葛小飛

【摘 要】系統(tǒng)地回顧IDA和IDAC模擬方法的研究進(jìn)程，旨在為今后量化人因可靠性分析工作提供借鑒。筆者將對IDA和IDAC模擬方法兩個(gè)系列的研究概況進(jìn)行概括分析，IDA模型包括單個(gè)操縱員模型和班組群體行為模型兩種，IDAC模型是近年來提出的新的班組IDA模型。文中對兩種模擬方法的基本元素和認(rèn)知模型進(jìn)行概述，希望對未來的人因可靠性分析工作參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】IDA；IDAC；認(rèn)知過程；情景模型

0 簡介

IDA模型是美國馬里蘭大學(xué)的研究人員1994年提出的人的可靠性分析模型。它是描述核電站在事故工況下操作員班組的響應(yīng)模型，用于在某些約束和限制條件下，對操縱員的問題解決和決策階段的行為建立模型。IDA模型可分為單個(gè)操縱員模型與班組群體行為模型。模型由3個(gè)部分組成：信息模塊、問題解決和決策模塊和動作模塊其中問題解決和決策模塊是核心。

IDAC模型是美國馬里蘭大學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)與可靠性研究中心在IDA的基礎(chǔ)上發(fā)展的基于仿真的HRA方法。該方法模擬在事故情境下主控室操作班組緩解事故后果將系統(tǒng)帶入安全狀態(tài)的行為響應(yīng)及發(fā)生概率。IDAC模型是一個(gè)包括三類操縱員（即決策者、執(zhí)行者和咨詢者）的班組模型。在班組情境環(huán)境中，模擬了班組中每個(gè)操縱員的行為響應(yīng)。

1 IDA模型

描述描述IDA模型的系列論文有4篇，其中論文[1]描述了IDA模型的主要組成部分如：記憶結(jié)構(gòu)、目標(biāo)、解決問題和決策策略。它還定義了目標(biāo)和策略之間轉(zhuǎn)換的根本原因。這些因素包括外部環(huán)境和操縱員心理狀態(tài)（也叫精神狀態(tài)）的影響。首先描述的通用IDA模型，然后對特定于核電站環(huán)境更精確地異常情景進(jìn)行描述。

在論文[2]討論了動態(tài)認(rèn)知模型的相關(guān)問題。如：操縱員交互系統(tǒng)的時(shí)間序列， 獲取信息過程，記憶演化過程，一系列目標(biāo)的設(shè)定和解決問題的策略，執(zhí)行行動等。并且描述了在解決問題和做出決策中如何執(zhí)行給定策略和管理信息的心理狀態(tài)和記憶內(nèi)容的演化過程。

鑒于前兩篇論文論述單個(gè)操縱員行為模型，論文[3]將論述單個(gè)操縱員模型擴(kuò)張的班組群體行為模型。班組模型成員主要職責(zé)為：執(zhí)行者（RO）—負(fù)責(zé)具體執(zhí)行行為，決策者（SRO）—負(fù)責(zé)決策，和顧問（Consultant）負(fù)責(zé)對值長做出建議。在本文中班組的每個(gè)成員都通過單個(gè)操縱員行為模型描述。單個(gè)操縱員行為模型不同在于他們的記憶內(nèi)容、精神狀態(tài)和被允許的策略和目標(biāo)不同，等等。班組模型與n個(gè)單個(gè)操縱員行為模型的不同在于更多的附加功能，例如，班組成員之間的溝通和信任。

論文[4]提出了利用IDA模型所收集的人因可靠性數(shù)據(jù)的開發(fā)實(shí)施的程序框架。對模型應(yīng)用能力的進(jìn)行局部測試。目前，IDA模型是通過集成的計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)模擬核電站事故動態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評估PRA過程。在該論文中通過執(zhí)行代碼研究特定的情景環(huán)境對操作員失誤的影響。仿真環(huán)境還提供了一組實(shí)驗(yàn)室測試模型效應(yīng)的數(shù)據(jù)與實(shí)際操作數(shù)據(jù)和其他仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

另外在該系列論文之外，還有一些論文對IDA 模型也進(jìn)行了論述，例如：在論文[5]中提出了一種基于人為錯(cuò)誤分類和數(shù)據(jù)收集的模型，IDA模型是基層模型，是一個(gè)分析核電站在事故工況下操縱員班組的響應(yīng)模型。對其進(jìn)行分類為：建立了三個(gè)模型外部參照點(diǎn)和四個(gè)模型內(nèi)部參照點(diǎn)。根本原因分析方法說明了實(shí)際事件發(fā)生的一部分原因，對人為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)收集的應(yīng)用進(jìn)行了評估。

