基于SD的高鐵工務(wù)崗位人因失誤分析

王洪德，吳含雪

(1.大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院,遼寧 大連 116028；2.遼寧省隧道與地下結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116028)*

高鐵工務(wù)一線崗位人員的安全素質(zhì)及專業(yè)技能對(duì)高鐵工務(wù)設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)質(zhì)量、行車安全起著至關(guān)重要的作用.據(jù)統(tǒng)計(jì)，鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域中70%～80%的事故是由人因失誤引起的[1]，因此，在高鐵設(shè)備升級(jí)改造的環(huán)境背景下，為提高工務(wù)設(shè)備運(yùn)維效率和應(yīng)用品質(zhì)，保障行車安全，有必要對(duì)高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤問題進(jìn)行研究.針對(duì)人因失誤這一研究方向，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用人因可靠性方法進(jìn)行分析，如Pan Xing[2]為提高人機(jī)系統(tǒng)可靠性方面的重要性，采用人因可靠性分析方法來確定操作員的錯(cuò)誤，并通過績(jī)效塑造因素(PSF)進(jìn)一步完善確保HRA結(jié)果；Jinkyun[3]通過咨詢韓國(guó)核電廠HRA社區(qū)的14名專家，確定了五個(gè)重大HRA問題，強(qiáng)調(diào)支持多單元概率安全評(píng)估(PSA)以改善HRA；Yaliang[4]通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)模型和人因失誤實(shí)驗(yàn)來檢查和優(yōu)化HRA，并定量判斷了人因失誤對(duì)系統(tǒng)故障的影響；A.Azadeh等[5]提出了決策風(fēng)格(DS)和人因可靠性的綜合評(píng)估人員的效率的方法，用于改善大型石化廠的因人因失誤導(dǎo)致的決策失敗.康毅軍等[6]提出一種基于成功似然指數(shù)(SLIM)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)結(jié)合的方法，對(duì)非正常條件下鐵路接發(fā)列車進(jìn)行人因可靠性分析評(píng)價(jià)，以此保障行車安全；張開冉等[7]提出了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)考慮情境環(huán)境因子交互關(guān)系的人因可靠性分析方法.

目前對(duì)高鐵工務(wù)的人因失誤研究還較少，本研究以某路局工務(wù)段實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用SD模型(SystemDynamic)對(duì)高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤進(jìn)行分析，SD模型是一種分析研究信息反饋、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與行為空間之間動(dòng)態(tài)、辨證關(guān)系的模型，依據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)、控制和信息反饋等環(huán)節(jié)來反映實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)機(jī)制，并通過建立仿真模型，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)的科學(xué)方法[8].

1 工務(wù)崗位HEP影響因素及因果關(guān)系

1.1 HEP直接影響因素

為分析高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤原因，基于HEP分析產(chǎn)生失誤的條件(Error Producing Conditions，EPCs)對(duì)HEP的影響[9～11]，并給出HEP算式：

(1)

式中，Ni是第i個(gè)EPCs的最大效應(yīng)，Di為第i個(gè)EPCs的影響評(píng)估比例(APOA)，HB=0.003.

通過對(duì)某路局高鐵工務(wù)崗位實(shí)際調(diào)研，給出其EPCs指標(biāo)分別為：作業(yè)環(huán)境水平、安全培訓(xùn)教育效果、工作經(jīng)驗(yàn)水平、作業(yè)壓力水平、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平.

作業(yè)環(huán)境水平指物理環(huán)境、自然環(huán)境和監(jiān)管環(huán)境情況好壞.物理環(huán)境指作業(yè)時(shí)的聲音大小、光照強(qiáng)弱、溫度高低等，自然環(huán)境指暴風(fēng)雨雪等惡劣天氣，這些作業(yè)環(huán)境對(duì)于高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤的影響不可忽略.監(jiān)管環(huán)境指管理層的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)盯控情況和相關(guān)規(guī)章制度的完備性.

