CC BY
31
^ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
УДК 621.316+658.345:652
Использование интеллектуальных цифровых технологий при эксплуатации электроподвижного состава с позиции электробезопасности
К. К. Ким 1, Е. Л. Рыжова 2
1 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
2 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Великолукский филиал, Российская Федерация,182100, Великие Луки, Гагарина пр., 95
Для цитирования: Ким К. К., Рыжова Е.Л. Использование интеллектуальных цифровых технологий при эксплуатации электроподвижного состава с позиции электробезопасности // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 1. - С. 129-135. Б01: 10.20295/1815-588Х-2020-1-129-135
Аннотация
Цель: Рассмотреть вопрос о необходимости использования интеллектуальных цифровых технологий при эксплуатации электроподвижного состава (ЭПС) с позиции электробезопасности. Выявить основные закономерности и наметить важнейшие мероприятия по предупреждению поражения током персонала ЭПС, анализируя статистику несчастных случаев при эксплуатации ЭПС, а также степень опасности поражения током в зависимости от местонахождения электрооборудования на ЭПС. Обосновать проведение дополнительных мероприятий для реализации учебного процесса по обучению персонала ЭПС безопасным методам работы, применяя современные технологии обучения и тестирования усвоенных обучающимися знаний по электробезопасности, обеспечивающих достоверную оценку и эффективное управление профессиональными рисками на рабочих местах. Показать необходимость обновления информационных автоматизированных систем, действующих в настоящее время, для повышения электробезопасности. Методы: Проводятся сравнение топографии электротравматизма на ЭПС, а также анализ общих закономерностей и статистики электротравм, связанных с эксплуатацией магистрального ЭПС. Результаты: Установлена необходимость использования интеллектуальных цифровых технологий, с помощью которых в комплексе с исходной и статистической информацией можно добиться снижения уровня электропоражений и выходов из строя электрооборудования на ЭПС. Практическая значимость: Показана необходимость дальнейшего развития инноваций в области профилактики электробезопасности на ЭПС, которые позволят улучшить систему подготовки персонала в области охраны труда, благодаря тренинговым и компьютерным методам. Предложенные интеллектуальные цифровые технологии при эксплуатации ЭПС в области электробезопасности могут быть рекомендованы к практическому использованию.
Ключевые слова: Информационные технологии, интеллектуальные цифровые технологии, электроподвижной состав, электробезопасность, электротравматизм.
Введение
Продолжающаяся техническая реконструкция железнодорожного транспорта, в основе
которой лежит концепция использования инновационных техники и технологий, связана с исключением ряда опасных для персонала электроподвижного состава (ЭПС) технологических
операций. Отмеченное приводит к необходимости кардинально изменить характер трудовых функций многих работников, но вместе с тем следует отметить, что полностью исключить пребывание и работу персонала в опасной зоне в современных условиях невозможно. Проблема обеспечения электробезопасности во время эксплуатации и ремонта ЭПС обусловлена необходимостью своевременного выявления и предупреждения возникновения опасных ситуаций при эксплуатации разнотипного оборудования на ЭПС. Технические и организационные системы, используемые в области электробезопасности, основаны на упрощенных подходах, средствах и методах, не соответствуют современному уровню сложности и междисциплинарному характеру условий труда на ЭПС [1-4].
Внедрение новых интеллектуальных цифровых технологий (ИЦТ), механизация и автоматизация производственных процессов предъявляют повышенные требования к системе электробезопасности при эксплуатации ЭПС и обусловливают необходимость модернизации и совершенствования действующих технических и организационных мероприятий, применения более эффективных защитных средств [5]. Поэтому требуется продолжить исследования в данной области для решения практических задач по использованию ИЦТ при оценке влияния факторов системы «человек-ЭПС-проводимая операция-окружающая среда» на электробезопасность при эксплуатации ЭПС, что является актуальной научно-технической задачей.
