Производственная система не должна быть «черным ящиком»

Материалы прошлой беседы с доктором технических наук Александром Куликовым о промышленных технологиях и принципах их проектирования вызвали неподдельный интерес у читателей нашего журнала. Информация распространились и по другим информационным каналам, что подчеркивает востребованность методологии технологического проектирования. Напомним, что, по мнению Александра Куликова, созданные предыдущим поколением инженеров производственные системы и технологические процессы содержат в своей структуре скрытые источники опасностей и издержек. Чтобы не повторять прошлых ошибок, необходимо уже сейчас задуматься о новых принципах и критериях проектирования. Процедуры методологии проектирования промышленных технологий должны вообще исключать любую возможность присутствия в промышленной технологии источников, способных генерировать в процессе эксплуатации опасности и затраты. Как разработать такую методологию?

Политолог, публицист Александр Механик и доктор технических наук Александр Куликов – о развитии нового научного направления об опасных системах.

— Александр Вениаминович, мы остановились на том, что эксплуатировать опасные технологии недопустимо. Фактически же в эксплуатации находится около 200 тысяч опасных производственных объектов, и все они функционируют, как вы говорите, «в ожидании очередной аварии».

— Да, есть такой парадокс «нужности» опасных объектов. Здесь две причины: во-первых, сохраняется потребность в производимой ими продукции, а во-вторых, в большинстве своем такие промышленные объекты имеют статус градообразующих и остаются социально значимыми даже несмотря на то, что поддержка их инженерной инфраструктуры в рабочем состоянии требует огромных затрат. В результате кроме опасности мы еще попутно имеем рост стоимости выпускаемой продукции при ее неизменных свойствах и функциях.

Насколько я знаю, многочисленные попытки автоматизации опасных операций и вывода людей из опасных зон на таких объектах мало что дали. Я сам много лет предпринимал такие попытки. Количество ежегодных аварий и число жертв, по моим оценкам, не снижается только потому, что задачи модернизации технологий не требовали нейтрализации источников опасности. Все они до сих пор остаются в структуре технологических процессов, несмотря на наличие роботов, видеокамер и служб надзора.

— Получается, действительно технолог на производстве должен быть главным.

— На практике вместо выявления источников опасности и их нейтрализации технолог занимается бесполезным нормированием показателей безопасности и их «декларированием». А руководителю объекта более выгодно постоянно «обеспечивать безопасность» на объекте вместе с надзорными органами и страховыми компаниями, чем исключать источники опасности в союзе с учеными и проектантами.

Я думаю, что если приоритет технолога не будет восстановлен на промышленных объектах, то мы можем столкнуться с очень опасной угрозой, которую я называю «технологическим забвением».

— Что делать?

— Можно выдумывать массу «технологических инициатив», «платформ», проводить ежегодные конференции и встречи. Такие коммуникации нужны и будут полезны только в том случае, когда все они будут нацелены на решение общих для всех и конкретных задач.

Я убежден, что сегодня настало время для решения двух таких задач.

Во-первых, требуется развивать новое научное направление — об опасных системах. Наука не должна рассматривать производственную систему в виде «черного ящика». Преподавание такой «экономической модели» будущим инженерам искажает восприятие двух совершенно разных понятий: «опасность» и «безопасность».

За примером далеко не пойдем. Безопасность газовых баллонов обеспечивают, как ни странно, продавцы газа. Для них вообще не существует никаких наук, кроме пресловутой «прибыли» и «новых рабочих мест». Установленные требования о цвете баллона и оснащении его запорным устройством для защиты от переполнения не являются научными. Без науки им трудно понять, что в их «красном» и «прочном» баллоне сама опасность остается и продолжает генерировать жертвы и ущерб. И поэтому взрывы продолжаются и подъезды домов разрушаются. Виновником всегда считается жертва, а не проектировщик технологии крашеного баллона.