安全教育培訓(xùn)效果指車間和工區(qū)的安全生產(chǎn)教育和培訓(xùn)計(jì)劃完成情況.安全教育培訓(xùn)效果和崗位職工的工作態(tài)度、學(xué)歷以及記憶能力有著密切關(guān)系.

作業(yè)壓力指崗位職工在接受作業(yè)任務(wù)和作業(yè)過程中無法應(yīng)對(duì)作業(yè)要求時(shí)產(chǎn)生的負(fù)性感受和消極信念.在高鐵工務(wù)系統(tǒng)中，一線崗位職工的作業(yè)壓力主要受斷軌除雪等應(yīng)急處置、天窗夜班作業(yè)等影響.

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平指崗位職工在作業(yè)過程中對(duì)該崗位存在的風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知程度，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平受崗位職工的工作經(jīng)驗(yàn)、安全意識(shí)和實(shí)作技能水平的影響.

1.2 因果關(guān)系圖構(gòu)建

根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理，構(gòu)建因果圖時(shí)首先要確定系統(tǒng)邊界，其次邊界內(nèi)部要能明確表示研究對(duì)象各因素的相互作用關(guān)系，并能解釋邊界內(nèi)發(fā)生的系統(tǒng)行為[12].故基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理和對(duì)高鐵工務(wù)一線崗位職責(zé)歸納分析及有關(guān)作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況的了解，建立因果關(guān)系回路，主要有3個(gè)正反饋回路，4個(gè)負(fù)反饋回路.

正反饋回路：

(1)安全教育培訓(xùn)效果(+)--作業(yè)質(zhì)量(+)--風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平(+)--一線崗位HEP(-)--一線崗位安全水平(+)--實(shí)作技能(+)--工作經(jīng)驗(yàn)水平(+)--應(yīng)急處置能力(+)--作業(yè)壓力水平(-)--態(tài)度(+)--安全教育培訓(xùn)效果(+)；

(2)作業(yè)壓力水平(+)-一線崗位HEP(+)-一線崗位安全水平(-)-實(shí)作技能(-)-工作經(jīng)驗(yàn)水平(-)-應(yīng)急處置能力(-)-作業(yè)壓力水平(+);

(3)安全教育培訓(xùn)效果(+)-應(yīng)急處置能力(+)-作業(yè)壓力水平(-)-一線崗位HEP(-)-一線崗位安全水平(+)-監(jiān)管環(huán)境情況(+)-安全教育培訓(xùn)效果(+).

負(fù)反饋回路：

(1)監(jiān)管環(huán)境情況(+)-安全教育培訓(xùn)效果(+)-風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判意識(shí)(+)-風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平(+)-一線崗位HEP(-)-一線崗位安全水平(+)-監(jiān)管環(huán)境情況(+);

(2)工作經(jīng)驗(yàn)水平(+)--一線崗位HEP(-)--一線崗位安全水平(+)--實(shí)作技能(+)---工作經(jīng)驗(yàn)水平(+)；

(3)安全教育培訓(xùn)效果(+)-應(yīng)急處置能力(+)-作業(yè)壓力水平(-)-態(tài)度(+)-安全教育培訓(xùn)效果(+);

(4)監(jiān)管環(huán)境情況(+)-作業(yè)環(huán)境水平(+)-風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平(+)-一線崗位HEP(-)-一線崗位安全水平(+)-監(jiān)管環(huán)境情況(+).

高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤因果關(guān)系圖如圖1所示.

圖1 高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤因果關(guān)系圖

2 基于SD的人因失誤模型

2.1 流圖構(gòu)建

基于辨識(shí)出人因失誤影響因素間的因果關(guān)系，構(gòu)建高鐵工務(wù)作業(yè)崗位人因失誤動(dòng)態(tài)流圖如圖2.

