Разработка методических основ поэтапного подтверждения соответствия сложного нефтегазового оборудования требованиям технической безопасности: на примере буровых установок

В соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» деятельность по подтверждению соответствия продукции требованиям технической безопасности приобрела одно из определяющих значений в преодолении технических барьеров развития международной торговли. Поэтому возникла объективная необходимость на всех стадиях создания нового изделия обеспечивать в будущем, при его реализации, проведение подтверждения соответствия при минимально возможных затратах.

В современных процессах управления жизненным циклом продукции важнейшую роль играет экономически обоснованная поэтапная оптимизация затрат при условии достижения заданных уровней свойств' безопасности, качества и конкурентоспособности. Сразу оговоримся, что эти свойства взаимозависимы и их высокий уровень играет главную роль в обеспечении устойчивого развития как отдельных компаний, так и экономики страны в целом [1, 2].

Подтверждение соответствия требованиям технической безопасности, качества и конкурентоспособности условно объединим общим' термином «подтверждение соответствия» и обозначим аббревиатурой ПС.

В работах [3, 4] убедительно показано, что минимизация затрат на ПС достигается-в том случае, когда: а) на каждом этапе жизненного цикла новой продукции процесс ПС управляется по критерию локального минимума затрат (при заданной достоверности ПС) — б) обязательно вся< система ПС строится так, чтобы обеспечить общий (глобальный) минимум затрат (естественно, при заданном риске несоответствия продукции установленным требованиям).

Подтверждение соответствия на каждом этапе должно обеспечивать достоверную и объективную информацию, позволяющую дать раздельную комплексную оценку всех свойств и сформировать экономичную систему управления. Именно экономичность этого процесса является определяющим фактором эффективности управления.

Вместе с тем, если рассматривать только совокупность элементов контроля свойств безопасности, качества и конкурентоспособности готового изделия, то такой подход не гарантирует, что вся выпущенная продукция данного типа будет обладать этими свойствами, т. е. не гарантируется, что КАЖДОЕ изделие будет безопасным, качественным и конкурентоспособным.

Значительно более высокую гарантию безопасности и качества каждого изделия дает создание, внедрение и сертификация систем управления (обеспечения) безопасности, качества, конкурентоспособности.

Обратимся к системам менеджмента качества (СМК). Фундаментальное изложение истории их развития дано в книге A.B. Гличева [5]. Такие системы включают комплекс взаимосогласованных мероприятий и технико-экономических решений, направленных на обеспечение высокого и, главное, стабильного качества.

Одним из основополагающих механизмов управления в этих системах является механизм поэтапного (т.е. по этапам жизненного цикла продукции) выполнения комплекса организационно-технических мероприятий и административных решений, направленных на решение проблем качества на данном этапе. Bir. Версаном в [6] соответствующие положения были развиты с, позиции взаимного согласования участников процесса разработки и производства продукции, создания для этих целей необходимого информационного обеспечения и использования для оценки качества положений теории распознавания образцов. Соответствующий механизм был назван им «сквозным управлением качеством».

Необходимость тесного сотрудничества всех участников процесса создания конечного изделия (включая сырье, материалы, комплектующие изделия, оборудование и технологические процессы, персонал) и ориентации всех предприятий, участвующих в этом процессе, на высокое и стабильное качество привела к интеграции управления производством и качеством продукции.

Основные элементы такой интеграции, ее методы и организационные принципы изложены в книге В. Г. Версана, В. И. Сиськова, Л. Г. Дубицкого и др.

7].

В области нефтегазового оборудования основополагающее значение имели работы школы В. Я. Кершенбаума. [8−10].

В западных фирмах интеграционный процесс определился в форме так называемого «всеобщего управления качеством» — TQM. Описание соответствующей системы читатель найдет в книге [11]. •.

Интеграция управления производством и качеством продукции в принципе позволяют в полной мере реализовать основное условие конкурентоспособности продукции, сформулированное В. И. Сиськовым как принцип «выше качество — ниже цена» [12]. Реализация этого условия при соответствии самого качества требованиям потребителя (данным маркетинга, положениям стандартов) обеспечивает конкурентоспособность продукции в той мере, в какой удалось представить потребителю не только высокое качество и низкую цену, но и необходимые ему услуги по использованию продукции (в том числе, ее ремонт, обеспечение расходными материалами и т. п.).

Во всех перечисленных работах и, соответственно, в международных стандартах на системы менеджмента качества (СМК) ИСО серии 9000 в версии 1987 года использовался поэтапный механизм управления качеством.

