Niezawodność i bezpieczeństwo systemów inżynierskich
Zagadnienia z wykładów na zaliczenie przedmiotu

1. Podstawowe pojęcia nauki niezawodności



Teoria niezawodności pozwala opisać szereg zjawisk i procesów, które mają charakter
stochastyczny, np.:



Zjawisk związanych z prawdopodobieństwem wystąpienia awarii



Stopniem gotowości obiektu do pracy



System- struktura zbudowana z elementów składowych ( urządzeń, podzespołów,

podsystemów itp.).



System- zorganizowany zbiór elementów i połączeń między nimi. Charakterystyczną cechą

jest jego wielostanowość, tzn. może on znajdować się w więcej niż jednym stanie pracy.



Element- najmniejsza, niepodzielna część systemu. W rozumieniu niezawodnościowym jest to

dowolna część systemu ( przewód, zbiornik, zasuwa itd.), której niezawodność jest określana
bez rozpatrywania niezawodności części go budujących.



Element może znajdować się w jednym z dwóch stanów sprawności:



Sprawny (działający, zdatny do pracy),



Niesprawny (uszkodzony, w remoncie)



Obiekt- pojęcie pierwotne określające w zależności od potrzeb element niepodzielny (obiekt

prosty) lub grupę elementów tworzących pewną spójną część systemu (obiekt złożony).



Podział obiektów ze względu na możliwość usuwania uszkodzeń:



Obiekty naprawialne (odnawialne),



Obiekty nienaprawialne (nieodnawialne),



Obiekty naprawialne:



Z pomijanym, krótkim czasem naprawy (odnowy),



Z istotnym czasem naprawy,

2. Metoda Balcerskiego



Stopień gwarancji niezniszczenia budowli powinien być większy wraz ze wzrostem
wielkości obiektu i wzrostem ewentualnych strat spowodowanych przez katastrofę

Ocena ważności budowli wg Balcerskiego na podstawie 4 parametrów
Q- przeciętny przepływ w danym profilu rzeki [m3/s]
H- maks. Piętrzenie na danym stopniu [m]
V- pojemność zbiornika dla maks H [hm3]
m- średnia gęstość zakotwienia poniżej zbiornika
Czasowa miara trwałości budowli (okres technicznej amortyzacji) t

0

lat:



Miara ta jest uzależniona od materiału użytego do budowy wg poniższego zestawienia



Małe jazy betonowe o zamknięciach drewnianych t0=30 lat



Jazy betonowe o zamknięciach stalowych t0=60 lat



Zapory betonowe t0=100 lat



Zapory ziemne t0=150 lat



Wyznaczenie miarodajnej wielkiej wody z wykorzystaniem stopnia ważności
(T- prawdopodobieństwo wystąpienia wielkiej wody raz na T lat)

𝑇 = 𝑤 ∙ 𝑡

0

𝑝% =

100%

𝑇

3. Globalny wskaźnik ryzyka budowli wodnych ICOLD



System kontroli bezpieczeństwa wg ICOLD uwzględnia nie tylko parametry samego
zbiornika, ale również wiele innych parametrów środowiskowych



Dodatkowe czynniki mogą nie być uwzględnione w czasie projektowania budowli
hydrotechnicznych, co w miarę upływu czasu może prowadzić do uszkodzeń co w
konsekwencji obniża wytrzymałość zapory.



Czynniki ryzyka budowli wodnych podzielono na 3 klasy:



Niezawodnościowy



Środowiskowy



Potencjalny czynnik ludzko ekonomiczny



Pracę zapory wg ICOLD opisują następujące czynniki:



Przyjęcie odpowiedniej konstrukcji



Charakterystyka podłoża



Typ i niezawodność wyposażenia (zamknięcia)



Właściwe zwymiarowanie urządzeń



Stan techniczny zapory



Wpływ potencjalnej katastrofy na życie ludzi i potencjalne straty ekonomiczne



Warunki zewnętrzne lub środowiskowe wpływające na bezpieczeństwo konstrukcji:



Sejsmiczność



Obsuwanie się zboczy



Powodzie przewyższające dopuszczalny poziom piętrzenia



Ciężkie warunki środowiskowe

4. Pojęcie ryzyka i metody określania



Ryzyko jest wskaźnikiem stanu lub zdarzenia które może prowadzić do strat. Jest ono
proporcjonalne do prawdopodobieństwa wystąpienia tego zdarzenia i do wielkości strat, które
może spowodować.

