CC BY
17
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 664:658.527
Риск-ориентированныи подход
при создании и совершенствовании технологических систем пищевых производств
А.Н. Стрелюхина, д-р техн. наук, доцент, С.А. Мачихин, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств
Пищевая индустрия может оставаться на высоком уровне только при условии использования высококачественного, высокотехнологичного оборудования для отраслей. Рациональная конструкция оборудования и рациональные режимы обработки позволяют реализовывать современные высокоэффективные технологии и гарантировать качество продукции.
Качество оборудования закладывается на стадии проектирования и изготовления, а затем поддерживается на стадии эксплуатации путем грамотно организованной системы технического обслуживания оборудования и использования квалифицированных специалистов, соблюдающих технологическую дисциплину.
Качество оборудования достигается решением следующих задач: обеспечение функциональных требований к оборудованию на стадии проектно-конструкторских работ; качественное изготовление и монтаж оборудования; разработка и строгое соблюдение правил его эксплуатации и технического обслуживания; создание надежных автоматических систем диагностики и защиты, контроля параметров технологического процесса.
Остановимся на вопросах создания качества оборудования при выполнении проектно-конструкторских работ. Уровень проектных решений определяется научно-техническим уровнем разработок, заложенных в конструкции машин. Известно, что при проектировании можно выделить следующие этапы: функциональное проектирование; оптимальное проектирование; системное проектирование.
Функциональное проектирование нацелено на создание эффективно работающего оборудования. Выполнение требуемой функции - главная цель и основа разработки. Поэтому на этом этапе создаются функциональные показатели оборудования и показатели надежности.
Ключевые слова: технологическая система; показатели безопасности; прогнозирование риска; анализ проекта.
Key words: technological system, safety indicators, forecasting risk, project analysis.
При оптимальном проектировании приходится учитывать интересы разных сторон, например, производителей и потребителей. При этом некоторые требования к оборудованию могут быть взаимоисключающими, а значит, необходимо аргументировано выбирать окончательный вариант.
Для создания высокотехнологичных производств необходимо понимание, того, что нельзя при проектировании рассматривать оборудование изолированно от окружающих его объектов.
Оборудование - основная составляющая технологических систем, представляющих собой совокупность функционально взаимосвязанных элементов. В технологические системы входят: оборудование с системами контроля и регулирования; сырье и полуфабрикаты; персонал, участвующий в выполнении заданных технологических процессов. Эти элементы взаимодействуют друг с другом в соответствии с принятой технологией. Технологические системы имеют определенную структуру, внутренние и внешние связи и набор свойств, игнорировать которые нельзя. Эти особенности систем учитываются при системном проектировании. Основная задача технической разработки системы состоит в том, чтобы, начав с формулировки требований к системе и ее целей, создать оптимальную систему. Системный подход должен быть не только на стадии проектирования систем, но и в последующем на стадиях их эксплуатации, совершенствования и управления.
Необходимый этап в создании технологических систем - прогнозирование их качества на стадии проектирования. Для прогнозирования и получения априорной оценки важен выбор показателей эффективности или качества системы, которые позволят наиболее полно определить степень соответствия системы и протекающих в ней процессов установленным требованиям. Очевидно, что приоритет должен быть отдан количественным показателям, использование которых позволит повысить точность формулирования цели для соответствующей системы, достоверность оценки степени достижения цели, а также, что очень важно, проводить сравнительный анализ альтернативных способов повышения качества технологической системы.
Большинство показателей качества технологических систем, применяемых на практике, основаны на оценивании качества реализуемых данной системой процессов и качества выпускаемой продукции. Это обосновано, поскольку и качество процессов и качество продукции не что иное, как результат функционирования систем.
На рисунке приведены показатели, позволяющие дать объективную характеристику качества технологических систем. Важное место среди них занимают показатели безопасности.
