基于移動(dòng)設(shè)備的可降低程序執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算技術(shù)

徐志杰，韓雪峰，邵西林

(1. Kenexis咨詢公司， 天津 300270；2. 南京工業(yè)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；3. 中沙(天津)石化有限公司，天津 300271)

眾所周知，化工生產(chǎn)裝置多涉及高溫、高壓以及易燃易爆和有毒工況，鑒于此，企業(yè)一方面需要花費(fèi)大量的精力和高昂的費(fèi)用來(lái)分析工藝操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面還需要確保在裝置設(shè)計(jì)時(shí)融入適宜的安全措施，例如，安全儀表系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、氣體檢測(cè)系統(tǒng)以及釋放系統(tǒng)。確定該類安全措施需求和設(shè)計(jì)屬性的分析過(guò)程，重點(diǎn)關(guān)注處于穩(wěn)定狀態(tài)和自動(dòng)控制條件下的裝置。然而，無(wú)論工藝(過(guò)程)的自動(dòng)化程度如何，與工藝及設(shè)備的人工互動(dòng)始終都會(huì)存在，這種互動(dòng)包括但不限于開(kāi)車程序、停車程序、間歇操作程序、維護(hù)程序、檢驗(yàn)程序、測(cè)試及校準(zhǔn)程序等。

上述程序有可能需要由將自己置于和工藝過(guò)程及其所包含的危害近距離接觸的人員來(lái)執(zhí)行。很多事故調(diào)查結(jié)果表明，某些重大事故均系簡(jiǎn)單的人為錯(cuò)誤操作所致，例如： 在錯(cuò)誤的管道上進(jìn)行焊接作業(yè)，該類錯(cuò)誤若發(fā)生在流程工業(yè)中，則可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。人為錯(cuò)誤可以通過(guò)提升人員能力和管理控制加以改善，也可以借助編制明確人員與工藝設(shè)備正確互動(dòng)方式的書(shū)面操作程序來(lái)控制。盡管上述做法的確能夠改進(jìn)過(guò)程安全，但絕非萬(wàn)無(wú)一失。作業(yè)人員可能會(huì)因疲倦、壓力或受到脅迫等因素而遺漏或在錯(cuò)誤的位置執(zhí)行程序步驟。使該問(wèn)題進(jìn)一步惡化的是，隨著工藝操作專家的退休、勞動(dòng)能力下降或跳槽等原因，機(jī)構(gòu)記憶(即，企業(yè)儲(chǔ)備的知識(shí)[1])會(huì)逐漸喪失。換句話講，在短時(shí)間內(nèi)檢索和記錄人員專業(yè)知識(shí)能力的欠缺，有可能致使企業(yè)在安全方面處于“脆弱”的境地。

程序的使用是改善程序執(zhí)行人員活動(dòng)能力從而提升過(guò)程安全的第一步，可通過(guò)移動(dòng)云計(jì)算工具來(lái)協(xié)助程序的執(zhí)行，相比簡(jiǎn)單的紙質(zhì)文件這是一大進(jìn)步。移動(dòng)云計(jì)算工具可以借助圖片、視頻、GPS位置跟蹤[2]，通過(guò)標(biāo)簽掃描設(shè)備，以及在需要時(shí)搜索任務(wù)和設(shè)備信息等手段，提升紙質(zhì)程序中簡(jiǎn)單文字的表述能力。因此，移動(dòng)云計(jì)算工具除了能夠增強(qiáng)程序的執(zhí)行之外，其云端特性還可以輸出針對(duì)整個(gè)活動(dòng)的儀表板，即所有程序可以從單一位置進(jìn)行跟蹤，從而能夠使管理層知曉各程序執(zhí)行的確切步驟、位置和狀態(tài)。此外，程序執(zhí)行的歷史記錄還能夠提供重要的“洞察力”，提高程序后期執(zhí)行的安全性和效率。

