CC BY
42
УДК 65.015.11 + 34
МОДЕЛЬ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЙ ЭРГОНОМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК - ТЕХНИКА - СРЕДА»
В.В. Сабадаш, ст. науч. сотр., Харьковский НИИ судебных экспертиз им. Н.С. Бокариуса
Аннотация. Обосновывается возможность описания процесса проведения эргономических экспертиз производственных систем «человек-техника-среда» для целей профилактики несчастных случаев как управляемый полумарковский процесс.
Ключевые слова: эргономическая экспертиза, эргономическое обеспечение, мониторинг, модель, управляемый полумарковский процесс.
Введение
С обретением суверенитета Украина первой среди республик бывшего СССР приняла в 1992 году Закон «Об охране труда». В Украине был создан Национальный совет по вопросам безопасной жизнедеятельности населения, определены пути реализации конституционного права граждан на охрану их жизни и здоровья в процессе трудовой деятельности и основные направления государственной политики по охране труда. Тем не менее, несмотря на общегосударственные мероприятия, уровень травматизма в общественном производстве Украины на протяжении последних лет довольно высокий. Харьковский НИИ судебных экспертиз им. Н.С. Бокариуса Минюста Украины (в дальнейшем, ХНИИСЭ) по заданиям правоохранительных органов и суда регулярно проводит судебно-технические экспертизы несчастных случаев, в т.ч. в производственных системах «чело-век-техника-среда» (СЧТС). Было установлено, что они составляют около 25% всех экспертиз и что из - за несовершенства эргономических факторов произошло 88% от несчастных случаев в производственных СЧТС или 23% от несчастных случаев на производстве [1].
На любом предприятии можно выделить разнообразные СЧТС: производственно-промышленные, информационно-управляющие, информаци-онно-обеспечивающие, транспортные, ремонтнообслуживающие [2]. Эргономическим обеспечением этих СЧТС называют «установление эргономических требований и формирование эргономических свойств системы «человек-машина» на стадиях её разработки и использования» [3]. В этом определении слово «установление» имеет двоякий смысл: установление как процесс и уста-
новление как событие. Если даже предположить, что до развала СССР при создании всех вышеназванных СЧТС выдерживались эргономические нормы и требования, то за последние 15 лет ранее спроектированные СЧТС уже подверглись с позиции эргономики существенной негативной модернизации и деструктуризации. Причины этого явления многочисленны: развал экономики, изменение собственников предприятий, резкое уменьшение количества квалифицированных рабочих, упадок эргономического образования и, как следствие, эргономической культуры проектирования и эксплуатации. В связи с ростом уровня автоматизации производства и усложнением техники постоянно обновляется и усложняется роль человека в СЧТС [4]. Всё это происходит на фоне появления производств, систем, сложных изделий, спроектированных или организованных без учета эргономических норм и требований. В результате действия вышеназванных факторов растет и будет расти в Украине доля происшествий по вине человека. В связи с этим существует проблема постоянного наблюдения за выполнением эргономических норм и требований при эксплуатации всех СЧТС, иными словами, проблема мониторинга эргономического обеспечения СЧТС.
Анализ публикаций
Средством мониторинга являются эргономические экспертизы. Эргономической экспертизой называется научно-техническая операция, заключающаяся в оценке степени реализации эргономических требований к СЧТС [5]. Нарушение требований происходит под воздействием различных дестабилизирующих воздействий на СЧТС. Определённое представление о потоках
дестабилизирующих воздействий на СЧТС дают статистические данные, приведенные в публикациях 80-х годов [6 - 10]. Этот период выбран по той причине, что для него характерна стабильность экономики в СССР, и поэтому с позиции данного исследования приведенные ниже оценки могут быть приняты в качестве нижних оценок дестабилизирующих влияний на СЧТС. Бурная компьютеризация производства в последние десятилетия, проводимая без учёта «человеческого фактора», не устранила коренные причины дестабилизации СЧТС. Кстати, более поздние исследования дестабилизирующих воздействий в литературе не обнаружены.
Были установлены следующие факты. Информационная нагрузка на мастера цеха, диспетчера цеха, начальника цеха в 2,8 - 3,2 раза превышает их пропускную способность. Для операторов СЧТС характерна как операционная (темповая), так и эмоциональная напряженность, вызванная неравномерностью информационной нагрузки, наличием пиков в обработке информации как по объёму, так и по сложности. Современные исследования операционистов банка как операторов-технологов, выполненные Протасенко О.Ф. [11], показали, что в результате ошибок операционистов банк ежегодно может терять около 0,001% своих доходов. Однако, кроме финансовых убытков банка, есть еще один важный момент, который связан с психофизиологической ценой ошибок операциониста. Высокая степень ответственности за выполняемые операции приводит к появлению неадекватных психофизиологических состояний. А операционист банка - это массовая профессия: операционисты банка составляют почти 0,6% трудоспособного населения Украины.