Появление международных стандартов ИСО серии 9000 в версии 2000 года обусловило переход от управления по этапам жизненного цикла к полной реализации сквозного механизма на основе процессного подхода. В этом случае всеми операциями (технологическими, информационными и бизнесоперациями) управляют как отдельными (микро) процессами, объединяемыми в общие (единые для предприятия) процессы.

Наконец, в версии стандартов ИСО серии 9000 2008 года предполагается совместить поэтапный и процессный подходы.

Автор считает, что именно концепция стандартов ИСО серии 9000 версии 2008 года должна быть положена в основу создания механизма поэтапного подтверждения соответствия (в первую очередь, требований по технической безопасности).

В отношении доказательной базы такого механизма автор считает, что она должна отвечать положению о рациональном сочетании локальной и глобальной оптимизации, указанному выше. Фактически это означает, что предлагаемый автором механизм управления «закладывает» их изначальную конкурентоспособность, т. е. отвечает экономическим реалиям рыночных отношений.

При этом автор имеет в виду три обстоятельства. Во-первых, в ряде схем сертификации предусмотрено использовать сертификацию систем качества как необходимое условие сертификации продукции или услуги. Во-вторых, в настоящее время многие оптовые потребители требуют «предконтрактной сертификации», т. е. представления сертификатов соответствия продукции требованиям еще при подготовке контрактов на поставку. Естественно, что в этом случае наличие на предприятии поставщике системы качества становится определяющим условием предконтрактной сертификации. В-третьих, наличие СМК является (согласно ФЗ «О техническом регулировании») одним из элементов доказательной базы при подтверждении соответствия (ПС) на основе декларации заявителя. Здесь следует учесть, что в этом случае крайне < желательно иметь так называемую «гарантоспособную» СМК (см. [13]), т. е. СМК, целевой функцией которой является обеспечение гарантированного уровня качества продукции. В работе [13] показано, что в этом случае (при наличии блоков анализа угроз безопасности и реакции на эти угрозы) гарантоспособная СМК превращается в систему менеджмента безопасности (СМБ).

Исходя из изложенных соображений автором предлагается, по сути дела, новый вариант сквозного механизма управления безопасностью, качеством и конкурентоспособностью продукции, основанный на поэтапном учете и возможной реализации требований в сочетании с обязательной оценкой и (или) оптимизацией затрат на обеспечение заданных уровней этих свойств.

Следует обратить внимание еще на два обстоятельства. Во-первых, автор отнюдь не считает, что принятая в Системе сертификации ГОСТ Р оценка соответствия требованиям третьей стороной [7] является единственно возможным способом обеспечения безопасности и качества продукции. Более того, если говорить о вхождении России в Мировое экономическое сообщество, в частности, во Всемирную торговую организацию (ВТО), то необходимо рационально использовать другие методы оценки и подтверждения соответствия продукции требованиям технических регламентов, в том числе и сертификацию первой стороной (конечно, при определенных условиях, определяемых, например, так называемым Европейским модулем, А или Канадской системой) [14]. Практический опыт такой «самосертификации» парфюмерно-косметических товаров изложен в брошюре И. М. Алавердиева [15].

Предлагаемый механизм сертификационного сопровождения может, по мнению автора, стать основой практической реализации «Всеобщего управления качеством» (TQM) и в российских организациях. Один из первых опытов такой работы имеется у «интеллектуального холдинга» Мособлинжстрой. Он изложен в книге Президента этой компании А. X. Касумова [16].

Теперь обратимся к вопросу о том, как автор понимает реализацию предлагаемого механизма ПС. Во-первых, здесь необходимо выделить основные принципы и проблемы ПС, которые имеют весьма общий характер, т. е. по сути инвариантны к специфике объекта. Этому посвящена первая глава диссертации.

Во-вторых, необходимо оценить специфику объекта. В данной работе в качестве объекта ПС рассматривается типичный сложный объект нефтегазового оборудования — буровая установка (БУ). Характеристики надежности БУ и методов ее оценки подробно рассматриваются в [17] и здесь не приводятся.

Процессы ПС, естественно, должны регулироваться с целью обеспечения требуемого уровня достоверности оценки, т. е. с позиции строгого соблюдения допустимого уровня оценки и уровня риска несоответствия.

