安全人机工程学人因事故分析与预防

06安全人机工程学人因事故分析与预防主要内容第一节人因对系统安全的作用与影响第二节第2页第3页第一节人因对系统安全的作用与影响一、人因事故的危害性和严重性据E.Hollnagel1998年统计，从20世纪60年代到20世纪90年代，在所有工业事故中包含人因失误的事故从20%扩大到80%以上。特别是许多重大事故的原因几乎均源于人的因素这些事故不仅造成人类生命财产、生存环境的巨大灾难，而且给社会发展带来了极大的负面影响，在人们心理上投下的阴影不可估量。各行业中人因事故所占比例行业名称人因事故的比例资料来源航空70%－80%中国安全科学学报，2002，12（5）道路交通57%完全由人因引起，90%包含人因的贡献HumanErrorinRoadAccidents.GreenM.,JohnW.Senders石油化工60%以上日本，1991核电60%以上HollnagelE.CREAM.2-3.ElsevierScienceLtd.1998矿山85％中国，1996钢铁冶金90％中国，1996第4页人因事故：人机系统70％－90％(21世纪初）核电站国际55％－85％国内70％第5页l近年来公众熟知的一些重大人因事故第6页压水堆原理示意图第8页第9页第11页第12页第13页第16页第17页第19页第35页第36页第37页第38页二、大规模复杂系统中人因事故产生的主要原因1、人始终是系统的中心和主宰者2、人固有的内在弱点3、复杂社会技术系统的特征及对人因的影响第39页1、人仍是系统的中心和主宰者人的作用的不可替代性。尽管系统的自动化程度提高了，但归根结底还要由人来控制操作，要人来设计、制造、组织、维修、训练，要人来决策，即使所谓的智能系统也仅只是局部替代最终决策的前期动作，因而，人在系统中的作用不是削弱了，而是更加重要和突出了。系统自动化程度的提高带来了人因失误的迁移。由运行中操作型的直接人误转变为对自动化系统设计、维护、测试、检测、管理等间接人误。系统智能化程度的提高导致失误类型由疏忽等较低层次的认知失误向诊断、判断、决策等较高层次的认知失误类型转变。第40页2、人的内在弱点两大方面l机体生理界限体力界限、反应速度界限、精度界限、生物节律界限和对外部环境变化的容许界限等。人作为一种现实的机体不可能随心所欲、完美无缺。第41页四、人机工程学的研究目的设计机器和设备及工艺流程、工具以及信息传递装置与信息控制设备时，必须考虑人的各种因素---生理的和心理的及人体测量参数、生物力学的需要与可能；使人操作简便、省力、快速而准确；使人的工作条件和工作环境安全卫生和舒适；最终目的是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。第42页主体的意识界限主体内部意识和动机、期望，实践基础上的感知，在环境条件下的情感，对感知的提炼和把握规律性的能力，以及对自我行为的规划能力等。人作为一种现实的反映意识体，它与机体的生理界限和客观事物的真实性具有相当程度的镶嵌性和背离性，认识上的弱点总是客观的。第43页人生理、心理、社会、精神等特性的并存，导致了人的复杂性、灵活性、适应性和可塑性，也决定了人在不同条件下行为的难以控制性、不确定性和随机性，并且其失误机理的复杂性远远超过了机械、电子设备，使得对人因失误的辨识和预防比硬件要困难的多。第44页控制采集信息人系统早期手工作业系统中人与系统的关系3、复杂社会技术系统的特征及对人因的影响第45页控制采集信息人系统机械、电子信息采集单元机械、电子控制单元智能化信息处理系统现代自动化系统中人与系统的关系复杂社会技术系统的特征（Reason,1990)系统更加自动化系统更加复杂和危险系统具有更多的防御装置系统更加不透明系统更加自动化操作人员的工作由过去以“操作”为主变为监视—决策—控制。人因失误发生的可能性、尤其是后果及影响变得更大了。