Удельный вес причин ошибок (неполной информации, задержки информации), совершаемых операторами СЧТС, распределяется следующим образом: главные причины - 74,4%, в т.ч. недостаточная мотивация - 18%, психологические особенности операторов - 15,4%, неудовлетворительные условия и режим работы - 15%, низкая подготовленность - 26%; способствующие причины - 25,6%, в т.ч. связанные со здоровьем операторов - 6%, с внешними условиями - 19,6%. Низкая подготовка операторов была причиной до 39% ошибок; небрежность, невнимательность исполнителей документов и незнание ими шифров документов были причиной до 52% всех ошибок. Несмотря на то, что эти исследования проводились для информационных технологий 2го и 3-го поколений, они не потеряли своей значимости, т.к. они связаны, в первую очередь, с природой человека и с его профессиональной подготовкой.
На приборостроительном заводе исследовались ошибки в конструкторской технологической документации, отступления от документации снаб-
жения материалами и комплектующими изделиями, от документации при изготовлении инструмента и при изготовлении деталей. На основе обработки записей в действующей документации было установлено, что все потоки отказов функций подготовки производства в периоды стабильного функционирования хорошо аппроксимируются простейшими потоками, а в периоды приработки системы подчиняются распределению Вейбулла.
На восьми металлургических заводах УССР исследовались ошибки операторов информационно
- управляющих и информационно-обеспечи-вающих СЧТС. В обследование вошли 103 человека. Анализ проводился за 10 месяцев. Вероятность ошибочных действий в группах приёма и подготовки данных составила 3,8-10-4, при этом 79% ошибок возникает при выполнении логических операций. Среди дестабилизирующих воздействий идентифицировались воздействия, вызванные ошибками в документах, неполной информацией, неточной информацией и задержкой информации. Доля каждого вида воздействий составила соответственно 63,5%, 10,5%, 15,5% и 10,5%. Выявлены следующие причины появления воздействий, дестабилизирующих производство: невнимательность, неточное заполнение форм документов, сложность форм документов, превышение потока данных физической способности к переработке информации, отсутствие заинтересованности, низкая квалификация, плохая организация рабочего места, сбои технических средств, плохая организация документооборота.
Как правило, не все вышеназванные дестабилизирующие воздействия приводили к несчастным случаям. Цель этого анализа - показать, что на любом предприятии и в любой СЧТС постоянно возникают ситуации, которые формируют предпосылки к возникновению опасных ситуаций. Более того, при определённых затратах могут быть установлены законы возникновения этих опасных ситуаций. Следовательно, есть прагматические основания создавать систему мониторинга эргономического обеспечения СЧТС для целей профилактики несчастных случаев.
Цель и постановка задачи
Производственный процесс промышленного предприятия реализуется с участием определённого числа производственно-промышленных, информационно-управляющих, информационно-обеспечивающих, транспортных, ремонтно-
обслуживающих СЧТС. Все СЧТС постоянно испытывают внутренние и внешние дестабилизи-руюшие воздействия. В результате в любой СЧТС постоянно возникают ситуации, которые формируют предпосылки к возникновению опасных ситуаций [1]. Сотрудники отделов охраны
труда и техники безопасности в рамках своих функциональных обязанностей регулярно проводят профилактические мероприятия, направленные на предупреждение травматизма. Среди этих мероприятий должны быть эргономические экспертизы, осуществляемые экспертами-эргономис-тами. Мониторинг состояний эргономического обеспечения СЧТС заключается в проведении последовательности проверок П = { пp }, p = 1, 2, ... (текущих контролей). Моменты проверок tp и tp+1 разделены интервалами времени тp. Каждая проверка пр имеет свою «стоимость» и может иметь два исхода: положительный и отрицательный. Положительным исходом называется случай, когда проверка пр выявляет отсутствие опасных ситуаций во всех СЧТС.
Интервал тp между проверками может быть различным. Частые проверки обуславливают чрезмерно большую нагрузку на экспертов-эргоно-мистов и приводят к повышению стоимости мониторинга состояний эргономического обеспечения СЧТС. Необоснованное уменьшение частоты проверок может привести к росту травматизма из-за невозможности своевременной выработки должных профилактических мероприятий. Изменение во времени числа опасных и необратимых ситуаций можно признать непрерывным случайным процессом QФ(t).
