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工程學 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險分析 11.8 人的可靠性分析研究范圍 11.9 THERP:人的失誤率預計法 11.10人的可靠性實驗 11.11 效績形成因子(PSFs)的修正,11.1 人的因素的提出,近十年來，人的失誤給系統(tǒng)帶來的風險愈來愈被決策者所關注。它的影響直接關系到系統(tǒng)的安全性。 在1979年美國三哩島核電廠堆芯熔化事件之后，人們清醒地認識到電廠運行中人與系統(tǒng)的交

2、互作用(尤其在事故進程中)對于事故的緩解或惡化起著至關重要的作用。 人的心理過程的復雜性,定量化困難 傳統(tǒng)的任務從直接參于生產(chǎn)過程改變?yōu)榭刂粕a(chǎn)過程，包括監(jiān)視、評價、優(yōu)化、 決策等認知行為。,11.2 人的失誤事件引發(fā)的事故,許多人的失誤行動的產(chǎn)生往往來自于系統(tǒng)設計中的不合理性和動態(tài)過程帶來的時間壓力，它們是誘發(fā)失誤的可能的條件。 美國核能運行研究院（INPO，19841985）對該領域內(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題，研究也顯示出設計缺陷（32%）和狀態(tài)不良的設備（7%）對系統(tǒng)的失效有貢獻，有理由認為，這兩類原因也可歸于人的因素，所以總體上看人的貢獻為90%

3、。,圖11-1 人的行為/動作引發(fā)事故的逐年發(fā)展的趨勢分布圖,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雜性的多種因素聯(lián)合作用 第四，自動化改變了人在系統(tǒng)中的作用，人的認知錯誤更加明顯和重要了。,11.3 人的可靠性分析與人機工程學,人的可靠性分析(Human Reliability Analysis-HRA) 是以分析、預測和減少與防止人的失誤為研究核心,對人的可靠性進行定性與定量的分析和評價的新興學科。 人機工程學的定義為：研究人與機器相互關系的合理設計，對人的知覺顯

4、示，操縱控制、人機系統(tǒng)的設計和布置，作業(yè)系統(tǒng)的組合等進行有效的研究，其目的在于獲得最高的效率及人在作業(yè)時感到安全和舒適的一門應用科學。,11.4 HRA的歷史回顧,HRA的發(fā)展過程大致可分為兩個階段。第一個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)場數(shù)據(jù)和模擬機實驗數(shù)據(jù))及發(fā)展以專家判斷為基礎的人的失誤概率的統(tǒng)計分析與預測方法，其中最有代表性的是人的失誤預測技術(shù)(THERP)及其核電廠應用中人的可靠性手冊（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備或負面責任，但許多觀察說明，人產(chǎn)生失誤動作是“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,人的失誤的重復性 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)中的任何活動都離不開當時的情景環(huán)境。 人的行為的固有可變性是人的一種特性，也就是說，一個人在不借助外力情況下不可能用完全相同的方式（指準確性、精確度等）重復完成一項任務。 人的失誤的可修復性人有可能發(fā)現(xiàn)先前的失誤并給予糾正。 人能夠通過不斷地學習從而改進他的工

6、作績效，而機器一般無法做到這一點。,(1)人的行為類型劃分之一,遺漏型（Error of Omission-EOO）是指丟失了某項任務或步驟，即該做而沒有做， 執(zhí)行型（Error of Commission-EOC）是指某項任務或步驟沒有正確完成，即做了但做錯了。,人的行為類型(1),遺漏型（Error of Omission-EOO）執(zhí)行型（Error of Commission-EOC）EOO是指丟失了某項任務或步驟，即該做而沒有做；EOC是指某項任務或步驟沒有正確完成，即做了但做錯了。,(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)和錯誤

7、(Mistakes) 失誤心理學強調(diào)人的行為與其意向的關系。 一類是執(zhí)行已形成的意向計劃過程中的失誤，稱為疏忽和遺忘（Slips & Lapses）， 另一類是在建立意向計劃中的失誤，稱為錯誤(Mistakes)和違反（Violation）.錯誤往往比較隱蔽，短時間內(nèi)較難被發(fā)現(xiàn)和恢復，人們可能會陷入認知上的“隧道效應”，即當面對與自己已形成的判斷或概念不相容的信息時往往會給予排斥,堅持先前的觀點或決策，因此錯誤的恢復途徑比較困難,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。日常運行或維修、調(diào)試活動中所產(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)生交互作用過程中的人的活動，主要發(fā)生在人的診斷、評價、決策等認知環(huán)節(jié)上，它的概率與時間有著密切關系。,人的認知行為模型,人的認知過程是人腦反映客觀事物的特性與聯(lián)系，并揭露事物對人的影響與與作用的復雜的心理活動過程， （What），研究人犯了什么錯誤 （Why），研究人為什么會犯錯誤 （How）。和如何犯的錯誤,認知控制模式與認知規(guī)則,一注意模式（Attention mode）： 眾多刺激，只選擇其中一個或一部分去反應，并從而獲得知覺經(jīng)驗的心理活動。影響注意的因素：其一是個體的動機或需求，其二是刺激本身的特征。 二圖式模式（Schematic