𝑟 = 𝑃 ∙ 𝐶

P-

miara

zawodności

funkcji

systemu

odpowiadającego

kategorii

częstości-

prawdopodobieństwa,
C- miara konsekwencji odpowiadającej kategorii skutków- szkód, wyrażona w jednostkach
finansowych



Szacowanie ryzyka:



Dwuparametryczna matryca oceny ryzyka



Trójparametryczna matryca oceny ryzyka



Czteroparametryczna matryca oceny ryzyka



Pięcioparametryczna matryca oceny ryzyka



Dwuparametryczna ocena ryzyka:



Łączy w sobie punktową skalę prawdopodobieństwa zagrożenia ze skalą następstw

𝑟 = 𝑃 ∙ 𝐶

P- prawdopodobieństwo negatywnego wyniku
C-

konsekwencje, straty

względne związane z wyżej wymienionym

prawdopodobieństwem

Skutki następstwa

Prawdop. małe 1

średnie 2 duże 3

małe 1

b. małe 1 małe 2

średnie 3

średnie 2 małe 2

średnie 4 duże 6

duże 3

średnie 3 duże 6

b. duże 9

punkty

ryzyko tolerowane

1-2

ryzyko kontrolowane

3-4

ryzyko nie akcept.

6-9



Trójparametryczna matryca oceny ryzyka SZW (System Zaopatrzenia w Wodę)



Ocena ryzyka systemu zaopatrzenia w wodę

𝑟 = 𝑃 ∙ 𝐶 ∙ 𝐸

P- częstotliwość występowania zagrożenia
C- skutki zagrożenia
E- ekspozycja zagrożenia

Klasa

Skala opisowa

Wartości liczbowe

1

bardzo małe

0,05<r≤5

2

małe

5<r≤50

3

średnie

50<r≤200

4

duże

200<r≤400

5

bardzo duże

400<r≤5000



Czteroparametryczna matryca oceny ryzyka- uwzględnia systemy zabezpieczeń i monitoringu

𝑟 =

𝑃 ∙ 𝐶 ∙ 𝑁

𝑂

P- waga punktowa związana z prawdopodobieństwem wystąpienia danego reprezentatywnego
zdarzenia niepożądanego,
C- waga punktowa związana z wielkością strat,
N- waga punktowa związana z zagrożoną liczba mieszkańców,
O- waga punktowa związana z ochroną SZW przed nadzwyczajnymi zagrożeniami

Skala opisowa

Wartości liczbowe

Tolerowane

0,33<r≤3

Kontrolowane

4<r≤8

Nie akceptowalne

9<r≤27



Pięcioparametryczna matryca oceny ryzyka- w dużych aglomeracjach

𝑟 =

𝑃 ∙ 𝐶 ∙ 𝑁 ∙ 𝐸

𝑂

P- waga punktowa związana z prawdopodobieństwem wystąpienia danego reprezentatywnego
zdarzenia niepożądanego,
C- waga punktowa związana z wielkością strat,
N- waga punktowa związana z zagrożoną liczba mieszkańców,
O- waga punktowa związana z ochroną SZW przed nadzwyczajnymi zagrożeniami
E- waga punktowa związana z ekspozycja na zagrożenie

Skala opisowa

Wartości liczbowe

Tolerowane

0,33<r≤3

Kontrolowane

8<r≤18

Nie akceptowalne

24<r≤81

5. Klasy wskaźników niezawodnościowych

1. Nieuszkadzalność- mierzona jest prawdopodobieństwem niewystąpienia uszkodzeń w

procesie eksploatacji obiektu w określonym przedziale czasu. Miarami nieuszkadzalności
są:



Średni czas do uszkodzenia,



Intensywność uszkodzeń

2. Trwałość (obiektu)- zdolność do zachowania istotnych właściwości w określonych

granicach. Miarami trwałości są:



Przedział czasu (okres użytkowania),



Liczba wykonanych czynności,



Ilość wykonanej pracy,



Długość przebytej drogi.

3. Gotowość- miarą gotowości obiektu jest prawdopodobieństwo terminowego przystapienia

do realizacji zadań. Do wskaźników gotowości należą:



Współczynnik gotowości operacyjnej,



Współczynnik gotowości wewnętrznej,



Współczynnik gotowości technicznej (stosunek czasu pracy obiektu do sumarycznego
czasu pracy, odnowy i obsługi).

4. Bezpieczeństwo- miarą bezpieczeństwa obiektu jest prawdopodobieństwo niewystąpienia

w czasie realizacji zadań uszkodzeń których skutkami byłoby zagrożenie bezpieczeństwa
obiektu, środowiska i życia ludzi. Do wskaźników bezpieczeństwa należą:



Zawodność bezpieczeństwa,



Intensywność uszkodzeń,



Prawdopodobieństwo niewystąpienia zawodności bezpieczeństwa.

5. Efektywność niezawodnościowa (skuteczność)- określa stopień przystosowania obiektu do

realizacji konkretnego zadania.

6. Odpowiedniość- to własność obiektu wielozadaniowego. Miarą odpowiedniości jest

prawdopodobieństwo, że obiekt jest odpowiedni do realizacji napływających zadań.

7. Obsługiwalność- wskaźnikiem obsługi walności jest prawdopodobieństwo terminowego

wykonania obsługi. Miarami obsługi walności są:



Intensywność obsługi,



Średni czas obsługi.

