosince 2008). Procedurální požadavky agentury na řízení rizik. NASA. NPR 8000,4A.
• Leveson, Nancy (2011). Inženýrství bezpečnějšího světa - systémy uvažující o bezpečnosti. Inženýrské systémy. MIT Press. ISBN  978-0-262-01662-9. Citováno 3. července 2012.

externí odkazy

• Příručka pro řízení bezpečnosti systému US Army Pamflet 385-16