РАЗДЕЛ 3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН ПРИ ОЦЕНКЕ РИСКОВ ДЛЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Методология УРРАН (Управление Ресурсами, Рисками на этапах жизненного цикла и Анализ Надежности) разработана на основе методологии RAMS (обеспечения безотказности (Reliability), готовности (Availability), ремонтопригодности (Maintainability) и безопасности (Safety)) и подразумевает, в том числе, определение и анализ рисков для объектов инфраструктуры (ОИ) на различных этапах жизненного цикла [1, 2].

В рамках концепции комплексного управления надежностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на железнодорожном транспорте понятие риска включает два элемента:

- вероятность возникновения события или сочетание событий, ведущих к опасности или частота возникновения таких событий;

- последствия опасности.

Применительно к проблеме обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте указанным выше событием может быть ухудшение здоровья или смерть человека, авария или катастрофа технической системы или устройства, загрязнения или разрушение экологической системы, гибель группы людей или возрастание смертности населения, материальный ущерб от реализовавшихся опасностей или увеличение затрат на безопасность.

Риск является неизбежным, сопутствующим фактором производственной деятельности. Риск объективен, для него характерны неожиданность, внезапность наступления, что предполагает прогноз риска, его анализ, оценку и управление – ряд действий по недопущению факторов риска или ослаблению воздействия опасности.

Анализ риска представляет собой структурированный процесс, целью которого является определение как вероятности, так и размеров неблагоприятных последствий исследуемого действия, объекта или системы. В качестве неблагоприятных последствий рассматривается вред, наносимый людям, имуществу или окружающей среде.

На основе методологии УРРАН для ОИ необходимо проводить расчет и анализ следующих показателей:

- вероятность риска по безотказности ОИ;

- возможная величина ущерба из-за задержек поездов, связанных с отказами устройств ОИ, и устранения отказов;

- вероятность риска по безопасности для ОИ;

- возможная величина ущерба в результате действия поражающих факторов.

Расчет данных показателей на этапе проектирования также базируется на использовании эталонных элементов ОИ. Однако, величину риска невозможно оценить без учета эксплуатационной нагрузки ОИ на участке, для которого он проектируется. Поэтому вводится такое понятие наиболее загруженного эталонного элемента, по которому производится оценка риска для всего ОИ в целом.

Наиболее загруженный эталонный элемент ОИ – это эталонный элемент ОИ в фактических условиях эксплуатации, частота использования которого наибольшая среди всех эталонных объектов на рассматриваемой участке (станции). Под использованием эталонного элемента ОИ понимается событие (процесс), при котором в данный момент (период) времени осуществляется обеспечения движения поездов с помощью рассматриваемого эталонного элемента ОИ.

Для оценки риска необходимо различать следующие состояния эталонного элемента ОИ.

Активное состояние эталонного элемента ОИ – это такое состояние элемента, при котором он в течение некоторого интервала времени используется в обеспечении процесса движения поезда на участке, а параметры функционирования эталонного элемента ОИ влияют на безопасность движения поезда.

Пассивное состояние эталонного элемента ОИ – это такое состояние элемента, когда он в течение некоторого интервала времени не участвует в реализации функций по обеспечению процесса движения поезда на участке, а параметры функционирования эталонного элемента ОИ не влияют на безопасность движения поезда.

Пассивное неопасное состояние эталонного элемента ОИ – пассивное состояние эталонного элемента ОИ, при котором не возникают дестабилизирующие и поражающие факторы, связанные с функционированием эталонного элемента ОИ и движением поезда по участку.

Активное неопасное состояние эталонного элемента ОИ – активное состояние эталонного элемента ОИ, при котором не возникают дестабилизирующие факторы, связанные с функционированием эталонного элемента ОИ.

Пассивное опасное состояние эталонного элемента ОИ – пассивное состояние эталонного элемента ОИ, при котором под действием дестабилизирующих факторов, связанных с функционированием эталонного элемента ОИ, не возникают поражающие факторы, связанные с движением поезда по участку.

Активное опасное состояние эталонного элемента ОИ – активное состояние эталонного элемента ОИ, при котором под действием дестабилизирующих факторов, связанных с функционированием эталонного элемента ОИ, могут возникнуть поражающие факторы, связанные с движением поезда по участку.

