人的可靠性分析.ppt

1、第十一章 人的可靠性分析,11.1 人的因素的提出 11.2 人的失誤事件引發(fā)的事故 11.3 人的可靠性分析與人機(jī)工程學(xué) 11.4 HRA的歷史回顧 11.5 HRA的基本理論和定義 11.6 人的可靠性分析模型 11.7 人的可靠性分析和概率風(fēng)險(xiǎn)分析 11.8 人的可靠性分析研究范圍 11.9 THERP:人的失誤率預(yù)計(jì)法 11.10人的可靠性實(shí)驗(yàn) 11.11 效績(jī)形成因子(PSFs)的修正,11.1 人的因素的提出,近十年來(lái)，人的失誤給系統(tǒng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)愈來(lái)愈被決策者所關(guān)注。它的影響直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全性。 在1979年美國(guó)三哩島核電廠堆芯熔化事件之后，人們清醒地認(rèn)識(shí)到電廠運(yùn)行中人與系統(tǒng)的交

2、互作用(尤其在事故進(jìn)程中)對(duì)于事故的緩解或惡化起著至關(guān)重要的作用。 人的心理過(guò)程的復(fù)雜性,定量化困難 傳統(tǒng)的任務(wù)從直接參于生產(chǎn)過(guò)程改變?yōu)榭刂粕a(chǎn)過(guò)程，包括監(jiān)視、評(píng)價(jià)、優(yōu)化、 決策等認(rèn)知行為。,11.2 人的失誤事件引發(fā)的事故,許多人的失誤行動(dòng)的產(chǎn)生往往來(lái)自于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不合理性和動(dòng)態(tài)過(guò)程帶來(lái)的時(shí)間壓力，它們是誘發(fā)失誤的可能的條件。 美國(guó)核能運(yùn)行研究院（INPO，19841985）對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)180件顯著事件的分析表明，51%以上的事件均追溯到人的操作問(wèn)題，研究也顯示出設(shè)計(jì)缺陷（32%）和狀態(tài)不良的設(shè)備（7%）對(duì)系統(tǒng)的失效有貢獻(xiàn)，有理由認(rèn)為，這兩類原因也可歸于人的因素，所以總體上看人的貢獻(xiàn)為90%

3、。,圖11-1 人的行為/動(dòng)作引發(fā)事故的逐年發(fā)展的趨勢(shì)分布圖,引發(fā)事故逐年增加的原因,第一，技術(shù)系統(tǒng)的復(fù)雜性大大增加 第二，硬件的可靠性很大的提高和改善，因此人的失誤行動(dòng)的比例就占據(jù)了統(tǒng)治地位。 第三，由于系統(tǒng)本身以及組織管理復(fù)雜性的多種因素聯(lián)合作用 第四，自動(dòng)化改變了人在系統(tǒng)中的作用，人的認(rèn)知錯(cuò)誤更加明顯和重要了。,11.3 人的可靠性分析與人機(jī)工程學(xué),人的可靠性分析(Human Reliability Analysis-HRA) 是以分析、預(yù)測(cè)和減少與防止人的失誤為研究核心,對(duì)人的可靠性進(jìn)行定性與定量的分析和評(píng)價(jià)的新興學(xué)科。 人機(jī)工程學(xué)的定義為：研究人與機(jī)器相互關(guān)系的合理設(shè)計(jì)，對(duì)人的知覺(jué)顯

4、示，操縱控制、人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置，作業(yè)系統(tǒng)的組合等進(jìn)行有效的研究，其目的在于獲得最高的效率及人在作業(yè)時(shí)感到安全和舒適的一門(mén)應(yīng)用科學(xué)。,11.4 HRA的歷史回顧,HRA的發(fā)展過(guò)程大致可分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是指從六十年代到八十年代初期至中后期，主要的工作包括人的失誤的理論與分類框架研究，人的可靠性數(shù)據(jù)的收集和整理（現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和模擬機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))及發(fā)展以專家判斷為基礎(chǔ)的人的失誤概率的統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)測(cè)方法，其中最有代表性的是人的失誤預(yù)測(cè)技術(shù)(THERP)及其核電廠應(yīng)用中人的可靠性手冊(cè)（Swain Woods et al.,1994) “人的失誤”一詞的較好的提法是人的非安全行為（Human unsa

