JOSRA 1 - 2009

Lidský faktor v systémech MMS

31.03.2009 | AUTOR: Ing. Marie Havlíková, Ph.D.

Human factor in MMS

Marie Havlíková¹

¹ FEKT VUT v Brne, Ústav automatizace a mericí techniky, havlika@feec.vutbr.cz

Abstrakt

Hodnocení lidských cinností v systémech MMS je zalozeno na vytvárení pravdepodobnostních odhadu lidské spolehlivosti HRA (Human Reliability Assessment). Jedná se o komplexní soubor hodnotících postupu, kdy lidská jednání a cinnosti cloveka v systémech MMS jsou dusledne analyzovány a cleneny do elementárních kroku. Souhrnne lze konstatovat, ze pravdepodobnostní odhad lidské spolehlivosti HRA má za cíl:

• kvantitativne analyzovat lidská jednání a identifikovat mozné chyby,
• identifikovat slabá místa systému a tím vytvorit predpoklady pro vhodná pomocná opatrení,
• zvýsit spolehlivost a pohotovost technického systému v dusledku omezení potenciálních mozných chyb cloveka uvnitr systému MMS.

Klícová slova: systém clovek – stroj, lidský faktor, spolehlivost, hodnocení, metoda HRA, pravdepodobnost

Abstract

The evaluation of human activities in MMS systems is based on the generation of the probability estimation of HRA (Human Reliability Assessment). It is a complex set of evaluation procedures where human actions and man activities in MMS systems are thoroughly analyzed and distributed to elementary steps. There is globally possible to resume that the probability estimation of the human reliability HRA is focused:

• to quantitatively analyze the human activities and to identify possible faults,
• to identify the bottleneck of the system and by this to create conditions for adjusting actions,
• to increase the reliability and promptness of the technical system by reason of potential faults of the human being part of MMS system.

Keywords: man-machine-system, human operator, human reliability assessment, HRA methods, human error probability, performance shaping factors

1. Pravdepodobnost lidského selhání

Soucástí bezpecnostní analýzy PSA (Probability Safety Analysis) systému MMS je stanovení pravdepodobnosti chybného provedení úlohy, kterou koná lidský operátor HEP (Human Error Probability) [6]. Tento pozadavek je obzvláste silný, pokud se jedná o úlohu, jejíz neprovedení má za následek ztrátu funkcních vlastností systému majících vliv na jeho bezpecnost. Pro urcení pravdepodobnosti chybného provedení úlohy HEP je nutno ve sledovaném systému MMS presne definovat prípady a stavy lidského selhání. Napríklad pri nasazení vozu první pomoci je cílem záchrana zivota pacienta. Lze definovat dva prípady selhání:

• nehoda vozidla první pomoci behem jízdy,
• pozdní príjezd vozidla do cíle urcení.

Pravdepodobnosti lidských chyb HEP úzce souvisí s pravdepodobnostními událostmi a výskytem závad u hardwarových nebo softwarových komponent a okolními podmínkami. Správné a komplexní analytické vyjádrení, následné matematické zpracovávání a vyhodnocení jsou predpokladem pro vytvorení obrazu nebezpecí v systému. Tímto postupem je determinována celková souhrnná hladina nebezpecí systému a zároven jsou rovnez urceny jednotlivé ci slozené události ovlivnující a zvysující míru rizika.

Vzhledem k výrazným odlisnostem v chování nezivého technického systému a lidského operátora jsou casté prípady, ze pro hodnocenou úlohu, do které je zapojen clovek, je nedostatek prokazatelných údaju a vhodných chybových statistik. V tomto prípade lze zjistovat pravdepodobnost poruchy v podobe lidské chyby nebo omylu pomocí prediktivních metod HRA [5], [6], [9].

2. Prediktivní kvantitativní metody HRA

Existuje rada metod pro pravdepodobnostní odhad lidské spolehlivosti HRA. V tomto clánku jsou uvedeny pouze nejrozsírenejsí metody, jejich základní charakteristiky a specifické vlastnosti. Blizsí informace jsou v odborné literature, napr. [4], [6], [7], [9].