系统更加复杂和危险大量地使用计算机使得系统间相互作用更加复杂、耦合更加紧密，同时使得大量的潜在危险集中在较少几人身上（如中央控制人员）。系统具有更多的防御装置为了防止技术失效和人误对系统运行安全的威胁，普遍采用了多重、多样专设安全装置。这些装置大大提高了系统的安全性。但另一方面，对这些安全装置的依赖性又降低了操作人员对系统危险性的警觉性。同时，这些安全装置仍可能由于人误而失效—如切尔诺贝利核电站事故（实验过程中关闭安全保护装置），因而它们也就是系统最大的薄弱环节。系统更加不透明系统的高度复杂性、耦合性和大量的防御装置增加了系统内部行为的模糊性，管理人员、维护人员、操作人员经常不知道系统内正在发生什么，也不理解系统可以做什么。三、人因对系统安全的正面作用人的才智在查出和消除潜在的问题方面是十分有效的。提高人的可靠性、包括组织的可靠性是增强系统安全性的重要途径。一、基本概念人因可靠性：人对于系统的可靠性所必须完成的活动的成功概率。人的可靠性，人为可靠性，人员可靠性人因失误(humanerror)：人未能精确地、恰当地、充分地、可接受地完成所规定的绩效标准范围内的任务。人为失误，人为错误，人的失误，人误人因可靠性分析（HRA：HumanReliabilityAnalysis):以人因工程、系统分析、认知科学、概率统计、行为科学等学科为理论基础，以对人的可靠性进行定性与定量分析和评价为中心内容，以分析、预测、减少与预防人的失误为研究目标。第二节人因事故分析的基本方法人的失误与人的非安全行为3、人的失误特点人的失误的重复性；人引发的失效的潜在性和不可逆转性；人的失误行为往往是情景环境（Context）驱使的；人的行为的固有可变性；人的失误的可修复性；人具有学习的能力。4、人-系统的交互作用人-系统交互作用（Human-SystemInteractions,HIs）是描述人与系统之间的所有可能的界面关系，包括管理、运行、维修等环节。在复杂人－机系统中，人在异常工况下的响应行为是由大量的不同的人-系统交互作用组成的，它们对于事故的进程起着至关重要的作用。一方面，人能够作为事件/事故的引发者和扩大者；另一方面，人也能够成为事故的缓解者。如核电厂控制室里的HIs是指运行班组/操纵员对于症状信号的响应。症状信号包括报警器、参数显示器等，人员响应包括控制操作、通讯交流和规程选择等。HIs分类是人因可靠性分析（HumanReliabilityAnalysis,HRA）的基础。5、人的行为类型技能型行为(Skill-basedbehavior)只依赖于人员的实践水平和完成该项任务的经验，是个体对外界刺激或需求的一种条件反射式、下意识的反应规则型行为(Rule-basedbehavior)人的行为由一组规则或协议所控制、所支配知识型行为(Knowledge-basedbehavior)当遇到新鲜情景，没有现成可用的规程，操作人员必须依靠自己的知识和经验进行分析诊断及处理6、人的行为形成因子（PSFs）Swain将任何影响人的行为的因素称为行为形成因子（PerformanceShapingFactors,PSFs），他把PSFs分为三大类：（1）外部PSFs，个人因素之外的；（2）内部PSFs，人员自身的；（3）应激水平。张力1992年将PSFs定义扩充为：对人的认识、判断、行动过程产生（不利）影响的物理的、精神的（或外部的、内部的）因素，包括人-机界面、人的内因、作业特性、组织管理和外部原因等五个方面。