5、fe acts），其主要原因是“人的失誤”的提法本身包含著責(zé)備或負(fù)面責(zé)任，但許多觀察說(shuō)明，人產(chǎn)生失誤動(dòng)作是“失誤-迫使/誘發(fā)失誤環(huán)境” (Error-induced/forced Context)造成的。,人的失誤具有以下幾大特點(diǎn),人的失誤的重復(fù)性 人引發(fā)的失效的潛在性和不可逆轉(zhuǎn)性 人的失誤行為是情景環(huán)境（Context）驅(qū)使的，人在系統(tǒng)中的任何活動(dòng)都離不開(kāi)當(dāng)時(shí)的情景環(huán)境。 人的行為的固有可變性是人的一種特性，也就是說(shuō)，一個(gè)人在不借助外力情況下不可能用完全相同的方式（指準(zhǔn)確性、精確度等）重復(fù)完成一項(xiàng)任務(wù)。 人的失誤的可修復(fù)性人有可能發(fā)現(xiàn)先前的失誤并給予糾正。 人能夠通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)從而改進(jìn)他的工

6、作績(jī)效，而機(jī)器一般無(wú)法做到這一點(diǎn)。,(1)人的行為類型劃分之一,遺漏型（Error of Omission-EOO）是指丟失了某項(xiàng)任務(wù)或步驟，即該做而沒(méi)有做， 執(zhí)行型（Error of Commission-EOC）是指某項(xiàng)任務(wù)或步驟沒(méi)有正確完成，即做了但做錯(cuò)了。,人的行為類型(1),遺漏型（Error of Omission-EOO）執(zhí)行型（Error of Commission-EOC）EOO是指丟失了某項(xiàng)任務(wù)或步驟，即該做而沒(méi)有做；EOC是指某項(xiàng)任務(wù)或步驟沒(méi)有正確完成，即做了但做錯(cuò)了。,(2)人的行為類型劃分之二,(3)人的行為類型劃分之三,疏忽（Slips）、遺忘(Lapses)和錯(cuò)誤

7、(Mistakes) 失誤心理學(xué)強(qiáng)調(diào)人的行為與其意向的關(guān)系。 一類是執(zhí)行已形成的意向計(jì)劃過(guò)程中的失誤，稱為疏忽和遺忘（Slips & Lapses）， 另一類是在建立意向計(jì)劃中的失誤，稱為錯(cuò)誤(Mistakes)和違反（Violation）.錯(cuò)誤往往比較隱蔽，短時(shí)間內(nèi)較難被發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)，人們可能會(huì)陷入認(rèn)知上的“隧道效應(yīng)”，即當(dāng)面對(duì)與自己已形成的判斷或概念不相容的信息時(shí)往往會(huì)給予排斥,堅(jiān)持先前的觀點(diǎn)或決策，因此錯(cuò)誤的恢復(fù)途徑比較困難,PRA中的人因事件分類,l A類事件發(fā)生在初因事件之前的人因事件。日常運(yùn)行或維修、調(diào)試活動(dòng)中所產(chǎn)生的人因事件。 l B類事件由人直接引發(fā)的初因事件。 C類事件初因事件

8、發(fā)生后，在事故進(jìn)程中所發(fā)生的人因事件。指人在與系統(tǒng)發(fā)生交互作用過(guò)程中的人的活動(dòng)，主要發(fā)生在人的診斷、評(píng)價(jià)、決策等認(rèn)知環(huán)節(jié)上，它的概率與時(shí)間有著密切關(guān)系。,人的認(rèn)知行為模型,人的認(rèn)知過(guò)程是人腦反映客觀事物的特性與聯(lián)系，并揭露事物對(duì)人的影響與與作用的復(fù)雜的心理活動(dòng)過(guò)程， （What），研究人犯了什么錯(cuò)誤 （Why），研究人為什么會(huì)犯錯(cuò)誤 （How）。和如何犯的錯(cuò)誤,認(rèn)知控制模式與認(rèn)知規(guī)則,一注意模式（Attention mode）： 眾多刺激，只選擇其中一個(gè)或一部分去反應(yīng)，并從而獲得知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的心理活動(dòng)。影響注意的因素：其一是個(gè)體的動(dòng)機(jī)或需求，其二是刺激本身的特征。 二圖式模式（Schematic