В данной диссертации автор не рассматривает этот важнейший аспект, поскольку так называемые «метрологические риски», связанные с погрешностями контрольных операций (в том числе, с выбранными планами контроля и испытаний) подробно освещены в [17], а общаясхема управления этими рисками приведена в [13]. Поэтому автор счел необходимым коснуться только ранее не рассматривавшегося вопроса влияния на риски несоответствия ошибок в аппроксимации реального распределения параметров объекта традиционно используемым нормальным распределением.

Обратимся к некоторым общим характеристикам данной работы, к числу которых прежде всего относится актуальность темы исследования. В эксплуатации нефтегазового оборудования (НТО), в настоящее время, используется система планово-предупредительных ремонтов (ППР). Она предусматривает введение корректирующих воздействий на этапе эксплуатации в соответствии с определенными на этапе ее разработки периодами времени. Эти периоды времени выбираются на основе заявленных производителями элементов гарантийных сроков и статистически определенных сроков безопасного функционирования этих элементов. К сожалению, вследствие известных недостатков проведения анализа причин отказов НТО в эксплуатации, уровень достоверности статистических данных недостаточен для надежного прогнозирования гарантийных сроков. В тоже время эти сроки, данные предприятиями-изготовителями элементов, являются единственной связью этапа эксплуатации с этапом разработки.

Предлагаемая в диссертационной работе система является системой подтверждения не только соответствия, но и гарантии его достоверности. Предлагается подход, при котором предусмотрена постоянно действующая обратная связь между этапом эксплуатации и этапом разработки, что обеспечивает, на основе анализа причин отказов оборудования, оперативное внесение изменений во вновь разрабатываемые и/или производимые экземпляры БУ.

Новым в предлагаемой системе является прогнозирование времени безопасного функционирования оборудования на основе:

— выполнения, на каждом этапе жизненного цикла определенных контрольно-испытательных процедур и технических решений, обеспечивающих потенциальную безопасность элементов и БУ в целом;

— анализа работы предприятия-производителя, поставщика, изготовителя и эксплуатирующей организации.

Прогнозирование предлагается производить в соответствии с предложенной в работе модификацией метода академика В: С. Пугачева.

Эффект от внедрения предлагаемой системы прогнозирования заключается в оптимизации процесса эксплуатации НТО за счет определения реальных сроков безопасного функционирования как элементов, так и сложного НТО в целом. Преимущество такого метода перед существующим, обусловливается, возможностью реализации корректирующих и предупреждающих действий в определенный (на основании фактических данных) момент времени.

Федеральным законом «О техническом регулировании» предусмотрено, что процедуры подтверждения соответствия установленным требованиям должны не только обеспечивать (в том числе на основе документов по стандартизации) соблюдение требований технических регламентов в части безопасности, но и служить целям обеспечения научно-технического прогресса, рационального использования ресурсов, технической и информационной совместимости, взаимозаменяемости и в целом повышению конкурентоспособности и качества продукции и услуг.

В решении перечисленных задач для сложного оборудования (изделий) и, особенно, для сложных эргатических («человеко-машинных») систем и комплексов возникают значительные трудности. Главные из них связаны со следующими обстоятельствами:

— в сложных изделиях (системах, комплексах) используется широкий спектр конструктивно-технологических решений, ответственных за безопасность и соблюдение перечисленных выше требований;

— рассматриваемые изделия в эксплуатационных условиях, подвергаются различным внешним воздействиям, реакция на которые носит характер трудно предсказуемых случайных процессов;

— в состав этих изделий входят различные компоненты (механические, гидравлические, электрические, электронные), каждый из которых имеет свою специфику процессов перехода в неработоспособное состояние, их синэргетическое взаимодействие может усиливать действие опасных факторов;

— большую долю факторов опасности составляет «человеческий фактор».

Ввиду специфики, малой тиражности бурового оборудования и недостаточности достоверной информации о фактических причинах отказов, аварий и катастроф, невозможно напрямую использовать известные статистические модели надежности и расходования ресурса. И, поэтому, актуальным оказывается поиск пути создания методических основ подтверждения соответствия, не связанного с использованием неизвестных априорных распределений вероятностей комплексов опасных факторов (состояний).

По изложенным принципам основной целью исследования является-решение проблемы получения надежных результатов подтверждения соответствия сложных изделий требованиям технической безопасности и создание методических основ практического решения соответствующих прикладных задач на примере буровых установок, как репрезентативного вида сложного оборудования.