Требуется разработать такую процедуру мониторинга состояний эргономического обеспечения СЧТС, чтобы с учетом свойств процесса QФ(t) и наличных ресурсов обеспечить к моменту Т отсутствие необратимых ситуаций, что формально имеет вид: плановое число опасных и необратимых ситуаций Qn = 0.
Результаты исследований
Мониторинг состояний эргономического обеспечения СЧТС как управляемый полумарковский процесс. Для дальнейшего изложения введём множество состояний Z = {zp}, и конкретизируем понятие «состояние эргономического обеспечения СЧТС» следующим образом:
- состояние z1 - наличие стационарного режима функционирования СЧТС (отсутствие опасных ситуаций);
- состояние z2 - появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения организации СЧТС (перераспределения функций между человеком - оператором и техникой или между операторами);
- состояние z3 - появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения
организации деятельности оператора или операторов (изменения структуры или алгоритма деятельности или информационных моделей);
- состояние z4 - появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения или модернизации технических средств деятельности;
- состояние z5 - появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения
рабочей среды;
- состояние z6 - появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт актуализации или модернизации системы формирования и поддержания работоспособности операторов (системы ФИПРО);
состояние z7 - необратимая ситуация, завершившаяся несчастным случаем и, как следствие, судебным расследованием. Для неповторения ситуации нужны средства для проведения коренной реконструкции эргономического обеспечения.
Ввиду того, что судить о переходе СЧТС из состояния в состояние можно только по результатам проверок, будем считать, что этот переход осуществляется в моменты проверок tp . Примем следующие допущения: 1) СЧТС из любого состояния zp = г за время тр может перейти в любое состояние zp+1 = ' с конечной вероятностью рг' ; 2) вероятность перехода СЧТС из состояния г в состояние ' на шаге 1, 2, ..., п зависит только от состояния г. Условное распределение вероятностей
рг' = Р^р+1 = ' | zp=г} (р = 1, 2, ..., п: г, ' = 1, 2, 3,4,5,6,7)
содержит всю информацию, необходимую для образования последовательности состояний эргономического обеспечения, как только становится известным z0 ; 3) время тг' между переходами процесса можно рассматривать как случайную величину с распределением, зависящим от г и '; 4) с каждым состоянием г можно связать конечное число допустимых управлений, влияющих на длительность переходного интервала и на вероятность перехода в следующее состояние; 5) с каждым управлением может быть связан некоторый «доход», численно выражаемый через количество несчастных случаев. Любой случайный процесс, отвечающий условиям 1-5, может быть представлен как управляемый полумарковский процесс [12]. Поэтому введенные допущения позволяют описать процесс мониторинга состояний эргономического обеспечения СЧТС тоже как
управляемый полумарковский процесс (УПМП). Рассмотрим другие компоненты задания процесса.
Переходной интервал. Будем считать, что проверка пр+1, выявившая состояние s, следует за проверкой пр, выявившей состояние r. Тогда с учётом предположения ординарности потока дестабилизирующих воздействий величину переходного интервала xrs можно рассматривать как случайную величину с функцией распределения
Frs(t) = P{ zrs < t} (t > 0; r,s = 1,2,3,4,5,6,7).
В дальнейшем в зависимости от контекста моменты времени будут иметь два типа индексов: индексы проверок (p, p+1) или индексы состояний (r,s).
Структура дохода. Содержательная интерпретация понятия «доход» как главного компонента УПМП и структура «дохода» имеют решающее значение для продуктивности модели. Определение целевой функции Q(t) термином «доход» не связано с экономикой и является просто историческим фактом. Будем рассматривать «доход» как число опасных и необратимых ситуаций, вызванных «человеческим фактором», и писать это понятие без кавычек. Если множество производственных СЧТС находится в состоянии r и возможен переход в состояние s, число опасных и необратимых ситуаций изменяется в соответствии с произвольной функцией Qrs(th). В качестве допущения можно принять поведение процесса дестабилизации, когда задаётся интенсивность brs потока дестабилизирующих воздействий за единицу времени. Число опасных и необратимых ситуаций в этом случае равен Qrs(tA) = brs t, brs < xrs.