9、mode）： 由個(gè)體在遺傳的基礎(chǔ)上學(xué)得的各種經(jīng)驗(yàn)、意識(shí)、概念等所綜合構(gòu)成的一個(gè)與外在現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)應(yīng)的抽象的認(rèn)知架構(gòu)，相似情景發(fā)生時(shí)，錯(cuò)誤的圖式就可能被激活，即犯了所謂經(jīng)驗(yàn)性錯(cuò)誤。 認(rèn)知規(guī)則-最小出力和賦意后效應(yīng) 最小出力（Least effort）規(guī)則（經(jīng)濟(jì)認(rèn)知原則）。認(rèn)知過(guò)程有優(yōu)先選取圖式模式控制的傾向。使用慣用的圖式模式的“經(jīng)濟(jì)認(rèn)知”原則時(shí)，經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤就有可能發(fā)生。 “認(rèn)知偏見(jiàn)”（Cognition bias），這種“賦意后效應(yīng)”的認(rèn)知傾向和其難糾正性，在核電廠的實(shí)例研究中經(jīng)常見(jiàn)到。,11.6 人的可靠性分析模型,刺激-調(diào)制-響應(yīng)（S-O-R）模型 人的信息處理模型 Information

10、Processing Model 第二代HRA方法的認(rèn)知模型,刺激-調(diào)制-響應(yīng)（S-O-R）模型,（1） 通過(guò)感知系統(tǒng)接收外界輸入的刺激信號(hào)（Stimulus）； （2） 解釋和決策（Organization）； （3）向外界輸出動(dòng)作或其它響應(yīng)行為（Response），,第二代HRA方法的特點(diǎn),第二代HRA方法的模型應(yīng)建立在多種學(xué)科（認(rèn)知心理學(xué)、行為科學(xué)、可靠性工程相互結(jié)合）基礎(chǔ)上，著重研究產(chǎn)生人的行為/績(jī)效的情景環(huán)境及它們是如何影響人的行為/動(dòng)作的，并與工業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)或模擬機(jī)獲得的信息緊密結(jié)合。,11.7 人的可靠性分析和概率風(fēng)險(xiǎn)分析,圖11-3 HRA和PRA在安全分析中的作用示

11、意圖,11.8 人的可靠性分析研究范圍,人的失誤分析：研究什么是人的失誤，定義，分類方法，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及人的因素等。 人的失誤心理學(xué)：人的心理特性類型，人的基本功能；信息理論及人的信息處理能力(認(rèn)知心理學(xué))，人的感知能力，記憶，動(dòng)作反應(yīng)能力，學(xué)習(xí)能力以及人的效績(jī)與應(yīng)激因素的關(guān)系等的研究。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工效學(xué)與人的可靠性分析的關(guān)系:簡(jiǎn)單介紹有關(guān)工效學(xué)的內(nèi)容，其中包括人機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)，人機(jī)功能分配，人機(jī)界面設(shè)計(jì)；控制室界面，工具性，環(huán)境性，人的信息傳達(dá)設(shè)計(jì)：顯示，圖形符號(hào)，色視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)，控制裝置以及作業(yè)空間等。此外還有作業(yè)研究,環(huán)境設(shè)計(jì)、溫度，照明，空氣，微氣候的研究以及效績(jī)形成因子的定量化等.

12、 人的可靠性分析方法:分析和預(yù)計(jì)人的失誤的人的失誤概率計(jì)算模型，以及人機(jī)系統(tǒng)可靠性的評(píng)價(jià)方法，人的失誤事件的定量化以及人的失誤對(duì)策研究等。 人的可靠性分析在概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(PSA)中的應(yīng)用 人的失誤事件數(shù)據(jù)的獲得,11.9 THERP:人的失誤率預(yù)計(jì)法,THERP（Technique for Human error rate prediction）人的失誤率預(yù)計(jì)法，是一種應(yīng)用廣泛的人的可靠性分析方法，其中包括采用HRA事件樹(shù)，人的績(jī)效形成因子（PSF），動(dòng)作相關(guān)性分析等建立起人的失誤模型，它對(duì)于評(píng)價(jià)具有人的認(rèn)知特點(diǎn)或依賴于時(shí)間的人員任務(wù)的可靠性時(shí)，此方法存在一定的困難。,人的可靠性分析事件樹(shù)（H

