基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法的組織可靠性分析PPT課件[通用]

1、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(dǎo)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

2、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(xùn)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(xùn)(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。基于人因失誤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

3、。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(xùn)、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(fù)雜的高風(fēng)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:監(jiān)控和發(fā)覺;狀態(tài)評價;響應(yīng)計劃;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)

4、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(fù)雜的作用關(guān)系,是直接導(dǎo)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(dǎo)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

5、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、基于BN的組織可靠性分析基于概率推理的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(Bayesian network)是為了解決不定性和不完整性問題而提出的，是Bayes方法的擴展。能定性和定量描述變量之間的依賴關(guān)系，是目前不確定性知識表達和推理領(lǐng)域最有效的理論模型之一。因此，BN成為處理不確定性問題的有力工具，特別是在風(fēng)險和可靠性分析中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

6、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造原理給定一個聯(lián)合概率分布 p(X1,X2,Xn)以及變量的一個排序d。將 X1作為根結(jié)點開始， 并賦予 X1以先驗概率分布 p(X1）。然后用一結(jié)點表示 X2，如果 X1 與 X2 有關(guān)， 從 X1到 X2建立一聯(lián)結(jié)，并用p(X1|X2）表示聯(lián)結(jié)強度。如果 X2與 X1 無關(guān)， 則賦予 X2以先驗概率分布 p(X2）。在第 i級從 Xi的父結(jié)點集合 Pai(Pai X1,X2,Xi-1) 畫一組方向線聯(lián)結(jié)到 Xi ,并用p(Xi| Pai) 條件概率定量表示,結(jié)果可以得到一個有向非循環(huán)圖,可用于表示p(X1,X2,Xn) 中所體現(xiàn)的許多獨立關(guān)系,該圖就稱作貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。分析程序?qū)⑷?/p>

7、因失誤因果模型與BN相結(jié)合，建立一種基于BN整合組織管理因素的人的可靠性分析方法，分析程序包括：（1）識別出特定情境下的人因失誤與組織錯誤、情境狀態(tài)錯誤、個體觸發(fā)層因素之間的關(guān)系，構(gòu)建BN拓撲結(jié)構(gòu)。（2）基于實驗數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)以及人因可靠性數(shù)據(jù)或?qū)＜以u估確定根節(jié)點變量的先驗概率和條件概率。（3）進行貝葉斯推理計算，并對結(jié)果進行分析。主要進行因果推理和診斷推理。BN的推理原理是基于貝葉斯概率理論，推理過程實質(zhì)上就是概率計算過程。主要根據(jù)下列3個方程進行概率推理計算：聯(lián)合概率pX1,X2,Xn:p(X1,X2,Xn)=p(U)= p(Xi| Pai) ,i=1,n (1) Xi的邊緣概率：假設(shè)已知

8、證據(jù)e，條件概率：其中， Pai為變量Xi父節(jié)點的集合；Xi表示第i個變量。4、案例：核電廠中的輔助給水系統(tǒng)某個閥門泄漏維修的組織可靠性分析構(gòu)建BN模型考慮組織管理因素影響的維修人員操作可靠性模型。依據(jù)組織 “結(jié)構(gòu)-行為”人因失誤因果模型, 分為四個層次：組織錯誤層、情境狀態(tài)錯誤層、個體因素交互與觸發(fā)層以及人因失誤層。如圖所示:評估變量的先驗和條件概率 在建立閥門維修人員的BN模型之后，要求該領(lǐng)域的專家和有經(jīng)驗的維修人員對各個變量的先驗概率和條件概率賦值。假設(shè)每個變量都有3種狀態(tài)（節(jié)點”人的可靠性”只有2種狀態(tài)），給出每個節(jié)點狀態(tài)下的概率。各個根節(jié)點變量的狀態(tài)等級水平及概率分布見表1.中間變量

9、“工作負荷（Lw）”條件概率因果推理原因推知結(jié)論由頂向下的推理目的是由原因推導(dǎo)出結(jié)果已知一定的原因(證據(jù))使用Bayes網(wǎng)絡(luò)的推理計算，求出在該原因的情況下結(jié)果發(fā)生的概率根據(jù)變量的先驗概率和條件概率，使用BN推理，計算任務(wù)設(shè)計和操作規(guī)程引起“工作負荷”處于“低”、“中”、“高”狀態(tài)的概率分布。如下:根據(jù)式（2）邊緣概率分布公式有：“工作負荷”處于低狀態(tài)的概率分布計算過程代入數(shù)據(jù)得：P(Lw=Lw,1)=0.6766；同理計算得：P(Lw=Lw,2)=0.2221；P(Lw=Lw,3)=0.1013。同理可計算得到其他節(jié)點變量的概率分布。最終計算得到人的可靠性為：HR1=0.735047,則人的

10、失誤概率為：HR2=1-HR1=0.264953如果在給定情境狀態(tài)為：任務(wù)設(shè)計所處的狀態(tài)為“合理的”；操作程序所處的狀態(tài)為“合適的”；工作環(huán)境為“充分的”；培訓(xùn)為“充分的”；人員配置為“合適的”；可用時間確定為“充分的”以及外來干擾時間為“沒有”，則通過計算推理得到在該情境下，維修人員的可靠性為：HR1=0.936781，則人的失誤概率為：HR2=0.063219。同理可算出其他狀態(tài)下的人的可靠性概率值。診斷推理診斷推理是由結(jié)論推知原因，一種自下向上的推理過程，目的是在已知結(jié)果時，找出產(chǎn)生該結(jié)果的各種原因的可能性。已知發(fā)生了某些結(jié)果，根據(jù)BN計算，得到造成該結(jié)果發(fā)生的原因和發(fā)生的后驗概率。仍以

11、各根節(jié)點的“最差狀態(tài)”為例，假設(shè)已發(fā)生維修失誤，利用貝葉斯法則計算出相應(yīng)的后驗概率：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) =0.0285688 P(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)同理可得其他根節(jié)點的后驗概率，如表所示：由表可知，當(dāng)發(fā)生維修失誤，可用時間不充分、培訓(xùn)不充分以及人員配置不合理的發(fā)生概率有了很大的變化（分別提高了1139.309%、52.2936%、與42.907%）。這表明節(jié)點“人的可靠性”對節(jié)點“可用時間”、“培訓(xùn)”以及“人員配置”很敏感，這些節(jié)點的微小波動,可能對人的可靠性影響很大。因此，為了避免維修失誤，應(yīng)給維修人員足夠的維修時間，加強培訓(xùn)，提高操作員的知識、技能，以及合理安排經(jīng)驗豐富的人員進行維修是至關(guān)重要的。5、總結(jié)（1）本文用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法而不是故障樹分析法來計算可靠性。是因為故障樹分析法需要上下級事