В общем случае в пределах каждого интервала [^, £?] число опасных и необратимых ситуаций может меняться произвольно в функции времени. Для учёта возрастания опасности происшествий в отдаляющиеся во времени моменты прогноза (учёта дисконтирования дохода) при невыполнении эргономических экспертиз введём коэффициента переоценки дохода. Этот коэффициент должен быть непрерывным по ^ меньше единицы и иметь тем большее влияние, чем больше t. Этим требованиям удовлетворяет коэффициент переоценки в виде е~а ‘. Тогда ожидаемое переоцененное число опасных и необратимых ситуаций, вызванных «человеческим фактором», за время перехода процесса мониторинга из состояния г в состояние ' равно
ип (а) = }(т)е- а ‘QгS (/т). (1)
0 0
Средний одношаговый переоцененный доход при выходе из состояния г равен
иг (а) = ЕРгРг' ( (2)
Управление. Так как средства воздействия на эргономическое качество СЧТС ограничены, то существует конечное число управлений у = 1,2, ..., Чг, допустимых в каждом состоянии СЧТС. Управление - это комплекс организационнотехнических мероприятий, необходимых для устранения предпосылок к возникновению опасных ситуаций по вине человека-оператора. При положительных исходах серии последовательных проверок мероприятия не проводятся. При отрицательных исходах проверок в зависимости от специфики дестабилизирующего воздействия и материальных возможностей может быть осуществлён ряд мероприятий, представленный в табл. 1.
Таблица 1 Управление в модели мониторинга состояния эргономического обеспечения СЧТС
Состояния z¡ Характеристика состояния Управления у,-,-
Состояние z1 Наличие стационарного режима функционирования СЧТС (отсутствие опасных ситуаций) Поддерживать параметры СЧТС в соответствии с эргономическими требованиями уп
Состояние z2 Появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения организации СЧТС Перераспределить (согласовать) функции между человеком - оператором и техникой у21
Перераспределить функции внутри коллектива операторов у22
Пересмотреть численность и квалификацию персонала сЧтс у23
Состояние z3 Появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения организация деятельности оператора или операторов Пересмотреть состав, последовательность и / или время выполнения операций и действий у31
Переконструировать или модернизировать используемые элементы рабочего места у32
Пересмотреть пространственно - временные связи в алгоритме деятельности оператора у33
Пересмотреть состав, объём и / или форму отображаемой информации у34
Продолж. табл. 1
Состояния zi Характеристика состояния Управления уц
Состояние z4 Появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения или модернизации технических средств деятельности Пересмотреть организацию и / или конструкцию рабочего места у41
Пересмотреть форму и размеры рабочего места у42
Пересмотреть средства отображения информации у43
Модернизировать мнемосхемы у44
Модернизировать индикаторы у45
Модернизировать органы управления у46
Модернизировать рабочую документацию у41
Модернизировать рабочий инструмент у48
Модернизировать рабочее сиденье, кресло человека - оператора у49
Модернизировать спецснаряжение, рабочую одежду у 4,10
Состояние Z5 Появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт изменения рабочей среды Сформировать нормальную рабочую среду на рабочем месте у51
Обеспечить оператора защитными средствами при аномальной рабочей среде на рабочем месте у52
Обеспечить оператора соответствующими защитными средствами при экстремальной и сверхэкс-тремальной рабочей среде на рабочем месте у53
Состояние z6 Появление главной причины формирования опасной (аварийной) обстановки, устранение которой возможно за счёт актуализации или модернизации системы формирования и поддержания работоспособности операторов (системы ФИПРО) Внедрить профессиональный отбор операторов - у61
Внедрить системы контроля функционального состояния операторов у62
Пересмотреть режимы труда и отдыха операторов у63
Внедрить систему поддержания профессиональной готовности операторов у64
Состояние z1 Необратимая ситуация, завершившаяся несчастным случаем и, как следствие, судебным расследованием Выделение средств для проведения коренной реконструкции эргономического обеспечения СЧТС у11
Выбор конкретного управления зависит от: 1) количество происшествий к моменту принятия решения; 2) длительности оставшейся части (р Т] контролируемого периода; 3) резерва ресурса, выделенного на охрану труда и технику безопасности; 4) возможности использования в оставшейся части контролируемого периода полностью всего резерва ресурсов.
Механизм выбора управлений. Опишем процедуру, с помощью которой должно совершаться управление проведением эргономических экспертиз.
Выбор в момент tp некоторого управления ур влияет на длительность переходного интервала, вероятность перехода в следующее состояние и на доход, который может быть получен в течение этого интервала времени. Механизм управления процессом проведения эргономических экспертиз состоит в выборе управления, которое должно
использоваться в каждом состоянии процесса, и в выборе моментов проверок, т.е. выборе стратегий диагностики, прогнозирования и воздействий на СЧТС.
