層壓機(jī)作業(yè)人員認(rèn)知功能失效概率分析與預(yù)測(cè)

協(xié)鑫集團(tuán)江蘇東昇光伏科技有限公司 ■ 王磊蔡宗光 蔣鴻 卞健 王偉

層壓機(jī)作業(yè)人員認(rèn)知功能失效概率分析與預(yù)測(cè)

協(xié)鑫集團(tuán)江蘇東昇光伏科技有限公司 ■ 王磊*蔡宗光 蔣鴻 卞健 王偉

為了研究層壓機(jī)作業(yè)人員連續(xù)作業(yè)的認(rèn)知功能失效概率，提出一種失效概率分析方法——認(rèn)知可靠性和失誤分析方法（CREAM）。通過(guò)對(duì)CREAM中環(huán)境影響指數(shù)β和控制模式區(qū)域進(jìn)行修正，使其符合層壓機(jī)作業(yè)人員所處情景環(huán)境；通過(guò)實(shí)證得出層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)失效概率為0.0363，對(duì)層壓機(jī)錯(cuò)峰設(shè)計(jì)和班組成員配合培訓(xùn)可有效降低層壓機(jī)作業(yè)人員認(rèn)知功能失效概率。以CREAM修正方法為基礎(chǔ)建立層壓機(jī)作業(yè)人員認(rèn)知功能失效概率模型，具有較好的可操作性。

層壓機(jī)作業(yè)人員；CPC；CREAM；環(huán)境影響指數(shù)；控制模式區(qū)域

0　引言

人-機(jī)系統(tǒng)的可靠性和安全性越來(lái)越取決于人的可靠性［1，2］。據(jù)中國(guó)安全總局2013～2014年事故統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，70％以上事故是由于人的失誤行為導(dǎo)致［3］，人的失誤行為已成為事故發(fā)生的根源。由于人的作業(yè)行為量化復(fù)雜，以及作業(yè)環(huán)境等變化給作業(yè)人員人因失效概率分析與預(yù)測(cè)帶來(lái)困難，目前主要采取提高管理能力和提升作業(yè)認(rèn)知水平來(lái)降低人因失效概率。

目前行業(yè)專家從各領(lǐng)域?qū)θ艘蚩煽啃赃M(jìn)行了理論與實(shí)踐研究：陳爐云［4］等以某船艇控制室的操作任務(wù)為例建立人因失誤樹(shù)，通過(guò)對(duì)收集數(shù)據(jù)仿真確定其可靠性程度；席永濤［5］等以MMEM系統(tǒng)模型和SHEL界面模型為基礎(chǔ)建立海事作業(yè)人員人因可靠性行為因子；趙振武［6］等對(duì)認(rèn)知可靠性和失誤分析方法（CREAM）中認(rèn)知功能表進(jìn)行了部分修正，使其能夠適用于管制員與空中飛行員可靠性控制。從上述研究發(fā)現(xiàn)，人因可靠性方法在分析作業(yè)人員處于一定情景環(huán)境下的認(rèn)知功能失效概率分析與預(yù)測(cè)方面具有較好的效果。本文將以協(xié)鑫集團(tuán)江蘇東昇光伏科技有限公司層壓機(jī)作業(yè)人員為例，通過(guò)對(duì)CREAM進(jìn)行修正，確定層壓機(jī)作業(yè)人員認(rèn)知功能失效概率，并提出降低其認(rèn)知功能失效概率的措施。

1　CREAM理論與修正

1.1CREAM理論

認(rèn)知可靠性和失誤分析方法（CREAM）是由Erik博士［7］提出，其認(rèn)為人的認(rèn)知功能失效概率受到所處情景環(huán)境的影響，Erik提出特有的認(rèn)知模型與體系，能夠確定作業(yè)人員的認(rèn)知狀態(tài)并預(yù)測(cè)其未來(lái)變化［2］。CREAM將人所處情景環(huán)境因素歸結(jié)為共同績(jī)效條件（CPC），通過(guò)大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定CPCs共有9個(gè)主要因素，分別為組織完善性、工作條件、人機(jī)界面（MMI）與運(yùn)行支持的完善性、規(guī)程/計(jì)劃的可行性、同時(shí)出現(xiàn)的目標(biāo)數(shù)量、可用時(shí)間、值班時(shí)間區(qū)、培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)的充分性和班組成員的合作質(zhì)量。每個(gè)CPC因子可根據(jù)其水平狀態(tài)確定其對(duì)于績(jī)效可靠性的期望效應(yīng)：改進(jìn)、不顯著和降低。同時(shí)定義環(huán)境影響指數(shù)β為：β=∑ω降低-∑ω改進(jìn)，當(dāng)β=0時(shí)認(rèn)為其共同績(jī)效因子不受情景環(huán)境影響，記為CFP0；當(dāng)β≠0時(shí)認(rèn)為其共同績(jī)效因子受到情景環(huán)境影響，記為CFP。CFP、CFP0、β和關(guān)系系數(shù)k（k由認(rèn)知失效概率及環(huán)境影響指數(shù)的最大值和最小值確定）的關(guān)系可表示為：