Таким образом, человек показывает свое бессилие и не использует все свои творческие возможности или ему не дают это сделать его лень и пофигизм. Я уверен, все огнеборцы знают, что есть научно обоснованные и подтвержденные технические решения по нейтрализации этой опасности. Вопрос их реализации упирается в требования по их сертификации и в новую технологию — ее просто надо всем принять за основу и внедрить.

Я думаю, что новая научная дисциплина нужна в первую очередь технологам промышленных предприятий. Новая наука должна убедительно показать, что безопасность объекта обеспечивается не через регулирование и надзор, а через проектирование безопасных технологий. Технологам нужны научно обоснованные количественные требования и нормы проектирования безопасных технологий. В двадцать первом веке просто стыдно и недопустимо следовать «научным» постулатам о вероятности событий, который выдумал монах Байес еще в восемнадцатом веке. Сегодня технические возможности позволяют вместо вероятностного анализа событий в любой производственной системе перейти на количественные методы оценки состояния объекта и контроля его поведения в условиях воздействия не одной, а множества угроз одновременно.

— Первая задача понятна. А в чем суть второй?

— Второй целевой установкой для исключения источников опасности на всех промышленных объектах является методика технологического аудита.

Это инструмент для оценки. Вспомним, что для оценки состояния живой системы используется метод биохакинга, а для оценки финансовой системы раз в год проводится финансовый аудит предприятий и организаций промышленности.

Возникает естественный вопрос: кто и по каким методикам оценивает производственные системы и встроенные в их структуру промышленные технологии? Оказывается, никто и никак. В этой области у нас пустое место. Вот поэтому надзорные органы вынуждены заместить эту «пустоту» системой штрафных санкций. Получается, что чем больше опасных объектов, тем больше средств перетекает из производственной системы в надзорную. Поэтому вполне естественно многие считают, что «борьба» за обеспечение безопасности на опасных промышленных объектах экономически выгодна в первую очередь для надзорных служб. Очевидно, что от такого бесполезного инструментария надо избавляться и внедрять более совершенный метод технологического аудита промышленного предприятия. Его цель — ежедневное выявление источников опасности и скрытых производственных издержек — должна быть вписана в функциональные обязанности каждого технолога и инженера. В качестве первичного материала для формирования методики такого аудита можно даже посоветовать использовать ГОСТ 57194.3, написанного авиапроизводителями в 2016 году.

Если этот шаг получится сделать, то автоматически изменяется статус инвестиционных проектов по модернизации промышленной технологии. Для обоснования целей и задач проекта должны использоваться результаты технологического аудита, а не субъективное мнение инвестора. Цель модернизации становится реальной и хорошо контролируемой: нейтрализация или ликвидация источников опасности и производственных затрат. Такой проект всегда будет выполнимым, так как объемы необходимых ресурсов оцениваются до копейки, а сроки поставки оборудования просчитываются до минуты.

Уверен, что такой вариант решения сложившегося противоречия «безопасность — производительность — потребность» более рациональный и позволит избежать угрозы «технологического забвения» критически важных технологий.

— Кто все это будет делать?

— Мы уже говорили о проблеме подготовки специалистов в первой части нашей беседы. Дело в том, что сегодня все вузы как готовили, так и продолжают готовить специалистов по эксплуатации уже давно существующих и морально устаревших технологий, не вдаваясь в подробности того, где они размещаются и кому они нужны. Нам же требуются специалисты с компетенциями разработчика (проектанта) рациональных технологий и продуктов с новыми свойствами и функциями.

К сожалению, для сокращения разрыва между требуемым и реальным уровнем компетенций в отечественном образовании нет даже моделей их формирования.

Я уверен, что сегодня есть специалисты любопытные и любознательные, со здоровым чувством ощущения реальности окружающего пространства и постоянства законов природы.

У меня есть собственный критерий оценки способности человека генерировать несколько альтернативных решений по поставленной задаче и эффективно решать технические противоречия. На мой взгляд, творческий человек никогда не будет просто «работать на дядю», он способен только «трудиться во благо всех». Если разницу между этими понятиями человек чувствует и осознает, то это позволяет надеяться на успех в проектной деятельности. Еще одной важной особенностью такой деятельности является то, что в ней не должно быть никакого разделения труда и иерархии. Проектирование — это не конвейер, а процесс с «ризомной» структурой взаимодействия всех участников.

