Снижение риска аварийности и травматизма в нефтегазовой промышленности на основе модели профессиональной пригодности операторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Снижение риска аварийности и травматизма в нефтегазовой промышленности на основе модели профессиональной пригодности операторов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В современных условиях увеличения объемов добычи и переработки углеводородного сырья деятельность нефтегазовых компаний имеет стратегическое значение для развития экономики страны, а их надежная и безаварийная работа в значительной степени определяет энергетическую безопасность и устойчивое социально-экономическое развитие России.

Однако уровень аварийности и травматизма в отрасли остается высоким. По данным Ростехнадзора, в нефтегазовом комплексе ежегодно происходят десятки аварий, смертельно травмируются работники. На предприятиях нефтегазодобычи и магистрального трубопроводного транспорта в 2007 году произошло 50 аварий (19 и 31 соответственно), погибло 32 человека (25 и 7 соответственно).

Аварии на опасных производственных объектах нефтяной и газовой промышленности имеют тяжелые социальные, экономические и экологические последствия. Так, при перекачке нефти 27.03.2008 г. из танкера в резервуар произошел взрыв и пожар на нефтебазе в Махачкале (ОАО «Дагнефтепродукт»), в результате которого полностью выгорел резервуар емкостью 10 тысяч тонн нефти, а женщина-оператор получила ожоги, несовместимые с жизнью. Экономический ущерб только от сгоревшей нефти составил около 80 млн. рублей.

Известно, что более 70% аварий и несчастных случаев происходит по причинам, связанным с влиянием человеческого фактора.

Важность учета человеческого фактора в разработке методов управления риском для обеспечения безопасности при технологических процессах подтверждается многочисленными авариями, причинами возникновения и эскалации которых явились ошибки персонала.

В ООО «Ставролен» 04.04.2008 г. на установке получения полипропилена, мощностью 120 тыс. тонн в год, при демонтаже клапана в результате несогласованных действий персонала произошел выброс смеси пропилена с катализатором, что привело к пожару на установке. Пострадали шесть человек, четверо из которых погибли. Остановлено производство, выведено из строя оборудование. Экономический ущерб от невыработки полипропилена составил около 400 млн. рублей в месяц.

По данным компании «Honeywell», типовой НПЗ (мощностью

10 млн. тонн нефти в год) теряет только от аварий из-за ошибок операторов в среднем 4 млн. долл. в год, 40% аварийных инцидентов происходит непосредственно из-за ошибок операторов.

Поэтому проблема снижения риска аварийности и травматизма на предприятиях нефтегазовой отрасли на основе человеческого фактора является важной и актуальной.

В настоящее время существует методология управления рисками при эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли, учитывающая отказы технических устройств.

Однако до постановки настоящей работы отсутствовала методология управления рисками, учитывающая ошибочные действия человека-оператора.

В 90-х годах при переходе к рыночным отношениям и появлении рынка труда в нашей стране появилась реальная возможность отбора персонала для опасных производственных объектов, чьи профессионально важные качества в наибольшей степени соответствуют требованиям профессии.

На кафедре «Промышленная безопасность и охрана окружающей среды» Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина в соответствии с решением Коллегии Миннефтегазпрома от 14.03.1990 г., предусматривающим разработку методических рекомендаций по оценке профессиональной пригодности рабочих основных профессий отрасли, впервые были начаты систематические исследования по оценке и прогнозированию профессиональной пригодности операторов.

Оператор является ключевым звеном в управлении технологическими процессами по всей цепочке от добычи углеводородного сырья до его переработки и сбыта. Деятельность оператора характеризуется наличием ряда опасных и вредных производственных факторов, высокой напряженностью труда, возможностью возникновения экстремальных ситуаций, связанных с риском аварийности и травматизма. При этом уровень ответственности оператора и цена допускаемых ошибок существенно возрастают. Это выдвигает повышенные требования к профессионально важным качествам операторов.

В диссертационной работе обобщены результаты комплексного многолетнего исследования (с 1991 по 2007 гг.) по оценке и прогнозированию профессиональной пригодности операторов на опасных производственных объектах нефтяной и газовой промышленности, моделированию производственной деятельности операторов, расчетам надежности операторской деятельности и анализу риска с учетом ошибочных действий человека-оператора.

Цель работы. Разработка научно-методических основ снижения риска аварийности и травматизма при эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазовой промышленности с использованием модели профессиональной пригодности операторов.

Указанная цель определила постановку и решение следующих основных задач:

Ш разработка модели оценки профессиональной пригодности операторов:

- обоснование профессионально важных качеств операторов в нефтегазовой промышленности;

- определение методов оценки профессионально важных качеств;

- экспериментальные исследования по определению уровня развития профессионально важных качеств у операторов;

- построение математической модели профессиональной пригодности, позволяющей выявлять «успешно пригодных» и «условно пригодных» операторов;

Ш моделирование производственной деятельности человека-оператора;

Ш оценка безошибочного выполнения производственных функций;

Ш анализ риска возникновения аварий с учетом ошибочных действий «условно пригодных» и «успешно пригодных» операторов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Концепция снижения риска аварийности и травматизма в нефтегазовой промышленности на основе человеческого фактора.