1 程序的基本屬性

就其本質(zhì)而言，程序只是對(duì)一系列需要人工執(zhí)行步驟的口頭描述，這些步驟以純文本形式依次進(jìn)行說(shuō)明。程序通常遵照預(yù)定的格式進(jìn)行編寫(xiě)并歷經(jīng)廣泛深入的審查和批準(zhǔn)過(guò)程，最終只有在讀者充分理解編寫(xiě)者對(duì)每個(gè)步驟的描述時(shí)才會(huì)真正有效。盡管程序步驟的描述看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際上有諸多信息必須從編寫(xiě)者那里傳遞給程序的執(zhí)行者，故也存在信息被誤解或遺漏的可能。程序步驟需要用簡(jiǎn)單的文本語(yǔ)句傳達(dá)如下信息： 當(dāng)前步驟要執(zhí)行什么內(nèi)容？如何開(kāi)展活動(dòng)？步驟應(yīng)該在哪里執(zhí)行？應(yīng)對(duì)哪些設(shè)備(項(xiàng)目)采取行動(dòng)？在采取行動(dòng)之前必須具備何種條件？表明該步驟已成功完成的標(biāo)準(zhǔn)是什么等。

對(duì)于傳統(tǒng)的紙質(zhì)程序，某一步驟的上述屬性需要以口頭方式傳達(dá)，若將移動(dòng)式設(shè)備和云計(jì)算技術(shù)用作傳統(tǒng)程序的補(bǔ)充，便可形成一種能夠傳遞上述信息的全新“工具箱”，其具有以下特點(diǎn)：

1)文字描述可以借助智能手機(jī)或智能手表等移動(dòng)式設(shè)備在特定的時(shí)間和步驟中呈現(xiàn)。

2)進(jìn)行的活動(dòng)可以通過(guò)(步驟)視頻來(lái)加強(qiáng)。

3)借助GPS技術(shù)來(lái)測(cè)繪要執(zhí)行步驟的位置，即，將任務(wù)所在位置與人員所處位置進(jìn)行比較。

4)通過(guò)設(shè)備和步驟位置的照片以及掃描包含二維碼[3]或條形碼在內(nèi)的設(shè)備標(biāo)簽并對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)條目進(jìn)行主動(dòng)確認(rèn)，能夠大幅增強(qiáng)對(duì)正確設(shè)備(項(xiàng)目)的辨識(shí)。

5)掃描設(shè)備代碼，獲取更多有關(guān)設(shè)備規(guī)格和危險(xiǎn)性的信息。

6)在步驟完成之前或之后獲取并查看源自DCS的工藝條件。

移動(dòng)云計(jì)算工具[4]和基于云的處理能夠讓程序的執(zhí)行得以增強(qiáng)，從而使與化工過(guò)程互動(dòng)有關(guān)的人為錯(cuò)誤大幅降低。

2 程序步驟的描述

有的時(shí)候，甚至在程序?qū)嶋H執(zhí)行之前，移動(dòng)式工具便已經(jīng)開(kāi)始工作，這會(huì)促使操作更加有效。傳統(tǒng)上，操作人員需要在作業(yè)前獲得一份最新版的程序打印文本，如果不借助程序來(lái)避免額外工作，或者使用陳舊且過(guò)時(shí)的程序，則有可能導(dǎo)致作業(yè)出現(xiàn)問(wèn)題。使用移動(dòng)云計(jì)算工具時(shí)，所有最新和已批準(zhǔn)程序的完整清單可以直接從使用的移動(dòng)式設(shè)備，或者從桌面瀏覽器中獲取。

程序的首個(gè)也是最重要的部分是程序步驟的文本描述。采用移動(dòng)式計(jì)算設(shè)備時(shí)，雖然實(shí)際內(nèi)容并無(wú)明顯變化，但卻具有一定的優(yōu)勢(shì)。首先，智能手機(jī)或智能手表等移動(dòng)式設(shè)備的外形允許以更加符合人體工程學(xué)的方式查看數(shù)據(jù)；其次，移動(dòng)式設(shè)備能夠查看當(dāng)前步驟的描述，繼而防止操作人員讀錯(cuò)行和錯(cuò)誤地執(zhí)行步驟。移動(dòng)式設(shè)備的程序步驟描述，如圖1所示。

