safety

11 September 2024

Modernisation of the lighting installation of a housing estate – case study

illuminance, lamps, light pollution, lighting fixtures, luminance, safety, street and sidewalk lighting

8 December 2021

Electric energy in surface heating

electricity energy, heat flux, magnetic induction, safety, surface heating

10 November 2020

Refrigerants – charge limits and user safety according to the Pressure Equipment Directive, ISO 817 and PN-EN 378

air conditioning, flammability, normy, palność, refrigeration, safety, standards, toxicity

25 February 2020

Human reliability factor in water supply systems

niezawodność, operator, operator, reliability, safety

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.

Table 1.
Operator response time to different types of impulse

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,

Table 2.
Types of decision making

Fig. 1.
Classification of dangerous operator actions

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,

Fig. 2.
Types of errors

Table 3.
PBO values

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

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

18 February 2020

The concept of reliability and safety of the operator’s work in the water supply system

czynnik ludzki, human factor, niezawodność, reliability, safety, water supply systems

Wstęp

System zbiorowego zaopatrzenia w wodę (SZZW) to skomplikowany system biotechniczny [1], w którym człowiek występuje w dwojakiej roli. Z jednej strony jest operatorem na różnych szczeblach eksploatacji tego systemu (podsystemów, układów obiektów i elementów). Z drugiej strony występuje w roli konsumenta wody do spożycia. W tym drugim przypadku może być poszkodowany w wyniku różnych zdarzeń niepożądanych, np. spożycie wody o nieodpowiedniej jakości, braku wody, nadzwyczajnych zdarzeń typu katastroficznego (katastrofy, poważne awarie, działania wojenne, akty terrorystyczne, zadziałania psychopaty lub naturalne przypadki losowe np. powódź czy susza) [7,8,9,11,14,15].

Analiza niezawodności i bezpieczeństwa SZZW powinna obejmować aspekt jakościowy, jak również ilościowy. Kompleksowa ocena systemu w tym względzie powinna zawierać analizę techniczno – ekonomiczno – niezawodnościową z uwzględnieniem czynnika ludzkiego. Ten aspekt dotyczy zarówno niezawodności funkcjonowania operatora systemu w różnych warunkach jego eksploatacji, jak również możliwości ataków hackerskich, wandalizmu czy terroryzmu.

Operatorowi SZZW przypisane jest podejmowanie czynności decyzyjnych. Podejmowanie decyzji może zachodzić w następujących sytuacjach [2,6,9,11]: l

sytuacje losowe (występuje w nich element niepewności i ryzyko co do wyniku decyzji),
sytuacje zdeterminowane (decyzja podejmowana jest w warunkach pewności wyniku).

Wymiar niepewności związany jest z określonym prawdopodobieństwem wystąpienia danego zdarzenia decyzyjnego. Wymiar dynamiki związany jest ze zmiennością sytuacji w czasie. Im szybciej sytuacja ulega przeobrażeniom w czasie tym większa jest jej dynamika. Wymiar złożoności określony jest przez liczbę zmiennych czynników, które trzeba wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji [2,4,6].

Przedmiotem ergonomii jest między innymi badanie relacji pomiędzy człowiekiem a techniką celem doskonalenia i przystosowania techniki do właściwości człowieka [5,13].

Ergonomia bada w/w współdziałanie na podstawie analizy awarii zaistniałych (a posteriori), ale także rozpatruje przypadki awarii z wyprzedzeniem (a priori) poprzez możliwe przebiegi współdziałania i ich skutki. W tym względzie możemy posługiwać się różnymi metodami badawczymi – od bezpośredniej obserwacji po symulację komputerową [11,12,13]. Celem pracy jest przybliżenie pojęć związanych z funkcjonowaniem operatora SZZW. Kwerenda literatury specjalistycznej pozwoliła uporządkować terminologie i zaprezentować metody analizy i oceny funkcjonowania operatora systemów wodociągowych.

Wskaźniki niezawodności pracy operatora

Definicja niezawodności pracy operatora przedstawia się następująco: jest to zdolność do wykonywania powierzonych zadań z minimalnym ryzykiem popełnienia błędu w określonych warunkach, w określonym przedziale czasowym lub w dowolnej chwili czasu [8,9,10,14].

Pomiar niezawodności operatora w pracy z reguły opiera się na danych eksploatacyjnych pochodzących z obserwacji zapisów wszelkiego rodzaju błędów, potknięć, uchybień proceduralnych i usterek w podejmowanych decyzjach. Bardziej pogłębionej analizy można dokonać, modelując i symulując sytuacje nadzwyczajne oraz polecając wykonanie przez operatora najbardziej zagrożonych błędami czynności. Istnieje też możliwość badań niezawodności operatora z wykorzystaniem testów kompetencyjności [11].

Table 1.
The scale of operator reliability evaluation [8,9,10]

Wskaźnik gotowości włączenia się operatora do działania w dowolnej chwili czasu można wyznaczyć [8,9,10,11]:

gdzie:

T – całkowity czas pracy operatora,

To – czas wyłączenia się operatora z pracy; wyłączenie się fizyczne – nieobecność, pozorne – odwrócenie uwagi, zaśnięcie.