8. Naprawialność- wskaźnikiem naprawialności jest prawdopodobieństwo terminowego

wykonania naprawy. Miarami naprawialności są:



Intensywność naprawy,



Średni czas naprawy.

6. Wskaźniki niezawodności obiektów inżynierskich odnawialnych i nieodnawialnych



Podstawowe miary niezawodności można podzielić na dwie grupy:

a. Wskaźniki charakteryzujące niezawodność nieodnawialnych obiektów,
b. Wskaźniki charakteryzujące niezawodność odnawialnych obiektów.

a. Najczęściej

stosowanymi

wskaźnikami

charakteryzującymi

niezawodność

nieodnawialnych obiektów są:



Prawdopodobieństwo poprawnej pracy R(t)- jest prawdopodobieństwem tego, że
obiekt będzie pracował bez uszkodzeń co najmniej w przedziale (0,t)

𝑅

(𝑡)

= 𝑃(𝑇 > 𝑡)

t- czas, w ciągu którego określa się prawdopodobieństwo poprawnej pracy obiektu,

T- zmienne klasowe oznaczające czas pracy obiektu
Jeżeli funkcja R(t) jest ciągła i R(T=0)=1, to można ja przedstawić w następującej
postaci:

𝑅

(𝑡)

= ∫ 𝑓(𝑡)𝑑𝑡

∞

𝑡

f(t)- gęstość rozkładu prawdopodobieństwa zmiennej losowej T



Niezachowanie

stanu

zdatności

Q(t)-

funkcja

zawodności

Q(t)

jest

prawdopodobieństwem tego, że obiekt ulegnie uszkodzeniu w przedziale czasowym
(0,t).

𝑄(𝑡) = 𝑃(𝑇 < 𝑡)

Rozpatrywany obiekt może być albo zdatny albo niezdatny. Zatem w dowolnej chwili
t:

𝑄(𝑡) + 𝑅(𝑡) = 1



Funkcja gęstości rozkładu prawdopodobieństwa f(t)- stanowi wskaźnik
nieuszkadzalności obiektów nienaprawialnych.

𝑓(𝑡) =

𝑑

𝑑𝑡

𝑄(𝑡) = 𝑄

′

(𝑡) 𝑙𝑢𝑏 𝑓(𝑡) = −

𝑑

𝑑𝑡

𝑅(𝑡) = −𝑅

′

(𝑡)



Intensywność uszkodzeń λ(t)- funkcje intensywności uszkodzeń nazywana jest
funkcja ryzyka. Jest to względny spadek niezawodności w czasie.

𝜆(𝑡) =

𝑓(𝑡)

𝑅(𝑡)

= −

𝑅

′

(𝑡)

𝑅(𝑡)

f(t)- gęstość rozkładu prawdopodobieństwa zmiennej losowej T,
R(t)- prawdopodobieństwo poprawnej pracy.

b. Wskaźniki charakteryzujące niezawodność odnawialnych obiektów

Obiekty odnawialne charakteryzują się dwoma rodzajami wskaźników związanych
odpowiednio ze stanem pracy lub odnowy.
Wskaźniki związane ze stanem pracy są tożsame ze wskaźnikami obiektów
nieodnawialnych.
Jeżeli nie uwzględnimy czasu na przywrócenie zdatności, to ilościowo
charakterystykami niezawodnościowymi obiektów odnawialnych mogą być
parametry:



Strumienia uszkodzeń- jest to stosunek ilości uszkodzonych obiektów w jednostce
czasu do ilości badanych obiektów (wszystkie uszkodzone obiekty zastępowane są
dobrymi).

𝑤(𝑡) =

𝑛(∆𝑡)

𝑁(∆𝑡)

n(∆t)- liczba uszkodzeń obiektów w czasie,
N(∆t)- - liczba badanych obiektów w czasie,
(∆t)- przedział czasu
Strumień uszkodzeń i częstość uszkodzeń wiąże zależność:

𝑤(𝑡) = 𝑓(𝑡) + ∫ 𝑤(𝑇)

𝑡

0

𝑓(𝑡 − 𝑇)𝑑𝑡

Parametr strumienia uszkodzeń dla dowolnego czasu pracy jest większy od częstości
uszkodzeń w(t)>f(t)



Częstości uszkodzeń f(t),



Średni czas pracy miedzy uszkodzeniami,



Intensywność odnowy μ(t)- liczba niesprawności usuwanych w jednostce czasu w
stosunku do liczby niesprawności usuwanych wcześniej.

𝜇(𝑡) =

𝑛(𝑡, 𝑡 + ∆𝑡)

𝑛(𝑡)∆𝑡

n(t,t+∆t)- liczba obiektów, u których odnowa zakończyła się w przedziale czasu
(t,t+∆t),
n(t)- liczba obiektów, których odnowa zakończyła się do czasu t,
∆t- przedział czasu na jaki podzielono badane okresy odnowy.

