基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法的組織可靠性

基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法的組織可靠性分析框架1、引言2、核電站組織因素分析3、基于BN的組織可靠性分析4、案例5、總結(jié)1、引言對于核電廠而言，安全是核電存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著核電廠技術(shù)水平的不斷提高，核電廠技術(shù)系統(tǒng)安全的主要關(guān)注點已由硬件失效和個體人因失誤轉(zhuǎn)移到組織管理領(lǐng)域的潛在失效。2011年3月11日，日本福島核泄漏事故，眾多專家將其事故主要原因之一歸結(jié)于人因組織管理失誤導致。2、核電站組織因素分析根據(jù)組織因素選擇標準和核電廠人因事件統(tǒng)計數(shù)據(jù),對某核電廠2000-2003年發(fā)生的71件人因事件報告(2000年22件，2001年21件，2002年17件，2003年11件)進行分析。事件/事故的根原因可追溯到組織因素。因為設(shè)備失效和人誤引起的事件/事故，除自身因素之外，其可靠性都受組織因素的影響，如不充分的培訓容易引起操作失誤，不充分的維護會影響硬件的可靠性。對人因事件的發(fā)生起主要貢獻的組織因素包括培訓(頻數(shù)為30)、監(jiān)管(頻數(shù)為33)、員工的知識/能力/經(jīng)驗要求(頻數(shù)為31)、安全態(tài)度(頻數(shù)為20)。因此，對核電站組織因素進行合理分類研究，對分析事故根原因有重要作用?；谌艘蚴д`因果模型的組織因素分類組織/系統(tǒng)或組件的交互是通過“一線”人員(如操縱員,維修人員)的行為進行的,一線人員處于特定的情境環(huán)境中,其行為受各種組織因素和狀態(tài)因素的影響。即組織因素的影響關(guān)系是通過人的行為活動關(guān)聯(lián)的。由此，依據(jù)人因事故模型系統(tǒng)理論（reason模型）建立一種組織“結(jié)構(gòu)-行為”人因失誤因果模型,其中共包括4個子模型,即組織子模型、情境狀態(tài)子模型、個體因素子模型以及人因失誤子模型。

（1）組織子模型

組織因素子模型共分為8類,即組織的目標和戰(zhàn)略、組織結(jié)構(gòu)、組織管理、交流培訓、規(guī)程、組織資源和組織文化。

（2）情境狀態(tài)子模型

在狀態(tài)子模型中,人的操作行為都是在特定的場景(scenario)中執(zhí)行,由于技術(shù)的發(fā)展和自動化程度的提高,在像核電廠這種復雜的高風險系統(tǒng)中,操縱員的主要任務(wù)表現(xiàn)為認知任務(wù),主要包括:①監(jiān)控和發(fā)覺;②狀態(tài)評價;③響應(yīng)計劃;④響應(yīng)執(zhí)行。因此，狀態(tài)因素分為4類,即技術(shù)系統(tǒng)、人機界面,工作環(huán)境和任務(wù)。

