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基于人的认知可靠性(HCR)模型的人因操作失误研究PDF

发布时间:2019-09-09 14:39 来源:未知 编辑:admin

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  维普资讯 第 16卷第 7期 中 国 安 全 科 学 学 报 V-01.16No.7 2006年 7月 China Safety Science Journal Ju1.2006 基于人的认知可靠性 H【(弋R)模型的 人因操作失误研究 王洪德 教授 高 玮 。 (大连交通大学环境与化学工程学院,大连 116028) 学科分类与代码:620.20 中图分类号:X912.9 文献标识码:A 摘【 要】 以人的认知可靠性(HCR)模型为指导,选择包含技能型、规则型和知识型3种认知类型, 结合大连化工集团公司影响运行安全的17个异常事件,对54名操纵员的时间响应状况和允许操作 时间进行录像、记录与分析;依据IAEA提供的指标…1,找出操纵员在生产过程中可能出现的操作失 误类别及其可能造成的危害;基于3参数威布尔模型推导出操纵员操作响应失误概率模型,并从人 机工程学角度提出了具体预防事故的安全对策措施。结果表明,基于I-ICR模型的大化集团公司操 纵员的人因操作失误模型实用、有效,为实现操作者与机器系统相协调的目标、正确评估操作着实时 操作的响应时间提供了重要参考依据。 关【键词】 人的认知可靠性(瞰 )模型; 人因操作失误; 响应失误概率;模拟试验; 安全对策 StudyonErloneoLlsOperationduetoHumanFactorBased onHtrnanCognitiveR 1iabi1ity(HCR)Mode1 WANG I-long-de,Prot. GAO W ei (CollegeofEnvircna~nt&ChmaicalErgineering,DalianJiaotongUniversity,IMian116028,China) Abstract: Basedonhumanccgnitivereliability(嬲 己)model,3cc~ tionpatterns,includingthes1i‘ll— based,rule—based。andkr~ edge—basedgroupsvcP2echosenand17abmrmaleventswhichaffectedgreatlythe safety()fDa1ianCh~aicalIndustrialGroupCorporationvcP2einvestigated.m1ereslx~asetimeandconditionsof 54operateswerevideo-recordedandanalyzed.AccordingtotheindexesprovidedbyIAEA.thepotentialoper— adngerr(~ inthecourseoftheproductionofthisplantandtheirpotentialharmsweresortedout.Frnployee’S operationresponseeIIorsprobabilitymodelwasputfO basedonWeibullmodelwiththreeparameters.,rt securityIIlP_2tsuresvcP2eintroducedfrom viewofelgon~ cs.m1eresultsshaw thatthehurmnoperationelTOr modelbasedm 胍 WdSpracticalandeffective.INsiTlodelis0fsignificanceinham-lmizingoperatorswithop— erationsyst~maandaccuratelyevaluatirlgtherealtimeoperatipgrestx:rlsetimeoftheoperaloraswel1. Keywords: htrnanccgnitivereliabilit,/(H:R)model; htrnanerlElinoperation; errcl-reslxl~ prchability; simulationexperiment; safetycount~ ure 人的可靠性。