第二章 系统安全分析

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1、2.7 人失误概率预测2.7.1 人失误概率对人失误进行定量的描述，是系统危险性评价中不可忽视的问题。通常，人 失误所发生的概率可用来定量地表明人员从事某项活动时发生失误的难易程 度。人失误概率与物的故障相类似，可以广义地表达为：J h (t) dt(2-2)E(t) = 1 e o式中，h(t)失误率函数，表明人员从事某项活动到t时刻时单位时间内 发生失误的比率。人与物不同，人具有纠正错误的能力，一旦发现失误后可自行纠正；物发生 故障后则将一直处于故障状态，不会自行恢复到正常状态。纠错概率可用下式 表达：J r (t )dt(2-3)R (t) = 1 e c式中， r(t) 纠错率函数。由

2、于人失误率函数和纠错率函数的影响因素非常多，上述公式在实际应用 中，难以进行量的计算。关于人失误定量问题，许多学者通过大量研究，开发出了多种实用的人失误 概率预测模型。其中最著名的是斯文(Swain)于1962年开发的人失误率预测 技术。该技术在核电站概率危险性评价中成功地预测了人失误概率，而且在其他领域的人失误概率领测中也得到了应用。通常，在预测完成某项操作任务的人失误发生概率时应考虑以下的影响因素：（1）行为的复杂性；（2）时间的充裕性；（3）人、机、环境匹配情况；（4）操作者的紧张度；（5）操作者的经验和训练情况。 行为的复杂性是由工作任务所决定的。工作任务一般可分五种情况： 简单任务。

3、一般通过简单的操作程序即可完成的任务，如打开手动阀。 任务。具有明确规定、且需要决策的复杂操作过程，一些问题需要操作 者处理，如进行事故诊断、异常诊断等。 要求警觉的任务。涉及发现信号或警报工作任务，要求操作者对信号或 警报保持警觉。从事这种任务时影响人失误概率的主要因素包括等待时间长度 注意集中程度，信号种类和频率，发现信号或警报后必须采取的行动的类型等 检验任务。主要从事监视、检验多变量工艺过程的工作任务，要求操作 者必须做出决策，执行此项任务时，操作者必须防止扰动引起严重故障。 应急任务。发生异常现象或事故突然发生时操作者面临的任务。其内容 可能是在很大的范围内变化，或者是条件反射式的反

4、应，或者要采取新的解决 办法。当异常后果十分严重，操作者由于面临严重危险致使心理高度紧张，失 误发生概率会迅速增加。2.7.2 人失误分析 人失误分析包括预测人失误、选择重要人失误和详细分析人失误三个方面。1人失误预测预测人失误的主要内容是探讨人员在操作过程中发生失误的原因。根据人失误的定义和分类能够系统地、全面地确定各类失误的表现形式：（1）遗漏或遗忘。既对规定的行为没有完成；（2）做错。对规定的行为没有正确的完成；（3）进行规定以外的行为。所谓规定的行为是指操作程序、试验和维修步骤等，对于易于发生遗漏或遗 忘规定行为和产生错误行为的环节应加以研究，既要考虑重要的操作，也要考 虑一般的操作可

5、能产生严重后果的失误情况。预测操作者进行规定以外的行为，是件十分困难的事情。通常是根据以往的 有关资料或类似系统运行经验，或利用模拟方法来发现可能发生的人失误。实践经验表明，不断积累关于人失误的资料，对预测各种类型的失误都是有 益的。利用故障模式和影响分析、事故树分析和事件树分析等方法，可以找出导致 系统故障或系统事故的人的失误。2重要人失误在预测人失误的过程中，实际上只能选择其中一些重要的人失误进行详细分 析。一般考虑重要人失误有如下情况：（1）人失误的后果。直接导致事故或重大系统故障的人失误，则为重要人 失误；若间接导致事故或重大系统故障，则该失误不是重要人失误。（2）与人失误同时发生而导

6、致事故或重大系统故障的其他人失误或故障发 生的概率，如果它们发生的概率大，则该人失误重要。（3）人失误发生概率。人失误发生概率越大，则重要性越大。在定性分析时，对于那些只有与众多其他人失误或故障同时发生时才能导致 事故或重大系统故障的人失误可以不考虑。但其他人失误或故障发生概率高时应考虑人失误的重要性。在定量分析时，考虑与人失误同时发生而导致事故或重大系统故障的其他人 失误或故障的数目，并设其中的人失误概率全部为1、物的故障概率为实际值， 把这些概率值连乘求出它们导致事故或重大系统故障的概率，如果求出的概率 值小于某一定值，则可略去这些人失误。在上述概率计算中以估计的人失误概率代入，则可以较精

7、确地选择人失误。3人失误详细分析对重要人失误进行详细地分析研究，首先收集与人失误有关的所有概率信 息。不仅是为定量分析人失误做准备，也是探讨人失误发生的影响因素和人机 匹配方面存在的弱点，从而为系统安全运行、减少人失误提供依据。对人失误进行详细分析时，应注意下列问题：（1）行为特征。行为的复杂性、完整性，时间的充裕性和必须的时间等。（2）人机学特征。设备安全人机学的设计，操作程序的形式和内容，仪表、 警报等显示的清晰度，标记控制器的布置。（3）环境特征。温度、噪声、照明、通道、危险区域、防护用品要求等。（4）组织特征。任务组织与分配，材料的发送、程序、工具、检查等管理 规则。（5）防止失误方法

