Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние грузоподъемных машин производственных предприятий Российской Федерации с позиций промышленной безопасности 12
1.1. Общие положения 12
1.2. Сведения по производственному травматизму со смертельным исходом и аварийности на опасных производственных объектах Российской Федерации при эксплуатации подъемных сооружений 12
1.3. Статистический анализ эпизодов производственного травматизма и аварийности при эксплуатации кранов Российской Федерации 18
1.4. Негативный вклад башенных кранов в аварийность и травматизм на опасных производственных объектах Российской Федерации 27
1.5. Выводы по главе и постановка цели и задач исследования 32
2. Аспекты решения проблемы аварийности и травматизма на башенных кранах 34
2.1. Общие положения 34
2.2. Проблема аварийности и травматизма на башенных кранах в аспекте законодательства Российской Федерации в области промышленной безопасности 37
2.3. Современные системы безопасности как средство снижения аварийности и травматизма при эксплуатации башенных кранов 39
2.4. Выводы по главе 51
3. Общая методология анализа опасностей и оценки риска эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения 52
3.1. Общие положения, ретроспектива в области анализа опасностей и оценки риска эксплуатации грузоподъемных машин 52
3.2. Общая модель безопасного состояния грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения 58
3.3. Интегрированный подход использования методов анализа опасностей и оценки риска эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения 67
3.4. Уровень приемлемого риска и значения баллов факторов опасности в аспекте оценки риска эксплуатации башенного крана 82
3.5. Выводы по главе 89
4. Метод мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации грузоподъемных машин при риск-ориентированном подходе 90
4.1. Предложения в сфере системы мониторинга грузоподъемной машины и способа дистанционного контроля за опасными производственными объектами 90
4.2. Концепция «способа дистанционного контроля безопасности при эксплуатации объекта на базе цифровых информационно-технологических систем» 93
4.3. Алгоритм оценки риска эксплуатации башенного крана в виде цветовой гаммы 105
4.4. Устройство для мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации башенных кранов 108
4.5. Экспериментальные исследования способа дистанционного контроля эксплуатации башенного крана на базе цифровых информационно-технологических систем 112
4.6. Выводы по главе 115
Заключение 116
Библиографический список 118
Приложение 1. Акт о внедрении результатов диссертационного исследования 131
Приложение 2. Акт о внедрении результатов диссертационного исследования 133
- Статистический анализ эпизодов производственного травматизма и аварийности при эксплуатации кранов Российской Федерации
- Современные системы безопасности как средство снижения аварийности и травматизма при эксплуатации башенных кранов
- Интегрированный подход использования методов анализа опасностей и оценки риска эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения
- Устройство для мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации башенных кранов
Статистический анализ эпизодов производственного травматизма и аварийности при эксплуатации кранов Российской Федерации
На сегодняшний день статистический анализ эпизодов производственного травматизма при эксплуатации грузоподъемных кранов Российской Федерации проводят с использованием коэффициента смертельного травматизма на 1000 кранов, устанавливаемого выражением:
Статистические сведения за период с 1991 г. по 2017 г. о числе эксплуатируемых в РФ кранов отображены на рисунке 1.3.
Статистические сведения за период с 1991 г. по 2017 г. о коэффициенте смертельного травматизма на 1000 кранов РФ отображены на рисунке 1.4.
Обобщенные статистические сведения за прошедшие два десятилетия с 1991 г. по 2017 г. об изменении количества эксплуатируемых грузоподъемных кранов и коэффициента смертельного травматизма на 1000 кранов РФ отображены на рисунке 1.5.
Скорректируем воздействие меняющихся объемов промышленного производства в РФ на коэффициент смертельного травматизма на 1000 кранов, сравнивая их с принятым базовым – 1991 годом, сведения с 1991 г. по 2017 г. отображены в таблице 1.5.
Сведения о среднем износе технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах, приведены в таблице 1.6.
Сведения о среднем износе технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах, по состоянию на 01.01.2018 г.
Графические иллюстрации статистических сведений о распределении аварий по типам грузоподъемных кранов и распределении эпизодов производственного травматизма со смертельным исходом по типам грузоподъемных кранов отображены на рисунках 1.8, 1.9.
