Введение.
Грузоподъемные краны, подъемники и вышки, согласно Федеральному Закону ФЗ-116 "О промышленной безопасности...71/, относятся к техническим устройствам, работающим на опасных производственных объектах. Работа с грузоподъемными машинами сопряжена с определенным риском, как для обслуживающего персонала, так и для всех лиц, находящихся в зоне потенциальной опасности. Соблюдение безопасности при производстве работ техникой данного вида на Государственном уровне контролирует Федеральный горный и промышленный надзор России (Госгортехнадзор России). Однако, несмотря на принимаемые с его стороны меры общий уровень аварийности и травматизма по стране, начиная с 1995 года, остается неизменно высоким (табл. 1)/2/.
Табл. 1.
Год Кол-во погибших (чел.) Кол-во подъемных сооружений (тыс. ед.) Коэффициент травматизма (Кс.т.)
1995 130 734.178 0.176
1996 ПО 738.760 0.149
1997 106 731.038 0.144
1998 99 722.175 0.138
1999 107 720.122 0.148
2000 106 723.023 0.147
2001 121 726.783 0.166
Коэффициент травматизма - величина равная отношению количества погибших на тысячу единиц подъемных сооружений.
Рост аварийности и травматизма на промышленных предприятиях вызван переменами в экономике страны и прежде всего, распадом крупных предприятий на ряд мелких фирм различной формы собственности. В первую очередь, рассредоточение грузоподъемных машин, находившихся на крупных предприятиях, по мелким фирмам осложнило контроль за их эксплуатацией со стороны Госгортехнадзора. Во-вторых, если крупные предприятия могли содержать специальные структуры по ремонту и обслуживанию грузоподъемных машин, службы охраны труда, органы внутриведомственного надзора и др., то мелкие собственники не имеют на это средств и во многих
случаях подобные подразделения существуют фиктивно, либо отсутствуют вообще.
Одной из основных причин роста аварийности является старение основных фондов, изношенность оборудования /3/. Грузоподъемные машины, согласно правил техники безопасности, должны быть оснащены приборами и устройствами безопасности. Эти приборы, как и все оборудование, должны проходить периодическое обследование и, в случае выявления неисправностей, должны быть отремонтированы или заменены на новые. Грузоподъемные машины, выработавшие нормативный срок службы, становятся опасными в эксплуатации, если своевременно не проводить в полном объеме их специальное обследование (диагностику), капитальный ремонт, необходимое техническое обслуживание механизмов и приборов безопасности.
В первую очередь, тяжелое экономическое положение промышленных предприятий не позволяет своевременно осуществлять реконструкцию или замену оборудования, приборов и аппаратуры противоаварийной защиты на новые, более надежные. По данным Госгортехнадзора /4/, к 1999 году более 85% парка грузоподъемных кранов, находящихся в эксплуатации, работают с истекшими сроками службы. Многие грузоподъемные машины отработали 2,5 срока службы и более, и их эксплуатация может стать причиной аварий с тяжелыми последствиями. Степень обновления парка упала до 1,5 % в год, при норме 8-12 %, что приводит к общему старению и изнашиванию парка грузоподъемных машин вцелом.
Другой причиной роста аварийных случаев на предприятиях является низкая квалификация обслуживающего персонала. Высокий травматизм имеет место на предприятиях, где не организовано качественное обучение специалистов, эксплуатирующих грузоподъемные машины.
На основании анализа состояния проблемы безопасности при производстве работ грузоподъемными машинами, проведенного Госгортехнадзором России /5,6,7,8,9,10,11/, можно сделать вывод, что применяемые меры не могут дать удовлетворительного результата при существующей экономической ситуации и ужесточающихся требованиях к технике и обеспечению работ. Одним из новых путей решения проблемы является широкое применение автоматизированных систем, способных облегчить и упростить работу всех структур, обеспечивающих безопасность
эксплуатации грузоподъемных машин. Необходимость создания подобных систем подчеркивалась Коллегией Госгортехнадзора России /12/.
В связи со сложившейся ситуацией в области промышленной безопасности техническим управлением Госгортехнадзора России совместно с НТЦ "Промышленная безопасность" была разработана концепция совершенствования системы Госгортехнадзора России, согласованная с министерствами и ведомствами РФ и одобренная на Коллегии Госгортехнадзора России от 16.12.1997 года. Реформирование системы Госгортехнадзора направлено на реализацию принятого закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов".