据统计,国内外每年发生的各类伤亡 1 引 言 事故中60%以上与人的失误有关,而由此引发的重 随着科技发展,系统及设备 自身的安全与效益 大灾难事故比率更是高达80%以上[2l。 得到不断提高,人机系统的可靠性能愈来愈取决于 在国外,印度Bl~al化工厂因管理部门工作失 *文章编号:1003—3o33(2oo6)o7—0051—06; 收稿 日期:2005—12—23; 修稿 日期:2OO6—06—04 维普资讯 中 国 安 全 科 学 学 报 第16卷 · 52 · (1lina Safety Science Journal 2006焦 职引发的甲基异氰酸酯毒气泄漏事件、前苏联切尔 断、决策等意向行为,探究人的失误机理并建立 诺贝利核电站因设备维修保养不到位引发的4号机 模型。 组爆炸事故、美国宾西法尼亚州三哩岛核电厂因维 人的认知可靠性模型是 由Hannamn等人提出 修人员与操作人员配合失误引发的核燃料泄漏事 的,主要用于时间紧迫的应急条件下操作者不反应 故、美国挑战者航天飞机因飞行操纵失误引发的失 概率的定量评价。主要基于以下两个基本假设: 事事故等。在国内,京沪高速淮安段因驾驶员疲劳 基本假设 1:HCR模型是在Ra鲫ussen提出的行 驾驶酿成的货车相撞而引发液氯泄漏事故、河北唐 为的3种类型的假定基础上形成的,即技能型、规则 山市开平区刘官屯煤矿因瓦斯检测设备老化、安检 型和知识型,如表 1和图1所示。 人员工作失职造成的井下爆炸事故、河南省新安县 表 1人的行为类型分类 寺沟煤矿因矿主安全主题责任不落实而引发的透水 行为 内 容 事故等一系列残酷的事实表明:如何将人的失误因 类型 素切实渗透到企业风险后果评估体系,如何采取必 这种行为是指在信息输入与人的反应之间存 要手段研究人在应急情景下的动态认知过程,探究 在着非常密切的耦合关系,它不完全依赖于给 技能型 定任务的复杂性,而只依赖于人员培训水平和 人的失误机理并建立模型来揭示系统的薄弱环节, 行为 完成该任务的经验。这种行为的重要特点是它 以便在事故发生之前加以防范,正成为各高危行业 不需要人对显示信息进行解释,而是下意识地 亟待解决的重要课题[33j。 对信息给予反应操作。 辽宁大连化工集团公司 (下称公司)始建于 这种行为是由一组规则或程序所控制和支配 1933年,现已发展为中国重要的基本化工生产基地 的。它与技能行为的主要不同点是来自对实践 之一,也是国家重点扶持的300家企业之一。该集 规则型 的了解或者掌握的程度。如果规则没有很好地 团公司于 1998年通过了ISO9002国际品质管理标 行为 经过实践检验,那么,人们就不得不对每项规则 准,在生产过程中一直推行国际标准的品质控制程 进行重复和校对。在这种情况下。人的反应就 序,把握最新技术,至今已成为中国最大的综合性纯 可能由于时间短、认知过程慢、对规则理解差等 碱制造商之一及大型的氯化铵与碳酸氢铵生产商。 而产生失误。 为进一步探究公司员工的工作失误机理,揭示企业 这种行为是发生在当前情景症状不清楚,目 生产过程中的薄弱环节,提高管理水平,委托大连交 标状态出现矛盾或者完全未遭遇过的新鲜情景 知识型 环境下,操作人员必须依靠 自己的知识经验进 通大学安全技术研究中心对其各主要工序进行人因 行为 行分析诊断和制定决策。这种知识型行为的失 操作失误研究和系统安全评价。 误概率很大,在当今的人为失误研究中占据重 笔者结合该集团公司实际,依据人机工程学原 要的地位。 理和认知心理学原理,采用HCR模型对公司操作工 操作过程中可能出现的失误类型进行分析,找出失 目标 误原因及其危害,明确事故时允许操作工操作响应 时间,提出合理可行的安全对策措施,从而达到系统 识型水平 安全可靠运行的目的。 