Wskaźnik bezbłędności PB jest to prawdopodobieństwo bezbłędnej pracy operatora, które można wyznaczyć dla danej operacji lub ich sekwencji [9,11]:

gdzie:

m – ogólna liczba wykonanych operacji lub ich sekwencji,

n – liczba popełnionych błędów.

Wskaźnik samokontroli i możliwości dokonywania poprawek przez operatora Ps jest to prawdopodobieństwo wyrażone wzorem [8,9,10]:

gdzie:

Pp – prawdopodobieństwo skorygowania błędu przy powtórnym wykonaniu operacji,

Pw – prawdopodobieństwo zauważenia przez operatora sygnału pochodzącego z urządzenia kontrolującego,

Pk – prawdopodobieństwo wysłania sygnału przez urządzenie kontrolujące.

Wskaźnik aktualności Pa wyraża się prawdopodobieństwem wykonania zadania w czasie τ < t [8,9,10,11]:

gdzie:

f(τ) – funkcja gęstości rozkładu czasowego wykonania zadania przez operatora.

Wskaźnik ten uwzględnia fakt, że poprawnie wykonane zadanie, ale wykonane w niewłaściwym czasie, nie prowadzi do celu. Na wykonanie określonych operacji przeznacza się ściśle określony czas, jego przekroczenie jest równoznaczne z popełnieniem błędu. Uwzględniając stan układu operator – system techniczny, wartość prawdopodobieństwa bezwzględnej pracy operatora Pop wynosi [8,9,10,11]:

gdzie:

Pi – prawdopodobieństwo wystąpienia i-tego stanu eksploatacyjnego systemu technicznego,

Piop – prawdopodobieństwo bezbłędnej pracy operatora w i-tym stanie,

n – liczba rozpatrywanych stanów.

Określając niezawodność pracy operatora, można wyróżnić trzy stany sytuacyjne, w których przebiega praca operatora. Różnią się one wymaganiami odnośnie możliwości przetwarzania informacji i podejmowania decyzji przez operatora [11,14,15]:

stan optymalny – operator przy poprawnej pracy systemu wykonuje czynności nadzoru bieżących sygnałów oraz dokonuje rutynowych korekt parametrów jego funkcjonowania. Procesy myślowe operatora mają charakter algorytmiczny, można je „nabyć” w wyniku procesów szkoleniowych i praktyki eksploatacyjnej.
stan minimalnych obciążeń – występuje w procesie sterowania wysoce zautomatyzowanymi systemami z wykorzystaniem technik komputerowych.
stan maksymalnych obciążeń – praca w tym trybie wymaga twórczego myślenia, poczucia odpowiedzialności za błędy i odroczenia reakcji.

Spełnienie wymagań w tym stanie wymaga wysoko specjalistycznych szkoleń i znajomości scenariuszy sytuacji nadzwyczajnych. Ilościowej oceny niezawodności operatora można dokonać przez porównanie wskaźników w stanach ekstremalnym i optymalnym. Wskaźnik niezawodności K określa formuła [8,9,10,11]:

gdzie:

Kmax – wskaźnik niezawodności operatora w stanie ekstremalnym,

Ko – wskaźnik niezawodności operatora w stanie optymalnym.

Wymienione wskaźniki wyznacza się według formuły (5) na podstawie badań testowych. Obowiązuje ośmiostopniowa skala oceny niezawodności pracy operatora systemu, która została przedstawiona w tab. 1.

Metoda analizy niezawodności operatora TESEO

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 zdać sobie sprawę z zaistniałej rzeczywistości oraz ze związków i zależności pomiędzy poszczególnymi faktami [8,9,10,11,14]. 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 stwarzają zaś możliwość wprowadzenia oryginalnych nowych koncepcji w ww. zakresie.

Table 2.
Ki indicators [11]

Rola operatora SZZW pozostaje nadal daleka od zadowalających rozwiązań, szczególnie w sytuacjach ekstremalnych – występowania zagrożeń typu katastroficznego. Ryzyka związanego z rolą operatora SZZW nie da się wyeliminować, gdyż ma ono charakter wieloprzyczynowy [4,7,14]. Można go jednak rozpoznać, monitorować oraz podejmować odpowiednie decyzje w celu jego zmniejszenia do poziomu akceptowalnego. Jedną z metod wywodzących się z analizy niezawodności człowieka HRA (Human Reliability Asses-sment) jest metoda TESEO (włos. Technica Stima Errori Operatori) Wskaźnik popełnienia błędu kognitywnego (poznawczego) wyznacza się według formuły [9,10,11]:

gdzie:

K1 – stopień skomplikowania zadania,

K2 – przewidziany czas rutynowych i nie rutynowych działań operatora,

K3 – przygotowanie i praktyka zawodowa operatora,

K4 – wskaźnik obawy związany z powagą sytuacji,

K5 – interfejs operator – system.

