Технические науки/13 Охрана труда

Д.А. Мельникова, Г.Н. Яговкин

Самарский государственный технический университет

Теоретические основы формирования и оценки профессионального риска

В общем случае теория формирования профессионального риска основывается на энергоэнтропийной концепции о природе аварийности и травматизма при ведении технологических процессов. Сущность её может быть представлена следующими основными утверждениями [1]:

- производственная деятельность человека потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние – с энергопотреблением (выработкой, хранением, преобразованием тепловой, механической, электрической, химической и другой энергии);

- производственная опасность проявляется в результате несанкционированного или неуправляемого выхода энергии, накопленной в используемых при работах технологическом оборудовании и вредных веществах, непосредственно в самих работающих, во внешней относительно людей и технике среде;

- несанкционированный или неуправляемый выход энергии сопровождается в определенных условиях возникновением происшествий с гибелью людей или ухудшением состояния их здоровья, поломками и повреждениями технологического оборудования, загрязнением окружающей среды опасными и вредными веществами;

- возникновение происшествий является следствием появления и развития причинной цепи предпосылок, приводящих к потере управления технологическим процессом, несанкционированному высвобождению используемой при этом энергии (рассеиванию опасных и вредных веществ) и воздействию их на людей, производственное оборудование и окружающую природную среду;

- инициаторами и составными частями причинной цепи происшествия являются ошибочные и несанкционированные действия работающих, неисправности и отказы технологического оборудования, а также нерасчетные воздействия на них внешних факторов;

- ошибочные и несанкционированные действия работающих обусловлены обычно их недостаточной технологической дисциплинированностью и профессиональной неподготовленностью к работам, часто характеризуемым потенциально опасной технологией и конструктивным несовершенством используемого производственного оборудования;

- отказы и неисправности технологического и производственного оборудования вызваны чаще всего их собственной низкой надежностью, а также несанкционированными или ошибочными действиями работающих;

- нерасчетные (неожиданные или превышающие допустимые пределы) внешние воздействия связаны, как правило, с недостаточной комфортностью условий рабочей среды для человека, ее агрессивным или вредным воздействием на технологическое оборудование, а также с неблагоприятными климатическими или гидрогеологическими условиями дислокации производственного объекта.

Суть этих утверждений сводится к тому, что профессиональный риск формируется в случае высвобождения энергии и воздействии на работающего (чаще всего совершающего ошибочные действия).

Эти теоретические положения использованы для определения величин профессионального риска с учетом человеческого фактора, которые включают в себя прогнозирование ошибок человека, критерии оценки его деятельности и методику оценки профессионального риска.

Прогнозирование частоты ошибок человека при формировании профессиональных рисков содержат следующие этапы:

- анализ рабочих действий человека;

- оценивание частоты ошибок человека;

- определение влияния частоты ошибок человека на уровень профессионального риска;

- выработка рекомендаций, внесение необходимых изменений в систему управления профессиональными рисками.

Одним из основных методов анализа ошибочных действий человека является построение дерева вероятностей. При использовании этого метода задается некоторая условная вероятность успешного или ошибочного выполнения человеком каждой операции либо вероятность появления опасного события (свободной энергии). Исход каждого события изображается ветвями дерева вероятностей. Полная вероятность успешного выполнения определенной операции находится суммированием соответствующих вероятностей в конечной точке: пути успешных исходов на диаграмме дерева вероятностей.

Этот метод с некоторыми уточнениями может учитывать такие факторы, как стресс, вызываемый нехваткой времени; эмоциональная или нагрузка, определяемая необходимостью ответных действий.

Метод обеспечивает хорошую наглядность, а связанные с ним вычисления просты, что в свою очередь снижает вероятность появления вычислительных ошибок. Кроме того, он позволяет оценить условную вероятность, которую в противном случае можно получить только с помощью решения сложных вероятностных уравнений.

Если человек выполняет два задания - сначала «х», а затем «у», то при этом он может выполнять их как правильно, так и неправильно. Другими словами, неправильно выполняемые задания - единственные ошибки, которые могут появляться в данной ситуации.