Тогда с учетом последствий от отказов ОИ, их состояний, эксплуатационной нагрузки на участке, для которого проектируется ОИ, рассчитанных показателей надежности и безопасности проектируемого ОИ определяются следующие показатели риска:

Вероятность риска по безотказности для ОИ – это вероятность отказа эталонного элемента ОИ, который приводит к возникновению ущерба из-за задержек поездов и устранения этого отказа.

Вероятность риска по безопасности для ОИ – это вероятность перехода эталонного элемента ОИ в активное опасное состояние.

В общем случае на этапе проектирования можно использовать допущение, что интервалы времени между случайными событиями распределены по экспоненциальному закону (интервал времени между отказами эталонного элемента ОИ, длительность устранения отказов эталонного элемента ОИ, интервал времени между использованиями эталонного элемента ОИ, длительность использования эталонного элемента ОИ).

Для этого необходимо определить наиболее загруженный эталонный элемент ОИ. На основе эксплуатационных показателей работы участка, для которого проектируется ОИ, определяются коэффициенты использования для каждого эталонного элемента ОИ и выбирается наиболее загруженный из них, который будет использоваться для дальнейшего расчета рисков.

Далее отдельно рассматриваются риски по безотказности и по безопасности для ОИ:

- для наиболее загруженного эталонного элемента ОИ определяются вероятность риска по безотказности, а также возможная величина ущерба из-за задержек поездов и устранения отказов;

- для наиболее загруженного эталонного элемента ОИ определяются вероятность риска по безопасности и возможная величина ущерба в результате действия поражающих факторов. При этом для расчета риска по безопасности для ОИ необходимо отдельно учитывать движение пассажирских и грузовых поездов.

После того, как определены все показатели надежности и риска проводится их сравнение с допустимыми показателями в соответствии с методологией УРРАН.

Параметры движения поездов соответствуют параметрам движения на участке, на котором планируется внедрение проектируемого ОИ. В результате расчетов определяются показатели риска на этапе проектирования ОИ, представляемые в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1 - Значение показателей риска ОИ на этапе проектирования

№ п/п	Наименование показателя	Обозначение показателя	Значение показателя
	Вероятность риска по безотказности ОИ
	Величина ущерба по безотказности от функционирования ОИ
	Вероятность риска по безопасности ОИ
	Величина риска потери жизни человека от функционирования ОИ
	Величина ущерба от функционирования ОИ по безопасности

Исходные данные для анализа риска на этапе эксплуатации определяются на основе статистических данных об отказах на рассматриваемом участке. Параметры движения поездов определяются на основе графика исполненного движения поездов на рассматриваемом участке с учетом эксплуатационных особенностей. В результате расчетов определяются показатели риска на этапе эксплуатации ОИ, представляемые в виде таблицы 3.2.

Таблица 3.2 - Значение показателей риска ОИ на этапе эксплуатации

№ п/п	Наименование показателя	Обозначение показателя	Значение показателя
	Вероятность риска по безотказности ОИ
	Величина ущерба по безотказности от функционирования ОИ
	Вероятность риска по безопасности ОИ
	Величина риска потери жизни человека от функционирования ОИ
	Величина ущерба по безопасности от функционирования ОИ

 

Оценка риска должна осуществляться с помощью сочетания частоты возникновения опасного события и тяжести его последствий для установления уровня риска, создаваемого опасным событием. Приемлемость риска должна основываться на общепринятом принципе. В качестве базового принципа в ОАО «РЖД» должен применяться принцип ALARP – «Риск настолько низкий, насколько это практически возможно». В таблице 3.3 в качественных понятиях приведены типовые категории вероятности или частоты возникновения опасного события и описание каждой категории применительно к железнодорожной транспортной системе.

