ОЦЕНКА "НАДЕЖНОСТИ" ЧЕЛОВЕКА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ОПАСНОСТЕЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 331.45

ОЦЕНКА «НАДЕЖНОСТИ» ЧЕЛОВЕКА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ОПАСНОСТЕЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

© 2021 Г.Н. Яговкин, А. А. Сидоров

Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия

Статья поступила в редакцию 02.06.2021

Проведен анализ деятельности человека в технологических системах и определены характеризующие ее параметры. Определена надежность работника при эксплуатации оборудования. Это позволяет минимизировать ошибки человека при эксплуатации технологических систем и обеспечить более высокий уровень его безопасности.

Ключевые слова: надёжность, человек, опасность, эксплуатация, технологическая система. БОТ: 10.37313/1990-5378-2021-23-5-113-119

Объектом охраны труда и промышленной безопасности является технологическая система, а предметом - основные закономерности возникновения и предупреждения происшествий при ее эксплуатации. Это утверждение вытекает в результате анализа литературы, касающейся проведения современных технологических процессов [1, 8, 13, 21], которые в большинстве случаев связаны как использованием технологического оборудования, так и людей, взаимодействующих с ним и окружающей средой.

Качество функционирования работающих зависит от параметров окружающей среды и принятой технологии, тогда как используемая технология и условия среды могут, в свою очередь изменяться в зависимости от качества функционирования технологического оборудования и человека [3, 4, 10]. Это объясняет использование в качестве объекта исследований технологической системы, в результате эксплуатации которой возникает опасность аварии и травмирования человека оборудованием технологической системы. Именно система представляет собой совокупность взаимодействующих компонентов и является в силу свойства эмер-джентности качественно новым образованием, реализуя основополагающий принцип теории систем и системной динамики [3, 5, 8, 11, 13].

В пользу выбора в качестве объекта исследований технологической системы можно привести следующие доводы. Первый состоит в том, что она является общим для автоматизированных технологических процессов, которые в настоящее время являются в производстве основными [6, 11]. Второй заключается в том, что она

Яговкин Герман Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Техносферная безопасность и сертификация производств». E-mail: bjd@list.ru Сидоров Артем Александрович, аспирант кафедры «Тех-носферная безопасность и сертификация производств». E-mail: artemsidorov97@yandex.ru

включает в себя всех носителей предпосылок к происшествиям - ошибок человека, отказов техники, неблагоприятных воздействий среды на человека и технику, недостаточной технологической дисциплинированностью работников, при этом среди них есть и основные причины возникновения опасности: опасные или ошибочные действия человека и отказы оборудование чаще всего происходящие в процессе его эксплуатации [10, 12, 14, 17].

В общем виде модель функционирования технологической системы представлена на рис 1. Она включает в себя работающих (человека-Ч), технологическое оборудование (машину-М), рабочую среду (среду-С), взаимодействующих между собой по заданной технологии и установленной организации работ (технологии-Т), 1(1) - входные и ограничивающие воздействия на систему, Е (I) - выходные воздействия системы на внешнюю среду (полезное - продукт, вредное - результаты функционирования), К^) - средства, вырабатывающие корректирующие воздействия.

Действия человека в технологической системе характеризуются его надёжностью, т.е. способностью к сохранению заданной эффективности работы при усложнении окружающей обстановки [16].

При оценке надежности учитывают следующие факторы [20]:

- долговременную выносливость;

- устойчивость к воздействию факторов рабочей среды (шум, освещенность и т.п.);

- работоспособность в экстремальных условиях;

- спонтанная отвлеченность;

- переключаемость.

Надежность человека в технической системе характеризуется основными факторами (эффективностью деятельности и безошибочностью) и вспомогательными (готовностью, восстанавливаемостью и своевременностью) [2].

Рис. 1. Модель функционирования технологической системы

Фактор безошибочности применяется при интегральной оценке деятельности человека и определяется следующим образом.

Вероятность безошибочных действий человека при взаимодействии с технической системой при условии независимости ошибок будет т

оп

-I

¿=1

РЬ ' Роп/1

где р. - вероятность наступления 1 состояния технологической системы;

Р - условная вероятность безошибочности работы человека в 1 состоянии;

т - число возможных состояний технологи-

ческой системы

ч

оп/1

где К. - число выполненных операций )'-го вида;

ч - число различных видов операций )' = (1,2, ..., ч);

Л. - интенсивность ошибок; ) ' т1 - среднее время выполнения операции

)-го вида;

р1 - вероятность безошибочного выполнения операций )-го вида;

р. и Л) находятся статистически по следующим формулам [22].