圖2 高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤動(dòng)態(tài)流圖

SD的變量包括狀態(tài)變量、速率變量和輔助變量，他們與常量和方程共同構(gòu)成SD仿真的基本元素.狀態(tài)變量是通過積累形成的變量，能夠最終決定系統(tǒng)行為，當(dāng)前時(shí)刻的值等于過去時(shí)刻的值加上這一段時(shí)間的變化量；速率變量隨著時(shí)間的變化可能會(huì)發(fā)生變化，并能夠直接改變狀態(tài)變量值，反映了狀態(tài)變量輸入或輸出的速度；輔助變量通過系統(tǒng)中其他變量的作用獲得的變量，當(dāng)前時(shí)刻的值和歷史時(shí)刻的值是相互的[13].本文變量如下.

狀態(tài)變量：風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平、作業(yè)環(huán)境水平、工作經(jīng)驗(yàn)水平、安全教育培訓(xùn)效果、作業(yè)壓力水平、一線崗位安全水平.

輔助變量：作業(yè)質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判意識(shí)、自然環(huán)境情況、物理環(huán)境情況、監(jiān)管環(huán)境情況、態(tài)度、知識(shí)記憶能力、個(gè)人學(xué)歷、規(guī)章制度健全程度、現(xiàn)場(chǎng)盯控頻率、天窗作業(yè)時(shí)長(zhǎng)、應(yīng)急處置能力、身體健康狀況、個(gè)人工齡、實(shí)作技能、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平APOA、作業(yè)環(huán)境水平APOA、工作經(jīng)驗(yàn)水平APOA、安全教育培訓(xùn)效果APOA、工作壓力水平APOA、一線崗位HEP.

速率變量：風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平的增量、作業(yè)環(huán)境水平增量、工作經(jīng)驗(yàn)水平增量、安全教育培訓(xùn)效果增量、作業(yè)壓力水平增量、一線崗位安全水平增量.

2.2 主要變量方程確定

運(yùn)用SD中一階線性函數(shù)、表函數(shù)、邏輯函數(shù)等構(gòu)建仿真方程，主要方程如下.

知識(shí)記憶能力[14]=WITH LOOKUP time([(0,0)-(120,1)],(0,1),(0.23,0.58),(1,0.44),(8,0.39),(23,0.34),(45,0.29),(90,0.25))

(2)

知識(shí)記憶能力是指一線崗位職工對(duì)安全教育培訓(xùn)知識(shí)的接受程度，知識(shí)記憶能力高低影響著安全教育培訓(xùn)效果的好壞，該變量與艾賓浩斯遺忘曲法則的趨勢(shì)圖相似，故參考文獻(xiàn)后給出該變量方程.

一線崗位HEP=0.003*(2*作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)APOA+1)*(2*安全培訓(xùn)接受水平APOA+1)*(3*風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判能力APOA+1)*(8*工作經(jīng)驗(yàn)APOA+1)*(10*工作壓力APOA+1)

(3)

式(3)根據(jù)式(1)HEP計(jì)算公式得到，其中最大效應(yīng)Ni取值為(3，3，4，9，11)[9-10]分別對(duì)應(yīng)的EPCs是安全教育培訓(xùn)效果、作業(yè)環(huán)境水平、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平、工作經(jīng)驗(yàn)水平、作業(yè)壓力水平.

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平APOA=INTEGER(風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平)

(4)

作業(yè)壓力水平=INTEG[作業(yè)壓力水平增量,3]

(5)

監(jiān)管力度=規(guī)章制度健全程度+現(xiàn)場(chǎng)盯控頻率-一線崗位HEP

(6)

與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平APOA、監(jiān)管力度類似的輔助變量的方程分別類似式(4)、(6)得出，與作業(yè)壓力水平類似的狀態(tài)變量的方程類似式(5)得出.

身體素質(zhì)=RANDOM UNIFORM(18.5, 30 ,0.1)，身體素質(zhì)用體重指數(shù)BMI=體重/身高平方(kg/cm2)來計(jì)算，國(guó)際上常用該指數(shù)衡量人體肥胖程度和是否健康，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)范圍為18.5～30，中國(guó)專家認(rèn)為指數(shù)在18.5～23.9之間屬于平均健康水平，24～26.9健康水平較低低，27～29.9范圍內(nèi)低度健康水平，超過30或小于18.5的屬于不健康[15].健康水平越高身體素質(zhì)越高，作業(yè)壓力水平越低.