Таблица 3.3 - Частота возникновения опасных событий

Категория	Описание
Частое	Вероятность частого возникновения. Постоянно будет присутствовать опасная ситуация.
Вероятное	Неоднократное возникновение. Ожидается частое возникновение опасной ситуации.
Случайное	Вероятность неоднократного возникновения. Ожидается неоднократное возникновение опасной ситуации.
Редкое	Вероятность того, что событие будет иногда возникать на протяжении жизненного цикла системы. Обоснованное ожидание возникновения опасной ситуации.
Крайне редкое	Вероятность возникновения маловероятна, но возможна. Можно предположить, что опасная ситуация может возникнуть в исключительном случае.
Маловероятное	Вероятность возникновения крайне маловероятна. Можно предположить, что опасность не возникнет.

 

Для оценки возможного влияния следует использовать анализ последствий. В таблице 3.4 представлены типовые уровни тяжести опасных ситуаций и последствий, связанных с каждым таким уровнем, для всех железнодорожных систем.

 

Таблица 3.4 - Уровни тяжести опасных ситуаций

Уровень тяжести	Последствие для людей или окружающей среды	Последствие для эксплуатации
Катастрофический	Погибшие в результате аварии и/или многочисленные пострадавшие и/или серьезный ущерб для окружающей среды.	Полная потеря системы
Критический	Отдельные случаи со смертельным исходом и/или серьезно пострадавшие и/или значительный ущерб для окружающей среды	Полная потеря системы
Несущественный	Небольшие травмы и/или значительная угроза для окружающей среды	Тяжелое повреждение системы/систем
Незначительный	Возможные незначительные травмы	Небольшие повреждения системы

 

Применяемые категории и численный масштаб показателей для анализа риска ОИ должны быть заданы в виде таблицы 3.5, значения соответствующих показателей для анализа риска ОИ – в виде таблицы 3.6.

 

Таблица 3.5 - Численный масштаб показателей риска

Показатели риска	Категории
Частое	Вероятное	Случайное	Редкое	Крайне редкое	Малове-роятное

 

 

Таблица 3.6 - Значения ущерба при анализе риска

Показатели риска	Уровень тяжести
Катастро-фический	Крити-ческий	Несущест-венный	Незначи-тельный

 

Численные значения в таблицах 3.5 и 3.6 определяются административным органом железнодорожного транспорта согласно действующему законодательству и нормативам.

В таблице 3.7 дано определение качественных категорий риска и рекомендуемых действий, применяемых относительно каждой категории.

 

Таблица 3.7 - Качественные категории риска

Категория риска	Действия относительно каждой категории
Недопустимый	Должен быть исключен
Нежелательный	Может быть принят в качестве приемлемого в случае невозможности снижения риска и по согласованию с ОАО «РЖД» или органом надзора за безопасностью
Допустимый	Приемлем при надлежащем контроле и с согласия ОАО «РЖД»
Не принимаемый в расчет	Приемлем с/без согласия ОАО «РЖД»

 

Анализ риска производится согласно типовой матрице «частота – последствие», приведенной в таблице 3.8.

 

Таблица 3.8 - Матрица «частота – последствие»

Частота возникно-вения опасного события	Уровни риска
Частое	Нежелательный	Недопустимый	Недопустимый	Недопустимый
Вероятное	Допустимый	Нежелательный	Недопустимый	Недопустимый
Случайное	Допустимый	Нежелательный	Нежелательный	Недопустимый
Редкое	Не принимаемый в расчет	Допустимый	Нежелательный	Нежелательный
Крайне редкое	Не принимаемый в расчет	Не принимаемый в расчет	Допустимый	Допустимый
Мало-вероятное	Не принимаемый в расчет	Не принимаемый в расчет	Не принимаемый в расчет	Не принимаемый в расчет
	Незначительный	Несущественный	Критический	Катастрофи-ческий
Уровни тяжести последствия опасного события

 

Таким образом, на основании таблицы 3.8 анализ риска для ОИ на этапе проектирования может проводиться по двум матрицам «частота – последствие»:

- матрица анализа риска по безотказности ОИ на этапе проектирования (используются показатели и );

- матрица анализа риска по безопасности ОИ на этапе проектирования (используются показатели и , показатель соответствует катастрофическому уровню тяжести последствий опасного события).

На этапе эксплуатации анализ риска для ОИ проводится по следующим двум матрицам «частота – последствие»:

- матрица анализа риска по безотказности ОИ на этапе эксплуатации (используются показатели и );

- матрица анализа риска по безопасности ОИ на этапе эксплуатации (используются показатели и , показатель соответствует катастрофическому уровню тяжести последствий опасного события).