Объект и методика
Из практики эксплуатации ЭПС известно, что к разработке эффективных предупреждающих электротравматизм мероприятий следует привлекать результаты объективного анализа причин и условий получения электротравм персоналом. Действующие в настоящее время формы учета заболеваний и несчастных случаев не способны обеспечить необходимых полноты и достоверности информации, скорости ее передачи к устройствам обработки и хранения ее в
информационных базах компьютерной техники, адаптации для непосредственного взаимодействия со средствами автоматизации.
Отметим, что при переходе на электрическую тягу были улучшены условия труда сотрудников железнодорожной отрасли, особенно работающих на ЭПС. Рабочие места на электровозах стали чистыми и комфортными, а рабочие функции персонала в основном сконцентрированы на контроле работы оборудования. Одновременно с этим появилась вероятность поражения персонала электрическим током. Так, электротравмы составляют 12-14 % от общего количества несчастных случаев. Причем на долю магистрального ЭПС приходится значительная доля электротравм. Недостатки в обучении персонала безопасным приемам труда (до 26 %) - одна из основных причин электротравматизма на ЭПС от поражения электрическим током (рисунок).
Для выявления общих закономерностей и определения приоритетных путей предупреждения электротравматизма были проведены статистические исследования несчастных случаев при эксплуатации ЭПС. С этой целью выполнен анализ топографии электротравматизма на ЭПС за последние 15 лет в депо и в пути следования [6-8]. Было выявлено, что:
• примерно 50 % несчастных случаев наблюдались в высоковольтной камере,
• около 30 % зафиксированы на крыше электровоза в результате непосредственного контакта работника с контактной сетью или с токоприемником,
• в пути следования вероятность поражения электрическим током почти в 2 раза выше, чем в депо (ремонт, осмотр, экипировка).
Устранение отказа электрооборудования в пути следования связано с дефицитом времени, отводимого на него. Ситуацию усугубляет необходимость резкой смены рода деятельности: активный поиск и устранение неисправности заменяют наблюдение за сигналами операций, связанными с соблюдением графика движения поездов. Все эти факты приводят к повышению вероятности ошибочных действий по обеспечению личной безопасности персонала.
Причины электротравматизма работников на ЭПС
В ходе исследований была установлена зависимость степени опасности поражения электрическим током от месторасположения оборудования в различных зонах электровоза (таблица). Зоны, чаще всего посещаемые машинистами, характеризуются меньшей степенью опасности. В противоположном случае (зона с большей сте-
пенью опасности) наблюдается меньшее число посещений и больший травматизм. Данная качественная оценка опасности с учетом количества случаев электротравмирования и вероятности пребывания персонала в опасной зоне необходима для принятия мер по обеспечению электробезопасности при обслуживании различных
Относительная опасность обслуживания оборудования электровоза
Группа оборудования Доли электротравм Доли отказов в пути следования Относительная опасность обслуживания
Крышевое оборудование 0,41 0,14 13,5
Пускорегулирующая аппаратура силовых цепей 0,20 0,28 3,3
Вспомогательные машины 0,16 0,09 8,2
Быстродействующие выключатели 0,12 0,06 9,2
Тяговые двигатели 0,06 0,20 1,4
Электрические цепи управления и контрольно-измерительные приборы 0,05 0,23 1,0
групп электрооборудования. При анализе частоты электротравмирования учитывались электротравмы, полученные при устранении отказов электрооборудования как в зоне его месторасположения, так и в зоне, в которой осуществлялись поиск и устранение неисправности отказавшего оборудования. Так, для устранения неисправности главного выключателя на крыше электровоза в ряде случаев нужно, чтобы персонал пребывал в высоковольтной камере.
В соответствии с результатами статистических исследований можно утверждать, что наименьшее количество травм приходится на обслуживание электрических цепей управления и контрольно-измерительных приборов, расположенных за пределами опасных зон и огражденных с использованием блокирующих устройств (к указанному оборудованию имеется практически свободный доступ независимо от наличия напряжения).