Mezi nejznámejsí metody pravdepodobnostního odhadu lidské spolehlivosti HRA patrí zejména:

• THERP (Technique for Human Error Rate Prediction), jedná se o metodu predikce intenzity lidských chyb, která detailne a do hloubky popisuje a rozkládá sledovanou lidskou cinnost (úlohu), pomocí výberu vhodných pravdepodobnostních odhadu HEP provádí základní vyhodnocování dílcích cinností souvisejících s vykonávanou úlohou a na základe vytvoreného diagnostického modelu úlohy umoznuje casovou kvantifikaci, identifikuje ovlivnující faktory lidské spolehlivosti PSF (Performance Shaping Factors) a tím dává detailní prehled o slabých místech a mozných selháních systému [5];
• SLIM (Success Likelihood Index Method), metoda pro odhad lidského selhání HEP v závislosti na ovlivnujících faktorech PSF, umoznuje kvantifikaci s flexibilními moznostmi výberu analyzované jednotky podle prubehu úlohy, urcuje ovlivnující faktory PSF a jejich dulezitost, hodnotí faktory PSF pomocí tzv. indexu prepoctu SLI (Success Likelihood Index) a vytvárí jejich transformaci na pravdepodobnostní stupnici pomocí minimálne dvou referencních odhadu HEP, více detailních informací v [6];
• HRC (Human Cognitive Reliability), metoda pro kognitivní úlohy a speciální diagnózu rusivých vlivu, které ovlivnují lidské myslení, umoznuje kvantifikaci pravdepodobnostních odhadu HEP vzhledem k casovému hledisku, vytvárí normované casové krivky HEP pro ruzné úrovne lidského chování zalozené na dovednostech, pravidlech vedomostech a myslenkových procesech, více informací v literature [7];
• ESAT (Expertensystem zur Aufgaben - Taxonomie), jedná se o expertní systém pro taxonomii úloh, umoznuje kvantifikaci libovolné úlohy s ohledem na ovlivnující faktory PSF ve forme spolehlivostní stupnice 1 – 10, funkcní vztah mezi spolehlivostní stupnicí a faktory PSF je cástecne zalozen na expertních odhadech a cástecne na merení pracovnících výkonu [8].

3. Klasifikace metod HRA

V soucasné dobe lze metody HRA aplikované na zjistování lidské spolehlivosti rozdelit do dvou generací. Jejich postupy vysetrování a monitorování lidských aktivit spocívají na rozdílných základech a to s ohledem na príciny a faktory ovlivnující cinnosti cloveka v systémech MMS.

Na tomto míste je uveden pouze prehled a základní charakteristika, více podrobných informací v [3].

3.1 Metody HRA první generace

Tyto metody jsou zalozeny na hypotéze, ze chyba v systému je urcena interpretací a prubehem alarmu, druhem a charakterem lidského jednání. V soucasné dobe jsou tyto metody aplikovány zejména v provozech jaderných elektráren, ve vojenských oblastech nebo chemických provozech. Do této skupiny metod patrí:

• THERP,
• ASEP (Accident Sequence Evaluation Program),
• SLIM.

Pro výse vyjmenované metody je charakteristický model procesního rozhraní, které má tri základní prvky, viz obrázek 1. Lidské jednání je podle tohoto sekvencního kognitivního modelu zalozeno na vynuceném poradí jednotlivých procesu. Jde o reakci na událost, na vjem nebo na pozorovaný signál. Je mozný i zkrácený proces lidské reakce a to bez rozhodovací fáze. Z pohledu kognitivního zpracování informací se jedná o zjednodusený model predstavující reakci na podnet, který nezachycuje moznosti a schopnosti lidského kognitivního vedomí. Dalsí omezení spocívá ve výhradním hodnocení lidské cinnosti na úspech ci neúspech, kdy zcela chybí vyhodnocení skutecné príciny lidského selhání.

Obr. 1: Model zpracování informace – postupy analýzy první generace metod HRA [1]

Pres vsechny uvedené výhrady jsou metody HRA první generace stále pouzívané. V cetných provozech a oblastech prevazují názory, ze existuje pouze jediné optimální resení, jediná správná reakce cloveka na alarm nebo na neocekávaný výpadek, která vede k uvedení do bezpecného stavu systému MMS. Pokud clovek nezareaguje podle predem daného scénáre, tak se jeho chování hodnotí jako chybné a nese plnou zodpovednost za konecné selhání celého systému.

