基于贝叶斯网络法的组织可靠性分析教学课件(29张)

1、基于贝叶斯网络法的组织可靠性分析第1页，共31页。框架1、引言2、核电站组织因素分析3、基于BN的组织可靠性分析4、案例5、总结第2页，共31页。1、引言对于核电厂而言，安全是核电存在和发展的基础。随着核电厂技术水平的不断提高，核电厂技术系统安全的主要关注点已由硬件失效和个体人因失误转移到组织管理领域的潜在失效。2011年3月11日，日本福岛核泄漏事故，众多专家将其事故主要原因之一归结于人因组织管理失误导致。第3页，共31页。2、核电站组织因素分析根据组织因素选择标准和核电厂人因事件统计数据, 对某核电厂2000-2003年发生的71件人因事件报告(2000年22件，2001年21件，2002

2、年17件，2003年11件)进行分析。事件/事故的根原因可追溯到组织因素。因为设备失效和人误引起的事件/事故，除自身因素之外，其可靠性都受组织因素的影响，如不充分的培训容易引起操作失误，不充分的维护会影响硬件的可靠性。对人因事件的发生起主要贡献的组织因素包括培训(频数为30)、监管(频数为33)、员工的知识/能力/经验要求(频数为31)、安全态度(频数为20)。因此，对核电站组织因素进行合理分类研究，对分析事故根原因有重要作用。第4页，共31页。基于人因失误因果模型的组织因素分类组织/系统或组件的交互是通过“一线”人员(如操纵员,维修人员)的行为进行的,一线人员处于特定的情境环境中,其行为受各

3、种组织因素和状态因素的影响。即组织因素的影响关系是通过人的行为活动关联的。由此，依据人因事故模型系统理论（reason模型）建立一种组织 “结构-行为”人因失误因果模型, 其中共包括4个子模型,即组织子模型、情境状态子模型、个体因素子模型以及人因失误子模型。第5页，共31页。（1）组织子模型组织因素子模型共分为8类,即组织的目标和战略、组织结构、组织管理、交流培训、规程、组织资源和组织文化。第6页，共31页。（2）情境状态子模型在状态子模型中,人的操作行为都是在特定的场景(scenario)中执行,由于技术的发展和自动化程度的提高,在像核电厂这种复杂的高风险系统中,操纵员的主要任务表现为认知任

4、务,主要包括:监控和发觉;状态评价;响应计划;响应执行。因此，状态因素分为4类,即技术系统、人机界面,工作环境和任务。第7页，共31页。（3）个体因素子模型在个体因素子模型中,操纵员的可靠性除了受到情境环境因素的影响之外,还受自身内在因素的影响,并且这些因素与情境环境有着复杂的作用关系,是直接导致人因失误的触发层。即受情境环境因素的影响而产生个体的生理、心理、素质等因素失衡，而导致人的认知和行为失误。个体因素主要包括心理状态、生理状态,记忆中的信息以及人的素质和能力等4类，且相互影响。第8页，共31页。（4）人因失误子模型人的认知过程采用“认知域”,将其分为5部分：感知，注意，记忆，解释、决策

5、制定和计划，执行。首先在感知认知域，操纵员观察系统状态,发现系统异常状态，对状态进行假设,通过对观察到的信息分析与状态假设进行比较,匹配,需进行检测(验证)以达到对异常状态的确认。然后在问题解决认知域(或诊断阶段),可能包括以下认知行为:对发觉的异常状态进行解释或评估,寻找产生异常状态的原因,根据设立的一套标准,选择解决问题所需达到的目标,选择执行程序或策略,形成执行计划或行为序列。最后,就是行为执行。第9页，共31页。模型简化第10页，共31页。3、基于BN的组织可靠性分析基于概率推理的贝叶斯网络(Bayesian network)是为了解决不定性和不完整性问题而提出的，是Bayes方法的扩