К

] пот}

п

от]

ЛЦ

где Ы), пот) - общее число выполненных операций )-го и допущенных при этом число ошибок.

В некоторых случаях деятельность человека требуется оценить поэтапно, например, при воздействии на него стресс факторов (шума, дефицита времени, гиподинамии и др.) В этом случае в качестве оценки надежности используют показатель «эффективность деятельности человека».

Деятельность человека в технологических системах сводят к четырем последовательно реализуемым этапам (см. рис. 2) [7].

На первом этапе человек осуществляет восприятие информации о состоянии объекта управления.

Второй этап деятельности человека заключается в оценке информации, ее анализе и сравнении с заданными значениями контролируемых параметров объекта управления.

На третьем этапе человек решает задачу выработки стратегии управления.

Четвертый этап включает операции, совокупность которых обеспечивает приведение принятого решения в исполнение.

Каждый из видов деятельности человека-оператора имеет свою специфику. Первоначально он следит за поведением управляемого объекта, т. е. характеристиками, определяющими качество управления. Этими характеристиками могут быть температура, давление, напряжение и т.д. в зависимости от типа, управляемого устройств. Специфика эта вида деятельности требует от человека быстро перехода от одних видов представления информации к другим и требует повышенного внимания.

Формализовано эти положения реализуются следующим образом.

Рис. 2. Модель деятельности человека в задачах управления безопасностью в технологических системах

1. Скорость перехода от п-го вида представления информации к т-му виду (например, от системы счисления с основанием п к системе с основанием т) максимальна, т.е.

V \р(и) — р(т)] = Утах,

2. Повышенное внимание Т ведет к пре-

тах ^ Г

дельной нагрузке Нртах и к быстрому утомлению оператора, т.е. максимальной скорости уменьшения градиента его зрительной работоспособности В, что может быть представлено как Ч^тах ^ НРтах ^ .

Далее в деятельности человека превалируют элементы анализа фактической информации, полученной от управляемого объекта или процесса, сравнения ее с информацией принятой за эталонную для заданного режима работы технологической системы или режима управления.

На данном этапе осуществляются следующие операции [23]:

а) сравнение фактических и номинальных значений параметров управления, и оценка знака отклонения фактических значений от номинальных;

б) сравнение производных параметров, по которым осуществляется управление;

в) выбор номинальных значений параметров управления в пределах допустимого периода времени.

Сложность работы человека на данном этапе

определяется числом параметров к, по совокупности значений которых делается заключение о состоянии управляемого объекта, т.е. размерностью вектора 8 = з(81, 52, ..., 5к).

На этом этапе наиболее трудно реализуемыми на практике являются следующие процедуры [19]:

- своевременный и правильный выбор из памяти необходимой информации, характеризующей «идеальный» процесс управления;

- оценка сложившейся ситуации, реализуемая на основе сравнения совокупности признаков с соответствующей областью их ограничений и требующая от операторов наиболее высокой профессиональной подготовки.

Комплексная оценка эффективности деятельности человека на I и II этапах может быть осуществлена по числовым значениям одного или нескольких показателей качества реализации процедуры слежения, например по среднему квадратическому отклонению ошибки слежения, по числу максимально допустимых отклонений параметров слежения за заданный интервал времени, по дисперсии и математическому ожиданию ошибок слежения и т.д. с использованием выражений:

^¿факт) — ^доп>

Ддоп ^ при тдоп, д = О,

и - (ёВ/&)т1п на интервале времени - у, где х - условное обозначение отслеживаемых параметров.

В общем случае задачи связанны с оценкой технического состояния объекта контроля (проверяемой системы) решаются человеком эвристически [15] в определённой последовательности:

- в порядке поступления информации осуществляется ее сбор, аналитически представляемый зависимостью

^ Д*0 = .....X

Ук С

х Ьд2 {РУ1.....Л (м)}~ .....04}1овг ;

м

- информация накапливается и упорядочивается в соответствии с выражением

|р = ^^ Рц.У1.-.Ук-1 (-Ук) ;

- на основании полученной информации делается вывод о месте или причине неисправности

{РУ1.....У/> = Ю}>1-Д,

где р - условный индекс причины или места неисправности;

к - к-й по порядку восприятия образ-носитель диагностической информации, например, решение тестовой задачи, электрический, акустический и другие сигналы;

ук - результат соотнесения к-го носителя информации с эталоном (ук = 0 - носитель совпадает с эталоном, ук =1 противоположный результат);

^ - время получения специалистом, реализующим процедуру диагностики, к-го носителя информации;

УУ1.....Ук_1(к) - объем диагностической информации, собираемой специалистом с к воспринимаемых последовательно носителей;

уМ} - распределение вероятностей возможных диагнозов после восприятия специалистом к носителей информации;

Рц,У1,-,Ук-1(Ук) - вероятность того, что человек, проводящий диагноз, безошибочно извлечет информацию из к-го носителя о месте или причине неисправности, имеющей условный индекс р;

Д - мера риска человека в выборе диагноза р* при недостатке информации.

