Human reliability factor in water supply systems
Wstęp
Pożądanym trendem podnoszenia efektywności podejmowania decyzji wydaje się być automatyzacja tych procesów, ale jeszcze długo nie będzie to proces pełny [2,14]. Dzisiejszy stan nauki i techniki niewątpliwie zmienia rolę człowieka w procesie decyzyjnym, ale jeszcze nie umożliwia jego wyeliminowania. Rozwój informatyki zmniejsza obciążenia operatora związane np. z obliczeniami, a tym samym zmienia jego rolę i predyspozycje w procesie decyzyjnym.
We współczesnych systemach technicznych infrastruktury krytycznej podstawowym realizatorem procesów decyzyjnych jest człowiek – operator systemu [1,7,10]. Jego wszelakie możliwości są skończone i zarazem ograniczone w zakresie odbioru i przetwarzania informacji. Aktualnie pojawiła się możliwość komputerowego wspomagania operacji podejmowania decyzji. Jednakże pomimo systematycznego wzrostu poziomu i zakresu komputerowego wspomagania procesu decyzyjnego, ostateczną decyzję o sposobie realizacji działań podejmuje operator [1,3].
Wielkościami charakteryzującymi, jakość procesów decyzyjnych, od których zależy ich skuteczność są:
- czas wykonywania,
- jakość wykonywania.
W sytuacjach kryzysowych obowiązuje zasada, że istnieje potrzeba skracania czasu wykonywania operacji decyzyjnych oraz zwiększania jakości ich wykorzystania [4,16].
Dużą wagę przykłada się do ergonomiczno- organizacyjnych uwarunkowań działania operatorów [5,12,13].
Prowadzi to do ponownego przeglądu metod i wymagań związanych ze środowiskiem materialnym i warunków pracy operatora [8,14]. Celem pracy jest przedstawienie czynników działania operatora systemu technicznego na przykładzie SZZW.
Wybrane czynniki jakości pracy operatora
Konsekwentne wdrażanie osiągnięć ergonomii przy projektowaniu maszyn i urządzeń oraz stanowisk pracy przynosi konkretne efekty. Im bardziej cechy techniki są przystosowane do przeciętnych możliwości człowieka, tym większa jest liczba osób mogących sprostać wymaganiom obsługi maszyn i urządzeń.
Ważnym czynnikiem pracy operatora jest czas jego reakcji na oddziaływujące bodźce. W tab. 1 przedstawiono jego stosowne oszacowania liczbowe [6].
Wrażenia słuchowe, smakowe i węchowe są odbierane niezależnie od woli człowieka, a pozostałe zależą w znacznym stopniu od jego woli.
Zakres pracy operatora zależy w znacznym stopniu od właściwego usytuowania urządzeń informacyjnych (UI) i urządzeń sterujących (US) [3].
Wzajemne powiązania przedstawiają się następująco:
- UI i US, których użycie ma decydujący wpływ na wykonanie zadania, powinny znajdować się w miejscu najbardziej dogodnym do obserwacji i obsługi,
- UI i US spełniające jednakowe funkcje należy lokalizować blisko siebie,
- częściej używane UI i US powinny być rozmieszczone w polu centralnym, a rzadziej używane w polach bocznych.
Wyróżnia się trzy podstawowe zachowania operatora i skorelowane z nimi błędy:
- zachowania oparte na zachowaniach rutynowych. Błędy mają charakter sensomotoryczny,
- zachowania oparte na zachowaniach w dobrze znanych sytuacjach. Błędy polegają na stosowaniu zasad nieadekwatnych do zaistniałych sytuacji,
- zachowania oparte na posiadanej wiedzy, wiążące się z wyselekcjonowaniem sposobów działania adekwatnych do sytuacji. Błędy w tym przypadku polegają na błędnej analizie sytuacji, co skutkuje przyjęciem błędnych sposobów działania.
W ramach strukturalnej hierarchii działania wyróżnia się trzy poziomy:
- strategii,
- procedury,
- techniki.
Przechodzenie z danego poziomu do innego związane jest z wnioskowaniem [9]. Przechodzenie między poziomami od techniki, poprzez procedury, do strategii związane jest z algorytmami wnioskowania indukcyjnego. Natomiast przemieszczanie się w dół hierarchii związane jest algorytmami wnioskowania dedukcyjnego.
