Оценка надежности человека, как звена сложной технической системы

ФГОУ ВПО

«Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота»

Кафедра «Защита в чрезвычайных ситуациях»

Курсовая работа

по дисциплине

«Надежность технических систем и техногенный риск»

Тема: «Оценка надежности человека, как звена сложной технической системы»

Исполнитель: студентка 4 — ЗЧС А.С. Крупнова

Допущена к защите « ___ » ___________ 2009 г.

Руководитель: С.И. Клячин

Оценка по результатам защиты _____________________

« ____ » ______________ 2009 г.

Члены комиссии: _________________________________

_________________________________

_________________________________

Калининград — 2009

Содержание

• Введение 3
• 1 Причины совершения ошибок 4
• 2 Методология прогнозирования ошибок 8
• 3 Принципы формирования баз об ошибках человека 10
• Заключение 12
• Список использованной литературы 13

Введение

Технические системы становятся взаимосвязанными только благодаря наличию такого основного звена, как человек. Примерно 20-30 % отказов прямо или косвенно связаны с ошибками человека; 10-15 % всех отказов непосредственно связаны с ошибками человека. По мнению академика В.А. Легасова, свыше 60% аварий происходит из-за ошибок персонала «рисковых» объектов.

Ввиду этого, анализ надежности реальных систем должен обязательно включать и человеческий фактор.

Надежность работы человека определяется как вероятность успешного выполнения им работы или поставленной задачи на заданном этапе функционирования системы в течение заданного интервала времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы.

Ошибка человека определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещенного действия), которое может явиться причиной повреждения оборудования или имущества либо нарушения нормального хода запланированных операций.

В реальных условиях в большинстве систем независимо от степени их автоматизации требуется в той или иной мере участие человека.

Можно утверждать, что там, где работает человек, появляются ошибки. Они возникают независимо от уровня подготовки, квалификации или опыта. Поэтому прогнозирование надежности оборудования без учета надежности работы человека не может дать истинной картины.

1. Причины совершения ошибок

Ошибки по вине человека могут возникнуть в тех случаях, когда:

1. оператор или какое-либо лицо стремится к достижению ошибочной цели;

2. поставленная цель не может быть достигнута из-за неправильных действий оператора;

3. оператор бездействует в тот момент, когда его участие необходимо.

Виды ошибок, допускаемых человеком на различных стадиях взаимодействия в системе «человек — машина» можно классифицировать следующим образом [2]:

1. Ошибки проектирования: обусловлены неудовлетворительным качеством проектирования. Например, управляющие устройства и индикаторы могут быть расположены настолько далеко друг от друга, что оператор будет испытывать затруднения при одновременном пользовании ими.

2. Операторские ошибки: возникают при неправильном выполнении обслуживающим персоналом установленных процедур или в тех случаях, когда правильные процедуры вообще не предусмотрены.

3. Ошибки изготовления: имеют место на этапе производства вследствие (а) неудовлетворительного качества работы, например неправильной сварки, (б) неправильного выбора материала, (в) изготовления изделия с отклонениями от конструкторской документации.

4. Ошибки технического обслуживания: возникают в процессе эксплуатации и обычно вызваны некачественным ремонтом оборудования или неправильным монтажом вследствие недостаточной подготовленности обслуживающего персонала, неудовлетворительного оснащения необходимой аппаратурой и инструментами.

5. Внесенные ошибки: как правило, это ошибки, для которых трудно установить причину их возникновения, т.е. определить, возникли они по вине человека или же связаны с оборудованием.

6. Ошибки контроля: связаны с ошибочной приемкой как годного элемента или устройства, характеристики которого выходят за пределы допусков, либо с ошибочной отбраковкой годного устройства или элемента с характеристиками в пределах допусков.

7. Ошибки обращения: возникают вследствие неудовлетворительного хранения изделий или их транспортировки с отклонениями от рекомендаций изготовителя.

8. Ошибки организации рабочего места: теснота рабочего помещения, повышенная температура, шум, недостаточная освещенность и т.п.

9. Ошибки управления коллективом: недостаточное стимулирование специалистов, их психологическая несовместимость, не позволяющие достигнуть оптимального качества работы.