2 Математическая модель профессиональной пригодности операторов в нефтегазовой промышленности, позволяющая прогнозировать успешность профессиональной деятельности.

3 Математические модели производственной деятельности операторов, на основе которых выполнены расчеты показателей надежности операторской деятельности.

4 Анализ риска аварий, выполненный с учетом ошибочных действий человека-оператора.

Научная новизна:

1 Впервые выдвинута и экспериментально доказана концепция снижения риска аварийности и травматизма в нефтегазовой промышленности на основе человеческого фактора, формализованная в виде модели профессиональной пригодности операторов. Сущность концепции состоит в том, что работа операторов, чьи профессионально важные качества в полной мере соответствуют требованиям профессии («успешно пригодные») приводит к повышению надежности операторской деятельности, снижению риска аварийности и травматизма при эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли.

2 Научно обоснован алгоритм оценки профессиональной пригодности для ведущих операторских профессий в нефтегазовой промышленности, охватывающих весь технологический цикл работы вертикально интегрированной нефтегазовой компании: добыча нефти и газа, переработка углеводородного сырья, транспорт газа, сбыт продуктов переработки нефти и газа. Обоснованы профессионально важные качества, подобраны апробированные методики для оценки указанных качеств, выполнено тестирование 219 операторов на 10 производственных объектах, обработано более 1500 тестов.

3 Построена математическая модель профессиональной пригодности операторов в нефтегазовой промышленности, позволяющая прогнозировать успешность профессиональной деятельности. Оценка профессиональной пригодности операторов с использованием разработанной модели позволяет разделять операторов на две группы: «успешно пригодные» и «условно пригодные» для выполнения производственной деятельности. Впервые для обработки результатов психофизиологического тестирования применен знаковый статистический метод анализа данных.

4 Составлено математическое описание, и построены функционально-структурные схемы производственной деятельности операторов, на основе которых рассчитана вероятность безошибочного выполнения производственных функций.

5 Впервые в нефтяной и газовой отрасли выполнен анализ риска аварийности с учетом ошибочных действий «условно пригодных» и «успешно пригодных» операторов.

Практическая значимость.

Разработаны методики (практические рекомендации), позволяющие в условиях рынка труда отбирать на вакантные должности кандидатов, чьи профессионально важные качества в наибольшей степени соответствуют требованиям профессии:

Ш Методические рекомендации по проведению тестирования профессиональной пригодности персонала основных профессий в нефтяной и газовой промышленности с использованием компьютеров (1992 г.).

Ш Методические рекомендации по проведению профессионального отбора персонала основных профессий нефтяной и газовой отрасли (1995 г.).

Ш Методика профессионального отбора операторов цеха налива нефтепродуктов в автоцистерны. Практические рекомендации (2000 г.).

Ш Методика профессионального отбора операторов по добыче газа. Практические рекомендации (2003 г.).

Ш Методика профессионального отбора операторов-товарных. Практические рекомендации (2007 г.).

Внедрение указанных методик в промышленности обеспечивает повышение надежности операторской деятельности и снижение риска аварийности и травматизма (акты внедрения прилагаются).

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина при чтении лекций и проведении семинарских занятий по курсу «Безопасность жизнедеятельности», в Учебно-исследовательском центре повышения квалификации и переподготовки руководящих работников и специалистов нефтегазовых отраслей промышленности РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (акты внедрения прилагаются).

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: экспериментальные методы оценки профессионально важных качеств (тестирование), метод экспертных оценок, методы корреляционного анализа, знаковый статистический метод анализа данных с использованием пакета прикладных программ «Sign», метод моделирования производственной деятельности оператора в системе «человек-машина» - метод функциональных сетей, методы анализа риска: метод «дерево отказов» и метод «дерево событий», программный комплекс «Щит», методы профессиографии, анкетирования.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены достаточным объемом экспериментальных и статистических данных, корректным использованием апробированных научных методов исследований и современного математического аппарата обработки результатов.

Личный вклад автора. Обоснование цели и формулировка задач работы, научно-методическое руководство основными исследованиями, по совокупности которых подготовлена диссертация, непосредственное участие в проведении теоретических и экспериментальных исследований, анализе и обобщении результатов.

Данные по отдельным разделам получены автором совместно с аспирантами: Сажиной Н.Н., Фоминой Е.Е., Ивановой М.В., Грудиной С.А., которые выполнили и защитили диссертационные работы под руководством автора.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на I съезде специалистов по безопасности деятельности человека (Санкт-Петербург, 1992 г.), Международном симпозиуме «Предупреждение риска» (Москва, 1992 г.), 2-й Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 850-летию г. Москвы, «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва,

1997 г.), III Международном Конгрессе «Защита 98» (Москва, 1998 г.), 3-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1998 г.), 4-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт - Петербург, 1999 г.), 3-й Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 70-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1999 г.), 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 2000 г.),

4-й Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 300-летию инженерного образования в России, «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2001 г.), 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2003 г.), 6-й Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 75-летию РГУ нефти и газа

им. И.М. Губкина, «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2006 г.), 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 42 печатные работы, в том числе 18 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из перечня ВАК Министерства образования и науки России.