Требования безопасности относятся ко всем сферам жизни и деятельности человека и имеют особое значение. Теория безопасности существует как самостоятельная дисциплина. В основе терминов, относящихся к безопасности, лежит концептуальное требование о примате защищенности человека. Безопасность трактуется как отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью нанесения ущерба. На основании этого понятия логично вводятся два свойства объекта:
опасность - свойство, характеризующее способность объекта наносить ущерб;
безопасность - свойство, характеризующее способность объекта препятствовать нанесению ущерба или ограничивать его величину.
При рассмотрении технологических систем пищевых производств безопасность систем может быть рассмотрена в следующих аспектах:
безопасность систем по отношению к выпускаемой продукции для потребителя;
промышленная безопасность технологических систем и безопасность для обслуживающего персонала;
экологическая безопасность технологических систем.
Термины «промышленная безопасность» и «экологическая безопасность» сформулированы в документах [1, 2].
Понятие безопасности технологической системы по отношению к качеству выпускаемой продукции нами предложено сформулировать следующим образом.
Безопасность технологической системы по отношению к качеству выпускаемой продукции - свойство системы сохранять при функционировании такое состояние, при котором с заданной вероятностью исключается риск ухудшения качества продукции, обусловленный воздействием неблагоприятных нерегламентиро-ванных факторов на незащищенные элементы системы.
При функционировании технологической системы возможно возникновение нерегламентированных ситуаций, обусловленных отказами или неисправностью оборудования и средств контроля и регулирования процессов; ошибками обслуживающего персонала при задании управляющих воздействий и контроле качества проведения процессов, нарушениями при техническом обслуживании и эксплуатации оборудования; колебаниями качественных характеристик сырья и полуфабрикатов. Эти ситуации, даже не вызывая нарушения работоспособности системы и прерывания технологических процессов, отражаются на качестве продукции. Например, могут привести к выходу критических параметров процессов за регламентируемые пределы. При этом возможна ситуация, когда произведенная продукция не будет соответствовать требованиям, предъявляемым к ее качеству.
Как правило, вышеперечисленные причины вызваны низкой надежностью оборудования, его конструктивным несовершенством, потенциально несовершенной технологией. Велика доля нарушений, вызванных человеческим фактором: недостаточной технологической дисциплинированностью, ошибочными и несанкционированными действиями персонала. Наши исследования технологических систем хлебопекарной отрасли показали, что доля нарушений, обусловленных человеческим фактором, составляет до 42 % от общего количества нарушений [3]. Имеются данные для предприятий мясной промышленности, доля выпуска продукции несоответствующего качества по вине персонала составляет 38 % [4].
Таким образом, можно утверждать, что одно из важнейших свойств, характеризующих качество технологических систем, - их способность к адаптации при возникновении опасных нерегламентированных ситуаций в процессе функционирования. Это свойство обусловлено совершенством структуры системы, связей между ее элементами и качеством самих элементов. Неустойчивость в поведении системы интерпретируется как появление предпосылок к возникновению опасных ситуаций, вызванных возмущающими факторами, а возникновение нарушений - превышением этих факторов над адаптационными возможностями системы или запаздыванием реакции на них [5]. Система должна быть способна противостоять опасным нарушениям. Для этого в ней должны быть предусмотрены различные организационные и технические меры для предотвращения таких ситуаций. Решать эти задачи необходимо на стадии проектирования систем, ведь известно, что затраты на исправление ошибок в проекте на порядок ниже, чем на устранение ошибок уже на стадии производства и тем более на стадии эксплуатации. Большинство нерегламентированных ситуаций возникает в результате их игнорирования при проектировании.
Результатом несвоевременной адаптации технологической системы к возникновению нерегламентиро-ванных ситуаций при эксплуатации может быть возникновение потенциальной угрозы промышленной и экологической опасности производства, в том числе для обслуживающего персонала, или ухудшение качества выпускаемой пищевой продукции.