Свойство человека ошибаться является функцией его психофизиологического состояния. Интенсивность ошибок во многом определяется параметрами внешней среды, в которой человек работает. [2]

Персонал рисковых объектов испытывает большую психологическую нагрузку. Факторы, ее обусловливающие, можно рассмотреть на примере работы оперативного персонала традиционной промышленной электростанции: осознание степени опасности и тяжести последствий аварии; высокое давление пара и воды, высокое электрическое напряжение; движущиеся механизмы; вибрация; повышенная температура и пониженная влажность воздуха; монотонность обстановки; медленные изменения показаний приборов; размеренный ритм работы оборудования. Как следствия: расстройство сознания, рост психологической напряженности, потеря бдительности. [2]

По статистике от 7 до 36% аварий происходит по вине персонала; 73% из них — в результате неблагоприятных психологических качеств человека. [2]

В целом сложная картина воздействий на человека, управляющего потенциально опасной техникой, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Факторы, воздействующие на человека, управляющего потенциально опасной техникой

Формула безопасности: критическая позиция (I) + строго регламентированный и взвешенный подход (II) + коммуникабельность (III) = безопасность. Будучи внедренной в стереотип поведения оператора, обеспечивает:

— предотвращение аварийной ситуации;

— снижение процента ошибок при управлении аварией.

Надежность работы системы во многом зависит от безошибочности действия человека-оператора, управляющего системой. В качестве показателя безошибочности часто используют интенсивность ошибок, вычисляя в расчете на одну операцию по статистическим данным следующим образом [3]:

(1)

(2)

где:

P_i — вероятность безошибочного выполнения операции i-го типа;

N_i, n_i — общее число выполненных операций i-го вида и допущенное при этом число ошибок;

l_i — интенсивность ошибок i-го вида;

T_i — среднее время выполнения операций i-го вида.

Рисунок 2. Динамика надежности оператора в течение рабочей смены

Вероятность безошибочного выполнения операций зависит от уровня работоспособности, и формулу (1) считают справедливой лишь для периода устойчивой работоспособности оператора, которая отличается значительным подъемом производительности труда после врабатывания в начале смены (рисунок 2). Динамика работоспособности характеризуется тремя основными фазами: I — врабатывание с возрастающей работоспособностью, II — устойчивая работоспособность и III — спад в связи с естественным утомлением (кривая 1). Незначительный спад наблюдается также приблизительно за 0,5 часа до обеденного перерыва, который в основном не связан с изменением работоспособности и поэтому на графике не учтен. [3]

Тенденция распределения количества ошибок К_ош в течение смены отражена кривыми 2 и 3. Наложение их на график динамики надежности работы оператора в течение рабочей смены показало, что большая часть ошибок в течение смены, а также негативных явлений, вытекающих из ошибок, например производственных травм, приходится на период, характеризующийся низкой работоспособностью (см. рисунок 2). Период же устойчивой работоспособности (фаза II) отмечается наименьшим числом ошибок, допускаемых работающим в течение данной смены. [3]

2. Методология прогнозирования ошибок

Методы прогнозирования частоты ошибок человека основываются на классическом анализе и включают следующие этапы [1]:

1. составление перечня основных отказов системы;

2. составление перечня и анализ действий человека;

3. оценивание частоты ошибок человека;

4. определение влияния частоты ошибок человека на интенсивность отказов рассматриваемой системы;

5. выработка рекомендаций, внесение необходимых изменений в рассматриваемую систему и вычисление новых значений интенсивности отказов.

Одним из основных методов анализа надежности работы человека является построение дерева вероятностей (дерево исходов). При использовании этого метода задается некоторая условная вероятность успешного или ошибочного выполнения человеком каждой важной операции либо вероятность появления соответствующего события. Исход каждого события изображается ветвями дерева вероятностей. Полная вероятность успешного выполнения определенной операции находится суммированием соответствующих вероятностей в конечной точке пути успешных исходов на диаграмме дерева вероятностей. Этот метод с некоторыми уточнениями может учитывать такие факторы, как стресс, вызываемый нехваткой времени; эмоциональная нагрузка; нагрузка, определяемая необходимостью ответных действий, результатами взаимодействий и отказами оборудования. [1]

Следует заметить, что данный метод обеспечивает хорошую наглядность, а связанные с ним математические вычисления просты, что в свою очередь снижает вероятность появления вычислительных ошибок. Кроме того, он позволяет специалисту по инженерной психологии легко оценить условную вероятность, которую в противном случае можно получить только с помощью решения сложных вероятностных уравнений. [1]