На основании постановления коллегии Госгортехнадзора России /13/ в качестве наиболее важных аспектов решения проблемы обеспечения безопасной работы грузоподъемных механизмов выделим следующие:
1. Надзор и контроль за состоянием техники.
2. Своевременный ремонт и обслуживание оборудования.
3. Обучение специалистов, работающих с грузоподъемными механизмами, а также контроль за уровнем их квалификации.
В настоящий момент вышеперечисленные проблемы решаются следующим образом:
1. Надзор и контроль за состоянием техники на предприятиях осуществляется инспекторами, входящими в состав территориальных округов Госгортехнадзора. Но данная задача не может быть решена полноценно в силу следующих причин:
• Большое количество подконтрольных объектов (только по Северозападному округу их количество превышает 8000);
• Большая территориальная разобщенность (в состав Северо-западного округа входят 6 субъектов Российской Федерации: г. С-Петербург, Ленинградская область, Псковская, Калининградская и Новгородская области, а также Республика Карелия);
• Неполная укомплектованность органов Госгортехнадзора (вцелом по России нехватка кадров составляет 8%);
• Недостаточный уровень подготовки инспекторского состава (полностью отсутствуют центры и специальные учебные заведения по подготовке
3
инспекторов Госгортехнадзора, помимо этого в ряде округов привлекаются для работы в качестве инспекторов лица, не имеющие высшего образования);
• Нереализованность информационных потребностей инспекторов и руководства Госгортехнадзора (низкий уровень компьютерного обеспечения органов Госгортехнадзора).
2. Своевременный ремонт и обслуживание оборудования. Выполнением этой функции занимаются специальные сервисные организации. Ее важность обусловливается непосредственным влиянием на основные факторы производственного травматизма. Но из-за многочисленности типов грузоподъемной техники, поступления на рынок большого количества импортного оборудования, внедрения новых типов приборов безопасности рост количества сервисных организаций, территориально и информационно разобщенных между собой и выполняющих неполный комплекс услуг, практически неуправляем. А состояние их научно-методического и инженерного обеспечения зачастую не соответствует постоянно повышаемым требованиям к экспертизам и обеспечению безопасности. Сложность положения в данной области была рассмотрена на расширенном заседании Коллегии Госгортехнадзора 28.01.1998 года.
3. Обучением специалистов, работающих с грузоподъемными машинами занимаются специализированные обучающие организации, а контроль за уровнем квалификации специалистов осуществляется совместно с Госгортехнадзором. Но ввиду различия методик, лабораторной и методической базы этих организаций уровень подготовки кадров различен и не всегда высок. Решение проблемы постоянного контроля за уровнем квалификации специалистов затруднено, т.к. окончательно не разрешена задача надзора за грузоподъемными кранами, подъемниками и вышками.
Со стороны Правительства РФ, в лице заместителя Председателя, при рассмотрении вопроса о выполнении Федерального закона "О промышленной безопасности..." и совершенствования системы Госгортехнадзора уделялось особое внимание вопросу необходимости повышения квалификации и аттестации специалистов и руководящих кадров предприятий в области промышленной безопасности.
Из приведенного выше анализа состояния проблемы обеспечения безопасности, очевидно, что существующее ныне разрозненное решение обозначенных подзадач не может дать удовлетворяющего результата, что подчеркивает актуальность данной работы. Применение комплексного обеспечения безопасности при производстве работ грузоподъемными машинами и использование современных компьютерных технологий позволяют качественно решить вопрос обработки большого количества информации необходимой для достижения поставленной цели, кроме того, необходимо отметить, что выделенные подзадачи могут быть удобно формализованы для их решения компьютерными средствами.
Новизна комплексного подхода к решению проблемы обеспечения безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин заключается в учете связей между указанными выше основными подпроблемами, в отличие от существующего положения дел в этой области, когда основные усилия для решения проблемы направлялись изолированно на каждую подпроблему без учета их взаимовлияния. Структура предлагаемого подхода приведена на рис. 1.
Обеспечение безопасносности при эксплуатации г/п машин
1 г
Надзор и контроль за состоянием техники -4-\ ч . * Обучение специалистов и контроль уровня знаний
Ремонт и обслуживание грузоподъемных машин
Рис. 1. Структура комплексного обеспечения безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, подъемников и вышек.
