海洋平臺作業人因可靠性研究范文

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《中國安全科學學報》2015年第十一期

【摘要】

為提高定量預測的準確性，基于認知可靠性與失誤分析法(CREAM)，建立海洋平臺作業人因可靠性定量分析方法。針對海洋平臺作業的情景環境，系統地劃分CREAM中的諸共同績效條件(CPC)的類別。用模糊推理的方法，實現對CPC的模糊化評價。用多元線性回歸擬合方法，建立控制模式與CPC的對應關系模型，以增強CREAM的通用性，基于模糊量化規則，獲得控制模式的隸屬度。通過去模糊化實現人因失誤概率(HEP)的定量計算。用所建方法，分析墨西哥灣深水地平線井噴事故案例。結果表明，該事故HEP為3．54×10－2，對應的控制模式為戰術型/機會型，驗證了該方法的可行性。

【關鍵詞】

人因可靠性;認知可靠性與失誤分析方法(CREAM);海洋工程;模糊理論;

海洋平臺作業環境惡劣、危險性高［1］，且逃生與救援困難，一旦發生火災爆炸事故，將造成不可估量的人員傷亡和財產損失。近年來，在海洋油氣事故中，人因失誤在事故原因中所占的比例呈現上升趨勢［2－3］。人因失誤成為影響人機系統可靠性的主要因素。因此，亟需建立一種海洋平臺人因可靠性定量分析方法，為制定降低人誤概率的針對性措施提供支持，有效預防事故發生。由Hollnagel［4］于1998年首次提出的認知可靠性與失誤分析方法(cognitivereliabilityanderroranalysismethod，CREAM)具有系統科學的分析流程，是第二代人因可靠性(humanreliabilityanalysis，HRA)方法的代表之一。為了提高定量預測人因失誤概率(humanerrorprobability，HEP)的準確性，國內外學者提出了一系列的改進方法［5－8］。例如，HEXu-hong等［5］提出結合基本法和擴展法的簡單易行的定量預測方法，實現差錯概率的連續化定量計算;Konstandinidou等［6］引入模糊邏輯，利用模糊推理實現共同績效條件(commonperformanceconditions，CPC)評價的模糊化;Man等［7］利用貝葉斯網絡確定認知控制模式。上述改進中，控制模式與CPC的關系均沿用Hollnagel［4］提出的方法;而CREAM本身源于核工業領域，應用到海洋平臺時，由于情景環境的差異，不能靈活適用。此外，CREAM在確定控制模式與CPC對應關系的規則時，通過人為指定不同控制模式之間的界限來劃分，沒有給出界限劃分的依據［4］。為此，筆者將基于模糊理論改進的CREAM，通過系統分析海洋平臺作業影響因素，歸納總結適用于該領域的CPC;同時為增強CREAM的通用性，運用多元線性回歸擬合建立控制模式與CPC的對應關系模型，實現對海洋平臺領域人因可靠性的定量分析。

1海洋平臺人因可靠性分析模型

1．1CPC及其模糊化根據海洋平臺作業的實際情況以及國內外海洋平臺事故案例分析［9］，將CPC系統地歸納為8類，它們基本涵蓋了整個海上作業情景環境，具體描述見表1。為提高HEP定量預測的準確性，利用模糊推理實現CPC評價的模糊化。假定實際的情景環境符合正態分布，采用高斯隸屬度函數進行模糊化。以Marseguerra等［10］提出的模糊集來確定CPC評價水平隸屬度函數的分段區間。