圖1 移動(dòng)式設(shè)備的程序步驟描述示意

除了對(duì)步驟的簡(jiǎn)單描述之外，最為強(qiáng)大且有效的工具或許是教學(xué)視頻。操作人員可以使用移動(dòng)式設(shè)備來(lái)檢索如何執(zhí)行任務(wù)的演示視頻，指導(dǎo)或提醒自己如何遵循正確的流程。此外，移動(dòng)式設(shè)備還可以隨時(shí)錄制先前沒(méi)有的視頻。雖然操作人員難以錄制自己執(zhí)行的任務(wù)，但可將其視作新員工正在接受培訓(xùn)的案例。通常情況下，新員工會(huì)首先觀看或協(xié)助有經(jīng)驗(yàn)的操作人員執(zhí)行任務(wù)。對(duì)于受訓(xùn)者來(lái)說(shuō)，用自持的移動(dòng)式設(shè)備錄制其他操作人員執(zhí)行任務(wù)的視頻并將其導(dǎo)入程序數(shù)據(jù)集并不困難。這種方法是記錄并傳遞企業(yè)記憶和知識(shí)的絕佳方式，而且無(wú)需額外付出過(guò)多努力。

3 程序步驟所處的位置

單就傳統(tǒng)的程序而言，所執(zhí)行任務(wù)的位置僅采用文字進(jìn)行描述容易被錯(cuò)誤地理解，也沒(méi)有辦法確認(rèn)操作人員是否處于正確位置，或者在無(wú)法找到正確位置時(shí)提供任何指導(dǎo)。移動(dòng)式設(shè)備的使用不但能夠協(xié)助操作人員找到正確位置并確認(rèn)其身在何處，而且還能夠?qū)⒉襟E執(zhí)行位置的GPS坐標(biāo)導(dǎo)入程序數(shù)據(jù)庫(kù)。上述坐標(biāo)可通過(guò)桌面(界面)手動(dòng)輸入，也可通過(guò)使用GPS的移動(dòng)設(shè)備輸入。一旦坐標(biāo)被確認(rèn)，移動(dòng)式設(shè)備的GPS功能便可告知操作人員當(dāng)前位置與(程序)步驟所指位置的關(guān)系，甚至可以提供步驟位置的逐向?qū)Ш健Ｔ擃愋畔⑦€可以通過(guò)移動(dòng)式設(shè)備的地圖應(yīng)用程序在地圖上進(jìn)行顯示。為了進(jìn)一步增強(qiáng)位置的準(zhǔn)確性，還可以將位置照片導(dǎo)入程序數(shù)據(jù)庫(kù)，只需點(diǎn)擊一下便可以在移動(dòng)式設(shè)備上查看。如果位置圖像不可用，操作人員或受訓(xùn)者可以使用自持的移動(dòng)式設(shè)備拍攝照片，然后將其上傳至程序數(shù)據(jù)庫(kù)。移動(dòng)式設(shè)備的步驟位置信息，如圖2所示。

圖2 移動(dòng)式設(shè)備的步驟位置信息示意

該定位程序?qū)τ跇?biāo)準(zhǔn)操作程序而言固然重要，但對(duì)非常規(guī)任務(wù)可能更具意義。移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)可以輕松用于特定的非重復(fù)性工作，例如，維護(hù)/維修工單。以技術(shù)人員在某罐區(qū)偏遠(yuǎn)處的一段管道上維修焊縫為例，若提出要求的工程師能夠使用移動(dòng)式設(shè)備拍下需要進(jìn)行焊接的位置，并通過(guò)觸摸界面檢索出該位置的GPS坐標(biāo)，這將是多么有價(jià)值的一件事情！如此一來(lái)，在錯(cuò)誤位置執(zhí)行工單的概率將會(huì)大幅降低。

4 設(shè)備(項(xiàng)目)的確認(rèn)

通常情況下，企業(yè)往往擁有多組或多臺(tái)幾乎完全相同的設(shè)備(如閥門(mén))，因此，即便給閥門(mén)貼上標(biāo)簽，從諸多相似的閥門(mén)中區(qū)分出哪一臺(tái)是正確的閥門(mén)會(huì)非常困難。使用傳統(tǒng)的紙質(zhì)程序時(shí)，操作人員需要從程序當(dāng)中讀取標(biāo)簽，然后再與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的標(biāo)簽比對(duì)，這一活動(dòng)出現(xiàn)人為錯(cuò)誤的概率較高。采用移動(dòng)式云技術(shù)處理程序時(shí)，移動(dòng)式設(shè)備可通過(guò)讀取設(shè)備條形碼或二維碼等標(biāo)簽確認(rèn)設(shè)備正確與否。此外，上述應(yīng)用程序還可以設(shè)置成只有掃描的代碼正確才會(huì)允許操作人員執(zhí)行下一步驟的方式。