Плюс надо учитывать демографическую ситуацию. Поэтому каждый студент, ученый, аспирант и инженер сейчас на вес золота. Их надо лелеять, оберегать, стимулировать и учить собственными силами, не надеясь на других. Уверен, что будет больше пользы, если учеба студента будет основана не только на «старых» учебниках, но и на решении конкретных прикладных технических задач и производственных противоречий.

— Какие вы видите стимулы для активации процесса решения прикладных технических задач?

— Я считаю, что процесс проектирования — это технологическое искусство, а его результаты — шедевры, имеющие свою стоимость. Поэтому разовые вознаграждения и долгосрочные лицензионные соглашения обязательны со стороны инвестора и заказчика. Вспомним, например, что одностадийная технология получения сырья для синтетического каучука была создана Сергеем Васильевичем Лебедевым в 1926 году за сто тысяч рублей. Это было конкурсное вознаграждение со стороны государства одному проектному сообществу в составе семи ученых за то, что они смогли превратить научную идею в промышленную технологию мирового уровня.

К сожалению, для многих подобный метод стимулирования не работает. Недавно я столкнулся с тем, что даже за десять миллионов рублей ученые химического университета не смогли не только усовершенствовать, но и даже восстановить утраченную технологию получения вискозного волокна из льна.

Получается, что механизмы стимуляции есть, а активировать проектный процесс некому. Нет той самой методологии работы проектного сообщества, нацеленной на решение задачи, а не на извлечение прибыли. По сути, мы разучились формировать многопрофильные команды для решения конкретных технических задач.

Для того чтобы заказчику и инвестору было кого вознаграждать, надо начинать объединять ученых по горизонтали и по вертикали.

Горизонтальные связи должны объединять студентов, аспирантов, ученых и инженеров разных поколений. Например, никто не мешает учебным заведениям организовать ежегодное формирование тем курсовых, дипломных и диссертационных работ с привлечением опытных технологов и инженеров промышленных предприятий. Такая солидарность ученых и технологов будет стимулировать и морально, и материально.

Есть еще вертикальные связи между учеными ведомственных индустрий. Если биолог реализовал свою идею в фармацевтике, то эта же идея может помочь решить техническое противоречие и в других отраслях экономики. Проектное технологическое сообщество в этом союзе выступает в роли «потребительской корзины» знаний, накопленных в биологии, медицине, генетике, механике, кибернетике, энергетике и материаловедении.

— Можно ли сформулировать перечень ближних задач, которые новое проектное технологическое сообщество должно решать уже сейчас?

— Весь спектр новых проектных задач концентрируется вокруг трех технологических направлений: материаловедения, кибернетики и энергетики. Никакой технологический комплекс «не поедет» без движителя и системы управления, для создания которых требуются материалы с заданными свойствами. В конечном счете нам надо научиться создавать технические комплексы с конкретным сроком функционирования в заданной области пространства для безопасного производства необходимого объема продукции и с минимальными затратами.

Для таких комплексов нужны одностадийные и безопасные технологии переработки сырья в полезный продукт. В этом случае производственная система, кроме безопасности, у нас приобретает еще два признака: компактность и мобильность, а используемое технологическое оборудование — регулируемую производительность.

Для выполнения этой основной задачи необходимо решить множество подготовительных задач, которые требуют либо глубокого теоретического анализа, либо образного представления системы, либо моделирования функций оборудования, либо расчета баланса материальных, энергетических и информационных потоков в производственной зоне.

Причем каждую задачу надо решать, осознавая, что вариантов решений должно быть не менее трех и все они должны быть рациональными и полезными. Требуется разработать полную технологию получения продукта, а не только дать описание способа его производства. Исходное сырье должно было быть дешевым и доступным, а его номенклатура — достаточно широкой. Для этого и необходим понятный для всех единый алгоритм решения технических задач, позволяющий проектировать рациональные технологические процессы. Именно такой алгоритм я называю методологией технологического проектирования.