3.2 Metody HRA druhé generace

Metody HRA druhé generace posuzují lidskou spolehlivost na pozadí a z pohledu hodnocení lidských vlastností, schopností a vytycení cílu, které významnou merou ovlivnují lidské chování pri chybe ci poruse v systému MMS, viz obrázek 2. Metody druhé generace zohlednují kognitivní chování cloveka. Do této skupiny metod HRA patrí zejména metody jako:

• ATHENA (A Technique for Human Error Analysis),
• CODA (Conclusions from Occurrences by Description of Actions),
• CAHR (Connectionism Assessment of Human Reliability),
• CREAM (Cognitive Reliability and Error Analysis Method).

Obr. 2: Model zpracování informace – postupy analýzy druhé generace metod HRA [1]

4. Spolehlivost lidského operátora

Ve srovnání s technikou se clovek vyznacuje nesrovnatelne vetsí variabilitou a komplexitou. Ve stejné situaci se clovek nechová vzdy stejným zpusobem a stejnou funkci, úlohu nebo cinnost muze uskutecnit ruzným zpusobem, aniz by pritom snízil bezpecnostní riziko systému. Z tohoto duvodu se stává pravdepodobnostní odhad HEP obtízným a tyto okolnosti vyzadují pouzití speciálních metod pro kvantifikaci variabilních lidských cinností.

4.1 Parametry lidské spolehlivosti

Parametry a znaky lidské spolehlivosti jsou obdobné jako je tomu pri výpoctech technické spolehlivosti zarízení. Nejcasteji je jako parametr pro kvantitativní urcení spolehlivosti lidského chování pouzíván odhad pravdepodobnosti lidské chyby HEP [11]. Jeho velikost je definována jako pomer poctu sledovaných chybných úkonu n k celkovému poctu N provedených úkonu, viz vztah:

 (1)

Zcela analogicky jako u technických systému, kde se vyhodnocuje pravdepodobnost poruchy Q(t) a pravdepodobnost bezporuchového provozu R(t), lze vypocítat i pravdepodobnost úspesného provedení dané úlohy clovekem HSP (Human Success Probability), kterou clovek vykonává v MMS podle vztahu:

 (2)

Pravdepodobnosti lidských chyb jsou udávány jako spojite rozdelené náhodné veliciny, které jsou pak plne popsány typem svého rozdelení. Spolehlivost lidského jednání závisí na rade faktoru, jejichz pusobení casto nebývá explicitne dáno. Ruznému provedení elementárního úkonu odpovídají i rozdílné ovlivnující faktory PSF a ty jsou determinovány pomocí predbezné události a podmínek okolí v okamziku provádení. Zvolené rozdelení pravdepodobnosti lidských chyb charakterizuje jednak rozdílné vytvárení faktoru a soucasne také stupen znalostí o pusobení faktoru PSF. Praktická a velmi pouzívaná jsou rozdelení náhodné veliciny X, která se dají popisovat 2 parametry, jako napr. normální rozdelení N(μ, σ²) urcené strední hodnotou μ a smerodatnou odchylkou σ. Pro vyhodnocování pravdepodobnosti lidských chyb HEP se pouzívá casto logaritmické normální rozdelení LN(μ, σ²), viz obrázek 3. Prirozený logaritmus  náhodné veliciny X se rídí logaritmickým normálním rozdelením s hustotou pravdepodobnosti f(x) podle vztahu:

 (3)

Obr. 3: Logaritmicko normální rozdelení

V nekterých prípadech pri znalosti mediánu M jako prvku s pravdepodobností výskytu (50. percentil náhodné veliciny X) a koeficientu spicatosti K rozdelení ze vyuzít vztahy (4), (5):

5. percentil =  (4)

95. percentil = , (5)

kde výraz M_HEP predstavuje medián pravdepodobnosti lidské chyby HEP.

Mezi mediánem M_HEP a strední hodnotou μ normálního logaritmického rozlození platí vztah:

(6)

V prípade, ze nejsou známy koeficienty spicatosti K rozdelení sledované náhodné veliciny X, lze pouzít tabelované hodnoty z literárních dokumentu [5].