Согласно проведенному анализу риска, делается вывод: удовлетворяет или нет проектируемый ОИ предъявляемым требованиям для введения ее в эксплуатацию на заданном участке. Также предлагаются методы достижения требуемого уровня риска и оценивается эффективность их применения, в том числе могут быть рассмотрены рекомендации по техническому обслуживанию ОИ на участке проектирования.

На этапе эксплуатации ОИ на основе анализа риска можно обосновывать целесообразность дальнейшей эксплуатации, модернизации или замены рассматриваемой системы обеспечения движения поездов на участке эксплуатации.

 

РАЗДЕЛ 4. ПРАКТИКУМ

4.1 Исходные данные для задания 1

С помощью одного из известных методов произведен анализ дестабилизирующих факторов F_kn и возможности их влияния на переход процесса движения поезда в некоторое опасное состояние S_ok. Полученные данные представлены в таблицах 4.1, 4.2.

Таблица 4.1 - Вероятность возникновения опасного дестабилизирующего фактора

Опасный дестаби-лизирующий фактор, Fkn	Последняя цифра шифра студента
Fk1	3, 5∙ 10-6	7, 8∙ 10-6	1, 2∙ 10-6	---	---	5, 5∙ 10-7	---	1, 5∙ 10-7	---	---
Fk2	---	2, 5∙ 10-6	---	3, 5∙ 10-7	---	6, 5∙ 10-7	3, 2∙ 10-7	---	2, 1∙ 10-6	2, 7∙ 10-6
Fk3	3, 32∙ 10-6	2, 1∙ 10-6	2, 3∙ 10-6	9, 6∙ 10-7	0, 4∙ 10-7	---	---	5, 1∙ 10-7	8, 2∙ 10-6	---
Fk4	---	4, 2∙ 10-6	3, 4∙ 10-6	3, 3∙ 10-7	1, 5∙ 10-7	---	1, 5∙ 10-7		2, 9∙ 10-6	3, 9∙ 10-6
Fk5	1, 5∙ 10-6	---	9, 8∙ 10-6	---	0, 9∙ 10-7	1, 5∙ 10-7	---	2, 4∙ 10-7	---	---
Fk6	---	8, 3∙ 10-6	---	1, 8∙ 10-7	---	2, 5∙ 10-7	6, 7∙ 10-7	4, 2∙ 10-7	6, 3∙ 10-6	7, 6∙ 10-6
Fk7	7, 45∙ 10-6	4, 9∙ 10-6	9, 1∙ 10-6	---	9, 2∙ 10-7	---	---	8, 9∙ 10-7	---	---
Fk8	---	3, 6∙ 10-6	2, 5∙ 10-6	---	8, 6∙ 10-7	3, 2∙ 10-7	8, 1∙ 10-7	---	5, 0∙ 10-6	2, 6∙ 10-6
Fk9	2, 9∙ 10-6	---	6, 5∙ 10-6	5, 9∙ 10-7	4, 1∙ 10-7	---	---	7, 2∙ 10-7	8, 3∙ 10-6	---
Fk10	---	---	---	3, 4∙ 10-7	---	3, 9∙ 10-7	0, 4∙ 10-7	2, 7∙ 10-7	---	4, 2∙ 10-6

 

Таблица 4.2 - Условная вероятность перехода движения поезда в опасное состояние при возникновении дестабилизирующего фактора