2 H 模型及 Ⅱ向应失误概率统计 则型水平 分析 能型水平 2.1 HCR模型 人的认知过程是人脑反映客观事物的挣陛与联 图1 人行为的3种认知水平 系,并揭示事物对人的意义与作用的复杂的心理活 动。人的认知可靠性(阳 )模型,是HumanCz~five 美国用I-ICR模型进行了核电厂模拟机上操纵 Reliability模型[ ]的英文缩写,简称 HCR模型,即 员对事故响应时间的分析研究,获得了操纵员认知 在分析人的可靠性时,以认知心理学为基础,着重研 可靠性数据[3__4],验证了 模型的可用性。 究人在应急情景下的动态认知过程,包括探查、诊 与其他人因可靠性分析(Ⅻ ,HtrmnReliability 维普资讯 第7期 王洪德等:基于人的认知可靠性(HcR)模型的人因操作失误研究 .53 . Analysis)方法相比,m 具有以下特点: 行为 行为 类别 修正因子 系数 i)现代的人一机系统常常与人的认知判断有 关,而HCR法就是为了评价运行班组未能在有限时 1.优秀 一0.22 间内完成动作的概率而开发的。 人机 2.好 0.I)0 界面 K3 3.一般 0.44 2)HCR模型的建立考虑了人员间的耦合性。 4.低劣 0.78 3)HCR适用于诊断决策行为的评价。 5.极端低劣 0.92 4)由于HOR首先使用了模拟机的实验手段, 较为客观地深入到人失误的内在机理研究领域。 3 基于 HCR的操纵员可靠性模拟 基本假设2:每一种行为类别的失误概率,仅与 允许时间(£)和执行时间(T1/2)的比值有关,且遵从 实验 3参数威布尔分布。 3.1 操纵员动作的选择 2.2 操作员响应失误概率统计分析 从该公司各分厂生产工序中选取了17个比较 根据上述假设,基于3参数的威布尔分布函数, 突出操纵员的操作动作,如表4所示。 构建操作员在时间t的响应失误概率P(t)模型[6] 表4 大化集团人员操作动作表 如 F: /垃/ y\ 仪 按键动作 曲柄操作动作 报警时人员动作 P(t)=e 一 (1) 器 按钮动作 手柄操作动作 搅拌动作 式中,a——尺度参数(特征响应时); 仪 搬动开关动作 脚踏板操作动作 倾倒动作 一 形状参数; 表 旋钮动作 观察仪器仪表动作 研磨动作 y——位置参数(最II,,S应时)。 杠杆控制动作 包装人员装包动作 筛分动作 转轮操作动作 包装人员系带动作 由于每个运行班组的执行时间可能因各类情况 而有所不同,故在使用公式之前要进行修正。在 动作允许时间t是由该公司技术人员提供的; HCR模型中所考虑的关键的行为修正因子有训练 被试人员是来自大化集团公司的新老操纵员,共计 (K1)、心理压力(K2)及人机界面 (K3),用公式表示 54人。被试人员背景资料如表5所示。 如下: 表5 操纵员背景资料表 T1/2=Tl/2,(1+K1)(1+K2)(1+K ) (2) 项 目 人 数 人数比例 % 式中,Tv2.为一般状况 (如模拟机训练)的执行时 20~30岁 1 2 间。a,p,y和K1,K2,K3选取如表2和表3所示。 年龄 30~40岁 25 46 表2 参数 口。卢。y选取表 40岁 28 52 行为类型 口 卢 y 文化程度 大专 44 81 熟练( ) 0.407 1.2 0.7 高中 10 19 规~J(RLLE) 0.601 0.9 0.6 工龄 ≤5年 23 42.6 知识 ( I踟 ) 0.791 0.8 0.5 5年 31 57.4 高级操作员 18 33 表3 HCR模型的行为形成因子和相关的系数 执照情况 操作员 26 48 行为 行为 无 10 19 类别 修正因子 系数 操作 1.专家、受过很好训练 一0.22 3.2 参数选取与计算 经验 KI 2.平均训练水平 0.0o 3.新手,最小训练水平 0.44 考虑到表 5所列人员年龄偏中上,又不具备丰 1.严重应急情景 0.44 富的化工事故处理经验,尽管经过培训,但在对事故 心理 2.潜在应急情景/高负荷工作 0.28 压力 K2 3 进程的观察与诊断仍为规则型行为。即在规则指导 . 最佳应急情景/正常 0.00 下进行决策和行为响应,故参考 IAEA指标体系,基 4.