CC BY
64
УДК 629.039.58
Р. М. Заец, А. К. Белкин, Э. М. Мовсум-заде
Использование современных интерактивных учебных программных комплексов в повышении квалификации обслуживающего персонала газоперерабатывающих, химических и нефтехимических производств
ООО «Нижневартовский газоперерабатывающий комплекс»
Показано, что причиной большинства аварийных ситуаций на промышленных предприятиях является человеческий фактор. Разработан интерактивный учебный программный комплекс моделирования нештатных ситуаций на технологической установке «Цеоформинг» Нижневартовского газоперерабатывающего комплекса.
Ключевые слова: аварийная ситуация, компьютерный тренинг, противоаварийная тренировка.
«Какими бы совершенными не были АСУ (автоматизированные системы управления), человек-оператор, в конечном итоге, всегда остается наиболее универсальным, наиболее пластичным и наиболее ответственным звеном любой системы управления».
Академик А. А. Крылов
Система «человек — машина». Проблемы, анализ, решения
Необходимо признать, что современное технологическое производство, как и любая сложная человеко-машинная система, является сегодня не только возможным, но и периодически появляющимся источником техногенных аварий и катастроф. «Ежегодно на ликвидацию последствий различного рода аварий и катастроф расходуется в нашей стране от 1.5 до 3 % ВВП, а мировой ежегодный ущерб составляет около 150 млрд. долл. Доля техногенных катастроф в сумме чрезвычайных ситуаций в РФ уже превышает 70%. Причем для предотвращения угроз аварий и катастроф необходимо рассматривать не только технологический и управленческий аспекты, но и человеческий фактор. Жизнь показывает, что большинство аварий происходит по вине человека» (В. В. Путин)
Причины дестабилизации человеко-машинных систем различны, но тем не менее,
Дата поступления 02.03.07
одной из основных причин является противоречие между усложняющейся техникой и неизменными с древности свойствами и возможностями человека, что приводит к значительному увеличению влияния «человеческого фактора» на безопасность ведения технологического режима.
Сегодня «человеческий фактор» является одной из главных проблем нового века, решению которой посвящены многочисленные разработки, направленные на качественное улучшение пропорций во взаимодействии «человек — машина» в сторону человека, путем его специальной подготовки. Это означает, прежде всего, поддержание у человека при всех условиях производственной деятельности высокой готовности к действию. Степень готовности к действию — важнейший показатель надежности человека как звена системы управления, так как она определяет эффективность и своевременность управления процессом в штатных ситуациях.
Вместе с тем, наиболее сложной и ответственной функцией деятельности человека является управление оборудованием в случае резких изменений режимов, приводящих к аварийному состоянию. В этом случае человек-оператор должен принимать ответственные решения, как правило, в условиях неполной информированности, неопределенности и дефицита времени 2.
Анализ аварий и инцидентов с участием персонала показывает, что наибольшее количество ошибочных действий совершается во время аварийных ситуаций, при пусках, остановах, при производстве плановых переключений и других воздействий на органы управления оборудованием, и позволяет назвать основные «внутренние» причины аварийности:
— отсутствие проверки профессиональной пригодности с учетом психофизиологических особенностей человека при отборе кандидатов в операторы;
— недостаточная теоретическая подготовка, вызванная разобщенностью изучаемых будущим оператором материалов;
— отсутствие систематизированных знаний о режимах работы оборудования и методах управления ими;
— недостаточный опыт управления как отдельными процессами, так и объектом в целом (оператор в период обучения не получает комплекса знаний, необходимых для успешного выполнения своих обязанностей);
— отсутствие навыков оперативного мышления, т. е. навыков построения причинно-следственных связей между показаниями приборов, а также информацией, отраженной на мнемосхеме или компьютере, и ходом технологических процессов;
— отсутствие навыков предсказания аварийных ситуаций;
— повышенная утомляемость, вызываемая нерациональным построением щита управления, недостаточной связью с обходчиками, излишней напряженностью, связанной с неумением оператора анализировать и прогнозиро-
3
вать ситуации .