Знание этой методологии развеивает известный миф о том, что ученый занимается только решением исследовательских задач. Именно такая «обманка» порождает множество проблем для самого ученого (безденежье, неудовлетворенное тщеславие и так далее). История нам показывает, что все подобные проблемы исчезают только в том случае, когда ученый продолжает реализовывать свою идею в составе проектного сообщества. Я могу это подтвердить историческими примерами.

— Может быть, сначала расскажете о реальных технических задачах, требующих решения, например для обеспечения безопасности и сокращения издержек?

— Приведу пример одной из таких задач, для решения которой необходимо умение обобщать информацию о явлениях или процессах, изучением которых занимаются специалисты различных научных направлений. Оказывается, биологи, химики, физики, кибернетики и даже социологи исследуют одни и те же явления отдельно друг от друга. У каждой науки свой язык и термины. У биологов есть уникальные результаты, которыми химики почему-то не пользуются. Возможно, по этой причине их теоретические взгляды на процессы разложения энергетических материалов, чувствительных к импульсным нагрузкам, остаются пока на уровне шестидесятых годов прошлого века.

Это реальная прикладная задача, для решения которой надо предварительно объединить все накопленные знания о чувствительности материалов к нагрузкам и процессах их разложения в одну универсальную модель.

Если мы поймем механизмы «чувствительности» и «разложения», то сможем с использованием чувствительных сенсоров контролировать состояние веществ и управлять их поведением при хранении, транспортировке и переработке. Прикладное значение решения этой задачи в том, что, во-первых, мы навсегда избавимся от одного из трех источников опасности в производственных зонах — от неконтролируемого поведения материалов с высокой энергетической плотностью, а во-вторых, мы максимально упрощаем технологический процесс. Например, только знание критических границ разложения вещества позволяет исключить из технологического процесса давно устаревших, но почему-то обязательных требований более 60 ГОСТов на операции упаковки, на тару и ее элементы.

Есть еще более интересная задача, требующая увязать понятия «полезность» и «эффективность» с позиций технологии и биологии. Если мы сможем описать эти критерии общим языком математики и физики, то получаем возможность проектирования промышленных технологий и производственных систем, по структуре и свойствам приближенным к природным.

Есть инженерные задачи по проектированию компактных и мобильных производственных систем на основе одностадийных технологий, апробированных пока студентами в лабораториях. Мне не хочется терять тех студентов, которые выступают, например, на конференциях молодых ученых с информацией о созданной им уникальной технологии.

У меня многие задачи сформулированы на основе информации, полученной из материалов таких конференций, в надежде на то, что уже бывшие студенты откликнутся и примут участие в их практической реализации.

Конечно, формат интервью не позволяет привести весь перечень задач, для решения которых требуется междисциплинарный подход. Таких актуальных задач только у меня сегодня порядка тридцати. Если будет проявлен интерес, то, возможно, мы сначала опубликуем этот перечень на платформе «Техносфера, подъем!», а затем можно объявить конкурс на поиск их рациональных решений.

— Вы не раз упомянули методологию технологического проектирования. Почему мы до сих пор ее не создали? Возможно, для решения технических противоречий требуется не методология, а известные всем методы «мобилизации идей»?

— Методология разработки промышленных технологий была создана в России, и она у нас есть. Чтобы понять ее простоту и эффективность, надо действительно сравнить ее с иностранными методами «мобилизации идей», которые ограничиваются «мозговым штурмом», «декомпозицией» и «итеративностью» процедур проектирования.

Все эти методы были предложены в двадцатом веке, в период массового заводского строительства, западными специалистами Хиллом, Джонсом и Диксоном. По их мнению, считается, что проект — это «изменение состояния объекта любыми доступными способами с целью удовлетворения текущих потребностей», а методология проектирования объекта начинается с этапа «определения потребностей» и заканчивается «распределением продукции».

