第二章 系統(tǒng)安全分析-人失誤概率預(yù)測

1、2.7 人失誤概率預(yù)測2.7.1 人失誤概率對人失誤進(jìn)行定量的描述，是系統(tǒng)危險性評價中不可忽視的問題。通常，人失誤所發(fā)生的概率可用來定量地表明人員從事某項活動時發(fā)生失誤的難易程度。人失誤概率與物的故障相類似，可以廣義地表達(dá)為： (2-2) 式中，h(t)失誤率函數(shù)，表明人員從事某項活動到 t 時刻時單位時間內(nèi)發(fā)生失誤的比率。人與物不同，人具有糾正錯誤的能力，一旦發(fā)現(xiàn)失誤后可自行糾正；物發(fā)生故障后則將一直處于故障狀態(tài)，不會自行恢復(fù)到正常狀態(tài)。糾錯概率可用下式表達(dá)： (2-3)式中，r(t)糾錯率函數(shù)。由于人失誤率函數(shù)和糾錯率函數(shù)的影響因素非常多，上述公式在實(shí)際應(yīng)用中，難以進(jìn)行量的計算。關(guān)于人失誤

2、定量問題，許多學(xué)者通過大量研究，開發(fā)出了多種實(shí)用的人失誤概率預(yù)測模型。其中最著名的是斯文（Swain）于1962 年開發(fā)的人失誤率預(yù)測技術(shù)。該技術(shù)在核電站概率危險性評價中成功地預(yù)測了人失誤概率，而且在其他領(lǐng)域的人失誤概率領(lǐng)測中也得到了應(yīng)用。通常，在預(yù)測完成某項操作任務(wù)的人失誤發(fā)生概率時應(yīng)考慮以下的影響因素：（1）行為的復(fù)雜性；（2）時間的充裕性；（3）人、機(jī)、環(huán)境匹配情況；（4）操作者的緊張度；（5）操作者的經(jīng)驗(yàn)和訓(xùn)練情況。行為的復(fù)雜性是由工作任務(wù)所決定的。工作任務(wù)一般可分五種情況： 簡單任務(wù)。一般通過簡單的操作程序即可完成的任務(wù)，如打開手動閥。 任務(wù)。具有明確規(guī)定、且需要決策的復(fù)雜操作過程，

3、一些問題需要操作者處理，如進(jìn)行事故診斷、異常診斷等。 要求警覺的任務(wù)。涉及發(fā)現(xiàn)信號或警報工作任務(wù)，要求操作者對信號或警報保持警覺。從事這種任務(wù)時影響人失誤概率的主要因素包括等待時間長度，注意集中程度，信號種類和頻率，發(fā)現(xiàn)信號或警報后必須采取的行動的類型等。 檢驗(yàn)任務(wù)。主要從事監(jiān)視、檢驗(yàn)多變量工藝過程的工作任務(wù)，要求操作者必須做出決策，執(zhí)行此項任務(wù)時，操作者必須防止擾動引起嚴(yán)重故障。 應(yīng)急任務(wù)。發(fā)生異?，F(xiàn)象或事故突然發(fā)生時操作者面臨的任務(wù)。其內(nèi)容可能是在很大的范圍內(nèi)變化，或者是條件反射式的反應(yīng)，或者要采取新的解決辦法。當(dāng)異常后果十分嚴(yán)重，操作者由于面臨嚴(yán)重危險致使心理高度緊張，失誤發(fā)生概率會迅速

4、增加。2.7.2 人失誤分析人失誤分析包括預(yù)測人失誤、選擇重要人失誤和詳細(xì)分析人失誤三個方面。1人失誤預(yù)測預(yù)測人失誤的主要內(nèi)容是探討人員在操作過程中發(fā)生失誤的原因。根據(jù)人失誤的定義和分類能夠系統(tǒng)地、全面地確定各類失誤的表現(xiàn)形式：（1）遺漏或遺忘。既對規(guī)定的行為沒有完成；（2）做錯。對規(guī)定的行為沒有正確的完成；（3）進(jìn)行規(guī)定以外的行為。所謂規(guī)定的行為是指操作程序、試驗(yàn)和維修步驟等，對于易于發(fā)生遺漏或遺忘規(guī)定行為和產(chǎn)生錯誤行為的環(huán)節(jié)應(yīng)加以研究，既要考慮重要的操作，也要考慮一般的操作可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的失誤情況。預(yù)測操作者進(jìn)行規(guī)定以外的行為，是件十分困難的事情。通常是根據(jù)以往的有關(guān)資料或類似系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)