Всего автор имеет 116 печатных работ, в том числе 7 авторских свидетельств, учебное пособие «Производственная санитария и гигиена труда» (382 с., без соавторов) с грифом Минобрнауки «для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки и специальностям высшего профессионального образования в области техники и технологии», электронный учебник «Производственная санитария и гигиена труда» для специалистов ОАО НК «ЛУКОЙЛ», учебное пособие «Основы ресурсо-энергосберегающих технологий углеводородного сырья» (с соавторами) с грифом учебно-методического объединения вузов нефтегазового профиля, учебное пособие «Курс экологии» (с соавторами).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений. Работа изложена на 330 страницах, содержит 60 таблиц,29 рисунков, список литературы из 242 наименований.

Основное содержание работы

производственный оператор авария травматизм

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель и сформулированы основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

Основу исследований в диссертации составили теоретические и практические работы в области оценки надежности и риска отечественных и зарубежных ученых, в числе которых: Бодров В.А., Бурдаков Н.И., Гендель Г.Л., Губинский А.И., Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Дулясова М.В., Елохин А.Н., Зараковский Г.М., Идрисов Р.Х., Измалков А.В., Измалков В.И., Кловач Е.В., Короленок А.М., Котик М.А., Кузеев И.Р., Кумамото X. (Kumamoto Hiromitsu), Ломов Б.Ф., Мартынюк В.Ф., Маршалл В. (Marshall V.C.), Мастрюков Б.С., Махутов Н.А., Одишария Г.Э., Сафонов В.С., Хенли Дж.Э. (Henley J. Ernest), Хуснияров М.Х., Черноплеков А.Н. и др.

Первая глава включает научно-технический обзор и анализ влияния человеческого фактора на аварийность и травматизм. Из приведенных в литературном обзоре статистических данных следует, что уровень аварийности и травматизма в нефтяной и газовой промышленности остается высоким.

Показано, что причиной значительного количества инцидентов, аварий и несчастных случаев в нефтегазовой отрасли являются ошибочные действия человека - оператора.

Установлено, что эффективными мерами по снижению аварийных ситуаций и несчастных случаев на производстве является отбор на операторские должности профессионально пригодных людей, у которых профессионально важные качества в наибольшей степени соответствуют требованиям профессии. Критически проанализированы методы оценки профессиональной пригодности.

Обосновано направление исследований по снижению риска аварийности и травматизма в отрасли на основе человеческого фактора.

Из анализа литературных данных следует, что до постановки настоящей работы отсутствовали комплексные исследования по оценке и прогнозированию профессиональной пригодности операторов в нефтяной и газовой промышленности.

Разработка модели профессиональной пригодности операторов являлась нерешенной задачей, решение которой направлено на снижение риска аварийности и травматизма на опасных производственных объектах нефтяной и газовой промышленности.

По результатам проведенного анализа методов оценки профессиональной пригодности обосновано применение знакового статистического метода для построения моделей профессиональной пригодности операторов.

Вторая глава посвящена определению профессионально важных качеств операторов в нефтегазовой промышленности и методов их оценки.

Определение профессионально важных качеств осуществлялось для основных видов операторской деятельности, охватывающих весь технологический цикл работы вертикально интегрированной нефтегазовой компании: добыча нефти и газа, переработка углеводородного сырья, транспорт газа, сбыт продуктов переработки нефти и газа, а именно:

Ш оператор по добыче нефти,

Ш оператор по добыче газа,

Ш оператор технологических установок по переработке газа,

Ш оператор технологических установок на газоизмерительной станции,

Ш оператор цеха налива нефтепродуктов в автоцистерны,

Ш оператор-товарный по сливу сжиженных углеводородных газов из железнодорожных цистерн и обслуживанию емкостного парка.

С целью обоснования основных профессионально важных качеств операторов проводился анализ профессиональной деятельности по следующим направлениям.

1 Получение информации из документов. Рассматривались технологические регламенты, должностные инструкции, инструкции по охране труда, акты о несчастных случаях и авариях и т.д.

2 Наблюдение за трудовым процессом. Проводилось визуально и с помощью хронометража, что позволило объективно представить структуру деятельности оператора, определить элементы трудового процесса, реализация которых связана с наибольшей нагрузкой на функциональные системы организма, установить сложные, «узловые» этапы трудового процесса, возможные причины ошибочных действий.

3 Опрос специалистов. Использовался метод устных бесед с мастером, технологом, начальником цеха, операторами. На основании бесед была получена уточняющая информация о профессии.

4 Исследование условий труда и организации рабочего места. Условия труда анализировались с точки зрения их отрицательного влияния на профессиональную деятельность (наличие опасных и вредных производственных факторов, повышенная напряженность труда).

Было показано, что каждый вид операторской деятельности имеет свои особенности, обусловленные технологией (различные виды работ и элементы трудового процесса, различный режим работы, сменность, различная напряженность труда, различный уровень автоматизации производственного процесса и т.д.), которые рассмотрены в диссертации.