Для решения поставленной задачи воспользуемся деревом возможных исходов, изображенным на рис. 1 и введем следующие обозначения:

P_s - вероятность успешного выполнения задания;

Р_f - вероятность невыполнения задания;

S - успешное выполнение задания;

f - невыполнение задания;

Р_х - вероятность успешного выполнения задания х;

Р_у - вероятность успешного выполнения задания у;

Р_х - вероятность невыполнения задания х;

Р_у - вероятность невыполнения задания у.

Согласно рис. 1, вероятность успешного выполнения задания равна P_s = Р_х·Р_у. Аналогично находится выражение для вероятности невыполнения задания:

Р_f = Р_хР_у +Р_хР_у +Р_хР_у = 1 - Р_хР_у. (1)

Единственным способом успешного выполнения системного задания является успешное выполнение обоих заданий х и у. Именно поэтому вероятность правильного выполнения системного задания определяется как P_х·P_у.

Рис. 1. Схема дерева исходов

Критериями оценки деятельности человека являются быстродействие и надежность.

Показателем быстродействия является время решения задачи, т.е. время от момента реагирования человека на поступивший сигнал до момента окончания управляющих воздействий. Обычно оно прямо пропорционально количеству преобразуемой человеком информации:

T_ч = a + bH = a + (H/V_ч), (2)

где а - скрытое время реакции, т.е. промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на него оператора и его значения находятся в пределах 0,2 -0,6 с;

b - время переработки одной единицы информации (0,15 -0,35 с);

Н - количество перерабатываемой информации;

V_ч - средняя скорость переработки информации (2 - 4 ед/с) или пропускная способность.

Пропускная способность (V_ч) характеризует время, в течение которого человек постигает смысл информации. Оно зависит от его психофизических особенностей, типа задач, технических и эргономических особенностей систем управления.

Уровень профессионального риска зависит от человеческого фактора, определяется его способностью выполнять в полном объеме возложенные на него функции при определенных условиях работы (безошибочность, готовность, восстанавливаемость, своевременность и точность).

Безошибочность оценивается вероятностью отсутствия ошибочных действий, которая определяется как на уровне как отдельной операции (3), так и в целом при выполнении работы (4).

Вероятность P_j безошибочного выполнения операций j-го вида и интенсивность ошибок A.j, допущенных при этом, применительно к фазе устойчивой работы определяется на основе статистических данных:

Р_j, = (N_j - С_ошj) / N_j, λ_j = С_ошj / (N_j - T_j), (3)

где N_j, С_ошj - общее число выполняемых операций j-го вида и допущенное при этом число ошибок;

T_j - среднее время выполнения операции j-го вида.

Вероятность безошибочного выполнения всей работы в целом определяется при экспоненциальном распределении времени:

(4)

где K_j - число выполняемых операций j-го вида;

r - число различных видов операций (j = 1, r).

Коэффициент готовности характеризует вероятность включения человека в работу в заданный момент времени:

К_оn = 1 - (Т_о / Т),

где Т_о - время, в течение которого человек не может принять поступившую к нему информацию;

Т - общее время работы человека.

Восстанавливаемость человека оценивается вероятностью исправления им допущенной ошибки:

Р_в = Р_к · Р_обн · Р_и,

где Р_к - вероятность выдачи сигнала контрольной системой;

Р_обн - вероятность обнаружения сигнала человеком;

Р_и - вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении работы.

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля человеком своих действий и исправления допущенных им ошибок.

Своевременность действий человека оценивается вероятностью выполнения задачи в течение заданного времени:

,

где f(t) - функция распределения времени решения задачи оператором;

t" - лимит времени, превышение которого рассматривается как ошибка. Эта же вероятность может быть определена и по статистическим данным как:

Р_св = (N – N_нс)/N,

где N и N_hc - общее и несвоевременное выполненное число задач.

Точность - степень отклонения измеряемого человеком количественного параметра системы от его истинного, заданного или номинального значения.

Количественно этот параметр оценивается погрешностью, с которой человек измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

ΔА = А_н – А_ч,

где А_н - истинное или номинальное значение параметра;

А_ч - фактическое измеряемое или регулируемое человеком значение этого параметра.

Значение погрешности, превысившее допустимые пределы, является ошибкой.

