автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.04, диссертация на тему:Разработка метода повышения надежности функционирования человеко-машинных систем в газовой промышленности

.гл

Н: ^ о ; 2041 ~Х

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

УДК 622.279: 007.51-192.51.001.57

САЖИНА НАТАЛИЯ НИКОЛАЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКО - МАШИННЫХ СИСТЕМ В ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (НА ПРИМЕРЕ ОПЕРАТОРОВ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ГАЗА)

05.26.04 - «Промышленная безопасность»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат химических наук,

доцент Глебова Е.В. Научный консультант: кандидат технических наук,

доцент Ермолаев А.И.

Москва 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЧМС ..................................................7

1.1. Профессиональный отбор операторов...............7

1.2. Анализ методов определения критерия профессиональной пригодности работников ...............16

1.3. Сравнительный анализ методов моделирования процессов функционирования ЧМС.................. 27

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОТБОРА ОПЕРАТОРОВ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ГАЗА..........................................................42

2.1. Постановка задачи.........................................42

2.2. Профессиограмма оператора по добыче газа.........44

2.3. Профессиограмма оператора технологических установок по переработке газа ..........................49

2.4. Выбор психодиагностических методик для исследования профессионально значимых качеств операторов...................................................53

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРИГОДНОСТИ ОПЕРАТОРОВ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ГАЗА..........................................62

3.1. Разработка критерия профессиональной пригодности операторов по добыче и переработке газа знаковым методом............................................................62

3.2. Выводы........................................................77

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРОВ НА ОГПЗ.............106

4.1. Методика расчета показателей надежности ЧМС методом функциональных сетей........................106

4.2. Методика построения математических моделей функциональных структур...............................ИЗ

4.3. Расчет показателей надежности деятельности оператора технологических установок на газоперерабатывающем заводе..............................118

4.4. Выводы.....................................................127

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................141

ЛИТЕРАТУРА..................................................................144

ПРИЛОЖЕНИЕ 1..............................................................154

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.............................................................164

Введение

Тенденция развития современного производства такова, что автоматизированное производство получает преимущественное развитие по сравнению с неавтоматизированным, причем, в основном за счет сокращения последнего. Операторская деятельность приобретает ведущее значение и в газовой промышленности: многие процессы добычи, переработки и транспорта газа практически полностью автоматизированы.

Отличительной особенностью профессий операторского типа является возможность возникновения экстремальных ситуаций, связанных с высокой вероятностью возникновения аварий и несчастных случаев. При этом роль человека в процессе производства, уровень его ответственности и цена допускаемых ошибок существенно возрастают. Анализ данных производственного травматизма в газовой отрасли за период 1989-1998 г.г. показал, что профессия оператора является одной из наиболее травмоопасных - на нее приходится около 12,5 % от общего числа несчастных случаев с инвалидным и смертельным исходами.

Динамика роста аварийности и травматизма на предприятиях газовой промышленности, причинами возникновения которых служили неправильные или несвоевременные действия человека- оператора, свидетельствует о необходимости изучения особенностей операторского труда и разработки научных основ повышения его надежности и безопасности.

На основе отечественного и зарубежного опыта важнейшим средством повышения надежности и безопасности операторского труда служит профессиональный психофизиологический отбор. Условия труда оператора в газовой промышленности характеризуются наличием ряда опасных и вредных производственных факторов, высокой напряженностью и тяжестью труда. Это способствует повышению

требований к индивидуальным психофизиологическим качествам оператора и обуславливает необходимость разработки метода профессионального отбора работников на ведущие профессии операторского типа в газовой отрасли.

Функционирование технических устройств и деятельность человека, который использует эти устройства в процессе труда, рассматриваются во взаимосвязи, как системы «человек - машина» (ЧМС).

Осуществляемые методами математического моделирования описание особенностей и количественная оценка показателей процесса функционирования ЧМС, позволяют оценить влияние организационных, технических мероприятий и эргатических звеньев (т.е. человека - оператора) на показатели надежности ЧМС.

В связи с этим актуальной представляется задача математического моделирования деятельности оператора на газоперерабатывающем заводе, как одном из наиболее сложных и потенциально опасных объектов в газовой промышленности. Разработка математической модели позволит вычислить и оптимизировать показатели надежности процесса функционирования данной ЧМС.

Цель данной работы состоит в повышении надежности и безопасности операторской деятельности в газовой промышленности на основе разработки метода профессионального отбора операторов по добыче и операторов по переработке газа.