Определим поведение процесса под влиянием конкретной стратегии.
1. Процесс находится в состоянии г.
2. Лицо, принимающее решение (ЛИР), среди всех допустимых управлений выбирает управление у (г); оно является функцией только текущего состояния г СЧТС, наличных ресурсов для проведения эргономических экспертиз и времени, оставшегося до конца планового периода.
3. ЭВМ с учётом управления у (г) определяет следующее состояние ' как случайную величину с условным распределением вероятностей рг^(гг, затем определяет время тга = т[г,'; у (г)] = тр пре-
бывания в состояние г до перехода в состояние 5 как случайную величину с функцией распределения -^./^(0.
4. Через время ґ после того, как процесс попадает в состоянии г, накопленный доход будет составлять
ЯгҐгГ(ґ\т[г5; у(г)]} (0 < ґ <т[г,я; у(г)])
и суммируется с полным доходом.
5. Процесс попадает в состояние 5, и так повторяется до тех пор, пока не закончится плановый период.
Основная задача, которая связана с мониторингом эргономического обеспечения СЧТС, состоит в выборе для всех состояний г управление у (г) и интервалов проверок тр = т[г,5; у (г)] на каждом шаге р = 1,2, ..., п, которые минимизируют полный ожидаемый доход за время планового периода (0, Т).
Выводы
Значительная доля несчастных случаев на производстве приходится на несовершенство эргономического обеспечения СЧТС. Для того, чтобы профилактика травматизма была действенной, необходимо систематически проводить эргономические экспертизы, т.е. осуществлять мониторинг эргономического обеспечения СЧТС. При необременительных допущениях мониторинг может быть описан как управляемый марковский процесс.
Следующим этапом исследования будет разработка модели выбора управлений процессом профилактики несчастных случаев, вызываемых несовершенством эргономического обеспечения, с учётом его описания как управляемого марковского процесса.
Литература
1. Ашеров А.Т., Сажко Г.И., Сабадаш В.В. Обучение эргономической экспертизе несчастных случаев на производстве как необходимый компонент подготовки инженера-педагога // Проблеми інженерно-педагогічної освіти: Зб.наук.пр. - Харків. - Вип. 11. УІПА, 2005. - С. 123 - 133.
2. Губинский А.И. Надёжность и качество функ-
ционирования эргатических систем. - Л.: Наука, 1982. - 270 с.
3. ГОСТ 26387 - 84. Система «человек - маши-
на». Термины и определения. - Взамен ГОСТ 21033-75, ГОСТ 21034-75, ГОСТ 21035-75, ГОСТ 21033-76; введен с 01.01.86.
- М.: Изд-во стандартов, 1986. - 6 с.
4. Ашеров А.Т., Сажко Г.І. Ергономіка інформаційних технологій: оцінка, проектування, експертиза: Навчальний посібник. -Харків: Вид. УІПА, 2005. - 244 с.
5. ГОСТ В 29.08.001 - 96. ССЭТО. Эргономиче-
ская экспертиза. Основные положения, программы и методики. - М.: Госстандарт России, 1997.
6. Кузнецов О.А., Лях А.Н. Информационные
системы для руководителей. - М.: Экономика, 1978. - 111 с.
7. Ашеров А.Т., Бурд Б.В., Фурман Е.М. Плани-
рование вычислительных работ на участке счётно-перфорационных машин в ИВЦ металлургических предприятий // Изв. Вузов. Сер. Чёрная металлургия. - 1980. - №8. - С. 133 - 135.
8. Ашеров А.Т., Ильченко Е.В., Файнюд М.И.
Анализ предпосылок повышения надёжности обработки информации на ВЦ металлургических заводов Украины // Изв. Вузов. Сер. Чёрная металлургия. - 1981. - №8. - С. 136 - 142.
9. Синавина В.С. Оценка качества функциониро-
вания АСУ. - М.: Экономика. - 1973. - 192 с.
10. Ашеров А. Т. Экспериментальные исследова-
ния дестабилизирующих воздействий в системе управления предприятием // Механизация и автоматизация управления. - 1978. -№3. - С. 5 - 8.
11 Протасенко О.Ф. Совершенствование профессиональной подготовки операционистов банковского отделения на основе контроля формирования стрессоустойчивости: Дис. канд. техн. наук: 05.01.04. - Харьков, 2005.
- 172 с.
12. Джевелл В. С. Управляемые полумарковские процессы // Кибернетический сборник. - М.: Мир. - 1964. - Вып. 4. - С. 97-137.
Рецензент: О.П. Алексеев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 8 августа 2006 г.
