ODiplom // Менеджмент // 03.05.2012

Метод построения деревьев отказов и экспертные методы оценки риска

Метод построения деревьев отказов и экспертные методы оценки риска.

Риск присутствует практически во всех сферах предпринимательской деятельности. Его существование связано с принятием решений в условиях неполной информации и неопределенности.

Риск это вероятность благоприятных и неблагоприятных последствий, которые могут наступить при реализации выбранного альтернативного решения.

Одной из сфер применения метода экспертных оценок является качественный анализ и количественная оценка экономического риска. На основании метода экспертных оценок реализуются серьезные и дорогостоящие мероприятия.

Экспертные оценки не только и не столько инструмент получения информации, но и орудие глубокого анализа и прогноза.

В практической деятельности применяются как индивидуальные, так и групповые (коллективные) экспертные оценки (опросы). Оценка риска осуществляется по величине потерь при ожидаемом значении вероятности этих потерь.

Особым классом задач принятия решений являются задачи с учетом факторов риска и безопасности. Факторы риска, понимаемого как вероятность потерь, влияют на процесс принятия решений. Анализ риска и оценка безопасности возможны лишь как решение конкретной задачи принятия решений с учетом всех характеризующих ее факторов.

Можно выделить три основных направления исследований в этой области:

1. Измерение риска, способы его количественного определения. Рассматриваются вопросы создания банков данных по поломкам и авариям; расчета надежности систем; построения математических моделей аварий; восприятия риска населением и т.д.

2. Повышение безопасности крупномасштабных технологических систем. Рассматриваются вопросы определения допустимого уровня риска (установление стандартов); выбора места расположения новых систем; взаимодействия человек-машина; разработки более безопасных технологий; определения экономически оправданного уровня затрат на безопасность.

3. Аварии и их анализ. Рассматриваются причины возникновения и процесс развития аварий; организационно-управленческие вопросы подготовки к возможным авариям; управление в чрезвычайной обстановке; анализ последствий аварий.

Все эти направления связаны друг с другом. И измерение риска, и анализ аварий необходимы, в конечном счете, для повышения безопасности технологий. Когда рассматривается безопасность новой технологии, то строятся так называемые деревья отказов и деревья событий.

1. Метод построения деревьев отказов

Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий, несчастных случаев и пр.) лежит в основе логико – вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями). При анализе возникновения отказа состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения.

Метод построения деревьев отказов и экспертные методы оценки риска

Граф дерева отказов

Логические символы деревьев отказов

Логические символы

Логические символы связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Логический символ может иметь один или несколько входов, но только один выход, или выходное событие Логический знак "И" (схема совпадения). Выходное событие логического знака И наступает в том случае, если все входные события появляются одновременно.

Правило формулирования событий.

События, входные по отношению к операции И, должны формулироваться так, чтобы второе было условным по отношению к первому, третье условным по отношению к первому и второму, а последнее – условным ко всем предыдущим. Кроме того, по крайней мере, одно из событий должно быть связано с появлением выходного события.

Полная характеристика события не требуется. Иногда она даже мешает графической ясности диаграммы. Требуется лишь упорядочить события так, чтобы стоящее справа зависело от появления стоящего слева.

Таким образом, появление выходного события будет определяться появлением последнего события в ряду N – событий.

Правило применения логического знака И.Если имеются несколько причин, которые должны появиться одновременно, то обычно используют операцию И. Входы операции должны отвечать на вопрос: "Что необходимо для появления выходного события?". Логический знак "ИЛИ" (схема объединения). Выходное событие логического знака ИЛИ наступает в том случае, если имеет место любое из входных событий.

Правило формулирования событий.

События, входные по отношению к операции ИЛИ, должны формулироваться так, чтобы они вместе исчерпывали все возможные пути появления выходного события. Кроме того, любое из входных событий должно приводить к появлению выходного события.

Правило не дает способа описания событий, но оно должно выполняться при построении дерева отказа. Правило применения логического знака ИЛИ. Если любая из причин приводит к появлению выходного события, следует использовать операцию ИЛИ. Входы операции отвечают на вопрос: "Какие события достаточны для появления выходного события?".

Порядок применения логических знаков И и ИЛИ.

Для любого события, подлежащего дальнейшему анализу, вначале рассматриваются все возможные события, являющиеся входами операций ИЛИ, затем входы операций И. Это справедливо как для головного события, так и для любого события, анализ которого целесообразно продолжить.

Примеры этих двух логических знаков показаны на рисунке.