Сведения о значениях коэффициента смертельного травматизма в 2015-2017 гг. на разных типах грузоподъемных кранов приведены в таблице 1.7.
Значение коэффициента смертельного травматизма в 2015 г. - 2017 г. на разных типах грузоподъемных кранов
Сопоставление динамики коэффициента травматизма на 1000 кранов и численности грузоподъемных крановсвязна в РФ с учетом меняющихся объемов (индекса) промышленного производства в стране, представленное на рисунке 1.10, мощью показывает таким, что наблюдается зависимость между операт этимиреа величинами.
Современные системы безопасности как средство снижения аварийности и травматизма при эксплуатации башенных кранов
Один из путей решения проблемы аварийности и травматизма на башенных кранах – вернуть подъемные сооружения в III класс опасности. Но это возврат в прошлое, регресс с соответствующими вытекающими последствиями – увеличение расходов из бюджета на увеличение штата инспекторов и повышение нагрузки на бизнес.
Для решения проблемы аварийности и травматизма при эксплуатации башенных кранов необходимы новые современные инструменты выявления (обнаружения) нарушений правил эксплуатации, контроля состояния и определения степени опасности ОПО в реальном времени. Информация должна быть понятна как специалистам производственного контроля, так и руководителям предприятий (возможно с выводом на компьютер (экран) в кабинет руководителя).
Решение проблемы видится в создании независимой автоматизированной системы выявления рисков (аварийных ситуаций), свидетельствующих о нарушениях Правил эксплуатации ПС, не приведших к аварии, но фиксирующих неправильные действия машиниста (предаварийную ситуацию, например срабатывание ограничителя какого-либо механизма).
Разработка и внедрение дистанционного контроля за системой безопасности по предупреждению аварийных ситуаций, вызванных «человеческим фактором», будут способствовать повышению эффективности работы производственного контроля на предприятиях, прогнозированию (предотвращению) аварий.
Проведем обзор современных систем безопасности (устройства и приборы), применяемых на башенных кранах.
Для предотвращения рисков отказов или нестабильной работы башенного крана инженерами-проектировщиками были разработаны и внедрены в производство системы безопасности башенных кранов, которые позволяют в реальном времени осуществлять полный контроль рабочих параметров целого механизма.
В основном на современные башенные краны устанавливают универсальные системы безопасности, которые не зависят от конкретных моделей кранов [19].
Тем не менее существуют и узкоспециализированные системы безопасности башенных кранов, разработанные и внедренные некоторыми фирмами-изготовителями кранов, например Potain и Liebherr [20], для своих модельных линеек кранового оборудования. Такие системы работают эффективнее универсального комплекса безопасности, так как специально разрабатывались под конкретные модели грузоподъемного оборудования. Однако данные системы не совместимы с представителями других фирм-изготовителей, а иногда и со смежными кранами в модельной линейке производителя.
Ряд фирм-изготовителей грузоподъемного оборудования оснащают свои башенные краны системами безопасности сторонних фирм [21]. Например, комплекс SMIE для кранов COMANSA. При этом установка и адаптация систем производится непосредственно в заводских условиях изготовителя грузоподъемного оборудования.
Рынок данного оборудования также представляют фирмы, занимающиеся исключительно выпуском систем безопасности, в том числе универсальных комплексов, подходящих любому типу башенного крана, это такие фирмы, как SMIE или фирма EURO TCS Systems, и фирмы, которые выпускают системы безопасности под разные типы грузоподъемного оборудования, например Rayco-Wylie Systems или отечественное аналогичное предприятие ООО «АЭМЗ». Например, повсеместное развитие электроники привело к тому, что фирма Potain [22] стала оснащать каретки свои башенных кранов видеокамерами, для того чтобы крановщик непосредственно мог видеть поднимаемый груз. При этом есть изготовители грузоподъемного оборудования, которые уже ряд лет устанавливают на башенных кранах мини-радары для предотвращения столкновения стрелы и поднимаемого груза. Итак, устанавливаемые на башенные краны современные системы безопасности, как минимум, обеспечивают комфортную работу оператору (крановщику) и могут предохранить его от большинства нештатных (аварийных) ситуаций.