天窗作業(yè)時(shí)長(zhǎng)=RANDOM UNIFORM(0,4,1)，因高鐵工務(wù)維修天窗夜間作業(yè)，時(shí)長(zhǎng)通常在0～6h，將其轉(zhuǎn)化為作業(yè)時(shí)長(zhǎng)每增加1.5 h崗位職工的壓力感知情況，函數(shù)中數(shù)據(jù)取值可通過調(diào)查問卷的形式獲得，可分為無壓力、壓力較小、壓力一般、壓力較大、壓力大從低至高對(duì)應(yīng)相應(yīng)數(shù)值.個(gè)人工齡、個(gè)人學(xué)歷、規(guī)章制度健全程度、現(xiàn)場(chǎng)盯控頻率等與天窗作業(yè)時(shí)長(zhǎng)相似的變量方程可以類似得出，調(diào)查問卷問題和數(shù)值的設(shè)置因變量的不同而不同.

2.3 模型應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際調(diào)研，對(duì)某路局工務(wù)段發(fā)放調(diào)查問卷和專家咨詢，設(shè)置狀態(tài)變量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平、作業(yè)環(huán)境水平、工作經(jīng)驗(yàn)水平、安全教育培訓(xùn)效果、作業(yè)壓力水平、一線崗位安全水平初值為(2，1，1，1，2，2).模擬前設(shè)置初試時(shí)間為 d，終止時(shí)間為100 d.進(jìn)行模擬后一線崗位HEP模擬情況如圖3所示，一線崗位HEP影響因素的模擬結(jié)果如圖4所示.

圖3 一線崗位HEP模擬結(jié)果

圖4 一線崗位HEP影響因素的模擬結(jié)果

根據(jù)圖3和圖4可以看出，總體而言安全教育培訓(xùn)效果、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判水平、工作經(jīng)驗(yàn)水平、作業(yè)環(huán)境水平呈上升趨勢(shì)，但對(duì)比一線崗位HEP模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一線崗位HEP仍然不斷上升，與作業(yè)壓力水平的趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，說明在截止點(diǎn)前，對(duì)一線崗位HEP影響最大的是作業(yè)壓力水平.因此可能導(dǎo)致該工務(wù)段一線崗位人因失誤的主要因素為作業(yè)壓力水平.對(duì)比截止點(diǎn)前某路局工務(wù)段作業(yè)實(shí)際和人因失誤數(shù)據(jù)，因夜間天窗作業(yè)較為頻繁且應(yīng)急處置能力不足，導(dǎo)致崗位職工壓力較大，作業(yè)中失誤次數(shù)稍有增加.模型的仿真結(jié)果證實(shí)與該工務(wù)段實(shí)際情況相符，證明該模型的可行性.此模型可以幫助工務(wù)管理層有針對(duì)性的提出相應(yīng)的措施來改善一線崗位安全水平，保障高鐵工務(wù)一線生產(chǎn)安全.

3 結(jié)論

(1)以人因失誤概率為切入點(diǎn)，構(gòu)建高鐵工務(wù)一線崗位人因失誤的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并結(jié)合某路局工務(wù)段調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驗(yàn)證.基于驗(yàn)證后的模型仿真發(fā)現(xiàn)，一線崗位的五個(gè)直接影響因素中，作業(yè)壓力水平對(duì)HEP起主導(dǎo)作用;

(2)某路局工務(wù)段實(shí)際作業(yè)中因存在夜間天窗作業(yè)較為頻繁和應(yīng)急處置能力不足的問題，致使崗位職工失誤次數(shù)呈緩慢遞增趨勢(shì)，與模型仿真結(jié)果相對(duì)應(yīng).