Вмешательство оператора в функциональную безопасность: баланс между человеческим участием и целостностью системы

В современных технологических установках взаимодействие между операторами и автоматизированными системами управления определяет уровень безопасности. В то время как цифровые системы, такие как ПЛК и ДСК, выполняют рутинные задачи, операторы обеспечивают гибкость, необходимую для принятия сложных решений. Однако интеграция действий человека в функциональную безопасность требует тщательного понимания того, когда оператор выступает как фактор риска, а когда — как защитный барьер.

Определение роли операторов в управлении рисками

Профессионалы отрасли часто используют термины «действие» и «вмешательство» как синонимы, однако в анализе безопасности они обозначают разные понятия. Действие оператора — это обычно проактивный шаг в рамках процедуры. Вмешательство оператора — это реактивная мера, направленная на снижение развивающейся опасности.

Разграничение этих ролей важно для анализа уровней защиты (LOPA) и определения требуемого уровня безопасности (SIL) для функции безопасности (SIF). Ошибочная классификация этих ролей приводит к неточным расчетам коэффициента снижения риска (RRF), что может оставить объект недостаточно защищённым.

Когда человеческая ошибка становится инициирующим событием

Согласно IEC 61511, инициирующее событие (IE) — это любое нарушение, которое приводит процесс к опасному состоянию. Если оператор совершает ошибку, например, открывает неправильный ручной клапан или не соблюдает последовательность запуска, он становится источником требования к системе безопасности.

В количественных оценках риска этим ошибкам присваивается частота инициирующего события (IEF). Согласно отраслевым данным CCPS и Exida, типичная частота значительной человеческой ошибки составляет 0,1 в год. Это означает, что инженеры по безопасности ожидают возникновения требования к системе безопасности, вызванного человеком, примерно раз в десять лет. Поскольку это действие вызывает опасность, оно не может считаться защитным уровнем в той же ситуации.

Критерии для ручных независимых уровней защиты

Операторы могут быть признаны независимым уровнем защиты (IPL), если они успешно прерывают цепочку опасности. Однако для этого необходимо соблюдение строгих условий. Вмешательство должно быть независимым, то есть человек, реагирующий на опасность, не должен быть тем же, кто вызвал ошибку.

Кроме того, оператор должен иметь достаточное время для обеспечения безопасности процесса (PST). Если реактор достигает критического состояния за 30 секунд, а оператору требуется пять минут, чтобы добраться до ручного клапана, человеческий фактор не снижает риск. Стандарты обычно указывают, что вмешательство оператора считается действительным IPL только при наличии PST не менее 15–20 минут, что позволяет распознать сигнал тревоги и физически добраться до объекта.

Интеграция ручных действий в контур функции безопасности

В некоторых архитектурах промышленной автоматики функция безопасности (SIF) включает ручной элемент запуска, например переключатель «Ручной-Автомат» или кнопку аварийного отключения (ESD). Согласно IEC 61511-2, если для запуска SIF требуется ручное действие, оператор становится частью контура безопасности.

В этом случае кнопку, проводку, логический контроллер и подготовку оператора необходимо проверять совместно. Надёжность SIF тогда зависит от анализа надёжности человека (HRA). Если оператор не нажмёт кнопку, вся функция безопасности выйдет из строя. Поэтому ручным функциям безопасности редко присваивают уровень выше SIL 1 из-за присущей человеческой нестабильности в стрессовых ситуациях.

Расчёт целевого уровня безопасности с использованием данных об операторах

В расчетах LOPA целевой показатель вероятности отказа при требовании (PFD) для SIF определяется на основе IEF и существующих IPL. Рассмотрим ситуацию, когда переполнение резервуара приводит к утечке токсичного вещества. Если IEF для ошибки оператора равна 0,1 в год, а допустимая частота события (TEF) — 0,001 в год, системе требуется общий коэффициент снижения риска 100.

Если сигнал высокого уровня тревоги обеспечивает один IPL с PFD 0,1, оставшуюся защиту должна обеспечить автоматизированная функция безопасности. Расчёт ($10^{-3} / (0.1 \times 0.1) = 0.1$) показывает, что необходима функция безопасности SIL 1 для устранения пробела в безопасности. Такой математический подход обеспечивает объективный учёт человеческих ограничений при проектировании установки.

Повышение надёжности человека за счёт улучшения интерфейса

Для максимальной эффективности вмешательства оператора необходимо уделять внимание эргономике диспетчерской. Высококачественный человеко-машинный интерфейс снижает умственную нагрузку и предотвращает «усталость от сигналов тревоги». Когда ДСК выдает слишком много сигналов низкого приоритета, операторы могут пропустить критический сигнал, необходимый для предотвращения катастрофы.

Мнение автора: из моего опыта, самые надёжные системы безопасности не стремятся заменить оператора, а поддерживают его. Автоматизация превосходна в скорости и последовательности, но ей не хватает «ситуационной осведомлённости» опытного оператора. Поэтому цель функциональной безопасности — автоматизировать быстрые реакции и одновременно предоставлять операторам чёткие и понятные данные для анализа медленно развивающихся тенденций.