Максимальная опасность при обслуживании крышевого оборудования, связанная с устранением его отказа, более чем в 13 раз превышает опасность устранения отказа в контурах управления и контрольно-измерительных приборах. С помощью блокирующих устройств и других конструктивных инноваций (при которых уменьшается необходимость захода персонала в эту опасную зону) электробезопасность может быть повышена. Принципиально снизить электротравматизм при обслуживании крышевого оборудования позволят комплексное решение, включающее детальное исследование технологии обслуживания, и анализ ситуаций, связанных с поражением персонала электрическим током, а также меры по повышению электробезопасности при обслуживании оборудования, расположенного на крыше ЭПС. Они сводятся к дальнейшим модернизации и совершенствованию систем технического обучения локомотивных бригад.
Результаты исследования
В соответствии с мероприятиями по обеспечению электробезопасности локомотивных
бригад ЭПС могут быть выделены группы инновационных способов и технологий создания безопасных условий труда, которые должны отвечать главному требованию - спасению жизни людей и нормализации условий труда в зоне их пребывания на производственных объектах.
К инновационным техническим средствам защиты персонала от электротравматизма могут быть отнесены средства с ранее не реализованными функциональными возможностями: эффективные стационарные, переносные и временные заземляющие устройства, многофункциональные аппараты для автоматического отключения питания электроустановок, устройства защитного электрического разделения цепей, установки разделения взаимоопасных технологических циклов и процессов. В области обязательных конструктивных элементов агрегатов и установок - это новые эффективные электро- и иные изоляционные материалы, технологичные съемные и неснимаемые ограждения, оболочки и блокировки, предотвращающие сближение с опасными объектами и их воздействие в нештатных ситуациях.
Вызывает особый интерес применение на-нотехнологических средств индивидуальной защиты, которые представляют собой оболочки, удобные в применении, устойчивые от воздействия любых опасных и вредных факторов, предотвращающие электропоражения при прикосновении к токоведущим и токопроводящим частям, термические ожоги, радиоактивное и бактерицидное воздействия, легкие экранирующие комплекты для защиты от влияния электромагнитных и электростатических полей из инновационных прочных и экологически чистых материалов. Все это позволяет сохранить здоровье работающего персонала.
В области организации безопасного производства к таким средствам относятся коммуникационные ИЦТ, которые содержат обучающие методики и технические средства, предусматривающие оперативное принятие безошибочных решений, учитывающие особенности работ с повышенными требованиями безопасности труда и имитирующие процесс непрерывного
взаимодействия работника с производственной средой.
ИЦТ инициируют революцию в системе оперативного учета в цифровой форме полной и достоверной информации о несчастных случаях при эксплуатации ЭПС, в порядке разработки мероприятий по их профилактике и предупреждению, улучшению условий труда, в вопросе повышения качества подготовки и аттестации работников по безопасности производства.
ИЦТ обеспечения безопасности производства состоят из интеллектуальных систем поддержки принятия решений (ИСППР) и автоматизированных информационных циклов обучения и тестирования знаний (интерактивные шаблоны с использованием формализованных знаний) персонала по электробезопасности на ЭПС путем имитационного моделирования. ИСППР можно позиционировать как эффективную объединенную инфокоммуникацион-ным процессом совокупность технических и программных продуктов, которая способна с учетом данных и знаний синтезировать цели и получать рациональные решения по повышению и профилактике электробезопасности при эксплуатации ЭПС. С практической точки зрения, ИЦТ являются системами, которым свойственна автоматизация процессов оперативного сбора в базе данных, транспортировки, обмена и обработки достоверной информации об уровне электробезопасности, организации производства и условиях труда [9-11].
Заключение
При практической реализации новых технических решений, обусловливающих качественно новую основу эффективных ИЦТ, естественен переход от пассивного восприятия эмпирических данных к активным знаниям, что вносит определенный вклад в решение глобальной проблемы экологической безопасности производственных процессов.
Создание эффективных систем обеспечения электробезопасности на ЭПС с применением автоматизированных тренинго-компьютерных
технологий, наделенных способностью к накоплению, обобщению и использованию знаний по электробезопасности, принятию выбранных решений, объективной оценке компетентности, качественной интеллектуальной подготовке безопасным приемам труда и аттестации персонала, - весьма важная проблема обеспечения безопасности при эксплуатации ЭПС.