Однако в общем виде деятельность операторов состоит в контроле за режимными показателями технологического процесса, информация о которых отражается на приборах и мониторах. Оператор заранее знает о последовательности поступления информации и конкретных действиях, которые ему следует выполнять. Даже при стабильно работающем оборудовании существует определенная вероятность нарушения в каком-нибудь технологическом узле. При необходимости оператор принимает решение о коррекции работы отдельных аппаратов и технологического процесса в целом, переходя на ручное управление. По изменениям параметров технологического процесса оператор должен предвидеть возможность аварийной ситуации еще до ее возникновения и правильно выстроить тактику работы, а в случае возникновения аварийной ситуации действовать в соответствии с планом локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС).

Таким образом, установлено, что независимо от конкретной профессии для операторской деятельности характерны 4 основные производственные функции, отличающиеся по своему содержанию:

Ш Контроль параметров на соответствие технологическому регламенту.

Ш Регулирование параметров технологического процесса.

Ш Прогнозирование развития аварийной ситуации.

Ш Принятие решений о коррекции технологического процесса в объеме своих полномочий и знаний.

В диссертации показано, что успешная реализация этих производственных функций обеспечивается определенными психофизиологическими качествами, такими как внимание, память, технический интеллект, восприятие размеров (глазомер), вероятностное прогнозирование.

Кроме психофизиологических, профессионально важными являются такие личностные качества, как эмоциональная устойчивость и ответственность.

При определении профессионально важных качеств для каждого вида деятельности было учтено и мнение самих операторов, которым раздавались специальные анкеты.

Анкета содержания трудовых процессов имеет определенный план построения. Анкетируемому предлагают ряд предположительно важных в его профессии психофизиологических и личностных качеств, которые он должен оценить по определенной шкале. Степень профессиональной значимости качества оценивалась в баллах (наиболее важное - 5 баллов, необходимое - 4 балла, безразличное - 3 балла, нежелательное - 2 балла).

Профессионально важные качества операторов в нефтегазовой промышленности приведены в таблице 1.

Несмотря на сходство производственных функций, в деятельности операторов были выявлены некоторые различия, которые нашли свое отражение в профессиограммах. Так, для операторов газоизмерительной станции (ГИС) и операторов цеха налива нефтепродуктов в автоцистерны долговременная память, в отличие от кратковременной, не является профессионально важным качеством. Глазомер как профессионально важное качество отметили только операторы по добыче нефти и операторы по сливу железнодорожных цистерн и обслуживанию емкостного парка.

С целью проверки уровня развития профессионально важных качеств был выполнен анализ апробированных, соответствующих стандартам психологической практики методик тестирования, предлагаемых российскими и зарубежными психологами.

Тестирование является одним из наиболее распространенных методов отбора, активно внедряемых в практике многих российских нефтегазовых компаний. Тестовые методы имеют ряд преимуществ перед инструментальными: они не требуют наличия приборного оснащения (часто достаточно дорогостоящего) и специально обученного персонала для работы с этими приборами.

Отобранные методики отвечали следующим основным требованиям:

1 Валидность (прогностическая ценность), т.е. соответствие теста своему назначению.

2 Надежность теста, определяемая стабильностью его результатов при выполнении задания одним и тем же испытуемым.

3 Дифференцированность и адекватность теста, его направленность на оценку определенного качества или группы качеств.

Таблица 1. Профессионально важные качества операторов в нефтегазовой промышленности (обобщенная форма)

Основные профессионально важные качества	Свойства	Мотивация необходимости
Психофизиологические
1 Внимание	Концентрация, устойчивость, распределение, переключение внимания	Необходимость постоянного контроля технологического процесса по десяткам параметров
2 Память	Объем кратковременной и долговременной* памяти	Запоминание большого количества информации о текущих значениях параметров технологического процесса и регламентных показателях
3 Технический интеллект	Уровень технического интеллекта	Значительная интеллектуальная сложность деятельности: необходимость понимания технологического процесса и анализа информации о его протекании
4 Восприятие размеров (глазомер)	Точность глазомера**	Необходимость выполнения слесарных работ для самостоятельного устранения возникающих в процессе работы оборудования неполадок текущего характера
5 Вероятностное прогнозирование	Логичность мышления, способность установления закономерностей	Прогностическая природа решаемых задач, умение выявлять отклонения в технологическом процессе, предвидеть аварийную ситуацию
Личностные
6 Эмоциональная устойчивость	Выдержанность, отсутствие нервного утомления	Высокая напряженность труда
7 Ответственность	Высокая нормативность поведения, точность, деловая направленность	Личная ответственность за безопасность других людей и материальные ценности
* За исключением операторов технологических установок на ГИС; операторов цеха налива нефтепродуктов в автоцистерны. ** Включая операторов по добыче нефти; операторов - товарных по сливу железнодорожных цистерн и обслуживанию емкостного парка.