低度应急/放松情况 0,28 于3参数威布尔分布函数,选取尺寸、形状、位置参 数分别为 口=0.601,口=0.9,y=0.6。 维普资讯 中 国 安 全 科 学 学 报 第16卷 · 54 · Oaim Safety Science Journal 2006正 经由现场录像及记录,获得正常状况下操作人 正后的执行时间Yl/2,以及根据行为类别决定的参 员对系统状况的反应情况,即T1/2,的值;根据大化 数代入式(1),量化响应失误概率P(t),所有数据如 集团操纵员的综合素质水平,K1值选0.O0,K2选 表6(表中所有未知参数的计算是基于Matlab6.5实 0.00,K3选0.44;将以上步骤所得的允许时间 、修 现的)所示。 表6 大化集团操纵员操作动作数据 榘 £ T1/2, Tl/2 t1L t1L—r ,tf71/2~7、R 允许时间 执行时间 执行时修正值 \ ,’P(t) lg(t/71/2)lg[P(t)] a 仪 按键动作 5.02 4.21 6.062 0.828 0.37r8 —0.417 0.6590 —0.0920 —0.1810 器 按钮动作 6.05 5.46 7.862 0.769 0.282 —0.320 0.7261 0.0457 —0.3750 仪 搬动开关动作 8.03 5.82 8.38o 0.958 0.596 —0.627 0.5342 —0.0187 —0.723 表 旋钮动作 12.04 7.23 10.411 1.156 0.925 —0.933 0.3933 0.0635 —0.4058 杠杆控制动作 15.02 7.51 10.811 1.389 1.312 —1.刀 0.2788 0.1427 —0.5547 转轮操作动作 17.03 7.82 11.2印 1.512 1.52O 一1.458 0.2337 0.1799 —0.6331 曲柄操作动作 18.01 7.91 11.390 1.582 1.634 —1.556 0.2110 0.1993 —0.6757 手柄操作动作 19.02 8.22 11.834 1.60r7 1.678 —1.594 0.2031 0.2066 —0.6924 脚踏板操作动作 22.03 8.51 12.241 1.79r7 1.991 —1.859 0.1560 0.2546 —0.80r76 观察仪器仪表 25.02 8.72 12.556 1.993 2.323 —2.134 0.1180 0.3001 —0.9270 包装工序人员装包 27.01 8.72 12.556 2.151 2.586 —2.353 0.0950 0.3335 —1.0219 包装工序人员系带 32.02 8.8o 12.672 2.252 3.203 —2.851 0.0578 0.4023 —1.2383 报警时人员动作 40.00 9.21 12.960 3.086 4.137 —3.589 0.0276 0.4894 —1.5589 搅拌动作 65.01 10.10 14.4o0 4.514 6.512 —5.399 0.0045 0.6545 —2.3450 倾倒动作 72.02 11.31 16.l2 4.425 6.364 —5.289 0.0050 0.6459 —2.29r70 研磨动作 76.01 13.10 18.8印 4.029 5.705 —4.793 0.0083 0.6052 —2.0818 筛分动作 92.02 12.01 17.28() 5.324 7.86o 一6.396 0.0017 0.7262 ~2.7 7 )dD= 【一0.0920,0.04570,一0.0187,0.0635, 3.3 曲线, 基于表6中最后两列数据,运用Matlab6.5函数 0.3335,0.4023,0.4894,0.6545,0.6459,0.6052, 可视化功能绘 出操作人员的响应失误概率结果曲 0.7262l; 、 线.4058, 一0.5547, 一0.6331, 一0.6757. 