Działania operatora niejednokrotnie odbywają się w sytuacjach szczególnych (nietypowych), zwanych ekstremalnymi [15]. Podział w tym zakresie przedstawia się następująco:
- krótkotrwałe sytuacje ekstremalne – znaczące zagrożenie przy deficycie czasu i związany z tym „wybór mniejszego zła”,
- długotrwałe sytuacje ekstremalne – związane są z długotrwałymi zagrożeniami i trudnymi warunkami (np.: fizycznymi lub emocjonalnymi) pracy operatora,
- ekstremalne nowości połączone z deficytem czasu – operator w zupełnie nieznanych mu nowych warunkach musi podjąć jednoznaczną decyzję przy limicie czasowym,
- krytyczne sytuacje ekstremalne – w skrajnie złożonej, trudnej i niebezpiecznej sytuacji podejmuje decyzję, której efektem jest alternatywa „sukces” albo „porażka”.
Możliwości popełnienia błędu przez operatora wymuszają odpowiedzi na pytania:
- jakie są przyczyny?,
- jak opisać warunki, w których popełniono błąd?,
- jak zapobiegać błędnym decyzjom?
Z działalnością operatorską związane są różne wywody dotyczące błędu:
- błąd jest działaniem odbiegającym w jakikolwiek sposób od działania prawidłowego wyznaczonego przez obowiązujące zasady i reguły wymogów bezpieczeństwa i innych względów tzw. „zdrowego rozsądku”. Przyczyny błędów wynikają z:
- ograniczeń wydolności mózgu człowieka,
- ograniczeń w przetwarzaniu informacji.
W pierwszym przypadku wynika to z losowych oscylacji neuronów w sieciach neuronowych. W drugim przypadku wynika to z ograniczeń pamięci krótkotrwałej. Nie bez znaczenia są nabyte zbyt sztywne stereotypy, które uruchamiają się w warunkach niedoboru czasu lub nacisku. Takie podejście preferuje procedury treningowe, które zapobiegają powstawaniu sztywnych stereotypów.
Operator złożonego układu podejmuje szereg decyzji ryzykownych. Każdą sytuację decyzyjną można opisać poprzez następujące charakterystyki:
- niepewność,
- ryzykowność,
- probabilizm,
- stresogenność.
Skuteczność wyniku podjętej decyzji ogólnie zależy od dwóch czynników:
- obiektywnego stanu rzeczy, na którego wystąpienie operator zasadniczo nie ma wpływu,
- wybranej przez operatora alternatywy działania.
Z takiego punktu widzenia błędy polegają na:
- operowaniu zbyt uproszczoną funkcją użyteczności (pominięcie ważnego czynnika w ocenie użyteczności),
- nieumiejętności analizy zależności pomiędzy alternatywami działań, a stanami rzeczy.
Błędy związane z przetwarzaniem informacji można podzielić na dwie kategorie:
- wynikające z tendencji do konserwatyzmu w pierwszych etapach procesu poznawczego (niedocenianie sygnałów),
- wynikające z tendencji do radykalizmu w końcowych etapach procesu poznawczego (przecenianie sygnałów niosących informację).
Osobną grupę stanowią błędy związane ze stresogennością sytuacji decyzyjnej. Stresogenność decyzji operatorskich typu strategicznego, od których zależy bezpieczeństwo lub życie wielu ludzi jest bez porównania większa niż podejmowanie decyzji w sytuacjach dnia codziennego o charakterze rutynowym [11].
Ważnym czynnikiem stresogennym podejmowania decyzji stanowi ryzyko wystąpienia zdarzenia niepożądanego. Wyniki różnych badań nad percepcją ryzyka wskazują na następujące najważniejsze czynniki:
- katastroficzność i chroniczność szkód – zdarzeniom katastroficznym przypisuje się większe ryzyko niż chronicznym zdarzeniom niepożądanym (katastrofie lotniczej przypisuje się większe ryzyko niż wypadkowi samochodowemu). Dane statystyczne pokazują, że w ciągu roku ginie więcej ludzi w wypadkach samochodowych niż w wypadkach lotniczych,
- bezpośredniość i opóźnienie konsekwencji – zarówno szkody jak i szanse (korzyści) mogą pojawić się natychmiast lub być odroczone w czasie. Człowiek preferuje natychmiastową lub krótkoterminową szansę, a w przypadku szkody odroczone w czasie ich pojawienie się,
- dobrowolność narażania się na ryzyko – człowiek ma poczucie osobistego wpływu na bieg wydarzeń i w związku z tym jest w stanie zaakceptować ryzyko nawet 103 razy większe niż w sytuacji narzuconych zadań,
- poziom wzbudzonego lęku – osoby o podwyższonym poziomie lęku oceniają znacznie wyżej ryzyko zagrożeń, niż osoby o niskim poziomie lęk.