Компьютерные тренажеры-имитаторы, содержащие специальные программы, имитирующие выполнение наиболее травмоопасных операций технологического процесса с функциями воспитания принципов безопасного поведения, концентрации внимания, отработки навыков выполнения работ, целесообразно использовать не только непосредственно в процессе обучения, но и как элемент с функцией тестирования психоэмоционального состояния работников перед выполнением работ с высокой вероятностью получения электротравм.
Для построения таких систем имеются необходимые условия: достаточные по объему оперативная и долговременная памяти на компьютерной технике, возможность внедрения программных мощных (по информационно-интеллектуальному потенциалу) устройств и комплексов, эксплуатация которых адаптирована на среднего по подготовке пользователя, а также применение инновационных технических решений.
Библиографический список
1. ГОСТ Р 58355-2019. Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Электронное обучение безопасности производства. Информационная модель компетенций работника по безопасности производства. - М. : Стандартинформ, 2019. - 16 с.
2. Гордон Г. Ю. Электротравматизм и его предупреждение / Г. Ю. Гордон. - М. : Энергоатомиздат, 2006. - 258 с.
3. Халин Е. В. Электрическая безопасность / Е. В. Халин. - М. : НИИПФ ТЕХИНТЕЛЛ, 2017. -454 с.
4. Халин Е. В. Системы электронного обучения безопасности производства / Е. В. Халин. - М. : НИИПФ ТЕХИНТЕЛЛ, 2019. - 152 с.
5. Пышный И. М. Информационные технологии и системы диагностирования при эксплуатации и обслуживании электроподвижного состава : конспект лекций / И. М. Пышный. - Екатеринбург : УрГУПС, 2016. - 65 с.
6. Руководство по эксплуатации электровоза ЭП20. Описание и работа. Система управления и диагностики. - Новочеркасск : ООО «ТРТранс», 2012. - 121 с.
7. Воронова Н. И. Локомотивные устройства безопасности : учебник / Н. И. Воронова, Н. Е. Разинкин, Г. Б. Сарафанов. - М. : Academia, 2014. - 208 с.
8. Автоматизированные системы контроля. - URL : https://ask-glonass.ru (дата обращения : 10.11.2019 г.).
9. Компьютерра. Легендарный журнал о современных технологиях. - URL : https://www.computerra.ru (дата обращения : 10.11.2019 г.).
10. Гвоздева В. А. Основы построения автоматизированных информационных систем : учебник /
B. А. Гвоздева, И. Ю. Лаврентьева. - М. : ИД ФОРУМ ; НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 320 с.
11. Ким К. К. Сигнализаторы напряжения на воздушных ЛЭП 6-35 кВ / К. К. Ким, А. А. Красных // Безопасность жизнедеятельности. - 2003. - № 6. -
C. 24-27.
Дата поступления: 28.01.2020 Решение о публикации: 10.02.2020
Контактная информация:
КИМ Константин Константинович - д-р техн. наук, профессор; kimkk@inbox.ru РЫЖОВА Елена Львовна - канд. техн. наук, доцент; elena-astanovskaja@rambler.ru
Smart digital technologies in the operation of electric rolling stock from the electrical safety perspective
K. K. Kim 1, E. L. Ryzhova 2
1 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
2 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 95, Gagarina pr., Velikiye Luki, 182100, Russian Federation
For citation: Kim K. K., Ryzhova E. L. Smart digital technologies in the operation of electric rolling stock from the electrical safety perspective. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 1, pp. 129-135. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-1-129-135
Summary
Objective: To consider the need for the use of smart digital technologies in the operation of electric rolling stock (ERS) from the electrical safety perspective. To identify the main patterns and outline the most important measures to prevent electric shock to ERS personnel by analyzing the statistics of accidents during the ERS operation, as well as the electrical hazard depending on the location of the ERS electrical equipment. To substantiate the additional measures for training the ERS personnel in safe working methods, using up-to-date technologies for training and testing the electrical safety knowledge acquired by students that provides reliable assessment and effective management of professional risks in the workplace. To demonstrate the need to update the current automated information systems to improve electrical safety. Methods: Electrical injuries at ERS are compared in terms of topography, while the general trends and statistics of electrical injuries associated with the operation of the trunk electric rolling stock are analyzed. Results: It has been established that the use of smart digital technologies is necessary, which, together with the source and statistical information, would allow reducing the level of electric shock and electrical equipment failures on the ERS. Practical importance: The necessity of further development of innovations in electrical safety maintenance at ERS has been shown, which will improve
the personnel labor protection training system through practical training and computer methods. The proposed smart digital technologies to be applied in the operation of ERS as regards electrical safety can be recommended for practical use.