1.1 評述

IDA模型對于同時(shí)期的其他模型的優(yōu)勢在于填補(bǔ)了在解決問題制定決策方面空白。在模型也介紹了在事故工況下操縱員活動的其他方面的改進(jìn)（如班組成員的交互問題）。IDA是一個(gè)從認(rèn)知科學(xué)和人為因素研究獲取可靠理論和實(shí)證結(jié)果的工程方法，通過近似和假設(shè)，產(chǎn)生一個(gè)不需要涉及到的所有基礎(chǔ)的認(rèn)知元素的模型。

雖然從技術(shù)和應(yīng)用科學(xué)的歷史數(shù)據(jù)來看，工程方法是成功的，但其對人因績效的適用性具有不確定性。然而，盡管對模型本身仍存在許多質(zhì)疑，但在全面科學(xué)的了解人類行為之前，該方法在某種程度上可以得到更合理的決策。

2 IDAC模型

描述描述IDA模型的系列論文有5篇包括四部分，在本系列論文中討論了應(yīng)用IDAC模型的案例。操縱員的在事故工況下的行為響應(yīng)包括認(rèn)知、情感、物理行為等。模型用于對核電廠主控室操縱員在事故中的響應(yīng)概率進(jìn)行預(yù)測，是一個(gè)包括三類操縱員的班組模型。IDAC 模型也可視為一個(gè)人因因果模型。在 IDAC 中覆蓋了操縱員的各種動態(tài)響應(yīng)階段，包括狀態(tài)評估、診斷、恢復(fù)行為等。IDAC 模型涵蓋了一個(gè)操縱員的信息處理（I）、做決策（D）和動作執(zhí)行（A）這三個(gè)過程。IDAC 模型反過來仿真操縱員的各種響應(yīng)，包括作用于系統(tǒng)的行為。

其中論文[6]第一部分對（IDAC） 班組模型進(jìn)行人的可靠性分析（HRA），討論了在情景環(huán)境中的信息，決策和行動模塊。該論文描述了IDAC模型的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)人因可靠性分析（HRA）的原則，概述IDAC概率因果模型模型并集成到一個(gè)動態(tài)PRA框架中。

第二部分定義了一組IDAC模型的班組績效因子PIFs，提供它們的定義和因果組織模型。通過計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)50個(gè)班組績效因子PIFs對IDAC模型進(jìn)行案例支持。相關(guān)依據(jù)來自于在心理學(xué)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上組織因素的影響，實(shí)際觀察，和其它的人因可靠性分析方法。

第三部分討論了模型組成部分和規(guī)則流程。操縱員的問題解決過程分為三種部分：信息，決策和行動模塊。明確每一類操縱員響應(yīng)的情景規(guī)則和三類操縱員響應(yīng)的調(diào)節(jié)過程。詳細(xì)論述了操縱員的響應(yīng)類型和對不同類型的操縱員的響應(yīng)的班組績效因子PIFs影響。

第四部分評估了班組績效因子對操作員的響應(yīng)信息預(yù)處理（I），診斷和決策（D），和行動執(zhí)行（A）3個(gè)階段的影響。并對第三部分中不同類型的操作員的班組績效因子PIFs影響進(jìn)行探討，對班組績效因子PIFs影響進(jìn)行評估。

論文提出了一種可實(shí)現(xiàn)的簡化IDAC概率因果模型，用事故動態(tài)模擬器ADS代碼運(yùn)行來論證IDAC概率因果模型可以被納入的人因可靠性分析模型中的動態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（PRA）。

2.1 IDA和IDAC模型差異

1）IDA模型目標(biāo)：在核電站運(yùn)行的背景下，目標(biāo)為：即正常運(yùn)行維護(hù)安全裕度和故障排除。IDAC模型目標(biāo)：正常運(yùn)行，故障排除，維護(hù)系統(tǒng)安全裕度和設(shè)備安全裕度。

2）IDA模型策略：程序響應(yīng)，直接匹配，遵循程序過程，邏輯擴(kuò)張，試驗(yàn)和錯(cuò)誤，等待和監(jiān)控。IDAC模型策略：等待和監(jiān)控 ，直接匹配，本能反應(yīng)，歸納和演繹，按照書面程序，遵循口頭指令，尋求建議，試驗(yàn)和錯(cuò)誤，有限推理。