Рассмотрим имеющиеся на рынке Российской Федерации иностранные системы безопасности башенных кранов.
Компания SMIE производит датчики и сопутствующее оборудование активного реагирования в реальном времени и в основном в заводских условиях устанавливает приборы SMIE на все типы и виды грузоподъемного оборудования, однако в большинстве случаев специализируется на башенных кранах [23].
Анемометр SMIE AN41 (рис. 2.1) специально предназначен для оператора крана (устанавливается в кабине крановщика) и включает в себя двойной дисплей (цифровой и с барографом), обеспечивающий два порога срабатывания сигнализации, которые активируют визуальные и звуковые сигналы при регистрации прибором превышения норм ветрового диапазона, на шквалистый ветер, порывистый ветер, штиль.
Система DLZ342 (рис. 2.4) интегрирует систему зонирования башенного крана. Как правило, используется для отдельно работающего башенного крана, проста в программировании и использует графические символы движений башенного крана в пространстве и цветовую индикацию опасности (запрещенных зон).
Компания EURO TCS Systems специализируется на встроенном дополнительном оборудовании, в состав которого входят оповестительные системы с интуитивным управлением башенным краном в случае нештатной (аварийной) работы крана в сложных климатических условиях.
На участках, где существует опасность столкновения с работающим рядом другим башенным краном, комплект электронных приборов TAC 3000 может обеспечить как раннее предупреждение, так и защиту от столкновения. Возможные опасности включают в себя линии электропередачи, контактные линии железнодорожного транспорта или городского электрического транспорта, соседние здания и работающие рядом другие башенные краны [24]. Из-за интенсивного характера современных производственных площадок часто требуется несколько кранов в концентрированном районе, что усиливает угрозу столкновения башенных кранов друг с другом. Более того, поскольку башенные краны являются динамичными объектами, так как совершают при работе циклические движения, тогда как другие угрозы являются статичными, то существует более высокий риск столкновения именно кранов друг с другом, чем их столкновения со статичным объектом.
Интегрированный подход использования методов анализа опасностей и оценки риска эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения
Для анализа опасностей и оценки риска эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения нами предлагается применять интегрированный подход совместного использования ряда методов:
– метода «Делфи»;
– метода «HRA» (русскоязычное название метода – «метод оцен ки влияния на надежность человеческого фактора»);
– метода «экспертных оценок» («индексы безопасности»).
Методы объединяет то, что для их реализации используется в комплексе как математический, так и психологический процедурный аппарат получения информации о рисках, в том числе и техногенных объектов, от специалистов-экспертов.
Реализация метода «Делфи» предполагает формирования двух групп участников для выполнения их опроса [83, 84, 85, 86].
Предварительный этап реализации метода «Делфи»:
– Формируется группа экспертов (специалистов), причем каждый из спе циалистов-экспертов отвечает на поставленные перед ним вопросы индивидуально.
– Формируется аналитическая группа для статистической обработки по лученных результатов.
Этап выполнения опроса при реализации метода «Делфи»:
– Осуществляется постановка проблемы.
– Перед экспертами ставится вопрос. Экспертам предлагается разбить заданный им вопрос на подвопросы, в целом его составляющие. По результатам выполненного опроса формируется предварительный вопросник.
– Сформированный предварительный вопросник повторно вручается экспертам с целью получения от них информации, дополняющей и уточняющей предварительный вопросник. По результатам выполненного повторного опроса экспертов формируется основной вопросник.
– Созданной экспертной группе вручается сформированный основной вопросник с целью поиска и проведения оценки наиболее полярных среди участников экспертной группы решений и мнений. Члены экспертной группы выполняют оценку поставленной проблемы с позиций возможного расхода ресурсов, предполагаемой эффективности и в целом ожидаемого соответствия результатов предлагаемого решения поставленной исходной цели. Члены экспертной группы определяют преобладающие (доминирующие) мнения участников группы, а также выявляют радикальные представления среди экспертов-участников группы для добавления их в вопросник. Далее процедура выполнения опроса может быть повторена.