7. Pojęcie bezpieczeństwa i jego charakterystyka

Rozróżniamy stany bezpieczeństwa:



Zawodność bezpieczeństwa,



Niezawodność bezpieczeństwa,



Zawodność sprawności lub zawodność funkcjonowania.

Miarami bezpieczeństwa są:



Prawdopodobieństwo (R

B

) niewystąpienia uszkodzenia obiektu lub błędu jego

działania powodującego zagrożenie jego bezpieczeństwa oraz obiektów z nim
współpracujących, środowiska i życia ludzkiego.



Prawdopodobieństwo (Q

B

) wystąpienia uszkodzenia obiektu lub błędu jego działania

powodującego zagrożenie jego bezpieczeństwa oraz obiektów z nim
współpracujących, środowiska i życia ludzkiego.



Prawdopodobieństwo (Q

S

) wystąpienia uszkodzenia obiektu lub błędu jego działania

powodującego jedynie przerwę w jego funkcjonowaniu.

Zagrożenia:



Bezpieczeństwa- na skutek występujących w systemie uszkodzeń może wystąpić
szereg uszkodzeń wtórnych, albo mogą wystapić inne procesy towarzyszące
uszkodzeniu.



Bezpieczeństwa obiektów współpracujących- na skutek uszkodzenia danego obiektu
może wystąpić bezpośrednie lub pośrednie zagrożenie obiektów w nim
współpracujących.



Bezpieczeństwa środowiska- na skutek uszkodzenia obiektu może nastąpić
bezpośrednie lub pośrednie zagrożenie.



Bezpieczeństwa życia ludzkiego- na skutek uszkodzenia obiektu występuje poważne p
uszkodzenie ciała lub utrata życia ludzkiego.

8. Metody oceny bezpieczeństwa

Metoda hierarchicznej analizy problemu (AHP- ang. Analitic Hierarchy Process)-
służy przede wszystkim do wspomagania wyboru wariantów decyzyjnych.
Wariantami tymi mogą być obiekty fizyczne, np. maszyny jak i pewne stany
reprezentowane przez warianty projektowe lub realizacyjne które… Metoda AHP
ujmuje podejście wielokryterialne, oparte na kompensacyjnej strategii modelowania
preferencji. Uwzględnienie preferencji oceniającego, decydujących o subiektywności
ocen, stanowi istotę podejścia wielokryterialnego, traktującego owe preferencje jako
zjawisko naturalne. Przydatność metody AHP można szczególnie zaobserwować w
tych zastosowaniach, gdzie znaczna część kryteriów oceny ma charakter jakościowy,
a doświadczenie oceniającego stanowi główne źródło ocen. Metoda AHP wykazuje
swoją przydatność szczególnie w sytuacjach:



Występuje hierarchia kryteriów oceny reprezentująca różny poziom
szczegółowości,



Większość kryteriów oceny wariantów nie ma charakteru ilościowego lecz
jakościowy a ponadto znaczna część ocen jest obarczonych subiektywnością
oceniającego (decydenta),



Występuje pełna porównywalność wariantów, a więc np. gdy porównanie i ocena
odbywają się na zbiorze wariantów należących do tej samej klasy.

Metodę AHP realizuje się w 4 krokach:

1. Budowa modelu hierarchicznego. Dekompozycja problemu decyzyjnego i

budowa hierarchii czynników (kryteriów) wpływających na rozwiązanie
problemu.

2. Ocena przez porównanie parami. Zebranie ocen porównania parami kryteriów

oraz wariantów decyzyjnych przez zastosowanie względnej skali dominacji
przyjętej w metodzie AHP.

3. Wyznaczenie preferencji globalnych i lokalnych. Określenie wzajemnych

priorytetów (istotności) w odniesieniu do kryteriów i wariantów decyzyjnych
przez obliczenia za pomocą oprogramowania AHP (Expert Choice lub arkusza
Excel).

4. Klasyfikacja wariantów decyzyjnych. Wyznaczenie i uporządkowanie wariantów

decyzyjnych ze względu na ich udział w realizacji celu nadrzędnego.

9. Obiekty złożone, struktury niezawodnościowe obiektów

a. Jeżeli niezawodność elementów wyznacza jednoznacznie niezawodność systemu,

można mówić że określona jest struktura niezawodnościowa systemu (obiekty
złożone). Struktura niezawodnościowa systemu przedstawia zatem sposób
wzajemnych powiązań elementów określających zależność uszkodzeń systemu od
uszkodzeń. Struktura niezawodnościowa danego systemu (obiektu złożonego) opisuje
się tzw. funkcją strukturalną systemu. Struktura niezawodności złożonych systemów
technicznych można analizować różnymi metodami. Najczęściej korzysta się ze
schematu blokowego zapisu analitycznego. W przypadku struktur złożonych nie
można przedstawić ich struktury za pomocą schematu blokowego… W omawianych
modelach można założyć, że każdy element systemu może być w jednym lub dwóch
możliwych stanów (stan zdatności lub niezdatności). Wówczas dla elementu x,
(i=1,2,...,n):