Оценивать эти методы надо только по результатам. А они, я считаю, чересчур негативные. Берем любую западную технологию. Например, итальянский технологический процесс изготовления углеводородного волокна требует применения двух особо опасных в обращении компонентов, что превращает любое его производство в особо опасное. Зачем инвесторы «везут» в Россию такую «недоделанную» проектантами технологию, мне непонятно. Заказчики и инвесторы стали настолько беспомощными, что даже не в состоянии грамотно поставить задачу или объявить конкурс на создание безопасной и менее затратной технологии. Самое смешное, что такая технология у нас есть, но остается в статусе «опытной» уже многие годы.

Никто из специалистов не будет спорить с тем, что все технические комплексы и промышленные технологии, созданные по западным «методологиям», являются нерациональными, грязными и опасными, а их эксплуатация тянет за собой еще огромный шлейф непредсказуемых последствий. В двадцатом веке под лозунгом «интенсификации» Россия завезла в свое пространство все существующие сегодня опасные технологии.

Очевидно, что такая политика технологического развития ущербна для страны, так как любая купленная за рубежом технология у нас всегда будет «устаревшей». Тем более что в современных условиях нам никто не продаст даже старые технологии.

— Неужели в России нет промышленных технологий, созданных по нашей проектной методологии?

— Мне известны три технологических процесса, созданных в России по методологии технологического проектирования.

Первая технология производства сталей создана проектным сообществом Павла Петровича Аносова в девятнадцатом веке в Златоусте. Вторая промышленная технология производства каучуков создана в Ленинграде проектной группой Сергея Васильевича Лебедева в начале двадцатого века. Третья технология производства графеновых нанотрубок создана проектной группой Михаила Рудольфовича Предтеченского в начале двадцать первого века в Новосибирске.

Все эти технологии уникальны, имеют мировое значение, и нам есть чем и кем гордиться.

Главное отличие российской методологии проектирования промышленных технологий от иных методов состоит в том, что ее процедуры вообще исключают любую возможность присутствия источников, способных генерировать в процессе эксплуатации опасности и затраты.

Я видел и изучал все эти технологические схемы непосредственно на промышленных объектах. Не могу не сказать о своих эмоциях. В этих русских технологиях есть какая-то красота, есть удивительное равновесие материальных и энергетических потоков. Технологии вообще не генерируют «грязных» отходов. Все, что остается, обязательно используется для производства дополнительной продукции.

Есть еще несколько важных особенностей нашей методологии проектирования промышленных технологий:

— все промышленные технологии созданы проектными сообществами ученых, инженеров и технологов;

— все технологические процессы независимы от источников сырья и материалов — их много, и они в шаговой доступности. Например, для получения каучука могут использоваться природные глины, картофель, спирт, нефть, изопрен и так далее;

— вместе с технологией разрабатываются и технологическое оборудование, оснастка и инструмент. Известно, что такое ограничение позволило Аносову освободиться от импортных тиглей и создать свои из отходов производства, сократив тем самым их стоимость с 25 рублей до 44 копеек;

— все технологии переработки исходного сырья в продукт сходны с природными процессами преобразования энергии и веществ. Я убежден, что без информации Николая Ивановича Вавилова о процессах образования в корнях одуванчика до 30 процентов каучука Лебедеву понадобилось бы больше времени, чтобы воссоздать природный процесс искусственно.

— В целом получается интересная методология.

— Да, если все особенности проектирования учесть, то у нас получается простейший алгоритм действий заказчика проекта и всех участников проектного сообщества. Он состоит из трех процедур.

Сначала осмысливаем задачу проекта, формируем и обосновываем его концепцию.

Затем устанавливаем критерии, нормы и ограничения для обеспечения устойчивого функционирования технологии в течение требуемого времени (например, восемь тысяч часов в год непрерывно) в заданной области пространства (под водой, на земле, в космосе и так далее).