Опасный дестабилизирующий фактор, Fkn	Предпоследняя цифра шифра студента
Fk1	0, 099	0, 057	0, 039	0, 122	0, 016	0, 117	0, 074	0, 024	0, 046	0, 008
Fk2	0, 062	0, 041	0, 049	0, 04	0, 051	0, 01	0, 068	0, 032	0, 06	0, 027
Fk3	0, 025	0, 058	0, 05	0, 141	0, 144	0, 072	0, 027	0, 04	0, 013	0, 014
Fk4	0, 049	0, 025	0, 061	0, 042	0, 079	0, 083	0, 005	0, 047	0, 148	0, 017
Fk5	0, 067	0, 151	0, 018	0, 073	0, 002	0, 023	0, 04	0, 027	0, 006	0, 028
Fk6	0, 113	0, 13	0, 009	0, 021	0, 036	0, 083	0, 048	0, 047	0, 066	0, 007
Fk7	0, 072	0, 018	0, 128	0, 073	0, 08	0, 016	0, 081	0, 019	0, 086	0, 012
Fk8	0, 056	0, 054	0, 016	0, 05	0, 005	0, 193	0, 005	0, 024	0, 048	0, 022
Fk9	0, 009	0, 023	0, 098	0, 121	0, 103	0, 003	0, 047	0, 067	0, 025	0, 022
Fk10	0, 013	0, 074	0, 121	0, 01	0, 122	0, 257	0, 082	0, 086	0, 025	0, 013

В таблице 4.1 представлены вероятности возникновения n-го опасного дестабилизирующего фактора F_kn, способного перевести движение поезда в k-еопасное состояние. Выбор дестабилизирующих факторов и вероятностей их появления осуществляется по последней цифре шифра студента.

В таблице 4.2 представлены значения условных вероятностей перехода движения поезда в состояние , если возник опасный дестабилизирующий фактор . Выбор значений условных вероятностей осуществляется по предпоследней цифре шифра студента.

Если в ячейке таблицы 4.1 стоит «прочерк», это означает, что соответствующий дестабилизирующий фактор не может перевести процесс движения поезда в рассматриваемое опасное состояние S_ok и поэтому не рассматривается, т.е. условная вероятность перехода движения поезда в опасное состояние равняется 0 (хотя в таблице 4.2 представлено не нулевое значение).

Необходимо определить частоту переходов процесса движения поезда в рассматриваемое опасное состояние Q_T(S_ok) за расчетное время Т ичастоту того, что движение поезда не перейдет в данное опасное состояние S_ok за это время.

4.2 Методические указания для выполнения задания 1

Вероятность перехода движения поезда в опасное состояние S_ok под действием опасного дестабилизирующего фактора F_kn за расчетное время Т определяется выражением:

,

где – условная вероятность перехода движения поезда в состояние , если возник опасный дестабилизирующий фактор ;

– вероятность возникновения n-го опасного дестабилизирующего фактора, способного перевести движение поезда в k-еопасное состояние.

Используя данную формулу, определить все значения для соответствующих опасных дестабилизирующих факторов.

Вероятность того, что движение поезда не перейдет в k-еопасное состояние под действием n-го дестабилизирующего фактора за расчетное время, определяется выражением:

.

Используя данную формулу определить все значения для соответствующих опасных дестабилизирующих факторов.

Результаты расчетов представить в виде таблицы 4.3.

Таблица 4.3- Результаты расчетов

Опасный дестабилизирующий фактор Fkn	Fk1	Fk2	…	Fkn	…	Fk10
Значение
Значение
Значение
Значение

Используя данные из последней строки таблицы 4.3 определим частоту того, что движение поезда не перейдет в опасное состояние S_ok за расчетное время по формуле:

,

где N_k – общее число опасных дестабилизирующих факторов, способных перевести движение в k-еопасное состояние.

Тогда частоту переходов процесса движения поезда в рассматриваемое опасное состояние Q_T(S_ok) за расчетное время Т можно определить как:

.

4.3 Пример выполнения задания 1

 

Рассмотрим пример выполнения задания для шифра, у которого последние две цифры «00».

Исходные данные возьмем из таблиц 4.1 и 4.2 и представим их в виде таблицы 4.4.

Таблица 4.4 – Исходные данные для варианта «00»

Опасный дестабилизирующий фактор Fkn	Fk1	Fk3	Fk5	Fk7	Fk9
Значение
Значение

Рассчитаем вероятность перехода движения поезда в опасное состояние S_ok под действием опасного дестабилизирующего фактора F_k1 за расчетное время Т:

.

Рассчитаем вероятность того, что движение поезда не перейдет в k-еопасное состояние под действием первого дестабилизирующего фактора за расчетное время:

.

Аналогично произведем расчеты для остальных опасных дестабилизирующих факторов. Результаты представим в виде таблицы 4.5.