Для характеристики способности системы противостоять неблагоприятному воздействию потенциально опасных нерегламентированных ситуаций целесообразно использовать вероятностные показатели безопасности. Они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к критериям оценки эффективности и оптимизации, наглядны и чувствительны к изменениям параметров системы и имеют хорошо разработанный математический аппарат теории случайных процессов в сложных системах. В качестве такого вероятностного показателя может быть показатель риска.
Показатель риска характеризует частоту или вероятность гипотетических нарушений (в рассматриваемом аспекте) в процессе функционирования систем. Риск также можно оценивать как совокупный фактор вероятности возникновения опасного события и его последствий.
Так, например, для характеристики безопасности технологической системы в отношении качества выпускаемой продукции показателем риска могут служить:
вероятность отклонения качества выпускаемой продукции в результате возможных нарушений при функционировании системы;
вероятность проведения технологических процессов в контролируемых условиях, соответствующих технологическому регламенту и гарантирующих выпуск высококачественной продукции при возникновении нерегламентированных ситуаций.
Для оценки промышленной безопасности технологических систем, находящихся в сфере деятельности Ростехнадзора, количественным показателем риска может служить: ве-
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА
ТЕМА НОМЕРА
ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
роятность возникновения опасных нарушений в процессе эксплуатации технологических систем, приводящих к возникновению предаварий-ных (потенциально опасных) и аварийных ситуаций (экологическая и промышленная опасность), исходя из технологии ведения работ, используемого оборудования, средств взрывопредупреждения и защиты.
Задача обеспечения безопасности технологических систем сводится к уменьшению риска до некоторого предела, т. е. к сведению до минимума возможности возникновения опасных ситуаций.
Проведение анализа риска при проектировании и опытно-конструкторских работах с участием специалистов по надежности, техническому обслуживанию, ремонту, экологической и промышленной безопасности, человеческому фактору позволит идентифицировать узкие места проектов, сконцентрировать на них внимание, предусмотреть резервирование критических элементов систем. В результате это поможет обеспечить соответствие технологических систем предъявляемым требованиям по безопасности, надежности, условиям эксплуатации. В стандарте ГОСТ Р МЭК 61160-2006 «Менеджмент риска. Формальный анализ проекта» содержатся рекомендации по планированию и проведению анализа проектов. Регламентирующие процедуры анализа риска описаны в документах [6, 7]. Прогнозирование риска возникновения опасных нарушений при функционировании систем должно стать одним из элементов заключения об их техническом уровне и эффективности.
Несмотря на то, что сама по себе возможность оценивания безопасности систем на основе анализа риска интересна и необходима для их сравнительной оценки, сфера применения этих показателей гораздо шире. Их использование позволит не только оценивать безопасность процессов и систем, но, что еще более ценно, на основании этих оценок обеспечивать безопасность и эффективно управлять ею.
Под термином «управление безопасностью технологической системы» подразумеваем совокупность взаимосвязанных мероприятий, осуществляемых в целях установления, обеспечения, контроля и поддержания требуемого уровня безопасности системы при проектировании, изготовлении и применении по назначению.
Основная цель управления заключается в создании условий для вывода показателей, характеризующих
безопасность технологической системы, на заданный уровень и сохранении их в допустимых пределах путем периодической оценки и реализации, при необходимости, адекватных управляющих воздействий. Управляющие воздействия должны учитывать прогнозируемые возмущения и минимизировать их негативные последствия. Основные направления совершенствования технологических систем заключаются в выполнении совокупности решений, направленных на обеспечение и поддержание требуемого качества и взаимной совместимости персонала, технологического оборудования, технологии проведения конкретного производственного процесса.