8、。发现失误的方法（警报、检验），时间限制和改正措施 等。（6）失误后果。上述这些内容属于“绩效形成因子（Performance-shaping fac tors）”。为了对人失误进行详细地分析，应该熟悉生产工艺过程，掌握有关资料和程序向工艺设计者和程序设计者、操作者和维修者了解类似系统的有关情况等。2.7.3 人失误定量模型1井口教授模型井口教授认为人员操作机械的可靠度是接受信息可靠度、判断可靠度和执行 可靠度的乘积：R = RR R0 1 2 3 (2-4)式中，R接受信息可靠度；1R判断可靠度；2R执行操作可靠度。3由此得到的可靠度R为基本可靠度，在具体操作条件下进行一系列修正后得0到实际

9、的操作可靠度为：R = 1 -kkkkk (1 -R )(、1 2 3 4 50(2-5)然后得出人失误概率为：E = kkkkk (1 一 R )1 2 3 4 50(2-6)式中，E人失误发生概率；k 作业时间系数；1k 操作频率系数；2k 危险程度系数；3k 生理、心理条件系数；4k 环境条件系数。5人员操作基本可靠度数值和各种修正系数的数值范围分别见表2-15 和2-16。表 2-15 人员操作基本可靠度类别内容R1R2R3简单变量不超过几个 人机学考虑全面0.9995 0.99990.99900.9995 0.9999一般变量不超过十个0.9990 0.99950.99950.999

10、0 0.9995复杂变量超过十个 人机学考虑不全面0.9900 0.99900.99000.9900 0.9990表2-16 人员操作可靠度修正系数符号项目内容系数的值k1作业时间有充足的多余时间 没有充足的多余时间完全没有多余时间1.01.0 3.03.0 10.0k2操作频率频率适当 连续操作 很少操作1.01.0 3.03.0 10.0k3危险程度即使误操作也安全 误操作危险性大 误操作有重大事故危险1.01.0 3.03.0 10.0k4心理、生理状态教育训练、健康、疲劳、动机等 综合状态良好 综合状态不好 综合状态很差1.01.0 3.03.0 10.0k5环境条件综合条件良好 综合

11、条件不好 综合条件很差1.01.0 3.03.0 10.02人认知可靠性模型在生产过程中出现异常时，操作者必须立即做出判断，选择应该采取的措施， 并执行选择的措施。诊断性操作中人失误概率是可供选择、执行恰当措施的时 间的函数。美国电力研究院(EPRI)开发了人认知可靠性模型HCR (Human Cognitive Reliability)，用于预测操作者对异常状态反应失误的概率。该模型主要考虑 了在出现异常的紧急情况下，时间充裕度对人失误概率的影响。为了使模型适 用更一般的情况，以可供选择、执行恰当行为的时间t与选择、执行恰当行为 必要时间的平均值T之比的无因次量t/T作变量，得到三参数威布尔

12、分布形0.5 0.5式的人失误概率计算公式：(2-7)式中， t 可供选择、执行恰当行为的时间；T 选择、执行恰当行为必要时间的平均值；0.5A, B,C 与人员行为层次有关的系数，见表2-17。表2-17系数A, B, C行为层次ABC反射0.4070.71.2规则0.6010.60.9知识0.7910.50.8图2-5 绘出了该威布尔分布的曲线。规则O.UTOO反射1.000C金4平均时间.1oooui LUj.iono知识图2-5 HCR人失误率曲线表2-18系数k、k、k取值123系数状况系数值标准力门 匕匕k 厶冃熟练者 一般-0.220.005年以上操作经验 半年以上操作经验新手0

13、.44操作经验不足半年紧迫0.44高度紧张，人员受到威胁紧张度较紧张0.28很紧张，可能发生事故k2最优0.00最优紧张度，负荷适当松懈0.28无预兆，警觉度低优秀-0.22在紧急情况下有应急支持人机匹配k3良好0.00有综合信息的显示一般0.44有显示，但无综合信息较差0.78有显示，但不符合人机学极差0.92操作者直接看不到显示可供选择、执行恰当行为的时间t可以通过模拟试验和分析得到；选择、执 行恰当行为必要时间的平均值T0 5 .可以按下式计算：T = T(1 + k )(1 + k )(1 + k )0.5 0.5 1 2 3 (2-8)式中，T 标准状态下选择、执行恰当行为必要时间的

14、平均值；0.5k 操作者能力系数；1k 操作者紧张度系数；2k 人机匹配情况系数。3系数kl、k2、k3可以查表2-18获得。HCR 模型适用于核电站诊断性操作小组的人失误概率预测。3估计人失误概率 在粗略地估计人失误发生的概率时，可以采用下面的推荐数据。(1) 人失误概率一般在10-51之间；进行中等难度的操作时约为10-3。(2) 人失误概率与操作行为的复杂程度有关。汉纳曼建议各种层次行为的 人失误概率为反射层次行为：5X 10-55X 10-3规则层次行为：5X 10-45X 10-2知识层次行为：5X 10-35X 10-1(3) 人失误概率与时间充裕度密切相关。对于警觉的简单反应性操作，阿波利特Ablitt)建议的可利用时间t与人失误概率E间的关系如下：t (min)151010E10-110-210-410-510-6进行复杂的诊断性操作时人失误概率增加，斯文建议按下列数值估计人失误 概率：t(min)15 l020E12X 10-1 10-110-2(4) 人员紧张使人失误概率增加，罗南(W.W.Ronan)发现