Если по результатам диагноза появляется возможность возникновения аварийной обстановки или непосредственно она, то необходимо оценить качество психологической подготовки человека.

Качество психологической подготовки человека по возможности его деятельности в условиях аварийной обстановки целесообразно оценивать по трем типам аварийных ситуаций,

в существенной мере отличающихся по специфики и силе эмоционального воздействия на психику человека [18]:

I - по ситуациям, изученным заранее, но возникающим внезапно;

II - по ситуации, предварительно не проигранным, не осмысленным и возникающим на основе внезапного появления ранее не встречавшихся сочетаний отказов и неблагоприятных стечений обстоятельств;

III - по ситуациям, в которых возникает непосредственная угроза здоровью или жизни членов рабочей группы, эксплуатирующей объект управления.

Для первого типа аварийных ситуаций P[Aim =Р(т< гдоп)*1; Н = 0;

для второго

Р[Л,0)] Ф 1; Н >0;

и, наконец, для третьего

Р[А1(т)]Ф 0; Н>0,

где P[Ai(t)\ - вероятность того, что i-я аварийная ситуация А появится в пределах допустимого интервала времени тдоп;

P(Ai) - вероятность того, что в результате появления i-й аварийной А возникает непосредственная угроза здоровью или жизни членов рабочей группы (индекс «б» обозначает «безопасность»);

Н - энтропия появления, развития и локализации ситуаций, представляющая собой степень неопределённости наших знаний о характере развития аварийных ситуаций и мерах по их предупреждению или локализации.

При оценке подготовленности человека для работы в аварийной обстановке необходимо учитывать своевременность опознания человеком причин, которые привели к появлению аварийной обстановки; своевременность и правильность принятия решения об отнесении данной аварийности ситуации к одному из трех указанных типов с целью формирования у него концептуальной модели деятельности, включающей оценку обстановки (создание внутренней модели внешней среды) и разработку плана деятельности, и, наконец, правильность прогнозирования развития событий и эффективность действий, направленных на локализацию или ликвидацию аварийных ситуаций.

В соответствии с этим представляется целесообразным в качестве критериев такой оценки выбрать:

время т0 опознания человеком причин, которые привели к появлению аварийной обстановки;

время тпрр принятия решения об отнесении данной аварийной ситуации к типу I, II или III;

вероятность P(Aj, т^ I, II, III) того, что i-я

аварийная ситуация А будет безошибочно и современно отнесена к одному из трех типов аварийных ситуаций.

При этом оценку целесообразно осуществлять по степени соблюдения условий

Т0 ^ (^о)доп; ^пр.р ^ (Тпр.р.)доп'

P(At, т^ 1,11,111) = 1;

Р(Я) < [РШдоп-

На следующем этапе специфичность деятельности человека выражается в необходимости принятия решения о виде управления, которое целесообразно реализовать в сложившейся обстановке при наличии или недостатке релевантной информации об управляемом объекте (процессе), и сводится к выбору одного из S или j решений:

гср1 при s = s1(.81,82,...,8k,fjy

Ф2 приs = s2(S1,S2,...,Sk,Zj)

fPs при s = s$

fj = 0,i = %k,j = lT°°

nSi = j 0 ,+1

или ф = фу при ;

f+1

fy * 0,

где фьф2,...,фд - соответственно решения 1,2, д на формирование одного из д управляющих воздействий (комплекса воздействий), принимаемые на основе совпадения ранее изученных сочетаний значений параметров, характеризующих состояние объекта управления с их фактическим сочетаниями;

8 - вектор - функция состояний управляемого объекта, которая при д размерности пространства априорно изученных состояний может принимать одно из д конкретных значений;

Ф- - решения на формирование комплекса воздействий, вызванных появлением не изученных и не ранее не встречавшихся в практике управления данным объектом ситуаций;

8; - отклонение 1-го параметра от его значения, принятого за номинальное для данного управления;

^ - ложная информация, появляющаяся в видео одного или нескольких из - ранее не изученных и неизвестных сочетаний 1 параметров, характеризующих состояние объекта управления.