𝑓(𝑥) = 𝑓(𝑥

1

, 𝑥

2

, … , 𝑥

𝑛

)

f=0 system niezdatny; f=1 system zdatny

b. Struktura niezawodności obiektów



Struktura

szeregowa, równoległa, mieszana (szeregowo-równoległa,

równoległo-szeregowa), złożona,



Szeregowa- do sprawności systemu konieczna jest sprawność wszystkich

elementów (bloków), np. ogniw łańcucha,



Równoległa- do sprawności systemu wystarczy sprawność jednego
dowolnego elementu; uszkodzenie następuje w chwili uszkodzenia
wszystkich elementów (bloków) systemu.

a. Struktura szeregowa

𝑅

𝑠

(𝑡) = ∏ 𝑅

𝑖

𝑛

𝑖=1

R- niezawodność bloku,

𝑅

𝐴𝐵

= 𝑅

1

∙ 𝑅

2

b. Struktura równoległa

𝑅

𝑠

(𝑡) = 1 − ∏(1 − 𝑅

𝑖

)

𝑛

𝑖=1

𝑅

𝐴𝐵

= 1 − (1 − 𝑅

1

) ∙ (1 − 𝑅

2

)

c. Struktura szeregowo-równoległa

𝑅

𝑠

(𝑡) = ∏[1 − ∏(1 − 𝑅

𝑖𝑗

(𝑡))]

𝑛

𝑖=1

𝑘

𝑗=1

𝑅

𝐴𝐵

= 𝑅

1

∙ [1 − (1 − 𝑅

2

) ∙ (1 − 𝑅

3

)]

d. Systemy o strukturze równoległo-szeregowej

𝑅

𝑠

(𝑡) = 1 − ∏[1 − ∏(1 − 𝑅

𝑖𝑗

(𝑡))]

𝑘

𝑖=1

𝑛

𝑗=1

𝑅

𝐴𝐵

= 1 − 𝑅

1

∙ [1 − (1 − 𝑅

2

) ∙ (1 − 𝑅

3

)]

Przez złożone struktury niezawodności rozumie się także struktury, których schematy
blokowe nie dają się zredukować do struktury szeregowej lub równoległej z
niezależnymi elementami lub takie, dla których schemat blokowy już istnieje.

Schemat blokowy nie istnieje dla takich systemów, w których trzeba uwzględnić
więcej niż dwa stany niezawodnościowe (zdatny/niezdatny), lub więcej niż jedna
postać uszkodzenia elementu. Z kolei redukcja struktury niezawodności do struktury
równoległej lub szeregowej nie będzie możliwa dla struktury sieciowej (rozproszonej).

10. Pojęcie, rodzaje ryzyka i metody jego szacowania

Rodzaje ryzyka:

a. Siły wyższej- jest związane ze zdarzeniami, których skutkom nie można zapobiec

(klęski i katastrofy żywiołowe, wypadki związane z konfliktami społecznymi, awarie
w zakładach produkcyjnych).

b. Obiektywne i subiektywne.

Ryzyko obiektywne- jest to indywidualna ocena szansy występowania określonego
rezultatu (spożywanie wody bezpośrednio z kranu).
Ryzyko subiektywne- zależy od postrzegania ryzyka obiektywnego, może być
tożsame z ryzykiem obiektywnym.

c. Psychologiczne- dobrowolnie podjęte ryzyko jest łatwiej akceptowane niż narzucone.

Łatwiej akceptuje się ryzyko, które można kontrolować.
Występuje w dwóch obszarach:



Obszarze zachowania w warunkach realizacji ryzyka,



Obszarze zachowania związanym z gotowością do podjęcia ryzyka.

d. Osobowe i majątkowe- jest następstwem działania ludzkiego o charakterze

niezamierzonej wizji: powoduje uszczerbek w dobrach osobistych.

e. Statyczne i dynamiczne.

Ryzyko statyczne- występuje niezależnie od czasu (brak wody w studni).
Ryzyko dynamiczne- związane jest ze zdarzeniami losowymi (duży wzrost cen wody
z wodociągów może spowodować zaopatrywanie z innych źródeł- woda mineralna).

f. Ekologiczne- jest związane z ekosystemem rozumianym jako konglomerat

organizmów żywych oraz środowiska przyrody nieożywionej, między którymi
zachodzi przepływ energii i obieg materii (nadmierna regulacja rzek, budowa
zbiorników).

g. Ekonomiczne- dotyczy szeroko pojętej działalności gospodarczej. W strefie

produkcyjnej ryzyko związane jest z ograniczeniem strat i maksymalnego zysku, w
strefie handlowej wiąże się z marketingiem.

h. Medyczne, epidemiologiczne i farmaceutyczne- dwa pierwsze rodzaje ryzyka

charakteryzują się stopniem narażenia na choroby cywilizacyjne. Ryzyko
farmaceutyczne charakteryzuje badania nad lekami nowej generacji.