В сегодняшних экономических условиях, когда даже мелкий ремонт грозит превратиться в неразрешимую проблему, цена ошибок оперативного персонала производств со сложным технологическим оборудованием многократно возрастает. Особую важность приобретает качественное обучение и постоянное поддержание квалификации и готовности персонала, его противоаварийные тренировки. По данным Минтруда, в России только 5% работников обладает высоким уровнем квалификации, тогда как в США — 43%, а в Германии — 56% 4.
Во всех странах такой потенциально опасный вид производства, как нефтехимия и нефтепереработка, регулируется законодательными актами на предмет промышленной безопасности и сохранения окружающей среды, что предусматривает обязательное обучение на тренажерах 5 для производств I и II категории взрывоопасности, к каковым относятся практически все основные объекты нефтехимии и газопереработки. Несомненно, что в России законодательный контроль в этой области будет в ближайшие годы все более ужесточаться. Так, новая версия «Правил» предписывает обязательное использование для начального и периодического тренинга
операторов компьютерных тренажеров, основанных на динамическом моделировании технологического процесса и точном воссоздании реальной среды управления.
Возможности подготовки и целенаправленного повышения квалификации оперативного персонала на действующем оборудовании ограничены рамками доступного в эксплуатации действующего технологического режима, опасностью вызвать повреждения или неэкономичную работу оборудования, редкой повторяемостью наиболее сложных в освоении режимов ситуаций, как пуск из различных состояний, увеличение и уменьшение выработки продукции и т. д.
Если навыкам проведения типовых и штатных переключений, с известными ограничениями, можно обучиться на реальном работающем оборудовании, то навыкам ликвидации нештатных и аварийных ситуаций невозможно обучиться без применения современных тренажеров, разработанных на базе информационных технологий. Таким образом, развитие и закрепление способностей человека-оператора работать с высокой степенью готовности достигается целенаправленным обучением на тренажерах в штатных режимах, а также в предаварийных и аварийных ситуациях, максимально приближенных к реальным условиям.
Программно-технические комплексы позволяют не только сформировать моторно-рефлекторные навыки действий в сложных ситуациях, но и наглядно показать физическую сущность протекающих в оборудовании процессов, их взаимозависимость, а также ряд существенных тонкостей, которым, к сожалению, не всегда придается значение на практике. Они также могут оказать неоценимую помощь при анализе аварий, как с точки зрения накопления статистики, так и путем проведения машинного эксперимента по воспроизведению аварийной ситуации.
Одним из направлений в повышении промышленной безопасности и охране труда является создание и внедрение на предприятиях газопереработки, химии и нефтехимии тренажерных программно-технических комплексов по отработке навыков локализации аварийных ситуаций с широкомасштабным применением мультимедиа технологий, графической и текстовой информации, видеофильмов, звука, рисунков, фотографий.
Обучение технологического персонала планам локализации аварийных ситуаций (ПЛАС) на взрывопожароопасных объектах
Существующая система обеспечения промышленной безопасности потенциально опасных химико-технологических объектов предусматривает обязательное обучение ПЛАСам оперативного персонала установок. Требования к содержанию ПЛАСов основаны на четком выделении ключевой информации, необходимой оператору для принятия грамотных и эффективных действий по обнаружению, диагностике причин и компенсации нежелательных последствий аварийных ситуаций 6. В частности, для каждого сценария или стадии развития аварии предполагается выделение предпосылок и опознавательных признаков аварий; оптимальных способов противоава-рийной защиты; технических средств противо-аварийной защиты; исполнителей и порядка их действий.
В то же время специалисты соответствующих служб предприятий хорошо понимают, что практика составления и использования ПЛАСов повсеместно оставляет желать лучшего. Основные причины такого положения состоят в следующем:
1. Число аварийных ситуаций с учетом всех возможных элементов оборудования и всех причин их нештатной работы очень велико. В существующих на предприятиях «бумажных» версиях ПЛАСов описать их все не представляется возможным, а агрегирование различных элементов и причин в один сценарий создает путаницу и затрудняет для оператора понимание симптомов и необходимых действий в ситуации конкретного нарушения на том или ином участке.