Так например, при решении задачи надзора и контроля за состоянием техники возникает необходимость верификации данных в автоматизированной системе, что может быть осуществлено путем транзакции информации из систем обучения и диагностики.
Вопрос обучения специалистов непосредственно вытекает из проблем надзора и контроля (обучение ИТР по надзору, лиц ответственных за производство работ, специалистов по технике безопасности, представителей
10
администрации предприятий и др.), а также ремонта техники (обучение наладчиков приборов безопасности, специалистов обслуживающих грузоподъемные машины и др.)
На основе информации о состоянии техники возможно прогнозировать необходимость ремонта или дополнительного технического обслуживания (экспертизы) грузоподъемных машин и их приборов безопасности, а выполнение этих работ обученным персоналом гарантирует повышение уровня безопасности на предприятиях.
Для решения первой подзадачи - надзор и контроль за состоянием грузоподъемных машин необходима система, способная не только отображать существующее положение дел, но и вырабатывать рекомендации по повышению уровня безопасности на объектах. В качестве подобного продукта предлагается построить информационную систему прогнозирования аварийных ситуаций на предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные краны, подъемники и вышки.
Система должна располагать информацией о предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные машины, о самих механизмах и приборах безопасности, а также информацей о специалистах, допущенных к их обслуживанию, включая данные об аттестации всех работников. Эта информация может использоваться для качественной оценки реального состояния техники, согласно документов, регламентирующих деятельность Госгортехнадзора, оценки уровня безопасности на любом из зарегистрированных предприятий, контроля наличия аттестованных специалистов, проверки достоверности поступающей информации, контроля работы инспектора Госгортехнадзора, кроме того, данные в удобной форме могут быть представлены куратору Госгортехнадзора, согласно постановлению коллегии Госгортехнадзора России от 6.02.1998 г. Система должна давать возможность количественной оценки уровня безопасности на подконтрольных объектах, прогнозирования наиболее вероятных причин аварий, автоматической выработки решений, направленных на их предотвращение, а также возможность контроля и надзора за состоянием грузоподъемных машин, аттестацией специалистов, и качеством деятельности сервисных организаций.
11
Основным аспектом проблемы своевременного ремонта оборудования, в сложившихся экономических условиях, является ремонт приборов безопасности грузоподъемных машин, т.к. именно по причине неисправности приборов безопасности происходит около 35% аварий 121. Компьютерная автоматизированная система контроля технического состояния приборов безопасности должна позволять выполнение ремонта без необходимого привлечения высококвалифицированных специалистов или обращения в специализированные сервисные организации, сократить время ремонта прибора и, как следствие, сократить время вынужденного простоя грузоподъемной техники, сократить расходы на ремонт. Острота этой проблемы обусловливается перспективой перехода с полупроводниковых приборов безопасности на более сложные микропроцессорные системы, а также появлением на внутреннем рынке страны большого количества новой зарубежной техники /14/. Изложенные выше факторы также влияют и на требования, выдвигаемые к обучающимся специалистам по обслуживанию приборов безопасности. Данный пакет направлен на применение в крупных и средних предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные механизмы, а также в сервисных фирмах, специализирующихся на ремонте приборов безопасности.
Для третьей подзадачи - обучение специалистов (ответственных за безопасное ведение работ, представителей администрации предприятий, инженеров по технике безопасности и др.) и контроль уровня их квалификации необходимо разработать компьютерную контрольно-обучающую систему, выполненную на основе единой методики, согласованной с Госгортехнадзором России. Данный пакет должен располагать возможностью осуществления контроля знаний специалиста и может быть использован не только в процессе обучения в специализированных обучающих центрах и при сдаче экзаменов после окончания обучения, но и в Госгортехнадзоре при необходимости текущего контроля знаний специалистов разного уровня и профиля деятельности. Система должна быть универсальной чтобы использоваться, при соответствующем наполнении, для обучения достаточно широкого круга персонала, связанного с обслуживанием и организацией безопасной эксплуатации грузоподъемных машин.
12
Общим требованием к системам является минимизация требуемых машинных ресурсов, т.к. компьютерный парк организаций, для которых разрабатываются системы, в основном состоит из не самых современных машин. Системы должны быть построены так, чтобы они могли быть инсталлированы на компьютерах типа ШМ PC/AT- 486
Таким образом, описанное выше комплексное обеспечение безопасной эксплуатации грузоподъемных машин позволяет оказать действенную помощь в решении трех основных подзадач:
• задачи надзора и контроля за техническим состоянием грузоподъемных кранов, подъемников и вышек;
• задачи быстрого и своевременного ремонта приборов безопасности этих машин;
• задачи обучения специалистов всех профилей, имеющих отношение к обеспечению работы и эксплуатации грузоподъемной техники.