5、驗(yàn)，或利用模擬方法來發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生的人失誤。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，不斷積累關(guān)于人失誤的資料，對預(yù)測各種類型的失誤都是有益的。利用故障模式和影響分析、事故樹分析和事件樹分析等方法，可以找出導(dǎo)致系統(tǒng)故障或系統(tǒng)事故的人的失誤。2重要人失誤在預(yù)測人失誤的過程中，實(shí)際上只能選擇其中一些重要的人失誤進(jìn)行詳細(xì)分析。一般考慮重要人失誤有如下情況：（1）人失誤的后果。直接導(dǎo)致事故或重大系統(tǒng)故障的人失誤，則為重要人失誤；若間接導(dǎo)致事故或重大系統(tǒng)故障，則該失誤不是重要人失誤。（2）與人失誤同時發(fā)生而導(dǎo)致事故或重大系統(tǒng)故障的其他人失誤或故障發(fā)生的概率，如果它們發(fā)生的概率大，則該人失誤重要。（3）人失誤發(fā)生概率。人失誤發(fā)生概率越

6、大，則重要性越大。在定性分析時，對于那些只有與眾多其他人失誤或故障同時發(fā)生時才能導(dǎo)致事故或重大系統(tǒng)故障的人失誤可以不考慮。但其他人失誤或故障發(fā)生概率高時應(yīng)考慮人失誤的重要性。在定量分析時，考慮與人失誤同時發(fā)生而導(dǎo)致事故或重大系統(tǒng)故障的其他人失誤或故障的數(shù)目，并設(shè)其中的人失誤概率全部為1、物的故障概率為實(shí)際值，把這些概率值連乘求出它們導(dǎo)致事故或重大系統(tǒng)故障的概率，如果求出的概率值小于某一定值，則可略去這些人失誤。在上述概率計算中以估計的人失誤概率代入，則可以較精確地選擇人失誤。3人失誤詳細(xì)分析對重要人失誤進(jìn)行詳細(xì)地分析研究，首先收集與人失誤有關(guān)的所有概率信息。不僅是為定量分析人失誤做準(zhǔn)備，也是探

7、討人失誤發(fā)生的影響因素和人機(jī)匹配方面存在的弱點(diǎn)，從而為系統(tǒng)安全運(yùn)行、減少人失誤提供依據(jù)。對人失誤進(jìn)行詳細(xì)分析時，應(yīng)注意下列問題：（1）行為特征。行為的復(fù)雜性、完整性，時間的充裕性和必須的時間等。（2）人機(jī)學(xué)特征。設(shè)備安全人機(jī)學(xué)的設(shè)計，操作程序的形式和內(nèi)容，儀表、警報等顯示的清晰度，標(biāo)記控制器的布置。（3）環(huán)境特征。溫度、噪聲、照明、通道、危險區(qū)域、防護(hù)用品要求等。（4）組織特征。任務(wù)組織與分配，材料的發(fā)送、程序、工具、檢查等管理規(guī)則。（5）防止失誤方法。發(fā)現(xiàn)失誤的方法（警報、檢驗(yàn)），時間限制和改正措施等。（6）失誤后果。上述這些內(nèi)容屬于“績效形成因子（Performance-shaping f

8、actors）”。為了對人失誤進(jìn)行詳細(xì)地分析，應(yīng)該熟悉生產(chǎn)工藝過程，掌握有關(guān)資料和程序，向工藝設(shè)計者和程序設(shè)計者、操作者和維修者了解類似系統(tǒng)的有關(guān)情況等。2.7.3 人失誤定量模型1井口教授模型井口教授認(rèn)為人員操作機(jī)械的可靠度是接受信息可靠度、判斷可靠度和執(zhí)行可靠度的乘積： (2-4)式中，R1接受信息可靠度；R2判斷可靠度；R3執(zhí)行操作可靠度。由此得到的可靠度R0為基本可靠度，在具體操作條件下進(jìn)行一系列修正后得到實(shí)際的操作可靠度為： (2-5)然后得出人失誤概率為： (2-6)式中，E人失誤發(fā)生概率；k1作業(yè)時間系數(shù)；k2操作頻率系數(shù)；k3危險程度系數(shù)；k4生理、心理條件系數(shù)；k5環(huán)境條件系

9、數(shù)。人員操作基本可靠度數(shù)值和各種修正系數(shù)的數(shù)值范圍分別見表2-15 和2-16。表 2-15 人員操作基本可靠度類 別內(nèi) 容R1R2R3簡單變量不超過幾個人機(jī)學(xué)考慮全面0.99950.99990.99900.99950.9999一般變量不超過十個0.99900.99950.99950.99900.9995復(fù)雜變量超過十個人機(jī)學(xué)考慮不全面0.99000.99900.99000.99000.9990表2-16 人員操作可靠度修正系數(shù)符號項 目內(nèi) 容系數(shù)的值k1作業(yè)時間有充足的多余時間沒有充足的多余時間完全沒有多余時間1.01.03.03.010.0k2操作頻率頻率適當(dāng)連續(xù)操作很少操作1.01.03