（3）個體因素子模型

在個體因素子模型中,操縱員的可靠性除了受到情境環(huán)境因素的影響之外,還受自身內(nèi)在因素的影響,并且這些因素與情境環(huán)境有著復雜的作用關(guān)系,是直接導致人因失誤的觸發(fā)層。即受情境環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生個體的生理、心理、素質(zhì)等因素失衡，而導致人的認知和行為失誤。個體因素主要包括心理狀態(tài)、生理狀態(tài),記憶中的信息以及人的素質(zhì)和能力等4類，且相互影響。（4）人因失誤子模型人的認知過程采用“認知域”,將其分為5部分：感知，注意，記憶，解釋、決策制定和計劃，執(zhí)行。首先在感知認知域，操縱員觀察系統(tǒng)狀態(tài),發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常狀態(tài)，對狀態(tài)進行假設(shè),通過對觀察到的信息分析與狀態(tài)假設(shè)進行比較,匹配,需進行檢測(驗證)以達到對異常狀態(tài)的確認。然后在問題解決認知域(或診斷階段),可能包括以下認知行為:對發(fā)覺的異常狀態(tài)進行解釋或評估,尋找產(chǎn)生異常狀態(tài)的原因,根據(jù)設(shè)立的一套標準,選擇解決問題所需達到的目標,選擇執(zhí)行程序或策略,形成執(zhí)行計劃或行為序列。最后,就是行為執(zhí)行。模型簡化3、基基于于BN的組組織織可可靠靠性性分分析析基于于概概率率推推理理的的貝貝葉葉斯斯網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)(Bayesiannetwork)是為為了了解解決決不不定定性性和和不不完完整整性性問問題題而而提提出出的的，，是是Bayes方法法的的擴擴展展。。能能定定性性和和定定量量描描述述變變量量之之間間的的依依賴賴關(guān)關(guān)系系，，是是目目前前不不確確定定性性知知識識表表達達和和推推理理領(lǐng)領(lǐng)域域最最有有效效的的理理論論模模型型之之一一。。因因此此，，BN成為為處處理理不不確確定定性性問問題題的的有有力力工工具具，，特特別別是是在在風風險險和和可可靠靠性性分分析析中中已已經(jīng)經(jīng)得得到到廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用。。貝葉葉斯斯網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)構(gòu)構(gòu)造造原原理理給定一個個聯(lián)合概概率分布布p(X1,X2,…,Xn)以及變量量的一個個排序d。將X1作為根結(jié)結(jié)點開始始，并賦予X1以先驗概概率分布布p(X1）。然后后用一結(jié)結(jié)點表示示X2，如果X1與X2有關(guān)，從從X1到X2建立一聯(lián)聯(lián)結(jié)，并并用p(X1|X2）表示聯(lián)聯(lián)結(jié)強度度。如果果X2與X1無關(guān)，則則賦予予X2以先驗概概率分布布p(X2）。在第第i級從Xi的父結(jié)點點集合Pai(Pai∈{X1,X2,…,Xi-1})畫一組方方向線聯(lián)聯(lián)結(jié)到Xi,并用p(Xi|Pai)條件概率率定量表表示,結(jié)果可以以得到一一個有向向非循環(huán)環(huán)圖,可用于表表示p(X1,X2,…,Xn)中所體現(xiàn)現(xiàn)的許多多獨立關(guān)關(guān)系,該圖就稱稱作貝葉葉斯網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。分析程序序?qū)⑷艘蚴д`因果果模型與與BN相結(jié)合，，建立一一種基于于BN整合組織織管理因因素的人人的可靠靠性分析析方法，，分析程程序包括括：（1）識別出出特定情情境下的的人因失失誤與組組織錯誤誤、情境境狀態(tài)錯錯誤、個個體觸發(fā)發(fā)層因素素之間的的關(guān)系，，構(gòu)建BN拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)。（2）基于實實驗數(shù)據(jù)據(jù)、模擬擬數(shù)據(jù)以以及人因因可靠性性數(shù)據(jù)或或?qū)＜以u評估確定定根節(jié)點點變量的的先驗概概率和條條件概率率。（3）進行貝貝葉斯推推理計算算，并對對結(jié)果進進行分析析。主要要進行因因果推理理和診斷斷推理。。BN的推理原原理是基基于貝葉葉斯概率率理論，，推理過過程實質(zhì)質(zhì)上就是是概率計計算過程程。