Метод построения деревьев отказов и экспертные методы оценки риска

Пример использования логических знаков И и ИЛИ

Событие "возникновение пожара" имеет место, если два события – "утечка горючей жидкости" И "очаг воспламенения вблизи горючей жидкости", происходят одновременно. Последнее (критическое) событие случается, если происходит одно из двух событий – "наличие искры" ИЛИ "курящий рабочий".

Построение деревьев отказов

Построение дерева отказов (fault tree) начинается с определения некоторого конечного (аварийного) состояния системы.

При анализе "деревьев отказов" выявляются комбинации отказов (неполадок) оборудования, инцидентов, ошибок персонала и нерасчетных внешних (техногенных, природных) воздействий, приводящих к головному событию (аварийной ситуации).

Метод используется для анализа возможных причин возникновения аварийной ситуации и расчета ее частоты (на основе знания частот исходных событий). При анализе дерева отказа (аварии) рекомендуется определять минимальные сочетания событий, определяющие возникновение или невозможность возникновения аварии.

Далее перечисляются все подсистемы и связанные с ними события, которые могут привести к аварии системы. Для каждой подсистемы эта процедура повторяется, т.е. определяются те события, которые могут привести к ее аварии. Окончание этой процедуры определяется или требуемой степенью детализации, или невозможностью дальнейшего "расщепления" рассматриваемой системы. Таким образом, строится дерево отказов.

Отдельные элементы этого дерева могут находиться между собой в одной из двух логических зависимостей. Первая заключается в том, что событие (авария) произойдет только при одновременном осуществлении нескольких других событий (И), т.е. событие А может произойти, лишь если одновременно произойдут события В, С, D. Вторая ситуация имеет место тогда, когда, для того чтобы произошло событие А, достаточно, чтобы произошло хотя бы одно из событий В, С, D (ИЛИ). События или подсистемы, не подлежащие дальнейшей детализации, называются базисными.

Далее это дерево может использоваться для качественного и количественного анализа исходной системы. Качественный анализ состоит в нахождении всех возможных комбинаций базисных или элементарных событий, которые могут обусловить наступление исследуемого конечного события. Количественный анализ дерева заключается в определении вероятности наступления конечного события (аварии) на основе данных о вероятностях наступления базисных событий.

Достоинства и недостатки метода деревьев отказов

Преимущество дерева отказов заключается в следующем:

1. Анализ ориентируется на нахождение отказов;

2. Позволяет показать в явном виде ненадежные места;

3. Обеспечивается графикой и представляет наглядный материал для той части работников, которые принимают участие в обслуживании системы;

4. Дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы;

5. Метод позволяет специалистам поочередно сосредотачиваться на отдельных конкретных отказах системы;

6. Обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс ее работы;

7. Являются средством общения специалистов, поскольку они представлены в четкой наглядной форме;

8. Помогает дедуктивно выявлять отказы;

9. Дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений;

10. Облегчает анализ надежности сложных систем.

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.

Недостатки деревьев отказов

Недостатки дерева отказов состоят в следующем:

1. Реализация метода требует значительных затрат средств и времени;

2. Дерево отказов представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее;

3. Трудно учесть состояние частичного отказа элементов, поскольку при использовании метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа;

4. Трудности в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащие резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов;

5. Требует от специалистов по надежности глубокого понимания системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа.

Дерево отказов описывает систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и последовательности событий могут быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным. Это справедливо для систем, имеющих сложные контуры регулирования.

Таким образом, можно сделать три вывода:

1. Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий, несчастных случаев и пр.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями).

2. Метод построения деревьев отказов относится к инженерному подходу. Инженерный подход применяется при оценке риска в промышленных технологиях. Когда рассматривается безопасность новой технологии, то строятся называемые деревья отказов.

3. Использование деревьев определяется тем, за какими причинно-следственными связями необходимо проследить. Когда требуется понять, что может стать причиной аварии системы, строится дерево отказов.

Экспертные методы оценки риска

Экспертный метод позволяет получить представление о потребности в специалистах на основе учета мнений (экспертизы) группы экспертов, суждения которых базируются на их научной и профессиональной компетенции.

Метод используется как составная часть других методов. Представляет собой комплекс логических и математико – статистических методов и процедур по обработке результатов опроса группы экспертов, причем результаты опроса являются единственным источником информации.

Экспертный метод применительно к предпринимательскому риску основан на обработке мнений опытных предпринимателей или специалистов. Метод используется тогда, когда недостаток или полное отсутствие информации не позволяет использовать другие возможности.

Характеристика экспертных процедур

В практической деятельности применяются как индивидуальные, так и групповые (коллективные) экспертные оценки (опросы).