6、展。能定性和定量描述变量之间的依赖关系，是目前不确定性知识表达和推理领域最有效的理论模型之一。因此，BN成为处理不确定性问题的有力工具，特别是在风险和可靠性分析中已经得到广泛应用。 第11页，共31页。贝叶斯网络构造原理给定一个联合概率分布 p(X1,X2,Xn)以及变量的一个排序d。将 X1作为根结点开始， 并赋予 X1以先验概率分布 p(X1）。然后用一结点表示 X2，如果 X1 与 X2 有关， 从 X1到 X2建立一联结，并用p(X1|X2）表示联结强度。如果 X2与 X1 无关， 则赋予 X2以先验概率分布 p(X2）。在第 i级从 Xi的父结点集合 Pai(Pai X1,X2,Xi

7、-1) 画一组方向线联结到 Xi ,并用p(Xi| Pai) 条件概率定量表示,结果可以得到一个有向非循环图,可用于表示p(X1,X2,Xn) 中所体现的许多独立关系,该图就称作贝叶斯网络。第12页，共31页。分析程序将人因失误因果模型与BN相结合，建立一种基于BN整合组织管理因素的人的可靠性分析方法，分析程序包括：（1）识别出特定情境下的人因失误与组织错误、情境状态错误、个体触发层因素之间的关系，构建BN拓扑结构。（2）基于实验数据、模拟数据以及人因可靠性数据或专家评估确定根节点变量的先验概率和条件概率。第13页，共31页。（3）进行贝叶斯推理计算，并对结果进行分析。主要进行因果推理和诊断推

8、理。BN的推理原理是基于贝叶斯概率理论，推理过程实质上就是概率计算过程。主要根据下列3个方程进行概率推理计算：联合概率pX1,X2,Xn:p(X1,X2,Xn)=p(U)= p(Xi| Pai) ,i=1,n (1) Xi的边缘概率：假设已知证据e，条件概率：其中， Pai为变量Xi父节点的集合；Xi表示第i个变量。第14页，共31页。4、案例：核电厂中的辅助给水系统某个阀门泄漏维修的组织可靠性分析构建BN模型考虑组织管理因素影响的维修人员操作可靠性模型。依据组织 “结构-行为”人因失误因果模型, 分为四个层次：组织错误层、情境状态错误层、个体因素交互与触发层以及人因失误层。第15页，共31页

9、。如图所示:第16页，共31页。评估变量的先验和条件概率 在建立阀门维修人员的BN模型之后，要求该领域的专家和有经验的维修人员对各个变量的先验概率和条件概率赋值。假设每个变量都有3种状态（节点”人的可靠性”只有2种状态），给出每个节点状态下的概率。各个根节点变量的状态等级水平及概率分布见表1.第17页，共31页。第18页，共31页。中间变量“工作负荷（Lw）”条件概率第19页，共31页。因果推理原因推知结论由顶向下的推理目的是由原因推导出结果已知一定的原因(证据)使用Bayes网络的推理计算，求出在该原因的情况下结果发生的概率根据变量的先验概率和条件概率，使用BN推理，计算任务设计和操作规程引

10、起“工作负荷”处于“低”、“中”、“高”状态的概率分布。如下:根据式（2）边缘概率分布公式有：第20页，共31页。“工作负荷”处于低状态的概率分布计算过程第21页，共31页。代入数据得：P(Lw=Lw,1)=0.6766；同理计算得：P(Lw=Lw,2)=0.2221；P(Lw=Lw,3)=0.1013。同理可计算得到其他节点变量的概率分布。最终计算得到人的可靠性为：HR1=0.735047,则人的失误概率为：HR2=1-HR1=0.264953第22页，共31页。如果在给定情境状态为：任务设计所处的状态为“合理的”；操作程序所处的状态为“合适的”；工作环境为“充分的”；培训为“充分的”；人员

11、配置为“合适的”；可用时间确定为“充分的”以及外来干扰时间为“没有”，则通过计算推理得到在该情境下，维修人员的可靠性为：HR1=0.936781，则人的失误概率为：HR2=0.063219。同理可算出其他状态下的人的可靠性概率值。第23页，共31页。诊断推理诊断推理是由结论推知原因，一种自下向上的推理过程，目的是在已知结果时，找出产生该结果的各种原因的可能性。已知发生了某些结果，根据BN计算，得到造成该结果发生的原因和发生的后验概率。仍以各根节点的“最差状态”为例，假设已发生维修失误，利用贝叶斯法则计算出相应的后验概率：第24页，共31页。P(DT=DT,1|HR=HR,2) =P(DT=DT