Указанная цель определила постановку и решение следующих

задач:

- выявление профессионально важных психофизиологических качеств операторов технологических установок по переработке газа и оператора по добыче газа, соответствующих требованиям и специфике их производственной деятельности;

- разработка критерия профессиональной пригодности операторов указанных профессий, позволяющего прогнозировать успешность их профессиональной деятельности;

- проведение сравнительного анализа влияния степени развития психофизиологических качеств на уровень профессиональной пригодности операторов технологических установок по переработке газа и операторов по добыче газа;

- определение методами математического моделирования количественной оценки влияния проведения профессионального отбора операторов на показатели надежности функционирования ЧМС в газовой промышленности.

Глава 1. Анализ методов определения и повышения надежности процессов функционирования ЧМС

1.1. Профессиональный отбор операторов

Важнейшим средством повышения надежности и безопасности операторского труда служит профессиональный психофизиологический отбор, о чем свидетельствуют результаты многочисленных отечественных и зарубежных исследований [1-5].

Профессиональный отбор представляет собой научно обоснованный допуск людей к определенному виду профессионального обучения и последующей работе по специальности. Профессиональный психофизиологический отбор имеет целью с помощью качественных и количественных психофизиологических критериев (тестов) выявлять состояние, степень развития совокупности тех или иных психических и физиологических характеристик личности, которые соответствуют требованиям профессии и благоприятствуют успешному ее овладению [6].

Деятельность оператора в условиях современного производства имеет ряд специфических особенностей, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на функциональное и психическое состояние человека и, вследствие этого, существенно влиять на надежность и безопасность его профессиональной деятельности. Это способствует повышению требований к индивидуальным психофизиологическим качествам оператора в системе «человек - машина». Наиболее существенными из указанных особенностей являются [7-9]:

- взаимодействие оператора в результате развития систем дистанционного управления не с реальными объектами, а с имитирующими их образами;

- решение интеллектуальных задач с большой глубиной предвидения;

- высокая эмоциональная напряженность, вызываемая большой ответственностью за принимаемые решения;

- увеличение в нормальных условиях протекания производственного процесса монотонности труда вследствие повышения степени автоматизации;

- дефицитные временные условия выполнения многих операций управления;

- большое число объектов (и их параметров), которыми необходимо управлять.

Деятельность оператора в ЧМС может носить самый разнообразный характер. Несмотря на это в общем виде она может быть представлена в виде следующих основных этапов [9-16]:

1. Прием информации. На этом этапе осуществляется восприятие поступающей информации об объектах управления и тех свойствах окружающей среды, и ЧМС в целом, которые важны для решения задачи, поставленной перед системой «человек - машина». Действия по приему информации включают ряд элементарных сенсорных процессов: обнаружение, различение, опознание и декодирование. Основными психическими процессами, участвующими в приеме информации являются ощущение, восприятие, представление и мышление. Процесс и состояние настройки человека на восприятие приоритетной информации характеризуется вниманием, его уровнем (интенсивностью, концентрацией), объемом (широтой, распределением), скоростью переключения, длительностью и устойчивостью.

2. Анализ и переработка информации. На этом этапе производится сопоставление заданных и текущих режимов работы ЧМС, производится анализ и обобщение информации, выделяются критичные

объекты и ситуации и на основании критериев важности и срочности определяется очередность обработки информации. На этом этапе ведущая роль принадлежит процессам памяти и мышления. Наиболее важными видами памяти, непосредственно влияющими на быстродействие и безошибочность действий оператора в ЧМС, являются: долговременная, сенсорная кратковременная и оперативная кратковременная. Долговременная память сохраняет усвоенные оператором в процессе обучения системы образов и понятий, стереотипы рабочих движений, навыки, эталоны, способы перекодирования, принципы отбора и ориентиры поиска значимой информации для данного вида деятельности. Сенсорная кратковременная память - это память рецепторных полей, которая является следом воздействия сигнала. В сенсорной кратковременной памяти производится первичная обработка информации, ее отбор и фильтрация, оперативная кратковременная память осуществляет ввод и извлечение информации из долговременной памяти. Мышление - активный процесс отражения объективного мира в человеческом мозгу в форме понятий, суждений, умозаключений.

3. Принятие решения. Решение о необходимых действиях принимается на основе проведенного анализа и оценки информации, а также на основе других известных сведений о целях и условиях работы системы, возможных способах действия, последствиях правильных и ошибочных решений и т.д. Время принятия решения существенным образом зависит от энтропии множества решений. Основой функции принятия решений является мышление, логические мыслительные действия.