i. Informatyczne- jest związane z cywilizacją informatyczną (przestępczość

komputerowa: telefonia, Internet, FTP, email, www, SSH)

Ocena ryzyka (szacowanie)

a. Ilościowa (QRA), (probabilistyczna)

Scenariusz awaryjny RZA- obliczenie wskaźnika ryzyka dla RZA.
Instrumenty ilościowe- analizy ryzyka, metody probabilistyczne:



Analiza drzew zdarzeń (ETA- z ang. Event Tree Analysis),



Analiza drzewa niezawodności (błędów i uszkodzeń), (FTA- ang.
Fault Tree Analysis).

b. Półilościowe

Scenariusz

awaryjny

RZA-

kategoryzacja i wielkość skutków,

prawdopodobieństwo ryzyka.
Instrumenty półilościowe oceny ryzyka:



Analiza modelu Markowskich,



Metody symulacyjne (np. Monte Carlo)

c. Jakościowe

Scenariusz awaryjny RZA- czy zabezpieczenia są wystarczające dla kontroli
RZA (taktyka)?
Instrumenty jakościowej oceny ryzyka:



Analiza rodzajów i skutków uszkodzeń,



Analiza struktury bezpieczeństwa.

Przykładem jakościowej oceny jest tzw. metoda ekspertów oceny ryzyka. Jest to
subiektywna metoda oparta na wiedzy historycznej.

11. Zarządzanie ryzykiem , redukcja ryzyka

Zarządzanie ryzykiem



Zarządzanie ryzykiem jest to korygowanie elementów danego obiektu inż. i jego operatorów
z wykorzystaniem dostępnych środków w celu osiągnięcia poziomu ryzyka tolerowanego w
sposób jak najbardziej efektowny pod względem techniczno-ekonomicznym i
niezawodnościowym



Proces zarządzania ryzykiem składa się z następujących elementów :
sterowanie ryzykiem – analiza ryzyka (identyfikacja zagrożeń i określenie
prawdopodobieństwa niebezpiecznych zdarzeń, ocena ryzyka), podejmowanie decyzji (reakcja
na ryzyko akceptacja, eliminacja)
administrowanie ryzykiem – dokumentacja awarii i wszystkich negatywnych zdarzeń
opracowanie planu reagowania w sytuacjach awaryjnych, opracowanie harmonogramu
konserwacji i modernizacji elementów danego obiektu
monitorowanie ryzyka- korekta oraz aktualizacja metod analizy ryzyka i wszelkich danych
potrzebnych do takiej analizy uwzględniająca dynamikę rozwoju i zmieniające się czynniki
zewnętrzne
finansowanie ryzyka – zabezpieczenie środków finansowych w budżecie przedsiębiorstwa na
koszty związane z realizacją ww. procesów oraz finansowanie systemu ubezpieczeń

redukcja ryzyka



Redukcję ryzyka pierwotnego uzyskuję się poprzez zaprojektowanie i wdrożenie działań
ograniczających wielkość możliwych negatywnych skutków lub zmniejszenie
prawdopodobieństwa ich powstania.



Ryzyko wtórne otrzymuje się na podstawie algorytmu redukcji ryzyka pierwotnego wg
procedury przedstawionej poniżej:

Działania związane z redukcją ryzyka

Ryzyko pierwotne

Rozpoznanie zagrożeń

Ocena możliwych skutków

zagrożeń

Projekt redukcji ryzyka

Działania redukujące ryzyko

Ryzyko wtórne



Bezpieczeństwo funkcjonowania SZW jest realizowane na trzech poziomach:
a) Poziom zapobiegania
b) Poziom ochrony
c) Poziom przeciwdziałania

Zadaniem każdego poziomu bezpieczeństwa jest ograniczenie ryzyka (Rr) a co za tym idzie
ograniczenie skutków występowania RZA-> RC i prawdopodobieństwo wystąpienia RZA-
>RP
Ogólna redukcja ryzyka (ORr) dla n=3 poziomu bezpieczeństwa

𝑂𝑅𝑟 = ∑ 𝑅𝑃𝑖 ∗ 𝑅𝐶𝑖

3

𝑛=1



Redukcja ryzyka wiąże się często z poniesieniem dodatkowych kosztów . Dlatego należy
policzyć czy koszty działań prewencyjnych są opłacalne w stosunku do uzyskanego
zmniejszenia ryzyka
a) iloraz powinien przyjmować wartości od 0 do 5, jeżeli jest większy od 50 oznacza, że

działania związane z redukcją ryzyka są nieopłacalne

b) gdy iloraz jest ujemny oznacza to zmniejszenie kosztów

12. Ryzyko związane z funkcjonowaniem operatora systemu inżynierskiego.



Klasyfikacja zachowania operatora systemu inżynierskiego

wprawa - odruchowe wyk. czynności nabytych w wyniku doświadczeń praktycznych
reguła - wyk. mniej oczywistych działań wg określonych reguł opracowanych dla
scenariuszy przewidywalnych sytuacji
wiedza – działanie w sytuacjach, w których wzorce praktycznie lub z reguły postępowania nie
mają bezpośredniego zastosowania ; diagnozowanie stanu oraz podejmowanie decyzji w
odmiennej sytuacji



