12.3. Методики аналізу і врахування людського фактору

Технічні системи стають взаємопов'язаними тільки завдяки наявності такої основної ланки, як людина. Приблизно 20 – 30 % відмов прямо або опосередковано пов'язані з помилками людини; 10 – 15 % усіх відмов безпосередньо пов'язані з помилками людини. Понад 60 % аварій відбувається через помилки персоналу “ризикових” об'єктів.

Зважаючи на це, аналіз надійності реальних систем повинен обов'язково включати і людський фактор.

Надійність роботи людини визначається як імовірність успішного виконання нею роботи або поставленого завдання на заданому етапі функціонування системи протягом заданого інтервалу часу за певних вимог до тривалості виконання роботи.

Помилка людини визначається як невиконання поставленого завдання (або виконання забороненої дії), яке може стати причиною пошкодження обладнання або майна чи порушення нормального ходу запланованих операцій.

У реальних умовах у більшості систем, незалежно від ступеня їх автоматизації, в тій чи іншій мірі необхідна участь людини.

Можна стверджувати, що там, де працює людина, з'являються помилки. Вони виникають незалежно від рівня підготовки, кваліфікації або досвіду. Тому прогнозування надійності устаткування без урахування надійності роботи людини не може дати справжньої картини.

Помилки з вини людини можуть виникнути в тих випадках, коли:

• оператор або будь-яка особа прагне до досягнення помилкової мети;

• поставлена мета не може бути досягнута через неправильні дії оператора;

• оператор не діє в той момент, коли його участь необхідна.

Види помилок, що допускаються людиною на різних стадіях взаємодії в системі “людина – машина”, можна класифікувати наступним чином:

1. Помилки проектування, які обумовлені незадовільною якістю проектування. Наприклад, керуючі пристрої та індикатори можуть бути розташовані настільки далеко один від одного, що оператор буде відчувати труднощі при одночасному користуванні ними.

2. Операторські помилки, які виникають при неправильному виконанні обслуговуючим персоналом встановлених процедур або в тих випадках, коли правильні процедури взагалі не передбачені.

3. Помилки виготовлення, які мають місце на етапі виробництва внаслідок незадовільної якості роботи (наприклад, неправильної зварювання), неправильного вибору матеріалу, виготовлення виробу з відхиленнями від конструкторської документації.

4. Помилки технічного обслуговування, що виникають у процесі експлуатації і зазвичай викликані неякісним ремонтом обладнання або неправильним монтажем внаслідок недостатньої підготовленості обслуговуючого персоналу, незадовільного оснащення необхідною апаратурою та інструментами.

5. Внесені помилки, для яких, як правило, важко встановити причину їх виникнення, тобто визначити, виникли вони з вини людини або ж пов'язані з обладнанням.

6. Помилки контролю, які пов'язані з помилковим прийманням як придатного елемента або пристрою, характеристики якого виходять за межі допусків, або з помилковим вибракуванням придатного пристрою або елемента з характеристиками в межах допусків.

7. Помилки поводження, які виникають внаслідок незадовільного зберігання виробів або їх транспортування з відхиленнями від рекомендацій виробника.

8. Помилки організації робочого місця: тіснота робочого приміщення, підвищена температура, шум, недостатня освітленість і т. п.

9. Помилки в управлінні колективом: недостатнє стимулювання фахівців, їх психологічна несумісність, що не дозволяють досягти оптимальної якості роботи.

Властивість людини помилятися є функцією її психофізіологічного стану. Інтенсивність помилок багато в чому визначається параметрами зовнішнього середовища, в якому людина працює.

Персонал ризикових об'єктів відчуває велике психологічне навантаження. Фактори, що його зумовлюють, можна розглянути на прикладі роботи оперативного персоналу традиційної промислової електростанції: усвідомлення ступеня небезпеки і важкості наслідків аварії; високий тиск пари і води, висока електрична напруга; рухомі механізми; вібрація, підвищена температура і знижена вологість повітря; монотонність обстановки; повільні зміни показань приладів; розмірений ритм роботи обладнання. Як наслідок відбувається розлад свідомості, зростання психологічної напруженості, втрата пильності.

