基于移动设备的可降低程序执行风险的计算技术

徐志杰，韩雪峰，邵西林

(1. Kenexis咨询公司， 天津 300270；
2. 南京工业大学 安全科学与工程学院，江苏 南京 211816；
3. 中沙(天津)石化有限公司，天津 300271)

众所周知，化工生产装置多涉及高温、高压以及易燃易爆和有毒工况，鉴于此，企业一方面需要花费大量的精力和高昂的费用来分析工艺操作带来的风险，另一方面还需要确保在装置设计时融入适宜的安全措施，例如，安全仪表系统、火灾检测系统、气体检测系统以及释放系统。确定该类安全措施需求和设计属性的分析过程，重点关注处于稳定状态和自动控制条件下的装置。然而，无论工艺(过程)的自动化程度如何，与工艺及设备的人工互动始终都会存在，这种互动包括但不限于开车程序、停车程序、间歇操作程序、维护程序、检验程序、测试及校准程序等。

上述程序有可能需要由将自己置于和工艺过程及其所包含的危害近距离接触的人员来执行。很多事故调查结果表明，某些重大事故均系简单的人为错误操作所致，例如：
在错误的管道上进行焊接作业，该类错误若发生在流程工业中，则可能导致灾难性的后果。人为错误可以通过提升人员能力和管理控制加以改善，也可以借助编制明确人员与工艺设备正确互动方式的书面操作程序来控制。尽管上述做法的确能够改进过程安全，但绝非万无一失。作业人员可能会因疲倦、压力或受到胁迫等因素而遗漏或在错误的位置执行程序步骤。使该问题进一步恶化的是，随着工艺操作专家的退休、劳动能力下降或跳槽等原因，机构记忆(即，企业储备的知识[1])会逐渐丧失。换句话讲，在短时间内检索和记录人员专业知识能力的欠缺，有可能致使企业在安全方面处于“脆弱”的境地。

程序的使用是改善程序执行人员活动能力从而提升过程安全的第一步，可通过移动云计算工具来协助程序的执行，相比简单的纸质文件这是一大进步。移动云计算工具可以借助图片、视频、GPS位置跟踪[2]，通过标签扫描设备，以及在需要时搜索任务和设备信息等手段，提升纸质程序中简单文字的表述能力。因此，移动云计算工具除了能够增强程序的执行之外，其云端特性还可以输出针对整个活动的仪表板，即所有程序可以从单一位置进行跟踪，从而能够使管理层知晓各程序执行的确切步骤、位置和状态。此外，程序执行的历史记录还能够提供重要的“洞察力”，提高程序后期执行的安全性和效率。

就其本质而言，程序只是对一系列需要人工执行步骤的口头描述，这些步骤以纯文本形式依次进行说明。程序通常遵照预定的格式进行编写并历经广泛深入的审查和批准过程，最终只有在读者充分理解编写者对每个步骤的描述时才会真正有效。尽管程序步骤的描述看似简单，但实际上有诸多信息必须从编写者那里传递给程序的执行者，故也存在信息被误解或遗漏的可能。程序步骤需要用简单的文本语句传达如下信息：
当前步骤要执行什么内容？如何开展活动？步骤应该在哪里执行？应对哪些设备(项目)采取行动？在采取行动之前必须具备何种条件？表明该步骤已成功完成的标准是什么等。

对于传统的纸质程序，某一步骤的上述属性需要以口头方式传达，若将移动式设备和云计算技术用作传统程序的补充，便可形成一种能够传递上述信息的全新“工具箱”，其具有以下特点：

1)文字描述可以借助智能手机或智能手表等移动式设备在特定的时间和步骤中呈现。

2)进行的活动可以通过(步骤)视频来加强。

3)借助GPS技术来测绘要执行步骤的位置，即，将任务所在位置与人员所处位置进行比较。

4)通过设备和步骤位置的照片以及扫描包含二维码[3]或条形码在内的设备标签并对照数据库条目进行主动确认，能够大幅增强对正确设备(项目)的辨识。

5)扫描设备代码，获取更多有关设备规格和危险性的信息。

6)在步骤完成之前或之后获取并查看源自DCS的工艺条件。

移动云计算工具[4]和基于云的处理能够让程序的执行得以增强，从而使与化工过程互动有关的人为错误大幅降低。

有的时候，甚至在程序实际执行之前，移动式工具便已经开始工作，这会促使操作更加有效。传统上，操作人员需要在作业前获得一份最新版的程序打印文本，如果不借助程序来避免额外工作，或者使用陈旧且过时的程序，则有可能导致作业出现问题。使用移动云计算工具时，所有最新和已批准程序的完整清单可以直接从使用的移动式设备，或者从桌面浏览器中获取。