Таблица 2. Методики оценки профессионально важных качеств операторов

Основные профессионально важные качества	Свойства	Психодиагностические методики
Психофизиологические
1 Внимание	Распределение, переключение, концентрация, устойчивость внимания	Тест «Расстановка чисел» Тест «Кольца Ландольта» Тест «Перепутанные линии»
2 Память	Объем кратковременной и долговременной памяти	Тест «Воспроизведение фигур» Тест «Память на числа»
3 Технический интеллект	Уровень технического интеллекта	Тест «механической понятливости» Беннета
4 Восприятие размеров (глазомер)	Точность глазомера	Тест «Деление отрезка пополам» Тест «Сравнение длины отрезков»
5 Вероятностное прогнозирование	Логичность мышления, способность установления закономерностей	Тест «Сложные аналогии», Тест «Исключение лишнего»
Личностные
6 Эмоциональная устойчивость	Выдержанность, отсутствие нервного утомления	Тест Кэттелла - фактор «С»
7 Ответственность	Высокая нормативность поведения, точность, деловая направленность	Тест Кэттелла - фактор «G»

При выполнении указанных условий окончательный выбор оставался за методиками, которые обеспечивали:

- практичность теста, которая характеризуется его доступностью, простотой выполнения, возможностью коллективного обследования и применения при ограниченном количестве персонала, проводящего тестирование, а также небольшими материальными затратами;

- возможность компьютеризации процесса тестирования, что обеспечивает ускорение обработки и точности материалов тестирования и имеет существенное значение для практического использования на нефтегазовых предприятиях.

Проведенный анализ показал, что для оценки профессионально важных качеств операторов в нефтегазовой промышленности представляется целесообразным использовать методики, приведенные в таблице 2.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям по оценке уровня развития профессионально важных качеств и построению моделей для оценки профессиональной пригодности операторов.

В таблице 3 приведено количество протестированных операторов в соответствии с видами операторской деятельности.

В таблице 4 в качестве примера представлены результаты тестирования операторов по добыче газа, приведенные к нормализованному виду по формуле

, (1)

где X_ij - нормализированная оценка по тесту; B - количество правильных ответов испытуемого на вопросы по тесту; B_max - максимально возможное количество правильных ответов на вопросы по тесту; i - номер теста; j - номер оператора.

В последнем столбце таблицы 4 приведена усредненная экспертная оценка профессиональной пригодности операторов. Применение экспертного метода обусловлено невозможностью установления границы профессиональной пригодности с помощью математических методов или расчета.

Профессиональная пригодность операторов оценивалась экспертами по пятибалльной шкале с минимальным значением 1 и максимальным 5 с шагом, равным 1 баллу. Значение 5 соответствовало наилучшей, максимальной оценке профессиональной пригодности оператора, значение 3, по согласованному мнению экспертов, являлось нижней границей профессиональной пригодности.

Таким образом, при Y > 3 оператор считается «успешно пригодным», при Y < 3 - «условно пригодным».

Таблица 3. Количество протестированных операторов по видам деятельности

Вид операторской деятельности	Объект исследования	Количество протестированных операторов
1 Оператор по добыче нефти	ОАО «ТНК-Нижневартовск»	70
2 Оператор по добыче газа	Газопромысловое управление ООО «Оренбурггазпром»	30
3 Оператор технологических установок по переработке газа	Оренбургский ГПЗ	33
4 Оператор технологических установок на газоизмерительной станции	ГИС «Давыдово», «Алгасово», «Суджа»	32
5 Оператор цеха налива нефтепродуктов в автоцистерны	Володарская нефтебаза, Павельцовская нефтебаза, Московский НПЗ	35
6 Оператор-товарный по сливу сжиженных углеводородных газов из железнодорожных цистерн и обслуживанию емкостного парка	Очаковская база сжиженного газа (филиал по реализации газа ОАО «СГ - транс»)	19
Итого: 6 видов операторской деятельности	10 производственных объектов	219 операторов

Согласованность мнений экспертов оценивалась с помощью коэффициента конкордации W, который рассчитывается по формуле, предложенной Кендэлом:

, (2)

где W - коэффициент конкордации; S - сумма квадратов разностей (отклонений) между фактическими суммарными рангами объектов и их средним значением, m - количество экспертов, n - количество операторов, T_j - показатель связанных рангов в j - й ранжировке.

Проведенные расчеты показали, что коэффициенты конкордации W принимают значения от 0,886 до 0,950, что свидетельствует о высокой согласованности мнений экспертов.

Построение моделей профессиональной пригодности проводилось на основе установления функциональной связи между результатами тестирования и экспертными оценками.

Модель профессиональной пригодности представляет собой математическую зависимость показателя профессиональной пригодности от уровня развития профессионально важных психофизиологических и личностных качеств, определяемых по результатам тестирования.

При построении модели принималось, что уровень профессиональной подготовки операторов, в том числе в области промышленной безопасности, не нуждается в коррекции, поскольку соответствует разряду по ЕТКС, который присваивается после обучения и сдачи экзаменов. Операторы периодически подтверждают свой разряд, проходя переподготовку.

Для построения моделей в рамках данной работы впервые использован знаковый метод статистического анализа данных.

Знаковый метод - непараметрический метод статистического анализа данных, основанный на переходе от наблюдений или остатков к их знакам (знакам остатков). Применение знакового метода для обработки результатов тестирования обусловлено рядом существенных преимуществ.