Klasyfikacja niewłaściwego zachowania operatora systemu inż.
pomyłka – niezamierzone działanie lub mylne zrealizowanie decyzji
zapomnienie – odstępstwo od kolejnego kroku w algorytmie postępowania wynikające z
chwilowego zaniku pamięci, zapomnienia



Błędy mogą przyjmować dwojaki charakter
- decyzje i działania powodujące zdarzenia niepożądane
- niepodjęcie decyzji lub działań, które zapobiegałyby występowaniu zdarzeń niepożądanych



Rodzaje błędów:
-błędy aktywne- o skutkach natychmiastowych

- błędy o skutkach odroczonych (planistyczne, organizacyjne)

błąd

Z konsekwencjami

Bez następstw

aktywny

odroczony

Niezachowanie

procedury

bezpieczeństwa

Mylna

interpretacja

Zawodność systemu

bezpieczeństwa

Zła

organizacja

Przecenienie

możliwości

Niedocenienie

zagrożenia

Pominięcie

faktów

Brak

koncentracji

Brak

zrozumienia



Można wyróżnić następujące błędy pominięcia (pominięcie całego zadania lub kroku w
zadaniu):
- selekcja – wydanie błędnej decyzji,
- sekwencja – działanie w niewłaściwej kolejności
- czasowe – działanie zbyt wcześnie lub zbyt późno
- jakościowe – zbyt mało lub zbyt dużo



Prawdopodobieństwo popełnienia błędu przez operatora:

𝑃𝐵𝑂 = 2

(𝑛−1)

∙ 𝑃

PBO – prawdopodobieństwo błędu operatora
P – prawdopodobieństwo początkowe popełnienia błędu przez operatora
n – liczba błędnych prób poprawy błędnej decyzji operatora

13. Bezpieczeństwo zbiorników retencyjnych

- wg światowego rejestru zapór ICOLD 1998, liczba zapór o wys. Ponad 15 m na świecie
wynosi 36235
- w 1900r. istniało zaledwie 427
- większość sztucznych zbiorników zaporowy powstało w II połowie XX. Wieku
- istnieją zbiorniki zaporowe o poj. Przekraczającej 100 km3
- w Polsce mamy 19 zbiorników o pojemności ponad 50 mln m3
- według komisji ICOLD, ocenia się, że na 100 zapory w ciągu 100 lat, dwie ulegają
katastrofie

Podstawowymi przyczynami uszkodzeń zapór są 3 zasadnicze czynniki:
- brak dostatecznej znajomości zjawisk przyrodniczych, wł. Materiałów oraz podłoża
- błędy techniczne popełniane na etapie wykonawstwa
- nieprawidłowa eksploatacja budowli hydrotechnicznych

Bezpośrednie przyczyny awarii i katastrof budowli piętrzących mogą być:
- zbyt mała przepustowość urządzeń upustowych
- nieosiągnięcie obliczeniowej zdolności przepustowej urządzeń upustowych
- niewłaściwa praca urządzeń przeciw filtracyjnych i drenażu w zaporach oraz wymywanie i
unoszenie materiału gruntowego z zapór lub ich podłoża

- odkształcenie, nierównomierne osadzanie, przekraczanie dopuszczalnych stanów naprężeń
- dynamiczne oddziaływanie wody
- długotrwałe lub ekstremalne zjawiska klimatyczne
- szkodliwe oddziaływanie wahań poziomów wód
- czynniki subiektywne( błędy obliczeniowe, złe wykonawstwo)

Główne przyczyny katastrof i uszkodzeń budowli hydrotechnicznych(ICOLD):
- przecieki 30%
- awarie urządzeń zrzutowych 15%
- niestateczność skarp 18%
- przelanie wody przez koronę zapory 8%
- deformacja nasypów 5%
- deterioracja 8%

Uwarunkowania prawne wyk. Ocen stanu technicznego budowli piętrzących w Polsce:
- ustawa z 7 lipca 1994 Prawo Budowlane
- Rozp. Ministra środowiska z 20 kwietnia 2007r. w sprawie warunków technicznych jakim
powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie
- art. 62 ustawy Prawa Budowlanego – że obiekty budowlane powinny być poddawane
kontroli okresowej co najmniej raz na 5 lat, podlegającej w sprawie stanu technicznego i
przydatności do użytkowania
- obecnie brak jest jednoznacznego rozp. Regulującego zasady wyk. Ocen stanu technicznego
- w Polsce: zapory klasy 1 i 2 należące do Skarbu państwa sprawuje Ośrodek Techniczny
Kontroli Zapór (OTKZ) Instytut Meteorologii i Gosp. Wodnej