За статистикою від 7 % до 36 % аварій відбувається з вини персоналу; 73 % з них – у результаті несприятливих психологічних якостей людини. У цілому складна картина впливів на людину, що керує потенційно небезпечною технікою, представлена на малюнку 12.5.

Формула безпеки: критична позиція (I) + суворо регламентований і зважений підхід (II) + комунікабельність (III) = безпеці. Будучи впровадженою в стереотип поведінки оператора, забезпечує:

• запобігання аварійній ситуації;

• зниження відсотка помилок при управлінні аварією.

Надійність роботи системи багато в чому залежить від безпомилковості дії людини-оператора, яка керує системою. Імовірність безпомилкового виконання операції типу обчислюють за формулою:

(12.1),

де:

• – кількість допущених помилок при виконанні операцій виду;

• – загальна кількість виконаних операцій виду.

Як показник безпомилковості часто використовують інтенсивність помилок, обчислюючи її, в розрахунку на одну операцію, наступним чином:

(12.2),

де:

• – інтенсивність помилок виду;

• – кількість допущених помилок при виконанні операцій виду;

• – середній час виконання операцій виду.

Імовірність безпомилкового виконання операцій залежить від рівня працездатності, і формулу (12.2) вважають справедливою лише для періоду стійкої працездатності оператора, яка відрізняється значним підйомом продуктивності праці після спрацьовування на початку зміни (мал. 12.6). Динаміка працездатності характеризується трьома основними фазами: I – спрацьовування зі зростаючою працездатністю, II – стійка працездатність і III – спад у зв'язку з природним стомленням (крива 1). Незначний спад спостерігається приблизно за 0,5 години до обідньої перерви, який в основному не пов'язаний зі зміною працездатності і тому на графіку не врахований.

Тенденція розподілу кількості помилок протягом зміни відображена кривими 2 і 3. Накладення їх на графік динаміки надійності роботи оператора протягом робочої зміни показало, що велика частина помилок протягом зміни, а також негативних явищ, що випливають з помилок, наприклад виробничих травм, припадає на період, що характеризується низькою працездатністю. Період же стійкої працездатності (фаза II) відзначається найменшою кількістю помилок, що допускаються працюючим протягом даної зміни.

Методи прогнозування частоти помилок людини ґрунтуються на класичному аналізі і включають наступні етапи:

• складання переліку основних відмов системи;

• складання переліку та аналіз дій людини;

• оцінювання частоти помилок людини;

• визначення впливу частоти помилок людини на інтенсивність відмов аналізованої системи;

• вироблення рекомендацій, внесення необхідних змін у розглянуту систему і обчислення нових значень інтенсивності відмов.

Одним із основних методів аналізу надійності роботи людини є побудова дерева ймовірностей (дерева результатів). При використанні цього методу задається деяка умовна ймовірність успішного або помилкового виконання людиною кожної важливої операції або можливість появи відповідної події. Вихід кожної події зображується гілками дерева ймовірностей. Повна ймовірність успішного виконання певної операції перебуває підсумовуванням відповідних ймовірностей в кінцевій точці шляху успішних результатів на діаграмі дерева ймовірностей. Цей метод із деякими уточненнями може враховувати такі чинники, як стрес, викликаний браком часу; емоційне навантаження; навантаження, визначене необхідністю дій у відповідь, результатами взаємодій і відмовами обладнання.

Слід зауважити, що даний метод забезпечує добру наочність, а пов'язані з ним математичні обчислення прості, що у свою чергу знижує ймовірність появи обчислювальних помилок. Крім того, він дозволяє фахівцеві з інженерної психології легко оцінити умовну ймовірність, яку в іншому випадку можна отримати лише за допомогою рішення складних імовірнісних рівнянь.

Для оцінки надійності роботи операторів технічних систем необхідно враховувати наступні фактори:

• якість навчання та практичної підготовки;

• наявність письмових інструкцій, їх якість і можливість неправильного їх тлумачення;

• ергономічні показники робочих місць;

• ступінь незалежності дій оператора;

• наявність операторів-дублерів;

• психологічні навантаження.

Оцінювання частоти помилок людини слід проводити тільки після розгляду всіх цих факторів, оскільки вони впливають на якість роботи оператора. Отримані оцінки повинні потім включатися в процедуру аналізу дерева відмов.