Таблица 4. Результаты тестирования операторов по добыче газа

Номер оператора	Профессионально значимые качества	Усредненная экспертная оценка
	Психофизиологические качества	Личностные качества
	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6	Х7	Х8
1	0,760	0,360	0,700	0,833	0,667	0,950	0,583	0,583	5
2	0,440	0,160	0,800	0,667	0,500	0,550	0,500	0,500	3
3	0,960	0,560	0,900	0,500	0,667	0,850	0,750	0,667	4
4	0,280	0,240	0,800	0,667	0,500	0,350	0,667	0,750	3
5	0,560	0,080	0,400	0,500	0,500	0,500	0,750	0,833	2
6	0,720	0,520	0,700	0,833	0,833	0,900	0,667	0,583	5
7	0,760	0,280	0,400	0,500	0,500	0,850	0,500	0,750	3
8	0,720	0,240	0,700	0,500	0,333	0,850	0,917	1,000	4
9	0,760	0,360	0,800	0,833	0,667	0,900	0,500	0,583	4
10	0,960	0,360	0,500	0,500	0,500	0,800	0,250	0,583	3
11	0,920	0,480	0,800	0,667	0,833	0,950	0,500	0,500	4
12	0,920	0,480	0,800	0,667	0,500	0,800	0,667	0,667	5
13	0,760	0,240	0,700	0,500	0,500	0,600	0,500	0,750	3
14	0,680	0,440	0,800	0,500	0,333	0,750	0,833	0,917	4
15	0,600	0,400	0,700	0,500	0,667	0,900	0,917	0,750	4
16	0,920	0,560	0,800	0,667	0,500	0,850	0,917	0,667	5
17	0,960	0,400	0,800	0,333	0,500	0,750	0,917	0,750	4
18	0,800	0,240	0,700	0,500	0,333	0,900	0,750	0,833	4
19	0,680	0,800	0,900	0,500	0,333	0,800	0,500	0,500	4
20	0,560	0,200	0,600	0,500	0,500	0,600	1,000	0,833	3
21	0,920	0,320	0,500	0,500	0,333	0,750	0,500	0,667	3
22	0,960	0,560	0,900	0,667	0,833	1,000	0,583	0,583	4
23	0,440	0,120	0,600	0,500	0,333	0,800	0,917	0,667	3
24	0,920	0,280	0,600	0,500	0,500	0,750	0,500	0,667	3
25	0,640	0,200	0,800	0,667	0,667	0,650	0,917	0,583	4
26	0,560	0,240	0,900	0,833	0,833	0,900	0,750	0,750	5
27	0,600	0,240	0,500	0,500	0,500	0,800	0,750	0,750	3
28	0,880	0,400	0,400	1,000	0,833	0,800	0,750	0,917	5
29	0,680	0,640	0,900	0,833	0,833	0,700	0,583	0,583	5
30	0,280	0,200	0,700	0,667	0,500	0,400	0,667	0,833	3

Знаковый метод свободен от распределения исходных данных, не требует нормальности и одинаковой распределенности случайных ошибок. Метод обладает устойчивостью к выбросам данных и высокой точностью оценки неизвестных параметров при малых выборках.

Установление функциональной связи между результатами тестирования и показателем профессиональной пригодности, определяемым экспертным методом, осуществлялось решением линейной регрессионной задачи:

, (3)

где Y - функция отклика (профессиональная пригодность оператора);

- неизвестные коэффициенты регрессии; Х - факторы, влияющие на отклик (результаты тестирования психофизиологических и личностных качеств в соответствии с профессиограммой); - независимые случайные ошибки.

В основе знакового метода лежат предположения, что независимые случайные ошибки в линейной регрессии с равными вероятностями принимают положительные и отрицательные значения:

Р {_i > 0} = Р (_i <0) = 1/2, (4)

для всех i = 1,…, n.

При этом ошибки не обязаны быть одинаково распределенными.

Отличие знакового от классических методов оценки неизвестных параметров уравнения регрессии заключается в том, что минимизируется не величина остатка, а функция знака остатка.

Оценка параметров = (₁, ₂,… _r) линейной регрессии в формуле (3) в знаковом методе сводится к решению следующей задачи:

. (5)

Решение такой задачи всегда существует, поскольку целевая функция является кусочно постоянной (при изменении параметра во всем пространстве она принимает конечное число значений).

В статистическом пакете прикладных программ «Sign» для вычисления знаковых оценок применяется итерационный алгоритм, который сводится к последовательной минимизации каждого из слагаемых в формуле (5).

Выявление связи между профессиональной пригодностью операторов Y и результатами тестирования X, т.е. являются ли исследуемые психофизиологические и личностные качества значимыми для оценки профессиональной пригодности операторов, проводилось проверкой нулевой гипотезы Н₀, для которой:

= 0. (6)

Альтернативы к Н₀ имеют вид: 0.

Компьютерная обработка данных тестирования операторов позволила построить модели профессиональной пригодности для каждого вида операторской деятельности.