На данном этапе эффективность работы человека может быть оценена по времени формирования ранее не известного алгоритма, необходимого для управления, или времени выбора требуемой последовательности управляющих воздействий на основании одного или нескольких частных алгоритмов из числа известных с использованием, например, выражений

Э* =

где Э и Э* - соответственно интегральная и усредненная по С частным алгоритмам эффективности работы человека на этом этапе, выраженная в единицах времени;

т(Ац) - время формирования ранее не известного или выбора одного из С известных частных алгоритмов (ц = 1, 2, ..., С).

Специфика заключительного этапа заключается в том, что он подводит итог деятельности человека-оператора по предыдущим этапам и что ошибки, допущенные на данном этапе при формировании управляющих воздействий, могут свести на нет всю работу, выполненную им на предыдущих этапах его деятельности. Эту особенность этапа при моделировании деятельности человека в условиях стресса желательно учитывать путем придания численным критерием качества его работы соответствующих весов, пропорциональных стоимости каждой ошибки человека на этом этапе и требуемому психологическому уровню его подготовки при допустимом значении вероятности ошибочного или несвоевременного формирования управляющих воздействий.

На данном этапе реализация управляющего воздействия или комплекса управляющих воздействий формально может быть описана посредством логического выражения Фу (Ац) ^ фу, означающего, что принятое на предыдущем этапе решение фу считается реализовано тогда и только тогда, когда безошибочно будет реализована соответствующая ему V последовательность Ф частных алгоритмов А^,.

Эффективность работы человека на этом этапе его деятельности приближенно определим, как

Эе =

при

1 +

= < счдоп),

где - число ошибок, допущенных при реализации ц частного алгоритма;

Кц - коэффициент, учитывающий стоимость каждой ошибки оператора при реализации ц частного алгоритма;

^ - время формирования управляющего воздействия (реализации приятого решения) по ц частному алгоритму;

ФДАц) - v-я последовательность Ац частных алгоритмов;

В(рц) - вероятность того, что число ошибок, допущенных при реализации ц частного алгоритма, не превысит допустимого значения;

B(t^) - вероятность того, что время реализации ц частного алгоритма не превысит допустимого значения.

Основным источником происшествий в промышленности является технологическая система, т.к. содержит технологическое оборудование, которое является источником опасности и человека, его обслуживающего, который в результате отказа оборудования получает повреждение. Чаще всего повреждение человека происходит в результате его ошибочных или опасных действий. Правильность действий человека оценивается его надежностью - способностью сохранять заданную эффективность деятельности. Первый фактор определяется для деятельности в целом, а второй при разбиении ее на этапы. Проведен анализ деятельности человека в технологических системах и определены оба параметра ее характеризующих. Это позволяет минимизировать ошибки человека при эксплуатации технологических систем и тем самым обеспечить более высокий уровень его безопасности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абросимов A.A. Управление промышленной безопасностью. М.: КМК Лтд., 2000.

2. Аварии и несчастные случаи в нефтяной и газовой промышленности России [под ред. Ю.А. Да-донова, В.Я. Кершенбаума]. М.: АНО «Технонеф-тегаз», 2001. - 213 с.

3. Аношкин Д.В., Васильев А.В. Обеспечение безопасности труда в условиях металлургического производства с использованием автоматизированных систем // В сборнике: YOUNG ELP IT 2013 Международный инновационный форум молодых ученых: В рамках IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции) "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов" ELPIT 2013: сборник научных докладов. Научный редактор А.В. Васильев. 2014. С. 20-23.

4. Безопасность России. Анализ риска и проблем безопасности. В 4-х частях / Научн. руковод. К.В. Фролов. М.: МГОФ «Знание», 2006 - 2007.

5. Безопасность России. Анализ рисков и управление безопасностью (Методические рекомендации). / Рук. авт. кол-ва H.A. Махутов, К.Б. Пуликовский, С.К. Шойгу. М.: МГОФ «Знание», 2008.

6. Белов П.Г. Управление рисками, системный анализ и моделирование: учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры / П. Г. Белов. — М.: Издательство Юрайт, 2014. — 728 с.

7. Бычков И.В. Системный анализ динамики технического состояния механической системы / Бычков И.В., Николайчук О.А., Юрин А.Ю. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество» - 2015. - С 60-65.

