第二章系统安全分析-人失误概率预测

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： (2-2) 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： (2-3)式中，r(t)纠错率函数。由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

2、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。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，

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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。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 f

8、actors）”。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： (2-4)式中，R1接受信息可靠度；R2判断可靠度；R3执行操作可靠度。由此得到的可靠度R0为基本可靠度，在具体操作条件下进行一系列修正后得到实际的操作可靠度为： (2-5)然后得出人失误概率为： (2-6)式中，E人失误发生概率；k1作业时间系数；k2操作频率系数；k3危险程度系数；k4生理、心理条件系数；k5环境条件系

9、数。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0.99950.99990.99900.99950.9999一般变量不超过十个0.99900.99950.99950.99900.9995复杂变量超过十个人机学考虑不全面0.99000.99900.99000.99000.9990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1.01.03.03.010.0k2操作频率频率适当连续操作很少操作1.01.03

10、.03.010.0k3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1.01.03.03.010.0k4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1.01.03.03.010.0k5环境条件综合条件良好综合条件不好综合条件很差1.01.03.03.010.02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

11、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T0.5之比的无因次量t / T 0.5作变量，得到三参数威布尔分布形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；T0.5 选择、执行恰当行为必要时间的平均值；A, 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 A B C反射 0.407 0.7 1.2规则 0.601 0.6 0.9知识 0.791 0.5 0.8图2-5 绘出了

12、该威布尔分布的曲线。图 2-5 HCR人失误率曲线表2-18 系数k1、k2、k3取值系数状 况系数值标 准能 力k1熟练者一 般新 手-0.220.000.445年以上操作经验半年以上操作经验操作经验不足半年紧张度k2紧 迫较紧张最 优松 懈0.440.280.000.28高度紧张，人员受到威胁很紧张，可能发生事故最优紧张度，负荷适当无预兆，警觉度低人机匹配k3优 秀良 好一 般较 差极 差-0.220.000.440.780.92在紧急情况下有应急支持有综合信息的显示有显示，但无综合信息有显示，但不符合人机学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

13、择、执行恰当行为必要时间的平均值T0 5 . 可以按下式计算： (2-8)式中，T0.5 标准状态下选择、执行恰当行为必要时间的平均值；k1操作者能力系数；k2操作者紧张度系数；k3人机匹配情况系数。系数k1、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。（l）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： 510-5510-3规则层次行为： 510-4510-2知

14、识层次行为： 510-3510-1（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) 1 5 10 10E 10-1 10-2 10-4 10-510-6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) 1 5 l0 20E 1 210-1 10-1 10-2（4）人员紧张使人失误概率增加，罗南（W.W.Ronan）发现在紧张的情况下人失误概率高达0.15。2.7.4 人失误率预测技术人失误率预测技术（Technique for Human Error Rate

15、 Prediction）简称THERP，由斯文等人于1962 年研究开发，曾在WASH-1400 研究中应用，尤其适合于预测运转、检测和维修操作的人失误概率。生产装置的运转、检测和维修作业一般是程序化的复杂操作。通常是把复杂任务分解成若干连续进行的单元操作如从仪表上读数、按按钮、开阀门等，先分别计算各单元操作中人失误发生概率，然后计算全部操作的人失误概率。单元操作中人失误概率可按下式计算： (2-9)式中，P1基本失误概率，与单元操作特征和人机匹配有关情况；P2失误发生后没有纠正的概率；k考虑操作者紧张的系数。基本失误概率可通过查有关手册或数据库得出。这些数据的使用受到以下限制：（1）装置、设

16、备处于正常状态运行，应急或其他造成操作者的紧张情况。（2）操作者不需要使用个体防护用品。如果操作中必须佩戴个体防护用品，则会由于操作者在条件不好的情况下而急于尽快完成任务，从而人失误概率增加。（3）管理工作处于一般水平。（4）操作者有资格进行操作。（5）操作条件处于良好到最佳状态。如果实际情况超出了这些限制，则对查得的数据要进行修正。一些单元操作的基本失误概率见表2-19、表2-20、表2-21，表中HEP 为人失误概率的英文缩写。根据操作条件好坏分别选取表中数值的上限或下限。表2-19 读数失误概率（读错）读数形式HEP模拟式仪表数字式仪表图表记录有许多参数的印刷记录图表用作定量显示的指示灯

17、仪表失灵且无指示警告用户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 操作手动控制器的操作错误概率手动控制器操作方法HEP由仅靠标记区别的一组控制器中选错控制器由性能相同的一组控制器中选错控制器由画有清晰线条的控制盘上选错控制器往错误方向操作控制器（不违背习惯动作）往错误方向操作控制器（违背习惯动作）高度紧张的情况下往错误方向操作控制器（严重违背习惯动作）拨错多向开关按错接头0.003（0.0010.01）0.00

18、1（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 从多个信号器中正确选择一个的人失误概率信号器数目HEP12345678910111516202140400.0001(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)0.009(0.00090.09)0.02(0.00

19、20.2)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)思考题：1.系统安全性分析的含义、目的和任务是什么？2.安全检查表的作用及优点有哪些？3.预先危害性分析的目的及程序是什么？4.什麽是故障、故障类型、故障类型和影响分析？5.什麽是危险性和可操作性研究，其研究步骤有哪些？6.预测人失误概率应注意哪些影响？7.人失误分析包括哪些方面及应注意的问题？8.对房间电气照明系统进行故障类型和影响分析。9.一仓库设有火灾检测系统和喷淋系统组成的自动灭火系统。设火灾检测系统可靠度和喷淋系统可靠度皆为0.99，应用事