10、.03.010.0k3危險程度即使誤操作也安全誤操作危險性大誤操作有重大事故危險1.01.03.03.010.0k4心理、生理狀態(tài)教育訓(xùn)練、健康、疲勞、動機(jī)等綜合狀態(tài)良好綜合狀態(tài)不好綜合狀態(tài)很差1.01.03.03.010.0k5環(huán)境條件綜合條件良好綜合條件不好綜合條件很差1.01.03.03.010.02人認(rèn)知可靠性模型在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常時，操作者必須立即做出判斷，選擇應(yīng)該采取的措施，并執(zhí)行選擇的措施。診斷性操作中人失誤概率是可供選擇、執(zhí)行恰當(dāng)措施的時間的函數(shù)。美國電力研究院（EPRI）開發(fā)了人認(rèn)知可靠性模型HCR（Human Cognitive Reliability），用于預(yù)測操作者對

11、異常狀態(tài)反應(yīng)失誤的概率。該模型主要考慮了在出現(xiàn)異常的緊急情況下，時間充裕度對人失誤概率的影響。為了使模型適用更一般的情況，以可供選擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為的時間t 與選擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為必要時間的平均值T0.5之比的無因次量t / T 0.5作變量，得到三參數(shù)威布爾分布形式的人失誤概率計算公式： (2-7)式中，t 可供選擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為的時間；T0.5 選擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為必要時間的平均值；A, B,C 與人員行為層次有關(guān)的系數(shù)，見表2-17。表 2-17 系數(shù)A, B,C行為層次 A B C反射 0.407 0.7 1.2規(guī)則 0.601 0.6 0.9知識 0.791 0.5 0.8圖2-5 繪出了

12、該威布爾分布的曲線。圖 2-5 HCR人失誤率曲線表2-18 系數(shù)k1、k2、k3取值系數(shù)狀 況系數(shù)值標(biāo) 準(zhǔn)能 力k1熟練者一 般新 手-0.220.000.445年以上操作經(jīng)驗(yàn)半年以上操作經(jīng)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)不足半年緊張度k2緊 迫較緊張最 優(yōu)松 懈0.440.280.000.28高度緊張，人員受到威脅很緊張，可能發(fā)生事故最優(yōu)緊張度，負(fù)荷適當(dāng)無預(yù)兆，警覺度低人機(jī)匹配k3優(yōu) 秀良 好一 般較 差極 差-0.220.000.440.780.92在緊急情況下有應(yīng)急支持有綜合信息的顯示有顯示，但無綜合信息有顯示，但不符合人機(jī)學(xué)操作者直接看不到顯示可供選擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為的時間t 可以通過模擬試驗(yàn)和分析得到；選

13、擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為必要時間的平均值T0 5 . 可以按下式計算： (2-8)式中，T0.5 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下選擇、執(zhí)行恰當(dāng)行為必要時間的平均值；k1操作者能力系數(shù)；k2操作者緊張度系數(shù)；k3人機(jī)匹配情況系數(shù)。系數(shù)k1、k2、k3 可以查表2-18 獲得。HCR 模型適用于核電站診斷性操作小組的人失誤概率預(yù)測。3估計人失誤概率在粗略地估計人失誤發(fā)生的概率時，可以采用下面的推薦數(shù)據(jù)。（l）人失誤概率一般在10-51 之間；進(jìn)行中等難度的操作時約為10-3。（2）人失誤概率與操作行為的復(fù)雜程度有關(guān)。漢納曼建議各種層次行為的人失誤概率為·反射層次行為： 510-5510-3·規(guī)則層次行為：

14、 510-4510-2·知識層次行為： 510-3510-1（3）人失誤概率與時間充裕度密切相關(guān)。對于警覺的簡單反應(yīng)性操作，阿波利特Ablitt）建議的可利用時間t 與人失誤概率E 間的關(guān)系如下：t(min) 1 5 10 10E 10-1 10-2 10-4 10-510-6進(jìn)行復(fù)雜的診斷性操作時人失誤概率增加，斯文建議按下列數(shù)值估計人失誤概率：t(min) 1 5 l0 20E 1 210-1 10-1 10-2（4）人員緊張使人失誤概率增加，羅南（W.W.Ronan）發(fā)現(xiàn)在緊張的情況下人失誤概率高達(dá)0.15。2.7.4 人失誤率預(yù)測技術(shù)人失誤率預(yù)測技術(shù)（Technique fo