二、大规模复杂人—机系统运行控制特征及人因失误分类与产生机制分析1、大规模复杂人-机系统运行控制特征监视－确认－决策－控制2、大规模复杂人－机系统人因失误分类与产生机制（见图6－2）识别确认（状况/状态）推理判断（状态/原因、理由）方案设计（原因、理由、预测/任务）（知识级）目标时间制约条件结合（状况/状态、状况/作业）结合（状况/作业规则）（规则级）知觉（注意焦点）任务自动的感觉操作模型（技能级）外界“状况”形成感觉（视听觉）利用可能的感觉输入（操作人员）（机械系统）操作动作仪表视声显示装置呈现系统状态信号系统状态检测系统大规模复杂人-机系统大规模复杂人-机系统操作人员认知行为模型操作人员行为动态模型技能级偏离规则级弄错知识级弄错行为类型常规行动解决问题解决问题操作模式按照熟知的例行方案无意识地自动处理依据选配模型半自动处理资源制约性的系列意识处理注意焦点现在的工作以外与问题相关联的事项与问题相关联的事项失误形式在行动中在应用规则中错误强烈多种多样失误的自己检出快速困难需他人帮助困难需他人帮助表6-23种失误类型的特征三、诱发人因事故的主要因素①操作人员个体的原因②设计上的原因③作业上的原因④运行程序上的原因⑤教育培训上的原因⑥信息沟通方面的原因⑦组织管理因素输入信息处理输出行为特征①注意力集中于一点②无视，遗忘正常信息③信息获取能力低下④歪曲感知到的信息⑤知觉能力麻痹⑥知觉对象偏移①信息综合能力质量减退②提取信息能力低下③与记忆信息对照能力低下④判断内容检查能力低下⑤时间裕度过小评价①实施习惯动作②操作定位不良③操作连续性、灵活性低④不能协同作业⑤多余、过激操作⑥无目的操作⑦操作无反馈⑧不能操作表6－3紧急状态下人的行为1、人因失误结构模型四、人因失误结构与成因模型2、人因事故成因模型五、人因事故根原因分析方法事故根原因：引发人因事故最基本的原因，如果该原因（或该组原因）被修正，则可有效防止此类事故再度发生事故根原因分析技术：从事故的现象出发，追溯引发人因事故的根原因1）人因事故调查技术事故调查与资料收集事件时序图初始状态事情故障事情次级事情2）故障模式分析技术人因失误的基本故障模式：a.不注意细节b.判断错误c.承诺的任务没有执行（完成）d.技能或知识不够e.精神状态不适合完成工作任务3）屏障分析技术屏障是防范事故发生的手段：实体保护，行政管理防范。防护屏障的失效，导致事故的发生。屏障分析可找出防范体系的缺陷或漏洞，从而提出有效的改进方案。典型的屏障：★物理屏障：声、光报警信号；各种安全保护设备；各种警示性标牌；安全门、锁；各类应急设备等★管理屏障：运行及维修工作规程；人员培训与教育；资格认定及人员任命；管理条例；工作人员的交流方式；人员授权；人员的相互监管等原因因素分析技术a.原因因素图屏障分析原因因素初始状态事情故障事情次级事情原因因素条件条件b.原因因素分析基本人因事故根原因因素心理因素生理因素个体因素环境条件因素作业因素运行规程因素教育培训因素通讯因素管理因素aAb/aSFFFB/ab/AB/A六、人因事故定量评价方法1、人因失误率预测法（THERP）：图1简单的HRA事件树人员作业成功概率:Pr(S)=a(b/a)失败概率:Pr(F)=a(B/a)+A(b/A)+A(B/A)行为形成因子（PSF）修正HEP=BHEP•(PSF)1(PSF)2…相关性修正2、人的认知可靠性预测法（HCR）两个基本假定：（1）人员行为类型归结为技能型、规则型和知识型三类（2）失误概率仅与允许时间t和执行时间T1/2的比值有关，且遵从三参数的威布尔分布：T1/2=T1/2，n（1+K1）（1+K2）（1+K3）式中，t：允许操纵员进行响应的时间T1/2：操纵员执行时间T1/2，n：一般状况的执行时间K1：操作经验K2：心理压力K3：人机界面、、：操作人员行为类型参数表6-4参数、、选取表行为类型熟练（SKILL）0.4071.20.7规则（RULE）0.6010.90.6知识（NOWLEDGE）0.7910.80.5表6-5HCR模型的行为形成因子及其取值操作员经验(K1)1.专家，受过很好训练-0.222.平均训练水平0.003.新手，最小训练水平0.44心理压力(K2)1.严重应激情景0.442.潜在应激情景/高工作负荷0.283.最佳应激情况/正常0.004.低度应激/放松情况0.28人机界面（K3）1.优秀-0.222.良好0.003.中等（一般）0.444.较差0.785.