Typy zachowania operatora w systemie technicznym
Do opisu procedur podejmowania decyzji należy uwzględnić: liczbę rozpatrywanych wariantów, bazę informacyjną, sposób wyboru [10]. Z kolei dla każdego w/w opisu możliwe są następujące decyzje:
–– rozpatrujące do 2 wariantów lub decyzje rozpatrujące 3 i więcej wariantów wyjściowych,
–– oparte na pełnej lub niepełnej bazie informacyjnej,
–– w których zastosowano obliczeniowy – pomiarowy sposób wyboru lub decyzje oparte o intuicję, doświadczenie i rutynę.
Decyzje mogą być podejmowane w sposób indywidualny lub grupowy. Wady i zalety obu sposobów pokazano w tab. 2. [9,11,14]. Klasyfikacja zachowania operatora w ocenie jego niezawodności wyróżnia trzy typy [9,11]:
- wprawa – odruchowe wykonywanie czynności nabytych w wyniku doświadczeń praktycznych (wytrenowania) działań na podstawie wzorców postępowania,
- reguła – wykonywanie mniej oczywistych działań według określonych reguł, opracowanych dla scenariuszy przewidywalnych sytuacji,
- wiedza – działanie w sytuacjach, w których wzorce praktyczne lub reguły postępowania nie mają bezpośredniego zastosowania; istotne staje się rozpoznanie odmiennej sytuacji, diagnozowanie stanu oraz podejmowanie decyzji.
Klasyfikacja niewłaściwego zachowania operatora jest następująca [9]:
- pomyłka – niezamierzone działanie lub mylne zrealizowanie decyzji, np. przez nieuwagę, brak koncentracji itp.,
- zapomnienie – odstępstwo od kolejnego kroku w algorytmie postępowania wynikające z chwilowego zaniku pamięci, zapomnienia, intencji lub zaplanowanych procedur działania.
Pewne działania operatora mają charakter niebezpieczny i są związane z różnymi mechanizmami błędów.
Na rysunku 1 przedstawiono klasyfikację niebezpiecznych działań operatora [5,9,11].
Rodzaje błędów operatora
Błędy mają charakter dualny. Błędami są decyzje lub działania przyczyniające się do powstania zdarzeń niepożądanych, ale błędami są również sytuacje niepodjęcia decyzji lub działań, których podjęcie zapobiegłoby wystąpieniu zdarzeń niepożądanych. Ogół błędów doprowadzających do zdarzeń niepożądanych dzieli się na dwie grupy (rys. 2) [9,11]:
- błędy aktywne – o skutkach natychmiastowych, powodujące bezpośrednie wystąpienie zdarzenia niepożądanego w trakcie realizacji zadania,
- błędy o skutkach odroczonych, mające z reguły charakter organizacyjny lub planistyczny.
Błędy pominięcia (pominięcie całego zadania lub kroku w zadaniu) są następujące:
- selekcja – wydanie błędnej decyzji,
- sekwencja – działanie w niewłaściwej kolejności,
- czasowe – działanie zbyt wczesne lub zbyt późne,
- jakościowe – zbyt mało lub zbyt dużo.
Interesującą formułę na popełnienie błędu przez operatora działającego w stresie czasowym podał Amerykański Ośrodek Badań nad Bezpieczeństwem Instalacji Nuklearnych.
Prawdopodobieństwo popełnienia błędu przez operatora systemu wynosi [6,9,11]:
gdzie:
PBO – prawdopodobieństwo błędu operatora,
P – prawdopodobieństwo początkowe popełnienia błędu przez operatora,
n – liczba błędnych prób poprawy błędnej decyzji operatora.
Jeżeli PBO osiąga wartości bliskie jedności, wskazuje to na kompletną dezorientację operatora i całkowitą utratę kontroli nad systemem. W tabeli 3 podano wartości PBO dla P = 0,0625 [9].
Po czwartej nieudanej próbie poprawy błędu operator traci całkowitą kontrolę nad funkcjonowaniem systemu (PBO = 1).
Aktywność operatora systemu wodociągowego
Wśród postaw aktywności operatora SZZW można wyróżnić doświadczenie wykonawcze oraz treściowe, które stanowi wiedza o otoczeniu technicznym i środowiskowym. To ostatnie jest wynikiem aktywności poznawczej i ma charakter zmysłowo-obrazowy bądź nieobrazowy, a także myślowy i abstrakcyjny. Należy tutaj podkreślić, że orientacja sytuacyjna jest koniecznym elementem działań operatora. Osobną kategorią poznawczą są czynności kontrolne, które wiążą się z myśleniem obrazowo-abstrakcyjnym. W ich wyniku operator powinien zdawać sobie sprawę z zaistniałej rzeczywistości oraz ze związków i zależności pomiędzy poszczególnymi faktami [9,15,16].