一 0.6924,一0.8076,一 0.927 0,一 1.0219, 一 1.2383, ~1.5589, ~2.3450, ~ 2.297 0, 一 2.0818,一2.7777,l; %求拟合多项式系数 n 2; P=pObt()dD,y0,n) %图示拟合情况 )。【= 一0、0920:0.001:0.7262; yy=~yval(P,XX); plot(xx,YY,’一b’,)dD,y0,’*’,’MarkerSize’,10) 图2 大化集团公司操纵员认知可靠性曲线图 xlabel(’\itlg\n-n(\iT\m-__i{1/2})’),ylabel (’\itlg\nn[\itP\In1(\itt\nn)]’) 曲线拟合源程序代码如下: 在图2中,t表示动作允许时间,T1/2表示一般 %给定数据对 状况如模拟机训练执行时间的修正值。 维普资讯 第7期 王洪德等:基于人的认知可靠性(阳 )模型的人因操作失误研究 ·55 · 根据HCR分析步骤,取 t与T】/2比值的对数为 作控制器时的失误率具有如下特点: 图中的横坐标。P(t)为操纵员操作响应失误概率, 1)排在前 10位的动作以简单的手动控制器为 同样根据HCR分析步骤,取P(t)的对数为图中的 主,但都需要观察和接受信息,判断和辨识下一个动 纵坐标。 作,选择对应的控制器和完成动作,一般时间要求较 从拟合曲线可看出,操纵员的响应失误概率随 高,控制器数量较多,失误率较高。 t(动作允许时间)与T】/(一般状况的执行时间修正 2)排在后7位的动作的幅度一般较大,所用时 值)的比值的变化而变化。 间较长,技术要求较低,对体力的要求相对严格些, 失误率较低。 4 结果分析与建议 3)尺寸较大,形状易于辨认和记忆控制器,如 带指示灯的按钮,做有标记的转轮手柄等,操纵员动 4.1 结果分析 作时间较短。 将该公司操纵员可靠性的数据按规则型处理, 4.2 建 议 通过3参数威布尔分布曲线的拟合,找出该企业各 主要工序操纵员操作响应失误概率,并应用到企业 笔者对提高操纵员认知能力提出以下建议: 决策部门有关安全对策的制定和实施工作之中。经 1)企业安全管理必须将人的因素放在首位,牢 过近一年时间的跟踪调查,收到 良好的实施效果。 固树立以人为本的指导思想,时刻坚持人本原理所 从而说明HCR模型在该公司的实用性和正确性。 倡导的动力原则、能级原则和激励原则,确保企业员 根据计算结果可以得出大化集团公司操纵员操作响 工的操作可靠性[卜引。 应失误概率排列顺序如表7所示。 2)对人机系统进行 良好的人机工程学的设计, 表7 操作员失误率排列顺序 使其符合人的生理心理及人体生物力学特性,增加 人员操作动作 P(£)响应失误概率 顺序号 标识。减少产生错觉的可能,优化作业环境,减少震 按钮动作 0.7260 1 动和噪声。 按键动作 0.6580 2 3)使操作者与机器系统相协调,减少不稳定因 搬动开关动作 0.5340 3 素,如疲劳、体质差、注意力不集中、技术水平低、缺 旋钮动作 0.3930 4 杠杆控制动作 0.2780 5 乏经验、操作技术不熟练等。 转轮操作动作 0.2330 6 4)健全安全管理措施,如完善计划、科学决策、 曲柄操作动作 0.2110 7 健全操作规程、规范作业管理、加大监督力度、正确 手柄操作动作 0.2030 8 传达信息。 脚踏板操作动作 0.1560 9 观察仪器仪表 0.1180 10 5 结 论 包装工序人员装包 0.0950 11 包装工序人员系带 0.0578 12 1)通过调查分析和实地论证,所建立的基于 发生报警时人员动作 0.0276 13 啪 模型的该公司人因操作失误的指标体系基本 研磨 0.0083 14 反映出该公司操纵员操作可靠性的认知状况。 倾倒 0.0o50 15 2)现场跟踪实验表明,对企业有针对性的进行 搅拌 0.0045 16 人机工程学设计,如控制器的设计应符合人体生物 筛分 0.0o17 17 学特性要求,使操纵员与机器系统相协调。 从实验的结果和排序上可以看到,操纵员在操 3)该项研究可为类似的化工企业事故时操纵 员操作响应时间的确定提供参考。 