Для работы всех вышеперечисленных систем не требуется расширение материальной базы, т.к. ПЭВМ есть во всех эксплуатирующих организациях, но используются они в основном для автоматизации делопроизводства и бухгалтерских расчетов.
Целью диссертационной работы, является повышение безопасности людей и техники при производстве работ грузоподъемными кранами, подъемниками и вышками за счет разработки автоматизированных систем, обеспечивающих возможность прогнозирования аварийных ситуаций и своевременное выявление технических неисправностей оборудования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Разработка системы прогнозирования аварийных ситуаций на промышленных предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные машины.
2. Создание контрольно-обучающей системы для обучения и контроля знаний специалистов, обслуживающих и эксплуатирующих грузоподъемные машины.
3. Разработка системы принятия решений для диагностики и ремонта приборов безопасности.
4. Разработка алгоритмов программной реализации систем.
13
5. Создание методик использования систем.
6. Исследование разработанных систем с целью подтверждения их работоспособности.
Теоретические и экспериментальные исследования основываются на использовании аппарата теории графов, общей теории матриц, теории вероятности, методов схемотехнического проектирования, теории проектирования систем искусственного интеллекта, методов теории программирования и построения систем управления базами данных (СУБД). Для подтверждения полученных результатов были проведены экспериментальные исследования с использованием испытательного стенда.
Научная новизна полученных результатов:
1. Разработано комплексное обеспечение безопасности людей и техники при эксплуатации грузоподъемных кранов, подъемников и вышек, основанное на применении новых автоматизированных систем;
2. Предложена новая система прогнозирования аварийных ситуаций на промышленных предприятиях, базирующаяся на расчете коэффициента прогнозируемого уровня аварийности, позволяющая определить наиболее вероятную причину возможной аварии;
3. Показана возможность применения сложных математических моделей в системах принятия решений, использующихся в областях знаний отличных от традиционных;
4. Разработана методика создания контрольно-обучающей системы, обеспечивающая индивидуальный подход к обучению, контроль знаний обучаемого и автоматизацию экзамена по изучаемой дисциплине, рассмотрено ее применение для персонала, эксплуатирующего и обеспечивающего работу грузоподъемных машин.
Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Применение разработанного комплекса программ позволяет повысить эффективность деятельности организаций эксплуатирующих и обеспечивающих работу грузоподъемных кранов, подъемников и вышек.
14
2. Система прогаозирования аварийных ситуаций позволяет определить с высокой степенью вероятности причину возможной аварии, вырабатывать рекомендации по ее предотвращению.
3. Структура системы прогнозирования позволяет использовать ее для промышленных предприятий другого профиля.
4. Система принятия решений для диагностики и ремонта приборов безопасности дает возможность мелким и средним организациям, эксплуатирующим грузоподъемную технику, снизить требования к квалификации персонала, выполняющего ремонт и обслуживание приборов безопасности, а также сократить время ремонта аппаратуры расход материальных средств на ремонт;
5. Контрольно-обучающая система обеспечивает повышение качества подготовки специалистов в обучающих организациях;
6. Результаты проведенных исследований применимы для других отраслей техники.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
• Новый комплексный Mrroi.. > обеспечения безопасности при производстве работ грузоподъемными кранами, подъемниками и вышками;
• Методика применения в системах принятия решений сложных математических моделей;
• Алгоритм построения систем прогнозирования аварийных ситуаций.
Основные результаты диссертационной работы представлялись и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
• IX Научно-технической конференции "Экстремальная робототехникап, г. С-Петербург, 1998 г.;
• IV Всероссийской научно-технической конференции "Методы и средства измерения физических величин", г. Нижний Новгород, 1999
г.;
• Семинаре "Комплексные меры обеспечения безопасности при эксплуатации подъемных сооружений", г. С-Петербург, 2000 г.;
• Всероссийской научной конференции (Computer-Based Conference) "Информационные технологии в науке, проектировании и производстве", г. Нижний Новгород, 2000 г.;
15
• Международном форуме "Extrem-2000", г. С-Петербург, 2000 г.;
• Международной конференции "Проблемы повышения безопасности на объектах промышленности, энергетики, транспорта", г. С-Петербург, 2000 г.;
• Семинарах кафедры "Системы обработки информации и управления" БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, г. С-Петербург, 1998-2000 г.г.
Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 11 печатных работах, из них 9 в соавторстве.
Диссертация состоит из введения, списка условных обозначений, единиц и терминов, трех разделов, заключения, списка литературы и десяти приложений. Работа изложена на 151 странице, из них 108 страница текста (с 24 рисунками, 12 таблицами и 6 графиками), 4 страницы библиографий, содержащих 57 наименований, 39 страниц приложений.
16
1 Система прогнозирования аварийных ситуаций. 1.1 Выбор среды для построения информационной системы прогнозирования аварийных ситуаций.
На сегодняшний день существует много программ для обработки баз данных, и нельзя сказать какой продукт идеально подходит для всех пользователей. Выбор СУБД зависит от характера конкретной решаемой задачи. В данной работе разрабатывается система, основанная на информационной базе данных, в которой хранится информация о предприятиях, грузоподъемных устройствах и приборах безопасности, обучающемся персонале. Проанализировав данные, система должна оценить состояние безопасности на предприятии по критериям аварийности (определить количество неисправных устройств, приборов безопасности, число необученного персонала и прочее). Исходя из требований предъявляемых к системе, изложенных ниже, можно сформулировать требования к возможностям обработки информации СУБД.
Система должна накапливать различные виды информации в отдельных файлах, а затем связывать их или устанавливать между ними определенную зависимость, т. е. должна быть реляционной.
Система должна совершать арифметические и логические операции над данными, в том числе и над вычисленными значениями полей.
Также при выборе СУБД необходимо обеспечить:
• Высокое быстродействие.
• Минимальную стоимость пакета.
• Минимальную стоимость эксплуатации, т.е. денежный эквивалент машинных и энергетических ресурсов требуемых для работы СУБД.
На последнем этапе выбора рассматривается сервис СУБД для разработчиков программ:
• Простота в использовании пакета при создании БД.
Все условия перечислены в порядке убывания значимости. Первые два требования являются необходимыми, и приоритет имеют те системы, у которых лучшая оценка по этим критериям.
В настоящий момент существует пять основных программ, обладающих широкими возможностями создания реляционных баз данных: Approach for Windows, DataEase Express for Windows, Superbase for Windows, Microsoft
17
Access и Paradox for Windows. Для определения наиболее подходящей СУБД для решения данной задачи, необходимо рассмотреть насколько каждая из них отвечает поставленным требованиям:
1. Approach позволяет получать информацию из нескольких связанных файлов, но по мере увеличения числа таблиц, обработка их занимает все больше времени, и такие преимущества Approach, как низкая цена и удобный интерфейс для разработчиков в этой программе, не могут компенсировать этот недостаток.
2. СУБД DataEase Express обладает широкими реляционными возможностями, является более функциональной в сравнении с Approach, но также уступает по быстродействию другим системам.
3. Преимущества Superbase for Windows являются мощность и простота разработки баз данных Недостатком пакета является ограниченный выбор средств разработки, отсутствие встроенных макросов. Также, одним из узких мест СУБД является используемые по умолчанию формы и отчеты. Пакету не хватает сервисных возможностей, таких, как непосредственное редактирование результатов запроса. Быстродействие СУБД Superbase for Windows при выполнении простых заданий уступает Microsoft Access и Paradox for Windows, и наоборот, при выполнении сложного имеет преимущества перед другими пакетами. Недостатком пакета также является высокая цена.
4. Microsoft Access имеет широкие возможности создания реляционных баз данных, хорошие средства разработки. Достоинством Microsoft Access является легкость выполнения сложных задач. Access имеет "помощников" построения форм (Form Wizard), отчетов (Report Wizard), запросов. Формы и отчеты, построенные с помощью Form Wizard и Report Wizard можно изменять, делая их более удобными для конечного программного продукта. СУБД Microsoft Access содержит большой набор макрокоманд и язык программирования Visual Basic. Microsoft Access выигрывает в цене по сравнению с другими СУБД, также имеет неплохие показатели по быстродействию. Неоспоримым достоинством Access является то, что он входит в комплект Microsoft Office, который широко распространен во всем мире. |