Innym rodzajem aktywności operatora SZZW są czynności związane z funkcją kierowniczą. Wyróżnia się tutaj czynności regulacyjne i twórcze. Pierwsze oznaczają, że należy dążyć do perfekcji działania, drugie zaś stwarzają możliwość wprowadzenia oryginalnych nowych koncepcji w ww. zakresie.
Sytuacje awaryjne (zagrożenia) są wynikiem gwałtownej zmiany, w wyniku której ma się do czynienia z utratą lub uszczerbkiem wartości technicznej mającej znaczenie dla człowieka. W krańcowym wypadku dla użytkowników SZZW może to być utrata zdrowia bądź życia w wyniku spożycia wody zanieczyszczonej [6,9]. Sytuacja awaryjna w subiektywnym odczuciu operatora może wynikać z deficytu czasu bądź deficytu lub nadmiaru informacji. Sytuacja deficytu czasu dla operatora to drastyczny brak czasu na podjęcie decyzji (stres czasu). Limit czasu nieodłącznie jest związany z sytuacjami awaryjnymi. Deficyt czasu generuje różnorodne błędy operatora, może prowadzić do podejmowania decyzji nieistotnych zamiast istotnych oraz dezautomatyzacji czynności operatora (w normalnych warunkach czynności te wykonywane byłyby w sposób automatyczny – szybko) [6,9].
Z kolei nadmiar i brak informacji powoduje, że operator uruchamia dodatkowe strategie swego postępowania. W wypadku braku informacji są poszukiwane dodatkowe rezerwy pomagające w jej poszukiwaniu [9].
W wypadku nadmiaru informacji odbywa się ich selekcja – „filtrowanie”. W ergonomii pracy myślowej człowieka wyróżnia się liczbę informacji kierowanej do bloku analizującego mózgu (Ia) i przepustowość tego bloku (Ip). Obowiązuje zasada, że Ia < Ip [9].
Gdy Ia ≥ Ip, blok analizujący zaczyna funkcjonować z rosnącym prawdopodobieństwem popełnienia błędu. W wypadku gdy Ia < Ip, powstają niewykorzystane możliwości bloku analizującego, co pozwala np. na powtórną analizę tej samej informacji (prawdopodobieństwo popełnienia błędu maleje) [9].
Przyjmując [6,9], że zawodność operatora przy wykonywaniu złożonych procesów myślowych wynosi Ucz = 0,001 (analiza sytuacji, podejmowanie decyzji) oraz przykładowo dopuszczalne ryzyko pojawienia się skażonej wody na skutek błędu operatora sieci wodociągowej r = 10–8, można wyznaczyć iloraz Ip : I a z zależność [6,9,11]:
Dla przytoczonych danych spełnienie równości (2) wymaga, by Ip : Ia ≈ 2,66.
Przedstawiona analiza prowadzi do następującej konkluzji:
- mniej złożone funkcje operatora należy powierzać systemom kierowanym komputerowo,
- bardzo skomplikowane funkcje operatora należy powierzać systemom automatyki, celem odciążenia operatora od nadmiaru informacji pierwotnych.
Podsumowanie
- Stworzenie operatorowi dogodnych warunków pracy stanowi podstawowy warunek uzyskania wymaganej skuteczności działania całego systemu. Skuteczność działania operatora systemu można także oceniać przez pryzmat jakości realizowanych zadań przez system jako całość.
- Przedmiotem ergonomii jest badanie relacji pomiędzy człowiekiem, a techniką celem doskonalenia przystosowania techniki do właściwości człowieka. Niezawodność pracy operatora określa się, jako zdolność do wykonywania powierzonych mu zadań z minimalnym ryzykiem popełnienia błędu w określonych warunkach jego pracy i w zadanym przedziale czasowym. Z przytoczonej definicji wynika, że należy brać w temacie pod uwagę środowisko pracy operatora.