Pro zjistení pravdepodobnosti chybné cinnosti cloveka HEP se vychází zejména:

• z literárních zdroju pro obdobné srovnatelné cinnosti (generická data),
• z pozorování chybných cinností v analyzovaném nebo v obdobném systému MMS.

U obou zpusobu mohou nastat problémy pri zjistování spolehlivostních parametru. Je-li provádeno pozorování pouze v jediném systému MMS, je pocet vysledovaných chybných lidských cinností omezený. Vyvstává rovnez otázka, zda takto získaná data jsou plne signifikantní. Pro vetsí objektivitu dat je výhodné provádet pozorování ve vetsím poctu srovnatelných systému MMS, kdy vznikne vetsí datová báze. Srovnatelnost systému musí být jednoznacne prokazatelná. To je nutný predpoklad pro správnou identifikaci chybných cinností, které mají rozhodující vliv na bezpecnost systému MMS a jsou významné ze statistického hlediska [10], [11].

4.2 Vseobecný postup hodnocení

V rámci pravdepodobnostní bezpecnostní analýzy PSA zaujímá zkoumání a vyhodnocování lidské spolehlivosti jeden z nejdulezitejsích kroku pro vyhodnocení bezpecnosti a spolehlivosti celého systému MMS. Úzkou vazbu metod HRA k celkové bezpecnostní analýze technického systému PSA dokazují cetné literární zdroje jako napr. [2], [4].

Vseobecné postupy metod HRA je mozno charakterizovat pomocí tzv. postupových kroku, které na sebe navazují v ruzných rovinách spolehlivostní analýzy lidského jednání. Tabulka 1 uvádí príklady nejcastejsích postupových kroku pri analýze lidské spolehlivosti metodami HRA [10].

Tabulka 1: Zpusob postupu pri analýze lidské spolehlivosti HRA

4.3 Kvantitativní analýza lidských cinností

Pro identifikaci a urcení úloh, které mají být vyhodnocovány metodami HRA, je potreba nejdríve urcit a popsat hodnocený systém jako celek [10]. Vzhledem k tomu, ze metody HRA jsou soucástí celkové bezpecnostní analýzy PSA systému MMS (napr. chemické zarízení obsluhované clovekem, vlaková souprava), je nutno mít na zreteli a hodnotit takové operace, úlohy a cinnosti cloveka, které mohou zpusobovat snízení pohotovosti, bezpecnosti a spolehlivosti systému nebo vyvolávat dalsí nezádané výsledky. Príkladem muze být analýza modelové úlohy Kontrola stavu zásobníku, kterou má pracovník v popisu denních úkolu. Nesprávné provedení konkrétních elementárních operacích této úlohy, viz tabulka 2, muze vést k az celkovému výpadku systému.

*) Poznámka: Uvedené hodnoty parametru HEP_i jsou pouze ilustrativní

Tabulka 2: Analýza modelové úlohy Kontrola stavu zásobníku a její dokumentace

Nejrozsírenejsí kvantitativní analýzy pouzívají kvantifikace vztazené k jednotlivým elementárním cinnostem sledované úlohy. Tohoto postupu vyuzívá predevsím metoda THERP, která má vypracovanou prírucku, v níz je seznam více nez 100 typu konkrétních hodnot pravdepodobností chyb HEP_i v podobe napr.:

• chyba ctení displeje,
• chyba pri provozní kontrole, opomenutí príkazu,
• zámena instrukce [5], [10].

Pro výse uvedenou modelovou úlohu Kontrola stavu zásobníku lze napríklad sestavit strom událostí, viz obrázek 4, kde výrazy p_i predstavují pravdepodobnosti úspesného provedení dílcích cinností a výrazy HEP_i jsou hodnoty pravdepodobností lidských chyb pri cinnostech a - d. Vyhodnocení výsledného parametru HEP dané úlohy je zalozeno na pravdepodobnostních výpoctových pravidlech.

4.4 Hodnocení výsledku metod HRA

Výse popsané metodiky HRA vychází ze smernice VDI 4006 Blatt 2 (1998), do které byly implementovány dostupné mezinárodní zkusenosti. Rozhodující pro dosazení relevantních výsledku pri vyhodnocování lidské spolehlivosti je zejména dukladný popis a podrobná analýza dílcích cinností v systému MMS, správná volba modelu diagnostikované cinnosti nebo skupinového chování, vhodný výber a aplikace metody HRA, správný postup pri spolehlivostních výpoctech a správná identifikace ovlivnujících faktoru.