最大認(rèn)知失效概率和最小認(rèn)知失效概率的表達(dá)式分別為：

通過(guò)式（2）和式（3）換算得到k和CFP0的表達(dá)式為：

認(rèn)知可靠性和模型誤差分析方法也被稱為現(xiàn)場(chǎng)控制模型（COCOM），如圖1所示，它是基于人的可靠性分析方法的精華，同時(shí)也是解決人因可靠性的關(guān)鍵問(wèn)題。該方法還確定了影響情景環(huán)境的9個(gè)主要因素，通過(guò)［∑降低，∑改進(jìn)］的范圍以及控制模式區(qū)域范圍的關(guān)系就能準(zhǔn)確確定人所處的控制模式區(qū)域。同時(shí)，CREAM給出了控制模式對(duì)應(yīng)的失效概率區(qū)間值，即戰(zhàn)略模式失效概率區(qū)間為［0.00005， 0.01］，戰(zhàn)術(shù)模式的為［0.001， 0.1］，機(jī)會(huì)模式的為［0.01， 0.5］，混亂模式的為［0.1， 1］；CERAM還給出了認(rèn)知功能失效模式及其對(duì)應(yīng)的失效概率基本值，這里仍采用已給出的失效概率基本值［8］。

圖1　情景控制模型流程

1.2CREAM修正

不同情景環(huán)境下CPC因子重要程度存在顯著差異，情景環(huán)境差異性表現(xiàn)屬于定性因素，無(wú)法采用定量方法進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮情景環(huán)境狀態(tài)的兩兩相互關(guān)系，故采用關(guān)系矩陣的方法來(lái)確定CPC因子重要程度［9］。

設(shè)有｛a1，a2，…，an｝共n個(gè)CPC因子，可建立關(guān)系矩陣M=｛bij｝，bij表示ai與aj的兩兩關(guān)系（ai和aj關(guān)系可用強(qiáng)烈重要、非常重要、明顯重要、稍顯重要和同等重要表示，并分別賦值為5、4、3、2、1），通過(guò)式（6）～式（8）計(jì)算出第i個(gè)CPC因子重要度ωi為：

式中，SC（i）和SR（j）表示人因可靠性CPC因子在關(guān)系矩陣中行列元素和。根據(jù)CPC因子重要度可得到修正后的β′， β′=∑ω′降低-∑ω′改進(jìn)，同時(shí)計(jì)算基本認(rèn)知失效概率CFP0、認(rèn)知失效概率CFP、系數(shù)k和β′的關(guān)系［10］如式（9）所示：

通過(guò)匯總CPC因子中改進(jìn)和降低作用的CPC因子∑降低和∑改進(jìn)，即可確定情景環(huán)境下作業(yè)人員所處的控制模式（圖2），發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員所處控制模式區(qū)域較粗略，且某個(gè)失效概率可能屬于兩個(gè)失效模式或者不屬于任何一個(gè)失效模式，同時(shí)失效模式是離散型的。

圖2　人員所處控制模式區(qū)域

為建立連續(xù)控制模式區(qū)域模型，須作以下假設(shè)：1）控制模型區(qū)域是連續(xù)的，不是4個(gè)獨(dú)立區(qū)域［11］；2）失效分布函數(shù)存在控制模式區(qū)域每個(gè)點(diǎn)；3）失效分布函數(shù)服從對(duì)數(shù)分布函數(shù)（通過(guò)改變外部條件可使人的行為通過(guò)對(duì)數(shù)函數(shù)體現(xiàn)）；4）失效分布函數(shù)均值等于控制模式區(qū)域?qū)?shù)（說(shuō)明同3）；5）改進(jìn)情景環(huán)境，即∑降低=∑改進(jìn)；6）如果∑改進(jìn)=0或∑降低處于最大值，則平均失效率（MFR）處于最大值；7）如果∑降低=0或∑改進(jìn)處于最大值，則MFR處于最小值。

基于以上假設(shè)，可設(shè)：MFR=MFR·10A（A是調(diào)節(jié)非均衡CPC因子的MFR0，即當(dāng)∑降低≠∑改進(jìn)），建立基本連續(xù)控制模式區(qū)域圖（圖3），其中N改進(jìn)表示所有CPC因子均為改進(jìn)，N降低表示CPC因子均為降低。