13、RA-ET）,HRA事件樹(shù)實(shí)例,假定一個(gè)技術(shù)人員要對(duì)電站的三塊壓力表比較器進(jìn)行定值校對(duì)，三塊壓力表比較器互相獨(dú)立地對(duì)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行監(jiān)察，任何一塊壓力表的正常工作（定值點(diǎn)校驗(yàn)正確）則壓力監(jiān)察系統(tǒng)可正常工作，只有三塊壓力表比較器校驗(yàn)失誤，則電站的壓力監(jiān)察系統(tǒng)失效。,任務(wù) 描述,A=校對(duì)儀表有錯(cuò)誤 =校對(duì)儀表有輕微不正常（人員安裝中引起的失誤） =校對(duì)儀表有嚴(yán)重不正常（人員安裝中引起的失誤） B=校對(duì)儀表微小不正常情況下，不能正常地校對(duì)好第一塊壓力表比較器 C=校對(duì)儀表微小不正常情況下，不能正常地校對(duì)好第二塊壓力表比較器 D=校對(duì)儀表微小不正常情況下，不能正常地校對(duì)好第三塊壓力表比較器 B =校對(duì)儀

14、表嚴(yán)重不正常情況下，不正常地校對(duì)第一塊壓力表比較器 C =校對(duì)儀表嚴(yán)重不正常情況下，不正常地校對(duì)第二塊壓力表比較器 D =校對(duì)儀表嚴(yán)重不正常情況下，不正常地校對(duì)第三塊壓力表比較器,任務(wù)分析,安裝一臺(tái)校驗(yàn)的儀器設(shè)備 對(duì)第一塊壓力表比較器進(jìn)行校對(duì)定值點(diǎn) 對(duì)第二塊壓力表比較器進(jìn)行校對(duì)定值點(diǎn) 對(duì)第三塊壓力表比較器進(jìn)行校對(duì)定值點(diǎn),圖11.4 壓力表校對(duì)HRA事件樹(shù),10.9.1 績(jī)效形成因子（PSF）與任務(wù)相依性修正,任務(wù)相依性修正,績(jī)效形成因子（PSF）,人的失誤概率由于人員的差異，人與人之間，班組與班組之間存在很大差別，因此為了得到實(shí)際在HRA事件樹(shù)中子任務(wù)的實(shí)際概率HEP，都必須經(jīng)過(guò)績(jī)效形成因子（

15、PSF）的修正,11.9.2 考慮恢復(fù)因子的影響,恢復(fù)因子的考慮往往會(huì)使原來(lái)某些占主導(dǎo)地位的事故序列在考慮人員因某種原因，例如系統(tǒng)中報(bào)警器的作用，班組人員巡查等都有可能使原來(lái)潛在的人的失誤得到糾正，比如在核電站LOCA事故的分析中，儲(chǔ)水池BWST的低水位發(fā)生的報(bào)警，使系統(tǒng)克服失水事故的成功概率會(huì)有明顯地增加，同樣維修工作的定期巡查也會(huì)大大提高系統(tǒng)的可靠性。,1110 人的可靠性實(shí)驗(yàn),人的可靠性實(shí)驗(yàn)研究最早是1982年美國(guó)電力研究院（EPRI）啟動(dòng)的ORE（用模擬機(jī)進(jìn)行核電廠操縱員可靠性實(shí)驗(yàn)）計(jì)劃，并取得基礎(chǔ)性的研究成果。美國(guó)ORE計(jì)劃的主要目的是驗(yàn)證人的認(rèn)知可靠性模型(HCR)的正確性。并將研