Rozsah spolehlivostních analýz metodami HRA závisí na souboru cinností cloveka v konkrétním systému MMS. Situace, ve kterých nelze prímo pouzít verohodný a overený model nebo pravidlo, nejsou metodami HRA dostatecne kvantifikovány. Zvláste obtízné je hodnocení kognitivního chování cloveka zalozené na jeho vedomí.

Obr.3: Metoda THERP a strom událostí

Záver

V soucasné dobe jsou metody bezpecnostní analýzy systému PSA striktne aplikovány pouze ve specifických pracovních systémech a kvantitativní hodnocení spolehlivosti lidského cinitele není prílis rozsíreno. Pravdepodobnostní metody HRA umoznující odhad spolehlivosti lidského cinitele nacházejí vsak stále vetsí míru uplatnení. Jejich metodické cásti se zdokonalují a tím se vyhodnocované spolehlivostní parametry priblizují skutecnosti.

Snahou je zejména vytvorit verné modely lidských cinností pro nejvyssí vedomostní kognitivní úroven a tím zajistit úplný popis analyzovaného systému MMS. Vzhledem ke znacné variabilite systému s lidským operátorem, ruzné organizaci práce a predevsím personálnímu nasazení není mozné kvantitativní hodnocení chyby cloveka HEP povazovat za absolutní, nebot stejné druhy chyb se systém od systému mohou znacne lisit.

Spolehlivostí lidského cinitele je nutné se zabývat trvale v souvislosti s bezpecností pracovních systému a také vzhledem k menícím se pozadavkum na pracovní výkony v soucasných podmínkách technického rozvoje.

Pouzitá literatura

[1] HELD, J., KRUEGER, H. Ein Mensch-Maschine System zur Analyse von Mensch-Maschine Interaktionen. In L. Deitmer und F. Eicker (Hrsg.), Schriftenreihe Berufliche Bildung, Donat, (2000). FIT S.263-279.

[2] BARTSCH, H. Vorlesungsmaterial, BTU Cottbus, Cottbus 2001.

[3] STRÄTER, O. Investigations on the Influence of Situational Conditions on Human Reliability in Technical Systems, Proceedings of the 13th Triennial Congress of the International Ergonomics Association, Tampere, 1997.

[4] ZIMOLONG, B. Fehler und Zuverlässigkeit. In: C. F. Graumann et al. (Hg.), Enzyklopädie der Psychologie, Themenbereich D, Serie III, Bd. 2. Verlag für Psychologie, Göttingen (D), 1990.

[5] SWAIN, A. D.; GUTTMANM, E. Handbook of Human Reliability Analysis with Emphasis on Nuclear Power Plant Applications, NUREGKR-1275 (US Nuclear Regulatory Commission, Washington DC) 222, 1983.

[6] SWAIN, A. D. Comparative Evaluation of Methods for Human Reliability Analysis. Gesellschaft für Reaktorsicherheit (GRS) mbH, Köln und Garching (D), 1989.

[7] HANNAMAN, G. W.; SPURGIN, A. J. Systematic Human Action Reliability Procedure, EPRI-NP-3583, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA (USA), 1984.

[8] BRAUSER, K. ESAT - Ein neues Verfahren zur Abschätzung der menschlichen Zuverlässigkeit. In: Gärtner, K. P., : Menschliche Zuverlässigkeit: Maßnahmen zur Eingrenzung menschlichen "Versagens", DGLR - Bericht 92-04, Bonn (D), 1992.

[9] COOPER, S.; RAMEY-SMITH, A.; WREATHALL, J.; PARRY, G.; BLEY, D.; LUCKAS, W.; TAYLOR, J.;BARRIERE, M. A Technique for Human Error Analysis (ATHEANA) - Technical Basis and Methodology, Description. NUREG/CR-6350. NRC. Washington DC, 1996.

[10] VDI 4006 Blatt 2 (1998), Menschliche Zuverlässigkeit.

[11] VDI 4004 Blatt 1 (1986), Zuverlässigkeitskenngrößen, Übersicht.

TISKNOUT | POSLAT MAILEM