作為程序一部分的每臺(tái)設(shè)備都可以配備一個(gè)標(biāo)簽，其中包括一個(gè)機(jī)器可讀代碼。該代碼可以作為移動(dòng)式云計(jì)算程序的確認(rèn)，也可以用作指向相關(guān)設(shè)備(項(xiàng)目)更多信息的鏈接。此外，二維碼也可以基于網(wǎng)址，當(dāng)輸入瀏覽器時(shí)，該網(wǎng)址便會(huì)顯示相關(guān)設(shè)備(項(xiàng)目)的信息，例如，設(shè)備規(guī)格或操作設(shè)備時(shí)與危險(xiǎn)性有關(guān)的PHA數(shù)據(jù)鏈接[5]。大多數(shù)移動(dòng)式設(shè)備都會(huì)在其相機(jī)應(yīng)用程序當(dāng)中包含讀取二維碼的功能，一旦二維碼解析為網(wǎng)址，便會(huì)打開(kāi)移動(dòng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器并導(dǎo)航至該頁(yè)面。

5 程序步驟許可/驗(yàn)證/計(jì)時(shí)器

許多程序都有在執(zhí)行程序步驟前必須滿足的許可條件，或者確認(rèn)該程序步驟已正確完成的驗(yàn)證活動(dòng)。例如，在打開(kāi)閥門(mén)將水從某容器排出之前，可能需要確認(rèn)該容器是否已從其運(yùn)行的高溫條件下冷卻；同理，程序還可能要求使用氮?dú)鈦?lái)吹掃容器，直至易燃介質(zhì)的濃度充分低于其爆炸下限。這可以通過(guò)測(cè)量可燃物的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)設(shè)定的時(shí)間變化來(lái)確保該項(xiàng)活動(dòng)的完成。對(duì)于傳統(tǒng)的紙質(zhì)程序，該過(guò)程主要依賴操作人員目視檢查就地儀表或者通過(guò)對(duì)講機(jī)與控制室溝通接收來(lái)自DCS的信息，核實(shí)許可參數(shù)是否得以滿足。然而，上述做法很容易發(fā)生跳過(guò)確認(rèn)或假定滿足許可條件的情況，尤其是在信息確認(rèn)過(guò)程繁瑣或困難的時(shí)候。此外，操作人員在匆忙的情況下還可能希望縮短吹掃任務(wù)的建議持續(xù)時(shí)間?？傊鲜鍪д`均有可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

使用移動(dòng)云計(jì)算工具既可以改善操作人員的體驗(yàn)，又可以落實(shí)關(guān)鍵的安全規(guī)則。每個(gè)步驟都可以用許可/驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)來(lái)擴(kuò)充，該類標(biāo)準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單到只包括1臺(tái)儀器(例如，壓力表)，在執(zhí)行該步驟之前應(yīng)檢查相關(guān)儀器及其狀態(tài)的輸出。移動(dòng)云計(jì)算工具能夠提供更多的功能，若將移動(dòng)云計(jì)算程序設(shè)置為與DCS歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信，則關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)的數(shù)值便可以直接轉(zhuǎn)送至操作人員手持的移動(dòng)式設(shè)備。此外，移動(dòng)云計(jì)算程序還可以設(shè)置成在所關(guān)注的DCS關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)為安全值之前，操作人員無(wú)法進(jìn)入程序的下一步驟。類似的功能也可以進(jìn)行編程，以確認(rèn)程序步驟是否完成，即檢索能夠表明該步驟已成功完成的 DCS 歷史測(cè)量數(shù)據(jù)。

步驟計(jì)時(shí)器可以納入增強(qiáng)的移動(dòng)云計(jì)算程序當(dāng)中。例如，若程序步驟要求打開(kāi)某1臺(tái)可將循環(huán)水引入容器的閥門(mén)，并在冷卻過(guò)程中延遲15 min，則該程序的手機(jī)視窗會(huì)允許操作人員按下按鈕，同時(shí)啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器并防止操作人員進(jìn)入下一個(gè)步驟，直至計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束。