- Jedną z aktywności operatora są czynności związane z funkcją kierowniczą. Wyróżnia się czynności eksploatacyjne i twórcze. Pierwsze oznaczają, że należy dążyć do perfekcji działania, drugie zaś stwarzają możliwości kreowania nowych oryginalnych rozwiązań, szczególnie dotyczących nowych oryginalnych rozwiązań, szczególnie dotyczących sytuacji ekstremalnych (np. katastrofy, ataki terrorystyczne). Aktywność operatora związana jest z doświadczeniem wykonawczym i czynnościami kontrolnymi. Skorelowane jest to z myśleniem obrazowo-abstrakcyjnym. W sytuacjach zagrożeń operatorowi towarzyszy „stres czasowy” i konieczność „filtrowania” różnorodnych informacji. Operator na pojawienie się zagrożeń powinien być przygotowany, a przede wszystkim być ich świadomym.
- W miarę wzrostu poziomu i zakresu technik informatycznych i automatyzacji w funkcjonowaniu systemów technicznych w coraz większym stopniu wymaga się od operatora oprócz znajomości mechanizmów procesów eksploatacyjnych, także znajomości i umiejętności sprawnej obsługi wspomagających go środków teleinformatycznych. Środki te to komputery wyposażone w urządzenia zewnętrzne, umożliwiające operatorowi pozyskiwanie informacji do wykonania obligujących go zadań oraz przekazywanie decyzji do wykonania. Wymagane jest permanentne doskonalenie umiejętności w tym zakresie.
L I T E R AT U R A
[1] Bertalanffy L.; Ogólna teoria systemów. Podstawy, rozwój, zastosowanie. PAN, Warszawa, 1984
[2] Czarniawska B.; Podejmowanie decyzji. Wydawnictwo UW. Warszawa, 1980
[3] Donigiewicz A.: Modelowanie interakcji człowiek- komputer. Problemy oceny jakości i niezawodności. Wydawnictwo IAiR. Warszawa 2002
[4] Iwanejko R., Lubowiecka T.; Ryzyko w podejmowaniu decyzji w systemach zaopatrzenia w wodę. Materiały konferencyjne „Zaopatrzenie w wodę i jakość wód” Wydawnictwo PZITS O/Poznań. Gdańsk – Poznań, Woda 2002
[5] Laska A., Piętowska – Laska R., Wieczorek S.; Ergonomia w kształtowaniu warunków pracy. Wydawnictwo ERWICO s.c. Rzeszów, 2000
[6] Rak J.: Podstawy bezpieczeństwa systemów zaopatrzenia w wodę. PAN, Komitet Inżynierii Środowiska, t. 28, Lublin 2005
[7] Rak J.: Wybrane uwarunkowania skutecznego działania operatorów systemów komunalnych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, z.60(4/13), t.XXX, s.211-221, 2013
[8] Rak J., Studziński A.: Ryzyko narażenia zawodowego na czynniki chemiczne w systemie zaopatrzenia w wodę. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria: Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z.58, s.283-290, 2011
[9] Rak J., Tchórzewska-Cieślak B.: Ryzyko w eksploatacji systemów zbiorowego zaopatrzenia w wodę, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, 2013
[10] Rak R.J., Tchórzewska-Cieślak B.: Pojęcie niezawodności i bezpieczeństwa pracy operatora w systemie wodociągowym. Ośrodek Informacji „Technika instalacyjne w budownictwie”, INSTAL, nr 2, s.44 – 48
[11] Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria: Budownictwo i Inżynieria Środowiska, T.1/2010, Z.57, S.169-177, 2010
[12] Tytyk E.: Ergonomia w projektowaniu stanowisk pracy. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 1996
[13] Wieczorek S.; Przydatność ergonomicznych zasad metodologicznych do badania ryzyka wypadkowego w pracy. Materiały pomocnicze dla studentów WSIiZ, Rzeszów, 2002
[14] Wieczorek S.; Człowiek jako układ samosterowalny. Materiały pomocnicze dla studentów. WSTiZ, Rzeszów, 2002
[15] Wieczysty A., Lubowiecka T., Iwanejko R.; Niezawodność człowieka w biotechnicznym systemie zaopatrzenia w wodę. Materiały konferencyjne „Zaopatrzenie w wodę miast i wsi” PZITS O/Poznań, Poznań, 1998
[16] Wieczysty A., Lubowiecka T. Iwanejko R.: Człowiek – dyspozytor systemu, jako element wpływający na jego bezpieczeństwo. Bezpieczeństwo i niezawodność działania systemów gazowych, wodociągowych, kanalizacyjnych i centralnego ogrzewania. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych O/Kraków. Zakopane 1997, s. 7-22
prof. dr hab. inż. Janusz Rak, dr hab. inż. Barbara Tchórzewska-Cieślak, prof. PRz., mgr inż. Jakub Żywiec – Politechnika Rzeszowska,
corresponding author: cbarbara@prz.edu.pl