– Процедура опроса экспертов циклически повторяется до того момента, пока не будет выявлена согласованность мнений членов экспертной группы или бесповоротно не будет обнаружено отсутствие наличия согласованного единого мнения членов экспертной группы по поставленной проблеме.
– Осознание сути причин имеющихся расхождений мнений у членов экспертной группы дает возможность выявить ранее скрытые аспекты решения проблемы и сосредоточить внимание на потенциальных, но не раскрытых прежде последствиях формирования проблемы.
Завершающий этап реализации метода «Делфи»:
– На основании полученных результатов опросов членов экспертной группы производится финальная оценка, учет совпадений мнений экспертов, анализ сформированных выводов и практических рекомендаций.
В целях установления частоты (вероятности) события из ряда нежелательных или возможных сценариев развития аварий (инцидентов) на этапе идентификации опасности эксплуатации башенных кранов и оценки риска их эксплуатации возможно воспользоваться методом «Делфи», базирующимся на учете мнений ряда экспертов – «индексы безопасности». При собирании мнений экспертов метод «Делфи» не допускает двусмысленности оценок, помогает в формировании соответствующих вопросов. Выполненные при реализации метода «Делфи» экспертные оценки позволяют, как правило, учитывать все аспекты грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения – конструктивные, эксплуатационные, статистические и ряд других, то есть практически всю наличествующую информацию. Реализация метода «Делфи» позволяет выполнять анализ частоты, моделирование последствий и (или) оценку риска аварий при эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения.
Метод «HRA» (русскоязычное название метода – «метод оценки влияния на надежность человеческого фактора») воплощается в действительность на стыке дисциплин. Как правило, в реализации метода «HRA» принимают участие и специалисты в области охраны труда, и специалисты в области промышленной безопасности.
Реализация метода «HRA» охватывает нижеперечисленные этапы:
– анализ поставленной задачи;
– вскрытие ошибок персонала;
– количественное установление воздействия «человеческого фак тора» на надежность.
Целью анализа поставленной задачи в ходе реализации метода «HRA» выступает доскональное описание и установление характера груза, транспортируемого грузоподъемными машинами на предприятиях машиностроения, оценка взаимодействия системы «человек – грузоподъемная машина». Взаимодействие человека и грузоподъемных машин подвергается анализу с целью обнаружения ошибок обслуживающего персонала и (или) количественной оценки влияния «человеческого фактора» на надежность. Реализация этапа вскрытия ошибки персонала подразумевает, во-первых, идентификацию ошибок обслуживающего персонала, причем как действий, так и бездействий, во-вторых, описываются потенциально неправильные действия или бездействие обслуживающего персонала в процессе выполнения задачи. Этап вскрытия ошибок обслуживающего персонала может содержать в себе: определение потенциальных последствий, а также причин неправильных действий или бездействия обслуживающего персонала, рекомендации по принятию мер, направленных на уменьшение вероятности совершения обслуживающим персоналом ошибок, рекомендации по прогрессу перспектив оперативного исправления совершенных ошибок, минимизации и (или) ликвидации негативных последствий неверных действий или бездействия обслуживающего персонала.
Метод «экспертных оценок» («индексы безопасности») является совокупностью подходов и способов, позволяющих идентифицировать и определить степень опасности, как правило, используется в целях выполнения ранжирования многообразных версий организации системы и установления наиболее безопасного из возможных вариантов. Реализация метода «экспертных оценок» («индексы безопасности») безопасности или риска эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения состоит в обработке методами аппарата математической статистики баллов («индексы безопасности»), которыми группа, сформированная из компетентных в соответствующей области экспертов, оценивает ранее установленные значимые события, потенциально приводящие к аварии грузоподъемной машины [85].
Рассмотрим детальнее метод «экспертных оценок» («индексы безопасности»).
В соответствии с парадигмой метода «экспертных оценок» («индексы безопасности») процесс проведения оценки риска заключается в соизмерении вскрытых потенциальных опасностей установленным критериям, качественным и (или) количественным, приемлемого риска. Причем и саму категорию приемлемого риска, и, как следствие, итоги оценки риска допустимо [87] выражать:
– в качественной форме (например, текст: «соответствует» или «не соответствует», диаграмма, таблица и др.);
– в количественной форме (например, вероятность отказа или аварии: «число случаев в год», финансовый эквивалент или индекс и др.).