14. Kontrola pracy i bezpieczeństwa budowli piętrzących, techniczna kontrola zapór.

Techniczna kontrola zapór – zadania jednostek TKZ:
- przegląd obiektów
- pomiary, badania i ekspertyzy
- archiwizacja danych
- interpretacja metod i systemów pomiarowych
- ocena stanu technicznego i bezpieczeństwa obiektów
Techniczna kontrola zapór:
- zewnętrzne czynniki oddziaływujące na obiekt
- pomiary wody górnej i dolnej
- ciśnienie/wypór wody
- temp. Otoczenia wody i powietrza
- zjawiska opisujące zachowanie się budowli i jej podłoża
- odkształcenia i przemieszczenia
- przebieg filtracji
- (gradienty ciśnień, prędkości i wydatki filtracji)

W normlanych warunkach pracy obserwacji podlegają:
- poziom górnej i dolnej wody
- opady oraz stany wód na dopływie do zbiornika
- pomiary warunków meteorologicznych
- wypór oraz ciśnienie, poziomy zw. Wód filtracyjnych
- wydatki filtracji drenażu

- wszelkie przemieszczenie liniowe i kątowe ( od reperów i GPS)
- odkształcenia materiału zapory (beton lub grunt)
Analiza i interpretacja wyników obserwacji
- - wykresy graficzne interpretacji wyników
- wykresy w funkcji czasu
- przekroje i plany z naniesieniem izolinii
- graficzne modele przestrzenne
- tworzenie funkcji analitycznych z uwzględnieniem wpływu czynników zewnętrznych i
zjawisk reologicznych w oparciu o statystyczne metody korelacji wielokrotnych

Kontrola pracy i bezpieczeństwa budowli piętrzących
- do kontroli sluzy zainstalowana na tych obiektach aparatura kontrolno-pomiarowa
- obecnie umożliwiają zarówno bardzo dobre i dokładne pomiary jak ich automatyzacja oraz
połączenie z systemem sygnalizującym zagrożenie
- system kontroli powinien służyć 3 wzajemnie uzupełniającym się celom:
1) analiza zachowania się konstrukcji budowli piętrzących podczas pracy
2) kontroli procesów starzenia się budowli lub wychwytywaniu jej uszkodzeń, tak aby
zawczasu można było podjąć najodpowiedniejsze kroki i prace zapobiegające
3) sygnalizacja pojawienia się nieoczekiwanych zagrożeń

Stosowane techniki automatyczne mają szereg mankamentów
- podatność na korozję
- podatność na oddziaływanie pól elektromagnetycznych w tym wyładować atmosferycznych
- ograniczenia w odległości, liczebności transmisji danych
- konieczność stałej konserwacji i okresowej naprawie elementów w skutek utraty stabilności
wskazań
Automatyczne systemy kontroli zapór, składa się z elementów:
- czujniki i systemy czujników
- połączenia komunikacyjne i okablowanie
- interface, sygnał wyjściowy z czujników o dostosowanie go do systemu zbierania danych
- systemy zbierania danych
- analiza i raporty

15. Przyczyny katastrofy budowli wodnych

Analiza katastrof budowli hydrotechnicznych spowodowane błędami posadowienia w
niekorzystnych warunkach geologicznych lub geotechnicznych. Zniszczenia zapór wywołane
przelaniem wody przez koronę.
- katastrofy spowodowane błędami konstrukcji zapory
- awarie urządzeń upustowych
A) błędy posadowienia
- posadowienie budowli na słabych skalach ulegających dodatkowo osłabieniu po
nawodnieniu
- brak przesłony oraz drenażu przyspiesza utratę stateczności skał podłoża i przyczółku
- wycieki przez szczeliny w skałę (błędne zbadanie geologii otoczenia)
- dla wielkich zapór nie uwzględniono wyporu, który w projektowanych warunkach nie
odgrywa znaczącej roli dla stateczności takiego obiektu. W nadzwyczajnych warunkach może
mieć istotne znaczenie i nie uwzględnienie go doprowadzi do katastrofy.
- nie uwzględnianie zjawisk tektonicznych i obsuwanie się zboczy

B) zniszczenia wywołane przelaniem się wody przez koronę
- zmniejszenie światła przelewu
- zmniejszenie przepływu przez nałożenie krat na wylocie
- dopływ do zbiornika przekracza jego przepustowość
- błędne uwzględnienie w projekcie np. nawalnych kilkudniowych opadów
- zbyt mała przepustowość upustów zapory głównej
- przelanie się wody przez koronę, nieuwzględnienie skutków tego zjawiska

C) Katastrofy spowodowane błędami konstrukcji zapory
- słaba wytrzymałość spoin masywu, nienajlepsza jakość mieszanych ręcznie betonów
- marna jakość wykonawstwa
- nadmierne odkształcanie filarów co może spowodować pojawienie się rys i pęknięć
- nieuwzględnienie lub złe obliczenia filtracji pod zaporą