Для пояснения этого сформулируем основные принципы, реализация которых на практике позволит либо исключить, либо максимально ослабить негативное влияние возможных нарушений при функционировании систем. Прежде всего, необходимо исключить любую возможность возникновения опасных ситуаций. Для этого должны быть решены следующие задачи:
недопущение появления ошибочных и несанкционированных действий персонала за счет автоматизации процессов и адаптации оборудования к изменяющимся условиям;
повышение надежности технологического оборудования с системами контроля и управления;
устранение условий возникновения критических отказов и неисправностей;
предупреждение нерегламентиро-ванных внешних и внутренних воздействий на элементы технологической системы (например, на технологическое оборудование), а через них и на технологический процесс. Однако, учитывая практическую невозможность создания в современных условиях абсолютно безотказного оборудования, полного исключения ошибочных действий персонала, обеспечения абсолютной изоляции оборудования и процесса от действия случайных нерегламентиро-ванных факторов, необходимо предусматривать меры, позволяющие корректировать процессы. Например, при разработке или выборе технологии, организации производства нужно учитывать реальную возможность появления отдельных предпосылок к опасным событиям и предусматривать организационные или технические решения, позволяющие предупреждать или компенсировать нежелательные воздействия на выпускаемый продукт или на состояние промышленной или эколо-
гической безопасности производств. Это может быть обеспечено внедрением более эффективной схемы контроля параметров функционирования оборудования и параметров технологического процесса, позволяющей повысить вероятность своевременного обнаружения опасных нарушений. При этом возникает проблема выбора критических контрольных точек и критериев качества функционирования систем, в том числе качества реализации технологического процесса.
Основные задачи совершенствования безопасности могут быть декомпозированы по отдельным направлениям, связанным с формированием требуемых свойств. Значимость задач зависит от специфики конкретных производств и этапов жизненного цикла технологической системы.
Если для совершенствования системы может быть предложено несколько альтернативных решений, нужно оценить их предполагаемую эффективность. Для этого необходимо провести оптимизацию принимаемых решений. Необходимое и достаточное условие для постановки задач оптимизации систем - выбор критерия, к получению экстремального значения которого сводится оптимизация. Для совершенствования безопасности в качестве критерия оптимизации должны быть использованы показатели риска.
Целесообразность использования показателей риска в качестве критериев оценки качества технологических систем очевидна. Однако при этом определенную сложность представляет априорная оценка значений показателей. В соответствии с современными представлениями, предварительное оценивание подобных количественных показателей рассматриваемой системы возможно лишь на основе моделей, связывающих эти показатели с показателями качества, и взаимной совместимости ее основных элементов. Основные проблемы при прогнозировании заключаются, как правило, в недостаточности исходных данных для расчета и их большом разбросе. Многие исследователи отмечают отсутствие или недостаточную достоверность информации о надежности машин, их элементов при работе в заданных условиях [8]. Для решения этой проблемы было бы полезно создать банк данных о надежности с учетом реальных условий эксплуатации систем в промышленных условиях. В такой информации заинтересованы не только проектные организации, но и эксплуатирующие для создания эф-
фективной системы технического обслуживания и обеспечения необходимой контрольно-измерительной аппаратурой. Использование точных количественных данных по интенсивности отказов элементов систем или вероятности возникновения предпосылок к возникновению нерегламентированных ситуаций применимо лишь для относительно простых систем или отдельных машин и агрегатов. Для более сложных случаев целесообразнее использовать методы анализа, основанные на применении интервальных оценок вероятностных показателей или использовать методы теории нечетких множеств.
Области применения результатов прогнозирования (оценки) риска:
прогнозирование риска возможных нарушений параметров процессов при разработке технологий, технологических инструкций, схем технохимического контроля процессов;
оценка эффективности схем контроля и регулирования процессов;
разработка планов технического обслуживания и ремонтов оборудования с учетом оценки риска
опасных нарушений при его работе;
сравнительная оценка технологических систем аналогичного назначения;
оценка целесообразности использования технологических систем и затрат на их совершенствование по параметру риска;
сравнительная оценка эффективности альтернативных решений по совершенствованию систем;
выбор лимитирующих элементов потенциально опасного оборудования;
контроль процессов изготовления оборудования с учетом возможности опасных нарушений при его эксплуатации;
экспертиза промышленной безопасности технических устройств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ (ред. от 04.03.2013) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
2. Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ (ред. от 25.06.2012, с изм. от 05.03.2013) «Об охране окружающей среды».