程序的首个也是最重要的部分是程序步骤的文本描述。采用移动式计算设备时，虽然实际内容并无明显变化，但却具有一定的优势。首先，智能手机或智能手表等移动式设备的外形允许以更加符合人体工程学的方式查看数据；
其次，移动式设备能够查看当前步骤的描述，继而防止操作人员读错行和错误地执行步骤。移动式设备的程序步骤描述，如图1所示。

图1 移动式设备的程序步骤描述示意

除了对步骤的简单描述之外，最为强大且有效的工具或许是教学视频。操作人员可以使用移动式设备来检索如何执行任务的演示视频，指导或提醒自己如何遵循正确的流程。此外，移动式设备还可以随时录制先前没有的视频。虽然操作人员难以录制自己执行的任务，但可将其视作新员工正在接受培训的案例。通常情况下，新员工会首先观看或协助有经验的操作人员执行任务。对于受训者来说，用自持的移动式设备录制其他操作人员执行任务的视频并将其导入程序数据集并不困难。这种方法是记录并传递企业记忆和知识的绝佳方式，而且无需额外付出过多努力。

单就传统的程序而言，所执行任务的位置仅采用文字进行描述容易被错误地理解，也没有办法确认操作人员是否处于正确位置，或者在无法找到正确位置时提供任何指导。移动式设备的使用不但能够协助操作人员找到正确位置并确认其身在何处，而且还能够将步骤执行位置的GPS坐标导入程序数据库。上述坐标可通过桌面(界面)手动输入，也可通过使用GPS的移动设备输入。一旦坐标被确认，移动式设备的GPS功能便可告知操作人员当前位置与(程序)步骤所指位置的关系，甚至可以提供步骤位置的逐向导航。该类信息还可以通过移动式设备的地图应用程序在地图上进行显示。为了进一步增强位置的准确性，还可以将位置照片导入程序数据库，只需点击一下便可以在移动式设备上查看。如果位置图像不可用，操作人员或受训者可以使用自持的移动式设备拍摄照片，然后将其上传至程序数据库。移动式设备的步骤位置信息，如图2所示。

图2 移动式设备的步骤位置信息示意

该定位程序对于标准操作程序而言固然重要，但对非常规任务可能更具意义。移动云计算技术可以轻松用于特定的非重复性工作，例如，维护/维修工单。以技术人员在某罐区偏远处的一段管道上维修焊缝为例，若提出要求的工程师能够使用移动式设备拍下需要进行焊接的位置，并通过触摸界面检索出该位置的GPS坐标，这将是多么有价值的一件事情！如此一来，在错误位置执行工单的概率将会大幅降低。

通常情况下，企业往往拥有多组或多台几乎完全相同的设备(如阀门)，因此，即便给阀门贴上标签，从诸多相似的阀门中区分出哪一台是正确的阀门会非常困难。使用传统的纸质程序时，操作人员需要从程序当中读取标签，然后再与现场设备上的标签比对，这一活动出现人为错误的概率较高。采用移动式云技术处理程序时，移动式设备可通过读取设备条形码或二维码等标签确认设备正确与否。此外，上述应用程序还可以设置成只有扫描的代码正确才会允许操作人员执行下一步骤的方式。

作为程序一部分的每台设备都可以配备一个标签，其中包括一个机器可读代码。该代码可以作为移动式云计算程序的确认，也可以用作指向相关设备(项目)更多信息的链接。此外，二维码也可以基于网址，当输入浏览器时，该网址便会显示相关设备(项目)的信息，例如，设备规格或操作设备时与危险性有关的PHA数据链接[5]。大多数移动式设备都会在其相机应用程序当中包含读取二维码的功能，一旦二维码解析为网址，便会打开移动设备的网络浏览器并导航至该页面。