圖3　連續(xù)控制模式區(qū)域

根據(jù)假設(shè)及連續(xù)控制模式區(qū)域模型圖，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得到以下公式：

其中，R=√∑改進(jìn)+∑降低；Rmax=√N(yùn)改進(jìn)+N降低；

繪制在連續(xù)控制模式區(qū)域下MFR值的示意圖，如圖4所示。

圖4　連續(xù)控制模式區(qū)域下MFR值

2　層壓機(jī)作業(yè)人員特點(diǎn)與失效概率預(yù)測(cè)

2.1背景介紹

協(xié)鑫集團(tuán)兩期共計(jì)年產(chǎn)1 GW光伏組件項(xiàng)目，已于2014年先后投產(chǎn)。

2.2層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)特點(diǎn)

太陽(yáng)能層壓機(jī)是每個(gè)光伏組件生產(chǎn)企業(yè)必備的設(shè)備［12］，主要作用是把EVA、太陽(yáng)電池片、鋼化玻璃、背膜（TPT、PET等材料）在高溫真空的條件下壓成具有一定剛性的整體。層壓機(jī)作業(yè)人員的主要職責(zé)是在組件進(jìn)入層壓機(jī)前取下組件上的流程卡并在系統(tǒng)中錄入流程卡信息，在層壓機(jī)完成層壓后將流程卡粘貼到組件上，同時(shí)觀察層壓機(jī)儀表上參數(shù)變化并及時(shí)處理。層壓機(jī)作業(yè)人員良好的認(rèn)知行為對(duì)光伏組件生產(chǎn)企業(yè)尤為重要，其疏忽、漏判都有可能造成層壓機(jī)中的組件報(bào)廢、層壓機(jī)停機(jī)，甚至留下嚴(yán)重的安全隱患，有可能造成事故的發(fā)生。已知的多起層壓機(jī)組件報(bào)廢、層壓機(jī)作業(yè)人員受傷均與層壓機(jī)作業(yè)人員忽視操作規(guī)程、異常報(bào)警信息處理不及時(shí)等有關(guān)，所以對(duì)層壓機(jī)作業(yè)人員行為過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)并確定其認(rèn)知狀態(tài)具有較大意義。

層壓機(jī)作業(yè)人員的作業(yè)過(guò)程有以下特點(diǎn)：層壓機(jī)人員必須反復(fù)對(duì)組件流程卡信息進(jìn)行查驗(yàn)并錄入系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)層壓機(jī)設(shè)備中的儀器儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，根據(jù)層壓機(jī)儀表中的數(shù)據(jù)變化判斷層壓機(jī)運(yùn)行的正常與否，進(jìn)而采取調(diào)整參數(shù)、停機(jī)進(jìn)箱維護(hù)或上報(bào)等待維修等措施，然后重復(fù)該過(guò)程；層壓機(jī)作業(yè)人員的作業(yè)行為會(huì)被其所處的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)狀態(tài)影響，作業(yè)人員的績(jī)效不是某個(gè)隨機(jī)發(fā)生的事件，是由其完成的整個(gè)作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)環(huán)境決定的。

2.3層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)失效概率預(yù)測(cè)

根據(jù)文獻(xiàn)［8］對(duì)江蘇東昇光伏科技有限公司層壓機(jī)人員的作業(yè)行為進(jìn)行區(qū)分，確定其認(rèn)知功能和基本失效概率，如表1所示。

表1　層壓機(jī)作業(yè)人員認(rèn)知行為與認(rèn)知功能

從第1個(gè)認(rèn)知活動(dòng)開(kāi)始分析，確定CPC所處期望狀態(tài)，并根據(jù)層壓機(jī)作業(yè)人員所處情景環(huán)境和式（6）～式（8）確定CPC權(quán)重，如表2所示。

表2　CPC因子、狀態(tài)及重要度

通過(guò)觀測(cè)和校準(zhǔn)，層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)可靠性在10-2（通過(guò)對(duì)部分層壓機(jī)作業(yè)人員跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)，層壓機(jī)作業(yè)人員操作100次出現(xiàn)不可靠行為均低于10次，但不可靠行為數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，即認(rèn)定其可靠性為10-2），并假設(shè)誤差因子EF=1（即認(rèn)為存在層壓機(jī)作業(yè)人員操作100次出現(xiàn)超過(guò)10次不可靠行為現(xiàn)象的可能性），即有：R=3，Rmax=4，θ=23.47，MFRmin=10-3，MFRmax=10-1；通過(guò)式（10）～式（12）可計(jì)算出MFR=3.92×10-2，可判斷出層壓機(jī)作業(yè)人員的認(rèn)知活動(dòng)處于戰(zhàn)術(shù)失效區(qū)域，這與未修正CREAM中控制模式區(qū)域確定結(jié)果一致。