9、mode）： 由個體在遺傳的基礎上學得的各種經(jīng)驗、意識、概念等所綜合構(gòu)成的一個與外在現(xiàn)實世界相對應的抽象的認知架構(gòu)，相似情景發(fā)生時，錯誤的圖式就可能被激活，即犯了所謂經(jīng)驗性錯誤。 認知規(guī)則-最小出力和賦意后效應 最小出力（Least effort）規(guī)則（經(jīng)濟認知原則）。認知過程有優(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)濟認知”原則時，經(jīng)驗錯誤就有可能發(fā)生。 “認知偏見”（Cognition bias），這種“賦意后效應”的認知傾向和其難糾正性，在核電廠的實例研究中經(jīng)常見到。,11.6 人的可靠性分析模型,刺激-調(diào)制-響應（S-O-R）模型 人的信息處理模型 Information

10、Processing Model 第二代HRA方法的認知模型,刺激-調(diào)制-響應（S-O-R）模型,（1） 通過感知系統(tǒng)接收外界輸入的刺激信號（Stimulus）； （2） 解釋和決策（Organization）； （3）向外界輸出動作或其它響應行為（Response），,第二代HRA方法的特點,第二代HRA方法的模型應建立在多種學科（認知心理學、行為科學、可靠性工程相互結(jié)合）基礎上，著重研究產(chǎn)生人的行為/績效的情景環(huán)境及它們是如何影響人的行為/動作的，并與工業(yè)系統(tǒng)的運行經(jīng)驗和現(xiàn)場或模擬機獲得的信息緊密結(jié)合。,11.7 人的可靠性分析和概率風險分析,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)計數(shù)據(jù)，以及人的因素等。 人的失誤心理學：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(認知心理學)，人的感知能力，記憶，動作反應能力，學習能力以及人的效績與應激因素的關系等的研究。 系統(tǒng)設計中的工效學與人的可靠性分析的關系:簡單介紹有關工效學的內(nèi)容，其中包括人機系統(tǒng)特點，人機功能分配，人機界面設計；控制室界面，工具性，環(huán)境性，人的信息傳達設計：顯示，圖形符號，色視覺，聽覺，觸覺，控制裝置以及作業(yè)空間等。此外還有作業(yè)研究,環(huán)境設計、溫度，照明，空氣，微氣候的研究以及效績形成因子的定量化等.

12、 人的可靠性分析方法:分析和預計人的失誤的人的失誤概率計算模型，以及人機系統(tǒng)可靠性的評價方法，人的失誤事件的定量化以及人的失誤對策研究等。 人的可靠性分析在概率風險評價(PSA)中的應用 人的失誤事件數(shù)據(jù)的獲得,11.9 THERP:人的失誤率預計法,THERP（Technique for Human error rate prediction）人的失誤率預計法，是一種應用廣泛的人的可靠性分析方法，其中包括采用HRA事件樹，人的績效形成因子（PSF），動作相關性分析等建立起人的失誤模型，它對于評價具有人的認知特點或依賴于時間的人員任務的可靠性時，此方法存在一定的困難。,人的可靠性分析事件樹（H

13、RA-ET）,HRA事件樹實例,假定一個技術(shù)人員要對電站的三塊壓力表比較器進行定值校對，三塊壓力表比較器互相獨立地對系統(tǒng)的壓力進行監(jiān)察，任何一塊壓力表的正常工作（定值點校驗正確）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失誤，則電站的壓力監(jiān)察系統(tǒng)失效。,任務 描述,A=校對儀表有錯誤 =校對儀表有輕微不正常（人員安裝中引起的失誤） =校對儀表有嚴重不正常（人員安裝中引起的失誤） B=校對儀表微小不正常情況下，不能正常地校對好第一塊壓力表比較器 C=校對儀表微小不正常情況下，不能正常地校對好第二塊壓力表比較器 D=校對儀表微小不正常情況下，不能正常地校對好第三塊壓力表比較器 B =校對儀

14、表嚴重不正常情況下，不正常地校對第一塊壓力表比較器 C =校對儀表嚴重不正常情況下，不正常地校對第二塊壓力表比較器 D =校對儀表嚴重不正常情況下，不正常地校對第三塊壓力表比較器,任務分析,安裝一臺校驗的儀器設備 對第一塊壓力表比較器進行校對定值點 對第二塊壓力表比較器進行校對定值點 對第三塊壓力表比較器進行校對定值點,圖11.4 壓力表校對HRA事件樹,10.9.1 績效形成因子（PSF）與任務相依性修正,任務相依性修正,績效形成因子（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，因此為了得到實際在HRA事件樹中子任務的實際概率HEP，都必須經(jīng)過績效形成因子（

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

16、究成果應用于核電站的PSA/HRA的研究中。該計劃的目的有三點： 驗證HCR模型中公式的正確性，擴展實際上不能收集到的數(shù)據(jù)的情景范圍。 建立由模擬機培訓收集有關操縱員對潛在事故過程中的響應數(shù)據(jù)的方法。 獲得定量的操縱員響應數(shù)據(jù)。,中國人的可靠性實驗,在1991年，中國核安全中心和清華大學在IAEA的合同資助下，利用清華大學核電站模擬機收集54位操縱員對事故響應的反應時及失誤數(shù)據(jù)，獲得相應的人的反應時數(shù)據(jù)庫并開發(fā)計算機軟件用于人的可靠性分析。模擬機提供的定性與定量的操縱員對事故響應的反應時及失誤數(shù)據(jù)是改進操縱員可靠性的有效手段，它可直接用以改進人員培訓、操作規(guī)程和人機界面等。由于各國在文化背景、

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

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