许多程序都有在执行程序步骤前必须满足的许可条件，或者确认该程序步骤已正确完成的验证活动。例如，在打开阀门将水从某容器排出之前，可能需要确认该容器是否已从其运行的高温条件下冷却；
同理，程序还可能要求使用氮气来吹扫容器，直至易燃介质的浓度充分低于其爆炸下限。这可以通过测量可燃物的浓度来实现，或者通过设定的时间变化来确保该项活动的完成。对于传统的纸质程序，该过程主要依赖操作人员目视检查就地仪表或者通过对讲机与控制室沟通接收来自DCS的信息，核实许可参数是否得以满足。然而，上述做法很容易发生跳过确认或假定满足许可条件的情况，尤其是在信息确认过程繁琐或困难的时候。此外，操作人员在匆忙的情况下还可能希望缩短吹扫任务的建议持续时间。总之，上述失误均有可能导致灾难性的后果。

使用移动云计算工具既可以改善操作人员的体验，又可以落实关键的安全规则。每个步骤都可以用许可/验证标准来扩充，该类标准可以简单到只包括1台仪器(例如，压力表)，在执行该步骤之前应检查相关仪器及其状态的输出。移动云计算工具能够提供更多的功能，若将移动云计算程序设置为与DCS历史数据库进行通信，则关键测量参数的数值便可以直接转送至操作人员手持的移动式设备。此外，移动云计算程序还可以设置成在所关注的DCS关键测量参数的数值转为安全值之前，操作人员无法进入程序的下一步骤。类似的功能也可以进行编程，以确认程序步骤是否完成，即检索能够表明该步骤已成功完成的 DCS 历史测量数据。

步骤计时器可以纳入增强的移动云计算程序当中。例如，若程序步骤要求打开某1台可将循环水引入容器的阀门，并在冷却过程中延迟15 min，则该程序的手机视窗会允许操作人员按下按钮，同时启动倒计时计时器并防止操作人员进入下一个步骤，直至计时器计时结束。

尽管移动云计算工具针对程序简化所提供的有效性提升显而易见，但基于云计算工具的共享数据性质为企业运营提供了另外一种实质性改进。通常情况下，程序的执行一般由操作人员进行审查和批准的工单驱动，可能会有多个程序同时执行。参与执行程序的人员和负责确保所有同时进行的工作安全执行的操作人员对任何时间正在发生的全部活动或程序的状态了解甚少，这种情况并不罕见。此时，可能会导致在同一时间执行相互冲突的程序，如果程序不按顺序执行且设备在作业前准备不当，则可能导致危险的作业活动。例如，某企业虽然编写了从管线中去除烃类物质的程序和执行动火作业的独立程序，但如果清除烃类物质的过程被推迟且未在动火作业前完成，则有可能导致火灾或爆炸事故。

采用移动云计算程序，所有程序的状态均可从某一中央位置进行查看。如果移动云计算程序中包含对每项任务持续时间(即，最长时间、最短时间和预计时间)的估计，则可以估算整个过程的持续时间，并将该时间与实际情况进行比较。如此一来，该“运行管理”模式便成为了解任意时刻正在发生的全部工作的高价值工具。

中央仪表板可以显示当前正在执行的所有程序，还可以查询每个程序以获取更多信息，例如，何人正在作业？作业人员处在哪一步骤？程序是否如期进行？程序预计何时完成等。该种类型的仪表板对操作而言非常具有意义，不但可以让管理层了解哪一个程序所花费的时间比预期时间长，并且有可能会影响到即将执行的其他相关程序。已执行程序的历史记录对于评估实际性能和预期性能也颇具价值，该过程能够识别超出预期时间过长的程序，从而使管理人员和工程师发现问题并提出旨在优化执行的建议。此外，还可以识别未予正确执行程序的情况。

人员与工艺流程的互动是化工行业事故原因的重要一环。目前，人员与工艺流程的互动主要通过书面操作程序和相应的培训来实现，通过使用移动云计算工具来补充传统的书面操作程序方法，可以显著改善当前的管理控制。该工具可以帮助操作人员在适宜的时刻执行适当的步骤，为即将要执行的程序任务正确定位，确认是否正在操作正确的设备，以及确保所需的许可和活动确认得以批准。此外，该类工具的集中特性还可以使计算机将诸多并行发生的程序状态仪表板化，从而确保及时发现问题并迅速处理，解决程序之间的冲突，并对已完成的程序进行事后审查，最终实现对整个过程的优化。因此，使用移动云计算工具来增强操作程序能够大幅提升化工过程的安全性。

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