2. Бумажные версии ПЛАСов очень трудно расширять и редактировать, в то время как нормативы требуют оперативной корректировки планов при изменениях в технологии, системе управления и в методах противоава-рийной защиты. В этих условиях ПЛАСы очень быстро устаревают.
3. Обучение по бумажным ПЛАСам по сути сводится к «слепому» заучиванию текстов, в частности, потому что обучаемый видит все составляющие сценария одновременно и у него нет возможности использовать такой мощный ресурс обучения, как «предсказание».
4. Принятая технология обучения по бумажным ПЛАСам представляет собой усвоение
преимущественно «декларированных» знаний; вместе с тем, задача обучения ПЛАСам состоит в формировании навыков операторских действий, что может быть приобретено только в результате тренинга на реальном объекте или его «заменителе» (тренажере).
Интерактивный учебный программный комплекс моделирования нештатных ситуаций технологической установки «Цеофор-минг» ООО «Нижневартовский ГПК»
Установка каталитической конверсии низкооктановых жидких углеводородов в высокооктановые на цеолитсодержащем катализаторе ИК-30, используемая на «Нижневартовском ГПК», представляет собой объект 1 категории взрывопожароопасности в силу специфики самой технологии каталитической конверсии. Использование токсичных, взрывопожаро-опасных и коррозионноопасных веществ является фактором возникновения нештатной ситуации, развитие которой до опасных пределов может протекать в течение считанных минут или даже секунд. Это предъявляет достаточно высокие требования к квалификации оперативного персонала установок «Цеоформинг». Операторы должны обладать доведенными практически до автоматизма навыками диагностирования возможных отклонений от нормального режима, выявления их причин, прогнозирования возможных последствий, принятия и реализации решений по парированию опасной ситуации или смягчению ее последствий. В этой связи обучение и тренинг операторов занимают практически столь же важное место, как и технические мероприятия по повышению надежности и безопасности процессов «Цеоформинга», тем более, что по существующей статистике человеческий фактор составляет причину более чем 70% аварий в нефтегазоперерабатывающем и нефтехимическом комплексе.
Основной элемент процесса компьютерного тренинга операторов — выполнение ими специальных тренировочных упражнений под руководством инструктора (опытного технолога или начальника установки, контролирующего учебный процесс со специально оборудованного рабочего места — Рабочей станции инструктора). Каждое упражнение ориентировано на отработку определенных навыков поведения в той или иной нештатной ситуации. Возможность адаптации к опасной ситуации будет зависеть от качества конкретных компонентов системы «человек—машина» и их взаимной
совместимости, от надежности технических и технологических средств защиты, обученно-сти работающих точным действиям в нештатных ситуациях и т. п.
Для разработки программ противоаварий-ных тренировок (рис. 1) составляются алгоритмы, в которых в соответствии с характером заданной аварии на технологической установке задаются:
— исходные данные, например «Загазованность насосной №2», где основным симптомом, позволяющим распознать аварийную ситуацию, является срабатывание стационарных газосигнализаторов контроля воздушной среды на содержание углеводородов;
— программа действий оперативного персонала, в которой в соответствии с «Типовой инструкцией по ликвидации аварий» выполняются типовые действия, а также действия, определяемые характером заданной аварии, составом оборудования и технологической схемой, которые можно определить так: сбор информации, анализ ситуации, принятие решения и выполнение операций по остановке технологического производства с учетом минимизации потерь продукции, сырья, оборудования и человеческих ресурсов. Если обучаемый
не сможет оперативно распознать нештатную ситуацию и принять необходимое решение (для тренажера технологической установки «Цеоформинг» — перекрыть подачу нефтепродуктов в РБ-1, РБ-2, погасить форсунки ТГ-1, ТГ-2 и т.д.), ситуация получает нежелательное продолжение.
Стандартный перечень упражнений обычно расширяется и/или уточняется в соответствии со спецификой конкретного тренажерного проекта.