В качестве примера приведем модель профессиональной пригодности операторов по добыче газа:

Y = - 2,493 + 0,626 X₁ + 1,566 X₂ + 1,443 X₃ + 1,794 X₄ + 1,350 X₅ +

+ 1,333 X₆ + 1,141 X₇ + 1,057 X₈. (7)

Модели профессиональной пригодности для остальных видов операторской деятельности приведены в диссертации.

Результаты проверки в прикладном статистическом пакете «Sign» нулевых гипотез (6) для уровня доверия 0,950 показали, что нулевые гипотезы во всех построенных моделях отвергаются. Следовательно, все параметры в регрессионных моделях значимы, т.е. все исследуемые психофизиологические и личностные качества являются значимыми для оценки профессиональной пригодности операторов.

Качество полученных регрессионных моделей можно оценить на основе анализа гистограмм остатков - разности между фактическим значением Y и предсказанным по уравнению регрессии. Из гистограмм видно, что отклонения фактических значений от регрессионных в большинстве случаев незначительны, а число положительных и отрицательных отклонений приблизительно равно.

В качестве примера на рисунке 1 приведена гистограмма остатков для модели профессиональной пригодности операторов по добыче газа.

Рисунок 1. Гистограмма остатков (зависимость «остатки - порядковый номер испытуемого»)

Обобщая полученные математические выражения для 6 операторских видов деятельности, получаем модель профессиональной пригодности в виде

Y = - К + aX₁ + bX₂ + cX₃ + dX₄ + eX₅ + fX₆ + gX₇ + hX₈ + iX_9, (8)

где Y - показатель профессиональной пригодности оператора;

К - свободный член уравнения;

a, b, c, d, e, f, g, h, i - коэффициенты регрессии;

X₁ - X₉ - приведенные к нормализованному виду результаты тестирования;

X₁ - распределение и переключение внимания;

X₂ - концентрация и устойчивость внимания;

X₃ - кратковременная память, X₄ - долговременная память;

X₅ - технический интеллект, X₆ -глазомер;

X₇ - вероятностное прогнозирование;

X₈ - эмоциональная устойчивость, X₉ - ответственность.

Свободные члены уравнения, коэффициенты регрессии и Х_i зависят от вида операторской деятельности.

На основании полученных моделей профессиональной пригодности было установлено, что 68-73% протестированных операторов следует отнести к категории «успешно пригодные», а 32-27% к категории «условно пригодные» для выполнения данного вида производственной деятельности (таблица 5).

Таблица 5. Результаты расчета профессиональной пригодности операторов

Вид операторской деятельности	«Успешно пригодные» операторы, %	«Условно пригодные» операторы, %
1 Оператор по добыче нефти	73	27
2 Оператор по добыче газа	70	30
3 Оператор технологических установок по переработке газа	73	27
4 Оператор технологических установок на газоизмерительной станции	71	29
5 Оператор цеха налива нефтепродуктов в автоцистерны	69	31
6 Оператор товарный по сливу железнодорожных цистерн и обслуживанию емкостного парка	68	32
7 Усредненный показатель по всем видам операторской деятельности	70	30

Четвертая глава посвящена оценке надежности операторской деятельности.

Основным показателем надежности человека-оператора является вероятность безошибочного выполнения производственных функций, которая в значительной степени определяется профессиональной пригодностью оператора.

С целью расчета показателей надежности «успешно пригодных» и «условно пригодных» операторов выполнены экспериментальные исследования, на основе которых построены функционально-структурные схемы деятельности операторов в нефтегазовой промышленности (на примере операторов по добыче газа, операторов технологических установок по переработке газа, операторов-товарных).

Из известных количественных методов оценки показателей надежности наиболее полно обеспечен математическими моделями и методиками для практического применения метод функциональных сетей (ФС).

Методика оценки надежности деятельности человека-оператора на основе метода функциональных сетей состоит из трех последовательных шагов:

- изучение производственного процесса и назначение каждой производственной операции соответствующей ей модели или типовой функциональной единицы (ТФЕ);

- составление формализованной модели производственного процесса в виде ФС;

- расчет безошибочного выполнения производственных функций оператором.

Формализация производственного процесса и деятельности оператора осуществляется при помощи ТФЕ: функционеров (основных и дополнительных) и композиционеров (вспомогательных и служебных). Функционеры соответствуют реальным операциям или действиям человека, рабочим операциям технологического оборудования, средств вычислительной техники и программных средств в анализируемом процессе функционирования, а композиционеры - некоторым взаимосвязям операций и логическим функциям.

Составление формализованной модели производственного процесса в виде ФС показано на примере деятельности оператора-товарного.

Для построения функционально-структурной схемы рассмотрен технологический процесс приема сжиженных углеводородных газов (СУГ) в железнодорожных цистернах и слива в резервуары парка хранения. В период слива СУГ из железнодорожных цистерн оператор-товарный:

1 постоянно следит по указателю уровня и с помощью периодического открывания контрольных вентилей за уровнем СУГ в наполняемом резервуаре;

2 ведет обязательное наблюдение за герметичностью всех соединений технологических трубопроводов, цистерн и резервуаров;

3 непрерывно наблюдает за давлением газа в железнодорожной цистерне и приемном резервуаре;

4 своевременно производит необходимые переключения на железнодорожной эстакаде, цистернах и в резервуарном парке;

5 контролирует окончание слива по контрольному вентилю на крышке люка железнодорожной цистерны.