Основными целями использования индивидуальных экспертных оценок являются:

1. Выявление источников и причин риска, прогнозирование действий конкурентов, установление всех возможных рисков, оценка вероятности наступления рисковых событий, ранжирование рисков, выявление путей снижения риска и многое другое;

2. Анализирование и обобщение результатов, представленных другими экспертами;

3. Составленность сценариев действий;

4. Выдача заключений на работу других специалистов и организаций (отзывы, экспертизы и т.п.).

Плюсом индивидуальной экспертизы является оперативность получения информации для принятия решений и относительно небольшие затраты.

Минусом индивидуальной экспертизы является высокий уровень субъективности и, как следствие, отсутствие уверенности в достоверности полученных оценок.

Процессу группового обсуждения по сравнению с индивидуальными оценками присуще некоторые особенности: коллективные оценки, как правило, менее субъективны, и решения, принятые на их основе, связаны с большей вероятностью осуществления.

Используя групповые экспертные процедуры, предполагают, что при решении проблем в условиях неопределенности мнение группы экспертов надежнее, чем мнение отдельного эксперта, т.е. что две группы одинаково компетентных экспертов с большей вероятностью дадут аналогичные ответы, чем два эксперта. Предполагается, что совокупность индивидуальных ответов экспертов должна включать "истинный" ответ.

Типы групповых экспертных процедур:

1. Открытое обсуждение поставленных вопросов с последующим открытым или закрытым голосованием;

2. Свободное высказывание без обсуждения и голосования;

3. Закрытое обсуждение с последующим закрытым голосованием или заполнением анкет экспертного опроса.

Опыт показал, что традиционные методы обсуждения вопросов, поставленных перед группой экспертов, относящихся к первому типу экспертных опросов, не всегда обеспечивают эффективное достижение цели – достоверность полученных оценок.

Минусы метода – влияние авторитетных и "напористых" участников на суждение остальных и нежелание участников обсуждения отказываться от точек зрения, ранее высказанных публично.

Метод базируется на проведении опроса нескольких независимых экспертов, например, с целью оценки уровня риска или определения влияния различных факторов на уровень риска. Затем полученная информация анализируется и используется для достижения поставленной цели. Основным ограничением в его использовании является сложность в подборе необходимой группы экспертов.

Подходы к определению допустимого уровня риска

Измерение риска должно использоваться при установлении стандартов. Выделены три основных подхода к определению допустимого уровня риска:

1. Экспертные суждения;

2. По аналогии со стандартами при известном уровне риска;

3. Многокритериальный анализ.

В ряде случаев стандарты устанавливаются на основе экспертных суждений. Отсутствие надежных способов измерения риска приводит к тому, что постулируется некоторый уровень безопасности. Например, принимается, что дополнительный риск не должен увеличивать смертность в конкретной возрастной группе населения более чем на 1%.

Например, принимается, что бетонный купол атомного реактора должен выдержать прямое попадание самолета. Эти установки определяются (прямо или косвенно) соглашениями между различными группами людей.

Характерными свойствами экспертных суждений является следующее: существует зависимость между выгодой технологии и ее допустимым уровнем риска.

Для более выгодных технологий испытуемые устанавливали более высокий уровень допустимого риска; этот уровень был больше в том случае, когда первоначально проводилась оценка выгоды, а затем – допустимого уровня риска. При обратном порядке он был меньше. Для большого числа технологий существующий уровень риска оценивается как неприемлемо высокий. Это говорит о том, что люди недовольны тем, как рынок и различные организации регулируют использование технологий; чем выше оценка воспринимаемого риска, тем больше требований предъявляют к безопасности соответствующей технологии.

Положительной стороной экспертного метода является то, что он ориентирован на получение оценок, как желаемого уровня риска, так и реально существующего. В то же время эксперименты показывают, что люди часто мало осведомлены о степени опасности различных технологий.

Часто стандарты на новые источники риска устанавливаются по аналогии с уже известными. В случае аварий стандарты часто повышаются, а в случае длительной безопасной работы снижаются (т.е. человечество действует способом проб и ошибок).

В ряде стран помимо определения основного стандарта разрабатывают гибкую систему промежуточных стандартов, которые заставляют промышленность постепенно перейти к некоторому уровню нежелательного воздействия на окружающую среду. Иначе говоря, устанавливается последовательность целей, приемлемая как для промышленности, так и для защиты окружающей среды.

Существенно более гибким подходом к установке стандартов является подход, основанный на применении многокритериальных методов принятия решений, при котором учитываются все основные критерии.

Сама задача выбора многокритериальная: необходим учет не только экономических, но и экологических, социальных, технических критериев. Важно отметить, что эти критерии относятся к трем периодам времени: постройки объекта, его нормального функционирования и моменту возможной аварии. Кроме того, проблема выбора является не индивидуальной, а коллективной. В выборе фактически участвуют несколько организаций или активных групп.