У загальному вигляді діяльність людини-оператора характеризується швидкодією та надійністю. Критерієм швидкодії є час виконання завдання, час від моменту реагування оператора на сигнал, що надійшов, до моменту закінчення керуючих впливів. Зазвичай цей час прямо пропорційний кількості перетворюваної людиною інформації:

(12.3),

де:

• – прихований час реакції, тобто проміжок часу від моменту появи сигналу до реакції на нього оператора (його значення знаходяться в межах 0,2 – 0,6 с);

• – час переробки однієї одиниці інформації (0,15 – 0,35 с);

• – кількість інформації, що переробляється;

• – середня швидкість переробки інформації (2 – 4 од/с) або пропускна здатність – характеризує час, протягом якого оператор осягає сенс інформації і залежить від його психологічних особливостей, типу завдань, технічних і ергономічних особливостей систем управління.

Імовірність безпомилкового виконання всієї операції в цілому визначається при експоненційному розподілі часу:

(12.4),

де:

• – кількість виконуваних операцій виду;

• - кількість різних видів операцій ( ).

• – середній час виконання операції виду.

• – інтенсивності помилок, допущених при виконання операцій виду.

Коефіцієнт готовності характеризує ймовірність включення людини-оператора в роботу в будь-який момент часу:

(12.5),

де:

• – час, протягом якого людина не може прийняти інформацію, що поступила до неї;

• – загальний час роботи людини-оператора.

Відновлюваність оператора оцінюється ймовірністю виправлень ним допущеної помилки:

(12.6),

де:

• – ймовірність видачі сигналу контрольною системою;

• – ймовірність виявлення сигналу оператором;

• – ймовірність виправлення помилкових дій при повторному виконанні всієї операції.

Цей показник дозволяє оцінити можливість самоконтролю оператором своїх дій і виправлення допущених ним помилок.

Своєчасність дій оператора оцінюється ймовірністю виконання завдання протягом заданого часу:

(12.7),

де:

• – функція розподілу часу вирішення задачі оператором;

• – ліміт часу, перевищення якого розглядається як помилка.

Ця ж імовірність може бути визначена і за статистичними даними:

(12.8),

де:

• і – загальна і несвоєчасно виконана кількість завдань.

Оцінка надійності системи “людина – машина” здійснюється на основі положень теорії надійності технічних систем, оскільки ці положення (з урахуванням специфічних особливостей людини) застосовні до даної системи.

Під надійністю системи (або її елементу) розуміють властивість виконувати задані функції протягом певного часу при заданих умовах роботи. Надійність слід розуміти як сукупність трьох властивостей: безвідмовності, відновлюваності і довговічності.

Фундаментальним поняттям теорії надійності є поняття відмови. Під відмовою розуміють випадкову подію, що полягає в тому, що система (елемент) повністю або частково втрачає свою працездатність, у результаті чого задані системі (елементу) функції не виконуються.

Оцінка надійності системи “людина – машина” може проводитися різними методами: аналітичним, експериментальним, імітаційним. У системотехнічному методі оцінки надійності системи “людина – машина” особа представляється у вигляді компонента системи. При цьому виділяють наступні випадки оцінки надійності системи при взаємодії технічних засобів і людини-оператора при умові, що відмови техніки і помилки оператора є рідкісними, випадковими незалежними подіями. Якщо компенсація помилок оператора та відмов техніки неможлива, то ймовірність безвідмовної роботи системи:

(12.9),

де:

• – імовірність безвідмовної роботи технічних засобів протягом часу ;

• – імовірність безпомилкової роботи оператора протягом часу за умови, що техніка працює безвідмовно;

• – загальний час експлуатації системи;

• – аналізований період роботи.

При “миттєвій” компенсації помилок оператора з імовірністю р ймовірність безвідмовної роботи системи:

(12.10).

У разі компенсації тільки відмов технічних засобів ймовірність безвідмовної роботи системи:

(12.11),

де:

• – умовна ймовірність безвідмовної роботи системи протягом часу з компенсацією наслідків відмов, за умови, що в момент відбулася відмова.

Імовірність безвідмовної роботи системи з компенсацією помилок оператора та відмов технічних засобів:

(12.12).