Таблица 4.5 – Результаты расчетов для варианта «00»

Опасный дестабилизирующий фактор Fkn	Fk1	Fk3	Fk5	Fk7	Fk9
Значение
Значение
Значение
Значение

Далее определим частоту того, что процесс движения поезда не перейдет в опасное состояние S_ok за расчетное время по формуле:

.

.

Тогда частоту переходов процесса движения поезда в рассматриваемое опасное состояние Q_T(S_ok) за расчетное время Т определим как:

.

4.4 Исходные данные для задания 2

Риск функционирования объекта инфраструктуры (ОИ) определяется соотношением вероятности риска по безотказности и возможной величины ущерба из-за задержек поездов и устранения отказов . В качестве ОИ в задаче рассматривается железнодорожная станция. Исходные данные для определения риска по безотказности для ОИ приведены в таблицах 4.6 – 4.11, для определения риска по безопасности в таблицах 4.12 и 4.13. В качестве элемента ОИ рассматривается эталонный комплекс управления стрелкой [12].

Таблица 4.6 – Интенсивность использования элемента ОИ

Предпоследняя цифра шифра
, 1/ч	6, 71	3, 18	1, 16	3, 72	4, 25	0, 82	4, 74	0, 70	8, 40	0, 59

Таблица 4.7 – Средняя длительность использования элемента ОИ

Последняя цифра шифра
, ч	0, 028	0, 091	0, 036	0, 071	0, 032	0, 066	0, 084	0, 030	0, 016	0, 046

Таблица 4.8 – Интенсивность отказов элемента ОИ

Предпоследняя цифра шифра
, 10-51/ч	2, 46	8, 25	2, 79	4, 81	1, 49	8, 74	2, 87	7, 72	9, 76	4, 92

Таблица 4.9 – Количество элементов ОИ

Последняя цифра шифра
, 10-51/ч

Таблица 4.10 – Интенсивность восстановления элемента ОИ после отказа

Предпоследняя цифра шифра
, 1/ч	0, 8	1, 5	1, 4	2, 0	0, 9	0, 6	1, 7	1, 2	1, 9	1, 3

Таблица 4.11 - Исходные данные для определения риска по безотказности для ОИ

Обозначение показателя	Наименование показателя	Значение показателя
	Средняя стоимость одного часа простоя поезда, тыс. руб.	3, 393*
	Средняя стоимость одной дополнительной остановки поезда, тыс. руб.	0, 12746**
	Расчетный период, ч

^* - взято из «Антонова В. Д. Определение экономической эффективности инвестиций в устройства автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте: методические рекомендации. – Екатеринбург: УрГУПС, 2008. – 41 с.» с учетом инфляции 45%;

^**- взято из «Себестоимость железнодорожных перевозок: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Н.Г. Смехова, А.И. Купоров, Ю.Н. Кожевников и др.; Под ред. Н.Г. Смеховой и А.И. Купорова. – М.: Маршрут, 2003»с учетом инфляции 97, 4%.

Таблица 4.12 – Коэффициент, учитывающий долю опасных отказов ОИ

Последняя цифра шифра
	0, 0086	0, 0020	0, 0027	0, 0067	0, 0032	0, 0016	0, 0037	0, 0042	0, 0008	0, 0047

Таблица 4.13 – Уровень тяжести последствий при нарушении безопасности движения поездов

Предпоследняя цифра шифра
Уровень тяжести последствий	незначительный	серьезный	критический	катастрофический	бедственный	незначительный	серьезный	критический	катастрофический	бедственный

Необходимо рассчитать показатели , , , построить матрицы рисков по безотказности и безопасности для ОИ и сделать выводы по ним.

4.5 Методические указания для выполнения задания 2

Согласно методам теории массового обслуживания, параметр можно рассматривать как среднее время простоя одного поезда:

,

где ;

;

;

– удельная нагрузка по использованию элемента ОИ;

– удельная нагрузка по устранению отказов элемента ОИ;

– среднее время пропуска поезда по элементу ОИ, ч;

;

– количество поездов, пропускаемых по элементу ОИ за расчетный период ;

– второй начальный момент длительности пропуска поездов по элементу ОИ;

;