主要要根據(jù)下下列3個方程進進行概率率推理計計算：聯(lián)合概率率p{X1,X2,…,Xn}:p(X1,X2,…,Xn)=p(U)=∏p(Xi|Pai),i=1,…,n(1)Xi的邊緣概率率：假設(shè)已知證證據(jù)e，條件概率率：其中，Pai為變量Xi父節(jié)點的集集合；Xi表示第i個變量。4、案例：核核電廠中的的輔助給水水系統(tǒng)某個個閥門泄漏漏維修的組組織可靠性性分析構(gòu)建BN模型考慮組織管管理因素影影響的維修修人員操作作可靠性模模型。依據(jù)據(jù)組織““結(jié)構(gòu)-行為”人因因失誤因果果模型,分為四個層層次：組織織錯誤層、、情境狀態(tài)態(tài)錯誤層、、個體因素素交互與觸觸發(fā)層以及及人因失誤誤層。如圖所示:評估變量的的先驗和條條件概率在建立閥門門維修人員員的BN模型之后，，要求該領(lǐng)領(lǐng)域的專家家和有經(jīng)驗驗的維修人人員對各個個變量的先先驗概率和和條件概率率賦值。假假設(shè)每個變變量都有3種狀態(tài)（節(jié)節(jié)點”人的可靠性性”只有2種狀態(tài)），，給出每個個節(jié)點狀態(tài)態(tài)下的概率率。各個根根節(jié)點變量量的狀態(tài)等等級水平及及概率分布布見表1.中間變量““工作負荷荷（Lw）”條件概率因果推理原因推知結(jié)結(jié)論——由頂向下的的推理．目目的是由原原因推導出出結(jié)果．已已知一定的的原因(證據(jù))．使用Bayes網(wǎng)絡(luò)的推理理計算，求求出在該原原因的情況況下結(jié)果發(fā)發(fā)生的概率率．根據(jù)變量的的先驗概率率和條件概概率，使用用BN推理，計算算任務(wù)設(shè)計計和操作規(guī)規(guī)程引起““工作負荷荷”處于““低”、““中”、““高”狀態(tài)態(tài)的概率分分布。如下下:根據(jù)式（2）邊緣概率率分布公式式有：“工作負荷”處于低狀態(tài)態(tài)的概率分分布計算過過程代入數(shù)據(jù)得得：P(Lw=Lw,1)=0.6766；同理計算得得：P(Lw=Lw,2)=0.2221；P(Lw=Lw,3)=0.1013。同理可計算算得到其他他節(jié)點變量量的概率分分布。最終終計算得到到人的可靠靠性為：HR1=0.735047,則人的失誤誤概率為：：HR2=1-HR1=0.264953如果在給定定情境狀態(tài)態(tài)為：任務(wù)務(wù)設(shè)計所處處的狀態(tài)為為“合理的的”；操作作程序所處處的狀態(tài)為為“合適的的”；工作作環(huán)境為““充分的””；培訓為為“充分的的”；人員員配置為““合適的””；可用時時間確定為為“充分的的”以及外外來干擾時時間為“沒沒有”，則則通過計算算推理得到到在該情境境下，維修修人員的可可靠性為：：HR1=0.936781，則人的失失誤概率為為：HR2=0.063219。同理理可算算出其其他狀狀態(tài)下下的人人的可可靠性性概率率值。。診斷推推理診斷推推理是是由結(jié)結(jié)論推推知原原因，，一種種自下下向上上的推推理過過程，，目的的是在在已知知結(jié)果果時，，找出出產(chǎn)生生該結(jié)結(jié)果的的各種種原因因的可可能性性。已已知發(fā)發(fā)生了了某些些結(jié)果果，根根據(jù)BN計算，，得到到造成成該結(jié)結(jié)果發(fā)發(fā)生的的原因因和發(fā)發(fā)生的的后驗驗概率率。仍以各各根節(jié)節(jié)點的的“最最差狀狀態(tài)””為例例，假假設(shè)已已發(fā)生生維修修失誤誤，利利用貝貝葉斯斯法則則計算算出相相應(yīng)的的后驗驗概率率：P(DT=DT,1|HR=HR,2)=P(DT=DT,1,HR=HR,2)=P(DT=DT,1)×P(HR=HR,2|DT=DT,1)=0.0285688P(HR=HR,2)=0.264953所以：：P(DT=DT,1|HR=HR,2)=0.107826P(DT=DT,1,HR=HR,2)P(HR=HR,2)同理理可可得得其其他他根根節(jié)節(jié)點點的的后后驗驗概概率率，，如如表表所所示示：：由表表可可知知，，當當發(fā)發(fā)生生維維修修失失誤誤，，可可用用時時間間不不充充分分、、培培訓訓不不充充分分以以及及人人員員配配置置不不合合理理的的發(fā)發(fā)生生概概率率有有了了很很大大的的變變化化（（分分別別提提高高了了1139.309%、52.2936%、與與42.907%）。。這這表表明明節(jié)節(jié)點點““人人的的可可靠靠性性””對對節(jié)節(jié)點點““可可用用時時間間””、、““培培訓訓””以以及及““人人員員配配置置””很很敏敏感感，，這這些些節(jié)節(jié)點點的的微微小小波波動動,可能能對對人人的的可可靠靠性性影影響響很很大大。。