Точность выполнения задачи зависит от: характеристик сигнала, сложности задачи, условий и темпа работы, функционального состояния нервной системы, квалификации, утомляемости и других факторов.

Если компенсация ошибок человека и наличие выхода энергии невозможны, то величина профессионального риска будет:

P₁(t_o,t) = P_т(t_o,t)P_o(t), (5)

где P_т(t_o,t) - вероятность отсутствия выхода энергии в течение времени (t_о,t_о+t);

P_o(t) - вероятность безошибочной работы человека в течение времени t при условии отсутствия выхода энергии;

t_o - общее время эксплуатации системы;

t - рассматриваемый период работы.

При "мгновенной" компенсации ошибок человека с вероятностью р величина профессионального риска:

Р₂(t_o,t) = P_т(t_o,t){P_o(t)+[l - P_o(t)]p}. (6)

В случае компенсации выхода энергии уровень профессионального риска будет:

P₃(t_o,t) = P_o(t) [Р_т(t_o,t) + P_к(t_o,t,δ)], (7)

где P_к(t_o,t,δ) - условная вероятность выхода энергии в течение времени (t_o+t) с компенсацией последствий её появления, при условии, что в момент δ(t_о < δ < t_o+t) произошел выход энергии.

Профессиональный риск при условии компенсации ошибок человека и выхода энергии будет:

P₄(t_o,t) = {P_o(t)+[l - P_o(t)]p}[P_т(t_o,t) + P_к(t_o,t,δ)]. (8)

Снижение величины профессионального риска G_p за счет компенсации ошибок и выхода энергии характеризуется отношением:

G_p = [P₄(t_o,t)] / [P₁(t_o,t)]. (9)

Уровень профессионального риска снижается с ростом р и P_к(t_o,t,δ), т.е. с повышением квалификации работающего с целью компенсации ошибок.

Если рассматривать системы по степени непрерывности участия человека в процессе работы, то для каждого из этих типов систем существуют соответствующие критерии оценки профессионального риска. Для систем первого типа таким критерием является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания управляемого процесса, характеризуемого отсутствием выхода энергии в течение заданного времени t. Оно возможно в следующих случаях:

1) технические средства работают исправно;

2) произошел выход энергии, но при этом: человек безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной ситуации;

3) человек допустил ошибочные действия, но своевременно их исправил.

В этом случае величина профессионального риска будет:

P₁ = Р_т(t) + [1 - Р_т(t)] · К_ч[Р_оР_св + (1 - Р_о)Р_в]. (10)

Для систем второго типа величина профессионального риска определяется вероятностью безотказного, безошибочного и своевременного выполнения возникающей задачи. Она может быть выполнена в том случае, если в требуемый момент времени человек готов к приему поступающей информации и, кроме того:

1) в течение паузы и времени решения задачи выход энергии не произошел, человек правильно и своевременно выполнял требуемые действия;

2) произошел выход энергии, но человек своевременно устранил её и при решении задачи не допускал ошибок;

3) при отсутствии выхода энергии человек допустил ошибку, но своевременно компенсировал её. Величина профессионального риска будет:

Р₂= К_ч [Р_тР_оР_св + (1 - Р_т)Р_вос Р_о Р_св + (1 – P_о.) Р_т P_в], (11)

где Р_вос - вероятность восстановления техники.

Для систем третьего типа критерий надежности такой же, как и во втором случае. Задача может считаться выполненной, если:

1) в требуемый момент времени техника находится в исправном состоянии, не отказала, выход энергии не произошел, во время выполнения задачи, действия человека были безошибочны и своевременны;

2) неготовая или отказавшая техника была своевременно восстановлена, выход энергии остановлена человек не допустил ошибку;

3) при отсутствии выхода энергии человек допустил ошибку и своевременно компенсировал её. Величина профессионального риска в этом случае будет:

Р₃ = K_г · P_т · P₀ · Р_св + (1 - Р_т К_г) Р_восР₀Р_св + (1 - Р_о)Р_тР_в, (12)

где К_г - коэффициент готовности техники.

Литература

1. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. М.: ГНТП «Безопасность», МИБ СТС. – 1996. 424 с.