Например, при выборе трассы газопровода необходимо учитывать не только интересы организации, разрабатывающей проект, но и строящей его, и организации, осуществляющей нормальную эксплуатацию газопровода, а также интересы местных органов власти. Эти интересы в общем случае противоречивы. В подобных случаях выбор наилучшего варианта – это поиск согласованного решения нескольких активных групп, причем в процессе согласования могут возникать технические изменения вариантов. Далее мы приведем пример применения метода вербального анализа решений для такой задачи.

Крайне важной проблемой минимизации риска является создание новых технологических систем с высоким уровнем безопасности, разработка технологий, которые не могут стать опасными ни при каких обстоятельствах. Ясно, что эта цель заманчива, но труднодостижима. К ней направлены усилия инженеров в разных странах мира. При рассмотрении всех подобных проектов имеется в виду, что любое повышение безопасности достигается за счет дополнительного увеличения расходов. Возникает проблема определения уровня расходов, при котором технология еще остается рентабельной.

Таким образом можно выделить следующие аспекты:

1. Экспертный метод применительно к предпринимательскому риску основан на обработке мнений опытных предпринимателей или специалистов.

2. Определение допустимого уровня риска: существует зависимость между выгодой технологии и ее допустимым уровнем риска.

3. По аналогии со стандартами при известном уровне риска – положительной стороной экспертного метода является то, что он ориентирован на получение оценок, как желаемого уровня риска, так и реально существующего. В то же время эксперименты показывают, что люди часто мало осведомлены о степени опасности различных технологий.

4. Многокритериальный анализ – необходим учет не только экономических, но и экологических, социальных, технических критериев.

5. Крайне важной проблемой минимизации риска является создание новых технологических систем с высоким уровнем безопасности, разработка технологий, которые не могут стать опасными ни при каких обстоятельствах.

Выводы

Подходы к оценке риска имеют разные области применения и не свободны от недостатков.

Инженерный подход (построение деревьев отказа) применим для старых, хорошо изученных технологий, где существует детальная статистика, а человек мало влияет на надежность работы.

Несомненный факт – большинство крупных аварий связано с ошибками человека. Вот почему оценки надежности тех или иных устройств, найденные с помощью традиционного инженерного подхода, вызывают недоверие: по этим оценкам аварии практически невозможны, а в действительности они происходят. Даже чисто технические причины этих аварий определяются совпадением крайне маловероятных событий, для которых нет надежной статистики.

Экспертный способ оценки риска оказывается единственным выходом из положения. Но и он имеет недостатки. Есть специфические особенности восприятия риска людьми.

Психологические исследования показали, что люди плохо определяют вероятности событий, переоценивают вероятности тех из них, с которыми встречались раньше и которые "ярко" на них подействовали. Люди плохо учитывают априорные вероятности. Кроме того, первая подсказка, данная во время оценки, сильно влияет на результат.

Существует проблема коммуникаций между специалистами и непрофессионалами. Специалисты, обладающие теми или иными сведениями, не знают, как их донести до населения. Мнения обычных людей в сильной степени смещены из-за эмоционального восприятия многих событий.

Литература

1. Кибанов А.Я.Управление персоналом организации. Учебник/под ред. А.Я.Кибанова. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: ИНФРА-М, 2002. – С. 638.

2. Коупленд Т., Коллер Т., Муррин Дж. Стоимость компаний: оценка и управление. – М.: Олимп-Бизнес, 2005.- С.394.

3. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах: Учебник. Изд. второе, перераб. и доп. – М.: Логос, 2002. –С. 392.

4. Лобанова А.А. Энциклопедия финансового риск – менеджмента / Под ред. А.А. Лобанова и А.В. Чугунова. – М.: Альпина Паблишер, 2003.- С.315.

5. Лукасевич И.Я. Финансовый менеджмент: учебник / И.Я. Лукасевич. – М.:Эксмо, 2008. – С.786.

6. Найт Ф. Риск, неопределенность и прибыль. – М.: Дело, 2003. – С.488.

7. Савицкая Г.В. Анализ эффективности и рисков предпринимательской деятельности: методологические аспекты. – М.:ИНФРА – М, 2008. – С.272.

8. Ступаков B.C., Токаренко Г.С. Риск-менеджмент. – М.: Финансы и статистика, 2005. – С.263.

9. Тэпман Л.Н. Риски в экономике. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – C.324.

10. Шапкин А.С. Экономические и финансовые риски. Оценка, управление, портфель инвестиций. – М.: Дашков и К, 2003.- С.458.

11. Аспирантский сборник №9. – М.: Изд-во МГСУ "Союз", 2001 – С. 300.