16、究成果應(yīng)用于核電站的PSA/HRA的研究中。該計(jì)劃的目的有三點(diǎn)： 驗(yàn)證HCR模型中公式的正確性，擴(kuò)展實(shí)際上不能收集到的數(shù)據(jù)的情景范圍。 建立由模擬機(jī)培訓(xùn)收集有關(guān)操縱員對(duì)潛在事故過(guò)程中的響應(yīng)數(shù)據(jù)的方法。 獲得定量的操縱員響應(yīng)數(shù)據(jù)。,中國(guó)人的可靠性實(shí)驗(yàn),在1991年，中國(guó)核安全中心和清華大學(xué)在IAEA的合同資助下，利用清華大學(xué)核電站模擬機(jī)收集54位操縱員對(duì)事故響應(yīng)的反應(yīng)時(shí)及失誤數(shù)據(jù)，獲得相應(yīng)的人的反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)并開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)軟件用于人的可靠性分析。模擬機(jī)提供的定性與定量的操縱員對(duì)事故響應(yīng)的反應(yīng)時(shí)及失誤數(shù)據(jù)是改進(jìn)操縱員可靠性的有效手段，它可直接用以改進(jìn)人員培訓(xùn)、操作規(guī)程和人機(jī)界面等。由于各國(guó)在文化背景、

17、政策、工業(yè)發(fā)展水平之間的差異，均會(huì)對(duì)操縱員的可靠性產(chǎn)生影響，因此必須仔細(xì)地分析所獲得的有關(guān)核電廠操縱員的可靠性數(shù)據(jù)。,人的認(rèn)知可靠性(HCR)模型,人的認(rèn)知可靠性模型是計(jì)算在有時(shí)間約束條件下,人的不響應(yīng)概率的方法,根據(jù)系統(tǒng)的某些重要的輸入?yún)?shù),以及人的認(rèn)知特點(diǎn)和中值響應(yīng)時(shí)間建立人的不響應(yīng)概率與規(guī)定任務(wù)時(shí)間之間的數(shù)值關(guān)系近似地符合一個(gè)威布爾(Weibull)分布 其中 t: 班組在受到一個(gè)刺激作用之后完成任務(wù)所規(guī)定的時(shí)間 : 經(jīng)過(guò)PSF因子修正之后的完成任務(wù)的中值時(shí)間 : 對(duì)應(yīng)第j種認(rèn)知過(guò)程的形狀的參數(shù) 和 是相應(yīng)的位置參數(shù)與尺寸參數(shù),人的不響應(yīng)概率威布爾(Weibull)分布,中國(guó)操縱員模擬機(jī)

18、可靠性實(shí)驗(yàn),核電廠操縱員不響應(yīng)概率威布爾參數(shù),例子:手動(dòng)停堆人誤事件概率計(jì)算,事件描述 控制棒插入堆芯分兩個(gè)子任務(wù)，首先按照自動(dòng)停堆系統(tǒng)失效，然后手動(dòng)插入控制棒，在規(guī)程中，手動(dòng)停堆對(duì)操縱員是唯一的選擇，不考慮其它選擇的步驟，假定錯(cuò)誤判斷反應(yīng)堆停堆的概率很小。 操縱員的行為假定是技能型的，反應(yīng)堆停堆事件是非常規(guī)性事件，它的過(guò)渡工況是知道的，運(yùn)行規(guī)程中很好地包含了這種情況，培訓(xùn)中有很好的實(shí)踐。 完成任務(wù)的中值響應(yīng)時(shí)間為25秒，其中假定診斷時(shí)間10秒，動(dòng)作時(shí)間15秒。,認(rèn)知控制模式與認(rèn)知規(guī)則,一注意模式（Attention mode）： 眾多刺激，只選擇其中一個(gè)或一部分去反應(yīng)，并從而獲得知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的心理活動(dòng)。影響注意的因素：其一是個(gè)體的動(dòng)機(jī)或需求，其二是刺激本身的特征。 二圖式模式（Schematic mode）： 由個(gè)體在遺傳的基礎(chǔ)上學(xué)得的各種經(jīng)驗(yàn)、意識(shí)、概念等所綜合構(gòu)成的一個(gè)與外在現(xiàn)實(shí)世界相對(duì)應(yīng)的抽象的認(rèn)知架構(gòu)，例如相似情景發(fā)生時(shí)，錯(cuò)誤的圖式就可能被激活，即