4. Реализация принятого решения. На этом этапе осуществляется приведение принятого решения в исполнение путем выполнения отдельных действий (например, дискретных сенсомоторных) или соответствующих распоряжений.

Качественное выполнение каждого из рассмотренных этапов зависит от целого ряда факторов. Так, например, качество приема информации зависит от вида и количества индикаторов, организации информационного поля. На оценку и переработку информации влияют способ кодирования информации, объем ее отображения, динамика смены информации. Эффективность принятия решения определяется следующими факторами: типом решаемой задачи, числом и сложностью проверяемых логических условий, сложностью алгоритма и количеством возможных вариантов решения.

На каждом из этапов деятельности оператор может допустить ошибки, являющиеся наиболее характерной формой проявления ненадежности, вследствие несоответствия специфике выполняемых функций уровня развития психических процессов, основными из которых являются внимание, память и мышление.

В работе [17] предложено разделение ошибок, вида отказа человека - оператора, не связанного с прекращением, временным прерыванием деятельности, следующим образом:

- невыполнение требуемого действия;

- выполнение не требуемого действия;

- выполнения требуемого действия, но в ошибочной последовательности;

- неправильное выполнение требуемого действия.

В работе [17] обстоятельно анализируются ошибки оператора при эксплуатации технических средств системы «человек - машина». Рассмотренные в работе виды ошибок оператора, по мнению автора, обусловлены в значительной мере просчетами в профессиональном отборе и других «ситуационных факторах».

Анализ факторов и условий, влияющих на безошибочность работы оператора, проведен в работах [18-25]. Авторы этих работ доста-

точно подробно рассмотрели возможные причины ошибок операторов и раскрыли их тесную взаимосвязь с психофизиологическими факторами.

Так, например, наиболее характерным для ЧМС с высокой степенью автоматизации фактором, от которого зависят результаты деятельности оператора, является поток сигналов и вызываемые им состояния информационной перегрузки. Под ней понимается такая ситуация, когда в течение некоторого промежутка времени поступающее количество информации превосходит психофизиологические возможности человека. При этом с точки зрения анализа надежности его работы возможны два вида проявления перегрузки: переполнение оперативной памяти и дефицит времени. В первом случае общее время, отводимое на решение задачи, может быть достаточным, однако часть информации теряется или искажается из-за того, что ее количество превышает объем оперативной памяти человека. Во втором случае общее количество информации может и не превышать объем памяти, однако время, необходимое оператору для решения задачи, меньше требуемого. В этом случае также возможны потери информации, так как оператор не успевает обработать ее в заданное время.

В отечественной инженерной психологии психологическое содержание проблемы надежности оператора впервые было изложено в работах [26,27].

Одним из важнейших факторов, влияющих на надежность работы оператора, автор работы [26] считал конструктивное исполнение технических средств. В то же время им была высказана мысль о прямой зависимости надежности работы оператора от его профессиональной подготовленности. Автор придавал большое значение наряду с различными характеристиками функционирования организма типологическим свойствам нервной системы и личностным факторам.

Поиск возможных причин ненадежности оператора автором [27] осуществляется в соответствии с раскрытием динамики работоспособности, характеристикой основных ее фаз (врабатываемости, устойчивой работоспособности и ее падения), выявлением тех факторов, от которых зависит их продолжительность.

Фаза врабатываемости сопровождается процессом адаптации человека к новым требованиям. Однако для большинства операторских профессий требования к надежности предъявляются практически сразу, с первых же действий.

Вторая фаза характеризуется относительно устойчивой работоспособностью. Ее длительность зависит прежде всего от специфики работы, а также от степени профессиональной пригодности оператора, его мотивации, текущего психофизиологического состояния.

Надежность оператора является функцией его состояния, под которым в общем смысле понимается характеристика его внутренних возможностей успешно решать текущие задачи контроля и управления. Эта характеристика представляет собой набор показателей, описывающих множество физиологических и психологических параметров. Стабильные и высокие показатели надежности оператора могут быть получены только при их оптимальном состоянии. Однако целый ряд операторских профессий предусматривает такие условия трудовой деятельности, которые выходят за рамки оптимальности. К числу экстремальных факторов, способных нарушить оптимальное состояние оператора, относятся эмоциональные воздействия в связи с опасностью, трудностью отработки задания, информационная перегрузка, необходимость риска, воздействие неблагоприятных факторов среды обитания (например, температура, давление, вибрация, кислородная недостаточность) и др.

Наступление третьей фазы предполагает падение работоспособности, обусловленное развитием утомления. Под его влияние ослабляется память, снижается продуктивность мышления, все чаще проявляются колебания внимания, нарушается