1．2控制模式與CPC對應關系確定CPC評價水平的隸屬度函數后，需要明確控制模式與CPC的對應關系。Hollnagel［4］提出的控制模式包含戰略型、戰術型、機會型及混亂型，且建立了控制模式與CPC關系圖，并得到普遍認可，可信度較高。以此為依據，研究控制模式與CPC對應關系規則，構建適用于海洋平臺的控制模式與CPC關系圖。首先，將Hollnagel提出的關系圖［4］轉化為數據樣本形式，為戰略型、戰術型、機會型、混亂型4種控制模式分別賦值1，2，3，4，將Σ改進(sumofposi-tive，SOP)和Σ降低(sumofnegative，SON)作歸一化處理，結果見表3。以SOP和SON為自變量，控制模式為因變量，建立對應關系規則。通過多元線性回歸分析［11］，得到結果見表4。根據表4可知，建立的回歸方程擬合度較高，因此可以得到SOP，SON與控制模式的線性關系式。將樣本數據中的SOP和SON代入式(3)，并對計算得數CM四舍五入取整處理。結果顯示僅有3組數據與表3不符，對應點的(SOP，SON)分別是(0，2/9)、(0，6/9)、(1/7，8/9)。Hollnagel提出的控制模式的劃分規則中要求，戰術型的出現頻率需大于機會型，但未給出明確劃分界限，因此(0，2/9)是符合要求的。Hollnagel提出的關系圖中混亂型僅出現在SOP為0的情況下。為滿足上述要求并保持混亂型出現頻率不變，修正點(0，6/9)、(1/7，8/9):若在SOP＞0的區域內出現混亂型，則將其與SOP=0區域內與混亂型交界的機會型進行交換。依據式(3)和上述修正方法，構建適用于海洋平臺的控制模式與CPC關系圖，如圖1所示。

1．3人誤概率定量計算根據海洋平臺的具體情景環境，對照表2進行專家打分，并將各CPC的得分代入式(1)或式(2)中計算對應的隸屬度。根據得分確定各類CPC所處的績效期望的種類，計算CPC績效期望的組合形式。對于第j種組合形式，依據圖1確定控制模式類型，將屬于同一控制模式的N種組合形式的隸屬度求并集，得到4種控制模式的總隸屬度值:

2實例分析

2010年4月20日晚上10點左右，BP公司墨西哥灣鉆井平臺發生井噴爆炸事故，造成11人死亡，17人受傷，大面積海域受到嚴重污染。根據事故調查報告、相關資料以及CPC評價標準，進行人因可靠性的定量分析。墨西哥灣深水地平線事故的情景環境描述:為降低成本，平臺減少了防噴器控制系統的配備;由于缺少技術完整性管理，對設備也沒有進行預防性維護，導致設備缺陷，事故發生后設備不能正常發揮作用;對井控風險缺乏足夠認識，現場操作人員采取錯誤操作程序，導致溢流發生;溢流檢測系統沒有報警，或報警后現場人員沒有及時發現，且在發現溢流后采取不當措施;當日BP公司舉辦派對慶祝7年無事故，存在管理人員缺崗的可能性;HSE文化建設不完善，鉆井平臺沒有完備周全的應急預案，沒有進行演練;美國聯邦礦產管理局監管不力。根據情景環境的描述，邀請5位海洋工程領域專家對各類CPC評分，結果見表5。

基于上述運算規則，經歸一化處理，得到4種控制模式隸屬度，分別為［0，0．1421，0．8199，0．0380］。結果表明，控制模式傾向于機會型。去模糊化得y=－1．4514，根據式(8)計算HEP=3．54×10－2。通過查詢控制模式與HEP表［4］得，對應的人誤概率區間為(1．0×10－3，5．0×10－1)，控制模式為戰術型/機會型。事故場景對于人員績效行為影響較大。在8大類CPC中，任務特性和環境不受人為控制，其余6類皆可通過安全管理的方式進行改善。現從3個方面提出改進:1)HSE管理:加強HSE文化建設，包括停工制度、事故隱患匯報制度等，加強員工的HSE能力培訓，培養員工責任心，完善應急預案管理制度。2)工作程序:不斷完善和嚴格遵守各項工作制度和程序;識別鉆完井工作中的風險;制定風險削減措施。3)技術完整性管理:加強對設備的預防性維護，使其滿足工作需要。

3結論

基于CREAM，通過對海洋平臺作業環境全面系統地表征，擬合得出控制模式與CPC的對應關系，建立該領域人因可靠性定量預測模型。通過實例分析，得到以下結論:1)系統分類后的CPC，能夠用來全面表征海洋平臺作業的情景環境，為該領域開展人因可靠性分析打下基礎，提高了分析的準確性。2)運用多元線性回歸擬合，建立適用于海洋平臺作業的控制模式與CPC對應關系模型，增強了CREAM的通用性，并實現了具體情景模式下的HEP的定量計算。3)通過實例分析，驗證了方法的可行性，根據分析結果可有效提出針對性強的改進措施。

作者：王彥富 閆培娜 李玉蓮 張彪 單位：中國石油大學( 華東) 機電工程學院