Виграш у надійності за ймовірністю безвідмовної роботи за рахунок компенсації помилок і відмов характеризується відношенням:

(12.13).

Виграш у надійності збільшується із зростанням і , тобто зі збільшенням рівня натренованості оператора на компенсації відмов і помилок.

Якщо розглядати системи за ступенем безперервності участі людини в процесі управління, то для кожного з цих типів існують відповідні критерії надійності.

Для систем “людина – машина” першого типу таким критерієм є ймовірність безвідмовного, безпомилкового та своєчасного протікання керованого процесу протягом заданого часу . Таке протікання процесу можливе в наступних випадках:

• технічні засоби працюють справно;

• сталася відмова технічних засобів, але при цьому оператор безпомилково та своєчасно виконав необхідні дії з ліквідації аварійної ситуації;

• оператор допустив помилкові дії, але своєчасно їх виправив.

Відповідно до раніше прийнятих позначень, надійність системи “людина – машина” запишеться у вигляді:

(12.14).

Для систем “людина – машина” другого типу критерієм надійності є ймовірність безвідмовного, безпомилкового та своєчасного виконання завдання. Завдання системою може бути виконане в тому випадку, якщо в необхідний момент часу оператор готовий до приймання інформації; що надходить і, крім того: 1) протягом паузи і часу виконання завдання техніка працювала безвідмовно, оператор правильно та своєчасно виконував необхідні дії, або 2) сталася відмова техніки, але оператор своєчасно усунув його і при вирішенні завдання не допускав помилок, або 3) при безвідмовній роботі техніки оператор допустив помилку, але своєчасно компенсував її.

Розрахунок надійності набуде вигляду:

(12.15),

де:

• – імовірність відновлення техніки.

Для систем третього типу критерій надійності такий же, як і в другому випадку. Завдання системою може вважатися виконаним, якщо: 1) у потрібний момент часу техніка знаходиться в справному стані, не відмовила під час виконання завдання, дії операторів були безпомилкові і своєчасні, або 2) техніка, яка не готова чи відмовила, була своєчасно відновлена, а оператори не допустили помилок; 3) при безвідмовній роботі техніки оператор до пустив помилку, але своєчасно компенсував її. Розрахувати надійність у цьому випадку можна за формулою:

(12.16),

де:

• – коефіцієнт готовності техніки.

Широке і різноманітне застосування техніки ставить більш високі вимоги до її відповідності людським можливостям. Сучасні людино-машинні системи слід розглядати як складні автоматизовані системи, в які поряд із контурами чисто автоматичного регулювання, що складаються лише з технічних ланок, включені та функціонують контури, що замикаються через людську ланку. Система “людина-машина” у своєму розвитку проходить три стадії: проектування, виготовлення та експлуатацію. Правильний і обгрунтований облік людського фактора на кожній із цих стадій сприяє досягненню максимальної ефективності і безпеки.

Для аналізу та прогнозування безпеки певної системи, попередження небезпечних ситуацій необхідні бази даних про помилки людини, серед яких виділяють три категорії.

Бази експериментальних даних містять результати лабораторних експериментів і заслуговують на більшу довіру, ніж бази даних іншого типу, оскільки в меншій мірі піддаються впливу суб'єктивних оцінок, здатних призводити до помилок. Однак необхідно мати на увазі, що з якою б старанністю не формувалися подібні бази даних, у них завжди присутній значний елемент суб'єктивності.

Бази експлуатаційних даних є більш реальними, ніж бази експериментальних даних, проте сформувати такі бази досить важко, оскільки для цього потрібна ретельна реєстрація дій у реальних умовах експлуатації. Подібні бази даних дають більш задовільні результати, ніж лабораторні дослідження, оскільки в лабораторних умовах часто ставляться надумані завдання.

Бази суб'єктивних даних складаються на основі експертних оцінок. Створення таких баз обходиться порівняно дешево і не викликає особливих труднощів, оскільки великий обсяг інформації може бути отриманий від невеликої кількості опитаних експертів. Щоб бази суб'єктивних даних можна було використовувати при аналізі надійності роботи людини, необхідно забезпечити необхідну точність даних та гарантувати представництво експертних оцінок. Основна перевага бази суб'єктивних даних полягає в широкому охопленні всіх параметрів, за якими потрібно мати дані про помилки.