8. Васильев А.В. Особенности обеспечения системной инженерии безопасности // В сборнике трудов первой международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизне-

деятельности промышленно-транспортных комплексов» БЬР1Т-2003, г. Тольятти, 11-14 сентября

2003, с. 296-299.

9. Васильев А.В. Повышение безопасности жизнедеятельности информационно-программными методами // Автотракторное электрооборудование.

2004. № 11. С. 34-37.

10. Васильев А.В., Аношкин Д.В. Человеческий фактор как причина аварийности и травматизма на производстве и его анализ на основе принципов системного подхода к обеспечению безопасности // Безопасность труда в промышленности. 2010. № 11. С. 22-25.

11. Васильев А.В., Вильч Н.В. Разработка мероприятий по снижению негативного воздействия на человека смазочно-охлаждающих жидкостей с использованием метода «Дерево событий» // В сборнике: БЬР1Т 2013 Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспорт-ных комплексов. Сборник трудов IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции), научный редактор А.В. Васильев. 2013. С. 91-94.

12. Васильев А.В., Рябов В.М., Васильева Л.А. Эргономика и эстетика рабочего места оператора ЭВМ. Организация режима труда и отдыха. Учебное пособие. Тольятти, 1997.

13. Васильев А.В., Фенюк Н.А. Система обеспечения безопасности труда при эксплуатации электроустановок // В сборнике: XV Всероссийская конференция "Химия и инженерная экология" с международным участием. Сборник докладов. Казань, 2015. С. 135-138.

14. Васильев В.А., Яговкин Н.Г. Информационная поддержка принятия управленческих решений в системах управления экологией и безопасностью // Переводной научный журнал "Академический вестник ЭЛПИТ". - 2018. Т. 3. № 2. С.13-22.

15. Волков Д.А. Модель оценки надежности многоуровневой автоматизированной системы диспетчерского управления транспортом газа // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности - 2016. - С 20-23.

16. Гражданкин А.И. Оценка техногенного риска и оптимизация мер безопасности опасных производственных объектов // Материалы 8-й международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем». М.:ИПУ РАН. -2000. - С.27-28.

17. Гражданкин А. И., Белов П. Г. Экспертная система оценки техногенного риска опасных производственных объектов // Безопасность труда в промышленности. 2000. - № 11. С. 6 - 10.

18. Гражданкин А.И., Фёдоров А.А. К вопросу об оценке риска при декларировании промышленной безопасности опасных производственных объектов // Безопасность жизнедеятельности. 2001. - № 4. - С. 2-6.

19. Кучина О.П. Эргономические показатели эффективности деятельности субъекта в процессе тестирования // Вестник бурятского государственного университета. - 2009. - С. 49-51.

20. Переездчиков И.В. Анализ опасностей промышленных систем человек-машина-среда и основы защиты: учебное пособие. М. : КНОРУС, 2011. -784 с.

21. Фенюк Н.А., Васильев А.В. Особенности обеспе-

чения безопасности труда при эксплуатации электроустановок // В сборнике трудов международного инновационного форума молодых ученых YOUNG ELPIT 2015 в рамках пятого международного экологического конгресса (седьмой международной научно-технической конференции) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT-2015. Научный редактор Васильев А.В. С. 326-331.

22. Чербачи, Ю.В. Возможность использования имитационного моделирования при оценке риска аварий, вызванных функционированием промышленных производств / Ю. В. Чербачи, Ю. Ю. Старчик // Строительные и дорожные машины. -2017. - N8. - С. 48-52.

23. Цугленок Н.В. Повышение безопасности технологических систем АПК / Цугленок Н.В., Чепелев Н.И., Пыханова Е.В. // Вестник КРАСГАУ - 2003. -С 18-20.

ASSESSMENT OF "RELIABILITY" HUMAN IN DETERMINING THE HAZARDS ARISING FROM THE OPERATION OF A TECHNOLOGICAL SYSTEM

© 2021 G.N. Yagovkin, A.A. Sidorov

Samara State Technical University, Samara, Russia

The technological systems human activity analysis is carried out and its parameters are determined. The person equipment operation reliability has been determined. This makes it possible to minimize human technological systems operation errors and ensure the human safety higher level. Key words: assessment, reliability, human, hazards arising, operation, technological system. DOI: 10.37313/1990-5378-2021-23-5-113-119

German Yagovkin, Doctor of Technics, Professor at the Technosphere Safety and Production Certification Department. E-mail: bjb@list.ru

Artem Sidorov, Graduate Student at the Technosphere Safety and Production Certification Department. E-mail: artemsidorov97@yandex.ru