3）IDAC因果模型中對人因失誤與情境環(huán)境因素進(jìn)行了研究，其影響關(guān)系共分為三類，即單因素主導(dǎo)的影響（用I表示）：PIF本身將對具體的行為有顯著的影響；集體因素共同主導(dǎo)的影響（用C表示）：一組行為影響因子（PIFs）成員一起像 I 類 PIFs 一樣有同樣影響；可調(diào)整的影響（用A表示）：對行為響應(yīng)有某種程度的影響，看作是影響程度的修正因素，但沒有“I”和“C”類影響重要。

4）IDAC模型是一個(gè)嵌套結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌一個(gè)IDA結(jié)構(gòu)I-D-A過程的每個(gè)階段進(jìn)一步分解為形式嵌套I-D-A結(jié)構(gòu)。盡管在I階段是高度自動化的信息收集行為，但在I階段也需要對收集到的信息進(jìn)行辨認(rèn)，決定如何處理這些信息。另外在D階段進(jìn)行決策時(shí)也需要不停的收集信息、選擇信息、選擇規(guī)程步驟等。

2.2 評述

IDAC相對與其他認(rèn)知模型的優(yōu)勢在于：

它包含一些基本的因果模型，因而可以使用較少數(shù)目的規(guī)則和因果鏈來模擬各種情況下操縱員的響應(yīng)；結(jié)合ADS（事故動態(tài)仿真器） 程序，可以在事故演變的各個(gè)可能的人員決策點(diǎn)進(jìn)行操縱員動態(tài)響應(yīng)的模擬分析。

不足之處：

在ADS系統(tǒng)中，IDAC 模型是核心組件之一，由于考慮到與仿真系統(tǒng)中其他組件的接口和一致性，IDAC 模型變得過于復(fù)雜，包含大量的參數(shù)和階段，但是其參數(shù)的設(shè)定依然大多依賴于專家指定，過于具體的參數(shù)細(xì)分導(dǎo)致了事件數(shù)據(jù)處理的難度和數(shù)據(jù)量的短缺，也不利于模型的擴(kuò)展更新以及數(shù)據(jù)的積累。同時(shí)由于該系統(tǒng)的復(fù)雜性和實(shí)施代價(jià)也使得其不適合用于高度規(guī)范化和工程化的HRA 應(yīng)用。

3 結(jié)論

人的認(rèn)知機(jī)理是非常復(fù)雜的，要想明確認(rèn)知過程，必須針對具體的任務(wù)及認(rèn)知功能需求進(jìn)行具體的分析，對人的認(rèn)知行為模型進(jìn)行擴(kuò)展，不斷深化基礎(chǔ)的認(rèn)知元素，才有能于對認(rèn)知機(jī)理的深入認(rèn)識。因此，本文對IDA和IDAC模擬方法進(jìn)行了概括，作為第二代的HRA方法，用事故動態(tài)模擬器模擬操縱員在事故工況下的交互模型，將認(rèn)知可靠性評估與動作執(zhí)行可靠性評估相結(jié)合，并在IDAC模擬中考慮到了班組行為的組織效應(yīng)。目前 ，雖然IDA和IDAC模擬方法在人因可靠性分析方面已做了較多工作 ，但是還需要繼續(xù)完善和發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]廉士乾.組織因素影響下的人因可靠性分析研究[D].南華大學(xué)，2008.

[2]Mosleh A，Smidts C，Shen S H.Modeling cognition dynamics and its application to human reliability analysis[J].Transactions of the American Nuclear Society，1996， 75（75）.

[3]高文宇.核電廠人因可靠性分析的幾個(gè)問題研究[D].南華大學(xué)，2014.

[4]李鵬程.核電廠數(shù)字化控制系統(tǒng)中人因失誤與可靠性研究[D].華南理工大學(xué)，2011.

[5]張力.概率安全評價(jià)中人因可靠性分析技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)，2004.

[6]Chang Y H J，Mosleh A.Cognitive modeling and dynamic probabilistic simulation of operating crew response to complex system accidents：Part（one-five）：Overview of the IDAC Model[J].Reliability Engineering & System Safety，2007，92（8）：1041-1060.

[責(zé)任編輯：田吉捷]