12、,1,HR=HR,2)= P(DT=DT,1) P(HR=HR,2|DT=DT,1) =0.0285688 P(HR=HR,2) =0.264953所以： P(DT=DT,1|HR=HR,2)=0.107826P(DT=DT,1,HR=HR,2)P(HR=HR,2)第25页，共31页。同理可得其他根节点的后验概率，如表所示：第26页，共31页。由表可知，当发生维修失误，可用时间不充分、培训不充分以及人员配置不合理的发生概率有了很大的变化（分别提高了1139.309%、52.2936%、与42.907%）。这表明节点“人的可靠性”对节点“可用时间”、“培训”以及“人员配置”很敏感，这些节点的微小

13、波动,可能对人的可靠性影响很大。因此，为了避免维修失误，应给维修人员足够的维修时间，加强培训，提高操作员的知识、技能，以及合理安排经验丰富的人员进行维修是至关重要的。第27页，共31页。5、总结（1）本文用贝叶斯网络法而不是故障树分析法来计算可靠性。是因为故障树分析法需要上下级事件之间具有明确的因果关系，而贝叶斯网络法是通过计算概率大小来描述其因果关系的强弱。适用于许多复杂系统。（2）研究表明，利用BN能很好地模拟组织因素、情境状态因素、个体因素之间的关系以及各因素之间的内部影响关系。并且，在给定变量证据的条件下，利用其因果推理和诊断推理原理能分别计算人的可靠性数值，以及能识别最有可能引起人因

14、失误的原因，为预防人因失误的发生提供决策支持。第28页，共31页。Thats all!Thank you!第29页，共31页。1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着

15、看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!5、心情就像衣服，脏了就拿去洗洗，晒晒，阳光自然就会蔓延开来。阳光那么好，何必自寻烦恼，过好每一个当下，一万个美丽的未来抵不过一个温暖的现在。6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样。7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地

16、付出，就能慢慢改变它的轨迹。9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。11、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与其费尽周折绕过去，不如勇敢地攀登，或许这会铸就你人生的高点。12、有些压力总是得自己扛过去，说出来就成了充满负能量的抱怨。寻求安慰也无济于事，还徒增了别人的烦恼。13、认识到我们的所见所闻都是假象

17、，认识到此生都是虚幻，我们才能真正认识到佛法的真相。钱多了会压死你，你承受得了吗?带，带不走，放，放不下。时时刻刻发悲心，饶益众生为他人。14、梦想总是跑在我的前面。努力追寻它们，为了那一瞬间的同步，这就是动人的生命奇迹。15、懒惰不会让你一下子跌倒，但会在不知不觉中减少你的收获;勤奋也不会让你一夜成功，但会在不知不觉中积累你的成果。人生需要挑战，更需要坚持和勤奋!16、人生在世：可以缺钱，但不能缺德;可以失言，但不能失信;可以倒下，但不能跪下;可以求名，但不能盗名;可以低落，但不能堕落;可以放松，但不能放纵;可以虚荣，但不能虚伪;可以平凡，但不能平庸;可以浪漫，但不能浪荡;可以生气，但不能生

18、事。17、人生没有笔直路，当你感到迷茫、失落时，找几部这种充满正能量的电影，坐下来静静欣赏，去发现生命中真正重要的东西。18、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。第30页，共31页。1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。2、时间是最公平的，活一天就拥有24小时，差别只是珍惜。你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你。有梦想就立刻行动，

19、因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。3、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负。谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己。4、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程。愿努力，成就更好的你！5、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们懂得累积时

20、间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定。那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样。6、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多。多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！7、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命中最神奇最有趣的东西。一个人要做成大事，绝不能缺少这种力量，因为这种力量能够驱动人不停地提高自己的能力。一个人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！8、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持。真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度。9、这世上没有所谓的天才，也没有不劳而获的回报，你所看到的每个光鲜人物，其背后都付出了令人震惊的努力。请相信，你的潜力还远远没有爆发出来，不要给自己的人生设限，你自以为的极限，只是别人的起点。写给渴望突破瓶颈、实现快速跨越的你。10、生活中，有人给予帮助，那是幸运，没人给予帮助，那是命运。我们要学会在幸运青睐自己的时候学会感恩，在命运磨练自