ПРИМЕР. Оператор выполняет два задания — сначала x, а затем y. При этом он может выполнять их как правильно, так и неправильно. Другими словами, неправильно выполняемые задания — единственные ошибки, которые могут появляться в данной ситуации. Требуется построить дерево возможных исходов и найти общую вероятность неправильного выполнения задания. Предполагается, что вероятности статистически независимы. [1]

Для решения поставленной задачи воспользуемся деревом возможных исходов, изображенным на рисунке 3 и введем следующие обозначения [1]:

Р_s — вероятность успешного выполнения задания;

Р_f — вероятность невыполнения задания;

s — успешное выполнение задания;

f — невыполнение задания;

Р_x — вероятность успешного выполнения задания x;

Р — вероятность успешного выполнения задания y;

— вероятность невыполнения задания x;

— вероятность невыполнения задания y.

Согласно рисунку 3, вероятность успешного выполнения задания равна

(3)

Аналогично находится выражение для вероятности невыполнения задания:

(4)

Из рисунка 2 следует, что единственным способом успешного выполнения системного задания является успешное выполнение обоих заданий — x и y. Именно поэтому вероятность правильного выполнения системного задания определяется как .

Рисунок 3.Схема дерева исходов

Для оценки надежности работы операторов технических систем необходимо учитывать следующие факторы [1]:

1. качество обучения и практической подготовки;

2. наличие письменных инструкций, их качество и возможность неправильного их толкования;

3. эргономическиe показатели рабочих мест;

4. степень независимости действий оператора;

5. наличие операторов-дублеров;

6. психологические нагрузки.

Оценивание частоты ошибок человека следует проводить только после рассмотрения всех этих факторов, так как они влияют на качество работы оператора. Полученные оценки должны затем включаться в процедуру анализа дерева отказов. [1]

3. Принципы формирования баз об ошибках человека

Базы данных об ошибках человека необходимы для анализа и прогнозирования безопасности рассматриваемой системы, предупреждения опасных ситуаций. Их можно разделить на следующие три категории.

Базы экспериментальных данных. Содержат результаты лабораторных экспериментов и заслуживают большего доверия, чем базы данных иного типа, поскольку в меньшей степени подвержены влиянию субъективных оценок, способных приводить к ошибкам. Однако необходимо иметь в виду, что с какой бы тщательностью ни формировались подобные базы данных, в них всегда присутствует значительный элемент субъективности.

Базы эксплуатационных данных. Являются более реальными, чем базы экспериментальных данных, однако сформировать такие базы довольно трудно, поскольку для этого требуется тщательная регистрация действий в реальных условиях эксплуатации. Подобные базы данных дают более удовлетворительные результаты, чем лабораторные исследования, поскольку в лабораторных условиях часто ставятся надуманные задачи.

Базы субъективных данных. Составляются на основе экспертных оценок. Создание таких баз обходится сравнительно дешево и не вызывает особых трудностей, поскольку большой объем информации может быть получен от небольшого числа опрошенных экспертов.

Чтобы базы субъективных данных можно было использовать при анализе надежности работы человека, необходимо:

— обеспечить требуемую точность данных;

— гарантировать представительность экспертных оценок.

Основное преимущество базы субъективных данных состоит в широком охвате всех параметров, по которым требуется иметь данные об ошибках. [1]

Заключение

Независимо от уровня профессиональной подготовки, навыков, психо-физиологического и эмоционального состояния ни один человек не застрахован от выполнения им ошибок при эксплуатации машин.

Причинами ошибок могут стать как личностные качества человека, так и условия окружающей среды или недочеты в самой технике.

Для прогнозирования возникновения ошибок и их предотвращения необходим комплексный анализ возникновения частоты и интенсивности ошибок, который основывается на экспериментальных, эксплуатационных и субъективных базах данных.

Исследовав данную проблему в целом можно сделать следующий вывод, что для повышения безошибочности действий человека необходимо учитывать:

1. Основные функциональные, антропометрические и энергетические возможности человека-оператора;

2. Характеристики человека-оператора, связанные с видами его деятельности и влиянием нежелательных факторов окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Акимов В. А., Лапин В. Л., Попов В. М. Надежность технических систем и техногенный риск — М.: Деловой экспресс, 2002

2. http://www.jur-portal.ru

3. http://edu.pgtu.ru/elib/base