15、r Human Error Rate Prediction）簡稱THERP，由斯文等人于1962 年研究開發(fā)，曾在WASH-1400 研究中應(yīng)用，尤其適合于預(yù)測運(yùn)轉(zhuǎn)、檢測和維修操作的人失誤概率。生產(chǎn)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)、檢測和維修作業(yè)一般是程序化的復(fù)雜操作。通常是把復(fù)雜任務(wù)分解成若干連續(xù)進(jìn)行的單元操作如從儀表上讀數(shù)、按按鈕、開閥門等，先分別計算各單元操作中人失誤發(fā)生概率，然后計算全部操作的人失誤概率。單元操作中人失誤概率可按下式計算： (2-9)式中，P1基本失誤概率，與單元操作特征和人機(jī)匹配有關(guān)情況；P2失誤發(fā)生后沒有糾正的概率；k考慮操作者緊張的系數(shù)?；臼д`概率可通過查有關(guān)手冊或數(shù)據(jù)庫得出。這些數(shù)

16、據(jù)的使用受到以下限制：（1）裝置、設(shè)備處于正常狀態(tài)運(yùn)行，應(yīng)急或其他造成操作者的緊張情況。（2）操作者不需要使用個體防護(hù)用品。如果操作中必須佩戴個體防護(hù)用品，則會由于操作者在條件不好的情況下而急于盡快完成任務(wù)，從而人失誤概率增加。（3）管理工作處于一般水平。（4）操作者有資格進(jìn)行操作。（5）操作條件處于良好到最佳狀態(tài)。如果實(shí)際情況超出了這些限制，則對查得的數(shù)據(jù)要進(jìn)行修正。一些單元操作的基本失誤概率見表2-19、表2-20、表2-21，表中HEP 為人失誤概率的英文縮寫。根據(jù)操作條件好壞分別選取表中數(shù)值的上限或下限。表2-19 讀數(shù)失誤概率（讀錯）讀數(shù)形式HEP模擬式儀表數(shù)字式儀表圖表記錄有許多參

17、數(shù)的印刷記錄圖表用作定量顯示的指示燈儀表失靈且無指示警告用戶0.003（0.0010.01）0.001（0.00050.005）0.006（0.0020.02）0.05（0.010.2）0.01（0.0050.05）0.001（0.00050.005）0.1（0.020.2）表2-20 操作手動控制器的操作錯誤概率手動控制器操作方法HEP由僅靠標(biāo)記區(qū)別的一組控制器中選錯控制器由性能相同的一組控制器中選錯控制器由畫有清晰線條的控制盤上選錯控制器往錯誤方向操作控制器（不違背習(xí)慣動作）往錯誤方向操作控制器（違背習(xí)慣動作）高度緊張的情況下往錯誤方向操作控制器（嚴(yán)重違背習(xí)慣動作）撥錯多向開關(guān)按錯接頭0.

18、003（0.0010.01）0.001（0.00050.005）0.0005（0.00010.001）0.0005（0.00010.001）0.05（0.010.1）0.5（0.10.9）0.001（0.00010.1）0.01（0.0050.05）表 2-21 從多個信號器中正確選擇一個的人失誤概率信號器數(shù)目HEP12345678910111516202140>400.0001(0.000050.001)0.0006(0.000060.006)0.001(0.00010.01)0.002(0.00020.02)0.003(0.00030.03)0.005(0.00050.05)0.00

19、9(0.00090.09)0.02(0.0020.2)0.03(0.0030.3)0.05(0.0050.5)0.10(0.010.0999)0.15(0.0150.999)0.20(0.020.999)0.25(0.00250.999)思考題：1.系統(tǒng)安全性分析的含義、目的和任務(wù)是什么？2.安全檢查表的作用及優(yōu)點(diǎn)有哪些？3.預(yù)先危害性分析的目的及程序是什么？4.什麼是故障、故障類型、故障類型和影響分析？5.什麼是危險性和可操作性研究，其研究步驟有哪些？6.預(yù)測人失誤概率應(yīng)注意哪些影響？7.人失誤分析包括哪些方面及應(yīng)注意的問題？8.對房間電氣照明系統(tǒng)進(jìn)行故障類型和影響分析。9.一倉庫設(shè)有火災(zāi)檢測系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)組成的自動滅火系統(tǒng)。設(shè)火災(zāi)檢測系統(tǒng)可靠度和噴淋系統(tǒng)可靠度皆為0.99，應(yīng)