Keywords: Information technologies, smart digital technologies, electric rolling stock, electrical safety, electrical injuries.
References
1. GOST R 58355-2019. Informatsionno-kommu-nikatsionnyye tekhnologii v obrazovanii. Elektronnoye obucheniye bezopasnostiproizvodstva. Informatsionnaya model' kompetentsiy rabotnika po bezopasnosti proizvodstva [Information and communication technologies in education. E-learning production safety. Information model of employee competency for production safety]. Moscow, Standartinform Publ., 2019, 16 p. (In Russian)
2. Gordon G. Yu. Elektrotravmatizm i ego predupr-ezhdeniye [Electrical injuries and their prevention]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 2006, 258 p. (In Russian)
3. Khalin E. V. Elektricheskaya bezopasnost' [Electrical safety]. Moscow, TECHINTELL Research and Production Company Publ., 2017, 454 p. (In Russian)
4. Khalin E. V. Sistemy elektronnogo obucheniya be-zopasnosti proizvodstva [E-learning production safety systems]. Moscow, TECHINTELL Research and Production Company Publ., 2019, 152 p. (In Russian)
5. Pyshnyy I. M. Informatsionnyye tekhnologii i sistemy diagnostirovaniya pri ekspluatatsii i obsluzhivanii elektropodvizhnogo sostava: konspekt lektsiy [Information technologies and diagnostic systems for electric rolling stock operation and maintenance: lecture notes]. Yekaterinburg, UrGUPS [Ural' State University of Railway Transport] Publ., 2016, 65 p. (In Russian)
6. Rukovodstvo po ekspluatatsii elektrovoza EP20. Opisaniye i rabota. Sistema upravleniya i diagnostiki [Operation manual for electric locomotive EP20 (3n20). Description and operation. Control and diagnostic system]. Novocherkassk, OOO TRTrans Publ., 2012, 121 p. (In Russian)
7. Voronova N. I., Razinkin N. E. & Sarafanov G. B. Lokomotivnyye ustroystva bezopasnosti [Locomotive safety devices]. Textbook. Moscow, Academia Publ., 2014, 208 p. (In Russian)
8. Avtomatizirovannyye sistemy kontrolya [Automated control systems]. Available at: https://ask-glonass.ru/(ac-cessed: 10.11.2019). (In Russian)
9. Komp'yuterra. Legendarnyy zhurnal o sovre-mennykh tekhnologiyakh [Computerra. The legendary magazine about modern technologies]. Available at: https://www.computerra.ru/(accessed: 10.11.2019). (In Russian)
10. Gvozdeva V. A. & Lavrent'yeva I. Yu. Osnovy postroyeniya avtomatizirovannykh informatsionnykh sistem [Fundamentals of automated information systems building]. Textbook. Moscow, FORUM PH, Research and Publishing Center INFRA-M, 2013, 320 p. (In Russian)
11. Kim K. K. & Krasnykh A.A. Signalizatory naprya-zheniya na vozdushnykh LEP 6-35 kV [Voltage signaling devices on overhead power lines of 6-35 kV]. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti [LifeSafety], 2003, no. 6, pp. 24-27. (In Russian)
Received: January 28, 2020 Accepted: February 10, 2020
Author's information:
Konstantin K. KIM - D. Sci. in Engineering,
Professor; kimkk@inbox.ru
Elena L. RYZHOVA - PhD in Engineering,
Associate Professor;
elena-astanovskaja@rambler.ru