Основная трудность формирования эффективных стратегий управления в предава-рийных и аварийных ситуациях (прежде всего, на стадии диагностики причин обнаруженных отклонений в ходе процесса) связана с необходимостью моделировать недостаток времени для принятия решений и сопутствующий ему стресс от ожидания наступления неприемлемых последствий. Показано, что в компьютерном тренинге указанная особенность может быть реализована путем ограничения для обучаемого объема доступной информации. При этом предлагаемые методики тренинга опираются на решение задачи диагностики по механизму генерации и проверки гипотез и имеют неявный характер, т. е. не
Рис. 1. Программный комплекс моделирования нештатных ситуаций технологической установки «Цеоформинг» ООО «Нижневартовский ГПК»
предписывают обучаемому формальные способы решения, часто неприемлемые из-за необходимости оперировать множеством допустимых причин, но ориентируют его на выявление причины за минимальное количество информационных запросов. При таком тренинге удается учесть не только сами симптомы, соответствующие смоделированной причине отклонений, но и последовательность их наступления, проследить развитие этой симптоматики во времени и по всей технологической цепочке.
Важным аспектом увеличения эффективности производства является повышение квалификации персонала и отработка навыков управления технологическим процессом.
Усложнение производства и систем управления технологическими процессами, удручающая статистика аварийности, огромный промышленный и экологический риск, значительный вес некачественного операторского управления технологических процессов в общем числе причин аварий определяют актуальность разработки и внедрения компьютерных тренажеров для обучения персонала. Так, возможности в области моделирования производства позволяют сегодня имитировать ход сложнейших процессов за счет использования высокоточных моделей кинетики процессов, богатых библиотек физико-химических свойств, мощных решателей систем дифференциальных и конечных уравнений, описывающих динамику процессов, а также за счет учета разнообразных нарушений хода технологического процесса, работы оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры. Наряду с гибкими системами конфигурации пользовательских интерфейсов и развитыми средствами компьютерного инструктажа это превращает современный компьютерный тренинг операторов взрывопожароопасных производств в незаменимое средство формирования и закрепления профессиональных навыков, несравнимое со всеми традиционными, включая небезопасные и дорогостоящие тренировки на реальных объектах или их прототипах.
Внедрение систем обучения и тренинга персонала позволяет снижать аварийность на производственных участках и в связи с этим уменьшать простои и затраты на ремонтные работы и выплаты пострадавшим, улучшать качество продукции за счет более жесткого соблюдения параметров технологического процесса обученным персоналом, сократить численность обслуживающего персонала.
Высокая эффективность компьютерных тренажеров признана практически всеми оперирующими нефтеперерабатывающими и нефтехимическими компаниями мира. Такие компании, как DuPont и Mobil Oil, использующие тренажеры уже 25 лет, получили за этот период ощутимые экономические выгоды. Появляются тренажерные системы и на отечественных предприятиях.
Таким образом, только при соответствующей регламенту организации обучения персонала и поддержания его производственной квалификации, оснащении объектов подготовки персонала высококачественными современными техническими средствами обучения и тренажерами может быть достигнута высокая готовность персонала к выполнению его профессиональных функций и обеспечена надежная, со стороны человека, эксплуатация оборудования газоперерабатывающих, химических и нефтехимических производств .
Литература
1. Совместное заседание Совета безопасности и президиума Госсовета РФ 13 ноября 2003 г. / Газета «Известия» от 14.11.2003 г.
2. Магид С. И., Загретдинов И. Ш., Беляев В. И., Архипова Е. Н. // Энергосбережение и водо-подготовка.— 2004.— №2.
3. Магид С. И. Теория и практика тренажеростроения для тепловых электрических станций.— М.: МЭИ, 1998.
4. Экономика и жизнь.— 2004.— №6.— С. 4012.
5. Общие правила взрывобезопасности для взрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03), п. 1.16.
6. Временные рекомендации по разработке планов локализации аварийных ситуаций на химико-технологических объектах.— Москва, 1990.