维普资讯 中 国 安 全 科 学 学 报 第16卷 · 56 · (1ahaa Safety Science Journal 2006正 参 考 文 献 Eli 张力,黄曙东,何爱武.人因可靠性分析方法EJ3.中国安全科学学报,2001,11(3):5~11 E2] 肖国清,陈宝智.人因失误机理及其可靠性研究EJ].中国安全科学学报,2001,11(1):22--25 E3] 徐德蜀.安全文化、安全科技与科学安全生产观EJ].中国安全科学学报,2006,16(3):71~82 E4] HannamanGW,SpurginAJ,h垴CYD.HtrmnCognitiveReliabilityModelforPRAAnalysis[R].NLS一 4531,NLS (01r tiOn,California.1984:125~130 E5] IAEA.HtrmnReliabilityAnalysisinProbabilisticSafetyAssexmaentforNuclearPowerPlanb[RJ.,Safeyt SeriesNo.50一P一10.Vienna,1995 E6] 黄祥瑞.可靠性工程[M].北京:清华大学出版社,1991:123~125 E7] 隽志才,曹鹏,吴文静.基于认知心理学的驾驶员交通标志视认性理论分析EJ3.中国安全科学学 报,2005,15(8):9~11 E8] 高佳,黄祥瑞,沈祖培.人的可靠性分析、需求、状况和进展EJ].中南工学院学报,1999,21(6):11~13 2007’采矿科学与安全技术国际学术会议 (第一轮通知) 为进一步推动采矿与安全技术的发展,扩大 版社正式出版。② 请作者先提供中英文摘要, 国际间的学术交流。继2002年在河南焦作成功 截止时间为2006年 10月 1El。③ 文字力求简 举办2002’采矿科学与安全技术国际学术会议 练,内容应具有科学性、先进性,并未在正式出版 后,河南N-r-大学、中国职业健康安全协会、中国 物上发表过。④ 请同时提供一个200字左右的 煤炭学会将于2007年4月17—19El在焦作主办 作者简介(中文即可),并注明年龄、职称、详细通 2“007’采矿科学与安全技术国际学术会议”。现 讯地址、电话、传真、E—mail等。⑤ 计划参加会 将会议有关事项通知如下: 议者.请在收到第一轮通知后给会议秘书处回便 一 、 会议主题 函或电话,以便秘书处对会议规模、程序等事项 采矿科学与安全技术的发展与未来 做进一步安排。 二、征稿范围 四、会议费用 ① 采矿科学、安全技术理论体系探讨;采矿 ① 论文版面费800元,超过 6页的每页再 科学理论与安全技术发展的过去、现在与未来。 交 100元。论文录用后交版面费。不交费者论文 ② 采矿科学的理论与工程实践(采矿方法;岩石 集上不予刊登论文。② 会议注册费600元(注: 力学;露天开采;矿山压力与顶板控制;“三下”采 博士生、硕士生交400元)。 煤技术;采动影响与地表沉陷;矿山爆破与巷道 五、会议秘书处 工程;矿山系统工程;矿山管理与经济;矿物加工 地址:河 南省 焦作 市 高新 区世 纪大道 利用;采矿机械与电气等)。③ 安全技术及工程 2001号河南N.r-大学安全科学与工程学院 (瓦斯突出与爆炸;瓦斯地质;火灾;矿井水灾;通 邮 编 :454003 风与防尘;安全监测与仪表;安全系统工程及安 联 系人:景国勋 高建 良 勾攀峰 全人机工程;安全管理信息系统等)。④ 计算机 联 系电线 在矿山中的应用。⑤ 采矿科学、安全技术与劳 传 线 动、环境、减灾及可持续发展等方面的交叉与综 秘书处联系人:周爱桃 合。⑥ 公共安全管理。⑦ 职业健康与安全。 联系电话 /传线 ⑧ 其他相关内容。 E—mail:im~.cn 三、稿件要求 网址:http://w^^^hpu.edu.cn/i~sst ① 会议语言为英语,论文集在会议前由出

http://team-yell.com/hekekaoxing/518.html
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