На третьей стадии проектант осуществляет поиск рациональных технических решений. Эта стадия у меня ассоциируется с известной шахматной задачей, суть которой в том, чтобы суметь расставить в заданном пространстве восемь ферзей так, чтобы ни один из них не угрожал друг другу. Доказано, что задача имеет 92 варианта решения. Но нам не важно количество решений. Главное — многовариантность решения одной задачи. Для чего и необходимо то солидарное взаимодействие опыта прошлых поколений инженеров и смелости современников.

Естественно, методология технологического проектирования должна быть «подвижной» и дополняется со стороны заказчика или инвестора перечнем соответствующих принципов и критериев проектирования. Именно они определяют, что требуется для оценки проекта: то ли его окупаемость и быстрая прибыль, то ли функциональная устойчивость в течение десяти лет, то ли просто сбор и передача информации в режиме реального времени в течение года. Я считаю, что базовыми критериями оценки любого проекта должны быть его рациональность для технолога, полезность для заказчика и безопасность для всех.

— Получается, что очень многое зависит от заказчика проекта, от его знаний, квалификации и опыта.

— Естественно. Заказчик проекта — это не профессия, а философия поведения человека, которому выпала честь определять стратегию освоения окружающего пространства. Если он живет в рамках «философии рыбака», то есть в ожидании радости, то проект для него имеет два этапа: первый — формирование требований технического задания, второй — оценка полученного результата.

На первом этапе заказчику вообще не нужны знания, квалификация и опыт. С такой философией достаточно указать на то, чтобы новая технология была красивой и полезной в хозяйственной деятельности человека. Смешно, но это так и происходит. Все технические задания у нас написаны по шаблону примерно в таком стиле.

Надежда заказчика на «хороший результат» связана с тем, что проектная связка исполнителей его задания (ученый — инженер — технолог) должна владеть методологией технологического проектирования уверенно — им достаточно задать эти два простых критерия, чтобы выполнить проект правильно. Ведь антиподом «красоты» и «полезности» является безобразие и вредность. Технология с такими внутренними признаками может только нанести ущерб. А это уже для проектной команды объективная и измеряемая величина. Из этих рассуждений вытекает простой вывод: полезность и красота технологии зависят от отсутствия в ее структуре источников затрат и опасностей, способных в любой момент принести ущерб своему окружению. Каким образом проектант обеспечит красоту и полезность, это уже его проблема. В этом случае проектант имеет полную свободу действий для разработки рациональных вариантов.

Вторым этапом для заказчика является оценка результатов. Я исхожу из того, что, если существуют методологические приемы выполнения проектных процедур, значит, должны существовать и объективные методы оценки принятых решений, как по уровню качества, так и по уровню рациональности.

В своей практике заказчик руководствуется совершенно неверным предположением, что если нормы и правила проектирования соблюдены сейчас, то все будет хорошо и потом.

Я допускаю, что «уровень качества» проекта по такой схеме могут оценивать практически все, кто заинтересован в этой процедуре, кроме заказчика: ему не нужна ответственность за чьи-то ошибки. Поэтому процедура оценки давно превратилась в коммерческое мероприятие с участием «независимых экспертов». Очевидно, что мнение любого, даже сертифицированного по международным стандартам эксперта, не может в принципе быть характеристикой уровня качества проекта.

Оценивать проект должен только его заказчик, но не по своим «ведомственным» правилам, а в соответствии с законодательно принятой и научно обоснованной концепцией освоения пространства, реализация которой ему доверена государством. Например, если в концепцию освоения ближнего космоса включить требование о недопустимости в этой области так называемого космического мусора, то существующей сегодня проблемы просто не было бы. Пока не поздно, такое требование необходимо устанавливать для проектантов технических комплексов, которые планируется размещать не только в космосе, но и под водой, на воде, на земле и под землей.

Важно, что действие заказчика в такой логике не размывает ответственность каждого участника проекта, а наоборот, делает ее конкретной. В данном случае «конкретная ответственность» является непременным правилом в проектной деятельности. Его незыблемое соблюдение требует не только новых критериев оценки проекта, но и обязательного внедрения новой методологии технологического проектирования в проектную деятельность.

Печать