Устройство для мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации башенных кранов
Метод мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации грузоподъемных машин на предприятиях машиностроения при риск-ориентированном подходе, причем из всех типов грузоподъемных машин прежде всего башенных кранов, как наиболее опасных, в качестве инструмента риск-ориентированного государственного надзора Кавказским управлением Ростехнадзора с помощью специалистов ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ воплощается в жизнь.
В ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ создана аппаратура нового поколения – «Блок согласования», устройство для мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации башенных кранов при риск-ориентированном подходе на основе цифровой информационной технологии с использованием Web-приложений к персональным мобильным устройствам по управлению безопасностью при эксплуатации на основе оценки риска в цветовой гамме, полученной путем обработки лингвистических критериев условий эксплуатации и технического состояния, функциональных параметров локальной системы безопасности, алгоритмически связанной с электронным ключом ее блокировки, которую можно рассматривать в качестве устройства предупреждения аварий [110]. А для проведения лабораторных исследований по выявлению, регистрации и обработке опасных факторов, возникающих в процессе эксплуатации башенных кранов, создан стенд (см. рис. 4.5) с интегрированным «Блоком согласования».
Устройство для мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации башенных кранов состоит из следующих составляющих:
– Устройство «Блок согласования», собирающее данные, отправляемые в регистратор параметров блока обработки информации («БОИ») ограничителя нагрузки ОНК-160Б для башенных кранов, также этим устройством предоставляется возможность запрета работы крана дистанционно, с помощью сети Интернет.
– Сайт – http://onk160.ru/, предоставляющий возможность просмотра информации о работе крана, а также кнопка аварийного отключения механизмов крана пользователем.
Блок согласования, в свою очередь, состоит из нескольких составляющих:
– Плата питания, которая является и преобразователем интерфейсов CAN-RS232, предоставляющая необходимые уровни стабилизированного напряжения для стабильной работы остальных составляющих.
– Плата Arduino, которая с помощью специально разработанной программы организовывает связь между блоком GSM и принятыми данными от БОИ, конвертированными в коде RS232, определяет тайминги операций.
– Плата GSM Arduino, пересылающая собранную информацию через определенные промежутки времени в сеть Интернет на сайт.
Устройство для мониторинга опасных производственных факторов эксплуатации башенных кранов работает по следующему алгоритму:
– Ограничитель ОНК-160Б, штатно установленный на кране, отсылает по стандартной CAN-шине данные через определенные промежутки времени, 38400 бод отсылает информацию в свой регистратор параметров и на внешнее приемное устройство параллельно, циклически, через определенные промежутки времени. Эта информация представлена в виде пакета данных в формате: байт синхронизации 0х3С + код сообщения 1 байт 0х91…0х93 + данные до 256 байт + байт контрольной суммы. В трех кодах сообщений (табл. 4.3) содержится следующая информация:
– Эта информация поступает на драйвер, который преобразовывает данные из интерфейса CAN в интерфейс RS232 без изменения передаваемых данных. После этого она поступает в контроллер Arduino, где расшифровывается по определенному алгоритму в данные, понятные для работы. В контроллере Arduino записана специально разработанная программа для расшифровки информации, порядке опроса, диагностике ошибок, организации передачи данных по каналу GSM. Затем эти данные форматируются в таблицы данных, в виде, необходимом для работы, упаковываются в пакет данных и поступают на плату GSM. Эта плата занимается приемо-передачей информации с сайтом, в котором и хранится вся собранная информация. В GSM-модуле связь организовывается встроенным модулем GPRS 4G-формата посредством предустановленного идентификационного модуля абонента (SIM-карты).
– Переданная информация поступает на сервер данных, сайт – http://onk160.ru/, где хранится в удобном читаемом формате в виде таблицы. Для доступа на сайт пользователю предоставляется логин и пароль. Также на сайте присутствует кнопка «Выключить кран» аварийного отключения механизмов крана пользователем. При повторном нажатии этой кнопки происходит включение крана. Сайт доступен со всех устройств (планшет, смартфон, ноутбук).