因因此此，，為為了了避避免免維維修修失失誤誤，，應(yīng)應(yīng)給給維維修修人人員員足足夠夠的的維維修修時時間間，，加加強強培培訓訓，，提提高高操操作作員員的的知知識識、、技技能能，，以以及及合合理理安安排排經(jīng)經(jīng)驗驗豐豐富富的的人人員員進進行行維維修修是是至至關(guān)關(guān)重重要要的的。。5、總結(jié)（1）本文用用貝葉斯斯網(wǎng)絡(luò)法法而不是是故障樹樹分析法法來計算算可靠性性。是因因為故障障樹分析析法需要要上下級級事件之之間具有有明確的的因果關(guān)關(guān)系，而而貝葉斯斯網(wǎng)絡(luò)法法是通過過計算概概率大小小來描述述其因果果關(guān)系的的強弱。。適用于于許多復復雜系統(tǒng)統(tǒng)。（2）研究表表明，利利用BN能很好地地模擬組組織因素素、情境境狀態(tài)因因素、個個體因素素之間的的關(guān)系以以及各因因素之間間的內(nèi)部部影響關(guān)關(guān)系。并并且，在在給定變變量證據(jù)據(jù)的條件件下，利利用其因因果推理理和診斷斷推理原原理能分分別計算算人的可可靠性數(shù)數(shù)值，以以及能識識別最有有可能引引起人因因失誤的的原因，，為預防防人因失失誤的發(fā)發(fā)生提供供決策支支持。That'sall!Thankyou!9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。05:46:4105:46:4105:4612/23/20225:46:41AM11、以我我獨沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2205:46:4105:46Dec-2223-Dec-2212、故人人江海海別，，幾度度隔山山川。。。05:46:4105:46:4105:46Friday,December23,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2205:46:4105:46:41December23,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。23十二月月20225:46:41上午05:46:4112月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月225:46上上午12月-2205:46December23,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/235:46:4105:46:4123December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。5:46:41上上午5:46上上午午05:46:4112月月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Friday,December23,202210、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。05:46:4205:46:4205:4612/23/20225:46:42AM11、成功就就是日復復一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。12月-2205:46:4205:46Dec-2223-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對對圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。05:46:4205:46:4205:46Friday,December23,202213、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。12月-2212月-2205:46:4205:46:42December23,202214、意志堅堅強的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。23十十二月20225:46:42上午午05:46:4212月-2215、楚塞三三湘接，，荊門九九派通。。。。十二月225:46上午午12月-2205:46December23,202216、少年十十五二十十時，步步行奪得得胡馬騎騎。。2022/12/235:46:4205:46:4223December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來來秋。。。5:46:42上上午5:46上上午午05:46:4212月月-229、楊柳柳散和和風，，青山山澹吾吾慮。。。12月月-2212月月-22Friday,