6 程序狀態(tài)儀表板化

盡管移動(dòng)云計(jì)算工具針對(duì)程序簡(jiǎn)化所提供的有效性提升顯而易見(jiàn)，但基于云計(jì)算工具的共享數(shù)據(jù)性質(zhì)為企業(yè)運(yùn)營(yíng)提供了另外一種實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。通常情況下，程序的執(zhí)行一般由操作人員進(jìn)行審查和批準(zhǔn)的工單驅(qū)動(dòng)，可能會(huì)有多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行。參與執(zhí)行程序的人員和負(fù)責(zé)確保所有同時(shí)進(jìn)行的工作安全執(zhí)行的操作人員對(duì)任何時(shí)間正在發(fā)生的全部活動(dòng)或程序的狀態(tài)了解甚少，這種情況并不罕見(jiàn)。此時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致在同一時(shí)間執(zhí)行相互沖突的程序，如果程序不按順序執(zhí)行且設(shè)備在作業(yè)前準(zhǔn)備不當(dāng)，則可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的作業(yè)活動(dòng)。例如，某企業(yè)雖然編寫(xiě)了從管線中去除烴類物質(zhì)的程序和執(zhí)行動(dòng)火作業(yè)的獨(dú)立程序，但如果清除烴類物質(zhì)的過(guò)程被推遲且未在動(dòng)火作業(yè)前完成，則有可能導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故。

采用移動(dòng)云計(jì)算程序，所有程序的狀態(tài)均可從某一中央位置進(jìn)行查看。如果移動(dòng)云計(jì)算程序中包含對(duì)每項(xiàng)任務(wù)持續(xù)時(shí)間(即，最長(zhǎng)時(shí)間、最短時(shí)間和預(yù)計(jì)時(shí)間)的估計(jì)，則可以估算整個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，并將該時(shí)間與實(shí)際情況進(jìn)行比較。如此一來(lái)，該“運(yùn)行管理”模式便成為了解任意時(shí)刻正在發(fā)生的全部工作的高價(jià)值工具。

中央儀表板可以顯示當(dāng)前正在執(zhí)行的所有程序，還可以查詢每個(gè)程序以獲取更多信息，例如，何人正在作業(yè)？作業(yè)人員處在哪一步驟？程序是否如期進(jìn)行？程序預(yù)計(jì)何時(shí)完成等。該種類型的儀表板對(duì)操作而言非常具有意義，不但可以讓管理層了解哪一個(gè)程序所花費(fèi)的時(shí)間比預(yù)期時(shí)間長(zhǎng)，并且有可能會(huì)影響到即將執(zhí)行的其他相關(guān)程序。已執(zhí)行程序的歷史記錄對(duì)于評(píng)估實(shí)際性能和預(yù)期性能也頗具價(jià)值，該過(guò)程能夠識(shí)別超出預(yù)期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的程序，從而使管理人員和工程師發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出旨在優(yōu)化執(zhí)行的建議。此外，還可以識(shí)別未予正確執(zhí)行程序的情況。

7 結(jié)束語(yǔ)

人員與工藝流程的互動(dòng)是化工行業(yè)事故原因的重要一環(huán)。目前，人員與工藝流程的互動(dòng)主要通過(guò)書(shū)面操作程序和相應(yīng)的培訓(xùn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)使用移動(dòng)云計(jì)算工具來(lái)補(bǔ)充傳統(tǒng)的書(shū)面操作程序方法，可以顯著改善當(dāng)前的管理控制。該工具可以幫助操作人員在適宜的時(shí)刻執(zhí)行適當(dāng)?shù)牟襟E，為即將要執(zhí)行的程序任務(wù)正確定位，確認(rèn)是否正在操作正確的設(shè)備，以及確保所需的許可和活動(dòng)確認(rèn)得以批準(zhǔn)。此外，該類工具的集中特性還可以使計(jì)算機(jī)將諸多并行發(fā)生的程序狀態(tài)儀表板化，從而確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并迅速處理，解決程序之間的沖突，并對(duì)已完成的程序進(jìn)行事后審查，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過(guò)程的優(yōu)化。因此，使用移動(dòng)云計(jì)算工具來(lái)增強(qiáng)操作程序能夠大幅提升化工過(guò)程的安全性。