Теоретической и методологической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых и специалистов-практиков, научные публикации, отечественные и зарубежные законодательные акты и нормативные документы, посвященные вопросам системного анализа, испытаний, диагностики, измерений, а также — вопросам статистического прогнозирования и квалиметрического оценивания С. Г. Бабаева, Ю. А. Васильева, В. Я. Кершенбаума, В. Г. Версана, Г. В. Панкиной, A.C. Оганова, В. В. Шильдина, В. А. Придвижкина, Л. Г. Дубицкого и др.

В работе Г. В. Панкиной [18] определены научные основыподтверждения соответствия, как способа обеспечения безопасности продукции машиностроения. Работа В. А. Придвижкина [49] посвящена методическим и практическим вопросам повышения безопасности нефтегазового оборудования ан основе проведения его экспертизы с прогнозированием работоспособности на длительный период эксплуатации. В работе Ю. А Васильева и С. Г. Бабаева [17] определены принципиальные положения по повышению надежности нефтегазового оборудования.

На различных стадиях исследований применялись методы системного анализа, планирования эксперимента, экспертного оценивания.

Выводы и предложения диссертационной работы строились также на основе анализа опыта работы предприятий НГ отрасли, таких, как Ассоциация буровых подрядчиков, ЗАО «Уралмаш-Сервис и др.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью применения статистических моделей и методов, сходимостью гипотез с данными и результатами других авторов.

Информационную базу исследований составили законодательные и нормативные акты Российской Федерации, документы международных организаций (ЕС, ИСО, МЭК), монографические и научно-технические издания отечественных и зарубежных авторов и. также соответствующие отчетные материалы Национального института нефти и газа.

• Научная новизна диссертационного исследования заключается в принципиально новом методологическом подходе, включающем:

— оптимизацию методов анализа возможных причин несоответствия сложных изделий требованиям безопасности, учитывающих «человеческий фактор;

— разработку интеграционного процесса «венчурного» (рискового) управления безопасностью, сочетающего поэтапное использование автоматизированного проектирования, «гибких» совокупностей испытательных (контрольных, диагностических) процедур и многомерного прогнозирования «времени жизни» оборудования до наступления опасного состояния;

— оптимизацию управляющих решений по критерию «конкурентоспособностьбезопасность» в условиях неполной (некачественной) информации.

Апробация и реализация результатов исследований проведены. в Российском государственном университете нефти и газа им. И. М. Губкина, ЗАО «Уралмаш-Сервис», Академии стандартизации, метрологии и сертификации (орган по сертификации систем менеджмента качества) в течение трех лет при проведении экспертизы промышленной безопасности на объектах нефтегазового оборудования, сертификации систем менеджмента качества, а также в учебном процессе.

Практическая ценность результатов исследования автор видит в том, что разработанные принципы, методы и алгоритмы поэтапного подтверждения соответствия сложного оборудования и рекомендации по созданию на этой1 основе систем безопасности будут способствовать повышению конкурентоспособности этого оборудования и достижению высоких гарантий его безопасности, что по оценкам специалистов дает прогноз на снижение эксплуатационных расходов по буровым установкам до 20% за счет предупреждения отказовых ситуаций.

Результаты работы могут быть использованы в вузах России и учреждениях дополнительного профессионального образования при подготовке и повышении квалификации соответствующих специалистов.

Выводы.

1. Научно обоснована необходимость сквозного механизма управления безопасностью сложного НТО.

2. Для реализации этого механизма разработан процесс подтверждения соответствия сложного НТО установленным требованиям на 3-х базовых этапах жизненного цикла НТО. Введена постоянно действующая обратная связь, что обеспечивает техническую и экономическую оптимизацию защитных мероприятий.

3. Надежность сквозного механизма комплексного управления безопасностью обеспечивается разработанной системой поддержания устойчивого функционирования сложного НГО в условиях неполной и/или некачественной оперативной информации на каждом этапе.

4. Разработан механизм функционирования адаптивной системы менеджмента безопасности. При его совместном использовании с «директивными» методами управления достигается стабильный уровень устойчивости функционирования БУ в условиях воздействия комплекса опасных факторов.

5. Обосновано применение и, с учетом специфики, разработана модификация метода B.C. Пугачева для достоверного прогнозирования времени безопасного функционирования БУ.

6. Разработан ряд практических рекомендаций, использование которых обеспечивает значительное повышение достоверности оценки уровня безопасности БУ и служит обеспечению создания потенциально безопасной БУ на этапах разработки и производства и формированию эффективных предупреждающих и корректирующих действий на этапе эксплуатации.