3. Мачихин, С.А. Анализ безопасности технологических систем и технологических процессов по параметрам качества выпускаемой продук-ции/С.А. Мачихин, А.Н. Стрелюхи-на//Пищевая промышленность.-2006. - № 7. - С. 32-34.
4. Чернуха, И.М. Затраты на качество: убыток или прибыль/И.М. Чернуха, Г.Ю. Макаренкова//Хранение и переработка сельхозсырья.-2005. - № 6. - С. 14-16.
5. Белов, П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопас-ности/П.Г. Белов. - Киев: Изд-во КМУГА,1997. - 428 с.
6. ГОСТ Р 51901.4-2005 (МЭК 62198:2001). «Менеджмент риска. Руководство по применению при проектировании». - М.: Стандартин-форм, 2005. - 25 с.
7. ГОСТ Р 51901.1-2002. «Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем». - М.: Госстандарт России. - 46 с.
8. Краснянский, М.Н. Надежность функционирования процессов и аппаратов многоассортиментных химических производств/М.Н. Краснянский. - М.: Машиностроение, 2010. -116 с.
Электронные технологии
для обеспечения безопасности пищевой продукции
В работе круглого стола приняли участие представители Министерства образования и науки РФ, Министерства экономического развития РФ, Министерства труда и социальной защиты населения РФ, субъектов РФ, представители Департаментов г. Москвы: образования, социальной защиты населения, семейной и молодежной политики.
Приветствуя участников встречи, ректор МГУТУ, д-р экон. наук, профессор В.Н. Иванова подчеркнула особую важность рассматриваемой темы, в первую очередь для сельхозпроизводителей и других работников АПК.
Директор Департамента регулирования агропродовольственного рынка, рыболовства, пищевой и перерабатывающей промышленности Министерства сельского хозяйства Российской Федерации М.О. Орлов в своем выступлении отметил, что в Минсельхозе РФ создана рабочая группа по поддержке сельхозпроизводителей в связи со вступлением России в ВТО. Первое заседание рабочей группы состоится 30 апреля в Саранске (Республика Мордовия), где будет рассмотрена концепция создания в РФ системы внутренней
В Московском государственном университете технологий и управления им. К.Г. Разумовского 17 апреля 2013 г. состоялся круглый стол по вопросам разработки мер поддержки отечественных производителей и переработчиков сельскохозяйственной продукции на основе внутренней продовольственной помощи в рамках «зеленой корзины» на тему «Использование современных электронных технологий в решении задач обеспечения адресности, учета, качества и безопасности пищевой продукции в рамках создания системы внутренней продовольственной помощи».
продовольственной помощи, в том числе заявки от регионов по формированию пилотных проектов по использованию современных электронных технологий в рамках этой концепции.
С сообщением по обсуждаемому вопросу выступили: ОАО «Универсальная электронная карта»; Мин-сельхоз Ростовской области; ООО ПЦ «АКСИОМА» группа компаний «Оплата. RU»; Управления развития инфраструктуры торговли и услуг Департамента торговли и услуг г. Москвы: Группы компаний «Дикси»; ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова; РосНАНО»; ГУП «Информационно-аналитический центр потребительского рынка Мос-
квы»; Департамент образования г. Москвы; Компания «РСТ-Инвест»; Департамент охраны здоровья и санитарно-эпидемиологического благополучия человека Минздрава России; РКО «Юго-Восток»; Институт «Технологии пищевых продуктов»; МГУТУ; Департамент регулирования агропродовольственного рынка, рыболовства, пищевой и перерабатывающей промышленности Минсель-хоза РФ.
По окончанию дискуссий ректор МГУТУ В.Н. Иванова еще раз подчеркнула особую важность рассматриваемых вопросов для обеспечения продовольственной безопасности страны.
М.Н. КУРЗИНА