同時(shí)計(jì)算修正后的環(huán)境影響指數(shù)β′=-1.79，根據(jù)認(rèn)知活動(dòng)所處失效模式，計(jì)算出系數(shù)k=0.148，將β′和k代入式（9）計(jì)算出失效概率CFP=0.0038。同理可計(jì)算其他認(rèn)知活動(dòng)失效概率，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)行為認(rèn)知活動(dòng)失效概率

由此，可計(jì)算出層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)行為失效概率P=1-∏5i=1（1-CFP）=0.0363，可認(rèn)為在情景模式下層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)失效概率為0.0363；認(rèn)知行為中，取下組件流程卡處于機(jī)會(huì)控制失效模式區(qū)域。

為了降低層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)行為失效概率，可從以下角度降低取下組件流程卡的失效概率：1）可對(duì)層壓機(jī)進(jìn)行錯(cuò)峰設(shè)計(jì)，減少層壓機(jī)同時(shí)出現(xiàn)的概率；2）加強(qiáng)層壓機(jī)作業(yè)人員班組配合能力；3）控制層壓機(jī)周?chē)鷾囟?，減少由于工作環(huán)境對(duì)層壓機(jī)作業(yè)人員作業(yè)行為失效概率的影響。

3　結(jié)論

層壓機(jī)作業(yè)崗位是光伏組件生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵崗位，其作業(yè)人員的作業(yè)行為直接決定組件生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能。采用CREAM修正能較好體現(xiàn)層壓機(jī)作業(yè)人員的作業(yè)特點(diǎn)與作業(yè)環(huán)境，控制模式區(qū)域修正體現(xiàn)了光伏組件企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)方式。實(shí)證分析結(jié)果體現(xiàn)了CREAM修正在光伏組件企業(yè)應(yīng)用的可靠性，并且能夠有效提高人員作業(yè)可靠性及在光伏組件生產(chǎn)應(yīng)用的準(zhǔn)確性，具有較好的可操作性。

［1］ 廖斌， 高慧， 劉敏， 等. 基于CREAM的校車(chē)駕駛員人因可靠性分析方法［J］. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)， 2012， 8（11）: 145-150.

［2］ 王遙， 沈祖培， 高佳. CREAM追溯法及其在根原因分析中的應(yīng)用［J］. 核科學(xué)與工程， 2005， 25（1）: 30-34.

［3］ 中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)監(jiān)督總局安全產(chǎn)生簡(jiǎn)況［EB/OL］. http://www.chinasafety.gov.cn/newpage.htm， 2015.

［4］ 陳爐云， 張?jiān)７? 基于故障樹(shù)法的船舶艙室人因可靠性研究［J］. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2012， 34（1）: 110-113.

［5］ 席永濤， 胡甚平. 海運(yùn)人因可靠性分析中行為形成因子模型［J］. 中國(guó)航海， 2012， 35（1）: 66-70.

［6］ 趙振武， 張微. 基于改進(jìn)CREAM的管制員與飛行員間人因可靠性分析［J］. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2013， 13（1）: 185-188.

［7］ Hollnagel Erik. Cognitive reliability and error analysis method［M］. America: Elsevier Science Ltd，1998.

［8］ 孫瑞山， 王鑫. 基于CREAM預(yù)測(cè)法的駕駛艙機(jī)組判斷與決策過(guò)程的初步研究［A］. Proceedings of 2010 International Conference on Management Science and Engineering［C］， 湖北， 2010， 10-17.

［9］ 王丹， 劉琳， 賀宏博. 人因可靠性分析在煤礦生產(chǎn)中的改進(jìn)與應(yīng)用［J］. 內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版）， 2013， 45（4）: 60-65.

［10］ Misztal I， Legarra A， Aguilar I. Using recursion to compute the inverse of the genomic relationship matrix［J］. Journal of Dairy Science， 2014， 97（6）: 3943-3952.

［11］ Sarter N B， Amalberti R. Cognitive engineering in the aviation domain ［M］. America: Lawrence Erlbaum Associates Inc， 2000.

［12］ 陳俊超. 太陽(yáng)能層壓機(jī)使用成本分析及發(fā)展方向［J］. 太陽(yáng)能， 2011， （20）: 55-57.

2015-09-20

王磊（1988—），男，碩士，主要從事工業(yè)工程與工業(yè)安全等工作。15951463654@163.com