Технологический процесс был разбит на производственные операции по контролю и управлению, выполняемые оператором-товарным. Каждой операции была поставлена в соответствие ТФЕ, которые в совокупности образуют типовые функциональные структуры (ТФС), и установлена логико-функциональная связь между функционерами с помощью композиционеров. Построенная функционально-структурная схема производственной деятельности оператора - товарного состоит из 104 элементов, в том числе 53 рабочих операций (рисунок 2). На рисунке 3 приведен фрагмент функционально-структурной схемы с описанием выполняемых операций.

В основе количественной оценки ФС лежит процесс редукции (свертывания): определенные ТФС заменяются эквивалентными им ТФЕ с характеристиками, вычисленными по определенным формулам. ФС упрощается до тех пор, пока не будет приведена к единственной ТФЕ с искомыми характеристиками.

Рисунок 2. Функционально-структурная схема производственной деятельности оператора-товарного



	Р6 - закрепление железнодорожных цистерн на рельсовом пути башмаками из неискрящего металла.
	К3 - контроль надежности закрепления железнодорожных цистерн.
	Р7 - исправление ошибки.
	Р8 - опускание откидных мостиков.
	Р9 - срезание пломбы с разрешения мастера.
	Р10 - поднятие защитного колпака.
	Р11 - заземление железнодорожной цистерны.
	П1 - проверка правильности заземления гибких резинотканевых рукавов.
	Р12 - установление на железнодорожных путях знаков, запрещающих проезд и подъезд к цистернам.

Рисунок 3. Функционально-структурная схема производственной деятельности оператора-товарного (фрагмент) с описанием выполняемых операций

Полученная таким образом модель представляет собой ФС, которая служила базой для проведения расчетов вероятности безошибочного выполнения производственных функций (таблица 6).

Расчет проводился для двух групп: «успешно пригодных» и «условно пригодных» операторов-товарных, которые были определены по результатам тестирования. Исходные данные для математических расчетов определялись на основе статистических данных и экспериментальных исследований.

Таблица 6. Расчет вероятности безошибочного выполнения производственных функций (фрагмент)

№	Схема ТФС	Эквивалентная ТФЕ	Расчетная формула	Результат
				«Условно пригодные»	«Успешно пригодные»
1				1,0000	1,0000
2				0,9886	0,9989
3				0,9990	0,9999
4				0,9986	0,9990

Проведенный расчет позволил установить, что вероятность безошибочного выполнения производственных функций составляет 86 и 70% для «успешно пригодных» и «условно пригодных» операторов соответственно.

Близкие по значению величины получены на основании расчетов для операторов по добыче газа и операторов технологических установок по переработке газа. Вероятность безошибочного выполнения производственных функций «успешно пригодным» оператором выше, чем «условно пригодным» на 14 и 15% соответственно.

Показано, что в условиях аварийного режима работы (на примере операторов технологических установок по очистке газа) показатели надежности деятельности операторов, как «успешно пригодных», так и «условно пригодных», снижаются. При этом разница в показателях надежности возрастает с 15 до 20%, что указывает на особую значимость профессиональной пригодности операторов в нефтегазовой промышленности в экстремальных условиях.

В пятой главе выполнены расчеты риска возникновения аварий на опасных производственных объектах нефтегазовой отрасли с учетом человеческого фактора и экономической эффективности использования моделей профессиональной пригодности операторов на производстве.

Согласно Федеральному закону «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20.06.1997 г. №116-ФЗ, одним из основных инструментов, позволяющих разрабатывать и внедрять научно обоснованные и эффективные мероприятия по повышению уровня промышленной безопасности, является анализ опасностей и риска.

Значительную роль в возникновении аварий и несчастных случаев играет человеческий фактор. Для количественного определения влияния ошибочных действий операторов на вероятность возникновения аварии при эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли был использован метод «дерево отказов» (Fault Tree Analysis).

Структура «дерева отказов» включает одно нежелательное конечное событие (авария, инцидент), которое соединяется с набором соответствующих нижестоящих первичных событий (ошибок, отказов, неблагоприятных внешних воздействий), образующих причинные цепи (сценарии аварий).

Главное преимущество «дерева отказов» по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.

В «дереве отказов» были учтены ошибки операторов, причем впервые расчет проводился для двух статистически различимых групп - «успешно пригодные» и «условно пригодные» для данной профессии.

В настоящей работе приводятся результаты оценки рисков возникновения аварий на установке комплексной подготовки газа (УКПГ) ООО «Газпром Добыча Оренбург» и на Очаковской базе сжиженного углеводородного газа ОАО «СГ-транс».

Особенностью добываемого, транспортируемого и перерабатываемого углеводородного сырья Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ) является наличие в его составе сероводорода и меркаптанов (до 6% об.), которые отличаются высокой коррозионной агрессивностью...