Metoda może być stosowana w analizach porównawczych do oceny możliwości popełnienia błędu przez operatora systemu [8,9,10,11].

Wartości wskaźników Ki zostały podane w tab. 2.

Możliwe jest następujące zalecane prawdopodobieństwo popełnienia błędu przez operatora [8,9,10,11]:

działania rutynowe wykonywane automatycznie: od 5⋅10–5 do 5⋅10–3,
działania związane z procedurami ich wykonywania: od 5⋅10–4 do 5⋅10–2,
działania, których podstawą jest wiedza: od 5⋅10–3 do 5⋅10–1.

Metoda przewidywania błędu operatora THERP

Metoda THERP (ang. Technique for Human Error Rate Prediction) polega na szacowaniu prawdopodobieństwa popełnienia błędu przez operatora PBO. Prawdopodobieństwo jest wyznaczane na podstawie drzewa zdarzeń niezawodności operatora. Odbywa się to na zasadach analizy drzewa zdarzeń stosowanych przy analizie ryzyka Metoda ta pozwala również analizować wpływ błędu operatora na miary ryzyka związanego z funkcjonowaniem SZZW. W metodzie THERP wyróżnia się pięć etapów związanych z niezawodnością operatora [8,9,10,11]:

określenie potencjalnych zdarzeń niepożądanych w SZZW,
analiza procedur do wykonania przez operatora i możliwych błędów,
oszacowanie prawdopodobieństwa błędu operatora,
ocena wpływu błędu operatora na niezawodność SZZW,
propozycje modyfikacji sprzyjające ograniczeniu możliwości popełnienia błędu.

Przykład

Należy wyznaczyć prawdopodobieństwo popełnienia błędu przez operatora dla następującej sytuacji awaryjnej. Stacja osłonowo- ostrzegawcza powyżej ujęcia wody powierzchniowej wykryła zanieczyszczenie chemiczne, którego konwencjonalny proces uzdatniania wody nie jest w stanie usunąć. Operator musi dokonać korekt w technologii uzdatniania wody. Dopuszczalny czas diagnozowania zdarzenia nadzwyczajnego i wykonania stosownych działań ts wynosi 30 min (czas dopływu fali zanieczyszczenia od stacji osłonowo-ostrzegawczej do przekroju ujęcia). Oceniono, że faktyczny czas na działanie operatora wynosi Td = 20 min [8,9,11].

Dopuszczalny czas diagnozowania sytuacji nadzwyczajnej wynosi:

Po oszacowaniu Ta przystępuje się do wyznaczenia prawdopodobieństwa błędu operatora (PBO). Wykorzystuje się do tego wykresy przedstawiające PBO w funkcji dostępnego czasu związanego z sytuacją nadzwyczajną Ta i Td. Przykład takiego wykresu przedstawiono na rys. 1.

Na rysunku 2 przedstawiono drzewo zdarzeń analizy popełnienia błędu przez operatora [8,9,11].

Z wykresu na rys. 2 odczytano: PBO dla Ta (10 min) = 0,1, PBO dla Td (20 min) = 0,003.

Dla drzewa zdarzeń (rys. 2) można obliczyć prawdopodobieństwo niepowodzenia P(N) i sukcesu P(S) w postępowaniu operatora:

Fig. 1.
Dependence PBO = f (T) – based on [8,9,11]

Fig. 2.
The event tree analysis of the error committed by the operator [8,9,11]

Metoda szacowania i redukcji błędu operatora HEART

Metoda HEART (ang. Human Error Assessment and Reduction Technique) analizuje niezawodność operatora na tle czynników ergonomicznych i środowiskowych, które wpływają negatywnie na wykonanie zadania [7,8,9,11]. W tabeli 3. zestawiono typy zadań i odpowiadające im wskaźniki zawodności operatora.

Metoda wprowadza czynniki wpływające niekorzystnie na działanie operatora oraz współczynniki korygujące wartości prawdopodobieństwa nominalnego. W tabeli 4 zestawiono czynniki i współczynniki korygujące [8,9,11].

Metoda ma charakter ekspercki i każdemu czynnikowi przypisywana jest przez eksperta względna ważność, poprzez przyjmowanie wartości współczynników z zakresu od 0 do 1

Table 3.
Types of operator failure tasks [9,11]

Przykład

Oszacować prawdopodobieństwo błędu związanego z wprowadzeniem alternatywnej technologii uzdatniania wody z powodu nadzwyczajnego zdarzenia polegającego na zanieczyszczeniu, które wystąpiło w źródle (w rzece, w przekroju ujęcia) [7,8,9,11]. Wprowadzenie alternatywnej technologii powinno odbywać się według wcześniej opracowanych procedur. Niedoświadczony operator stosuje niewłaściwe zmiany w technologii uzdatniania wody, przez co nieświadomie naraża użytkowników wodociągu na duże ryzyko związane ze złą jakością wody.

Z tabeli 3 wybiera się nominalną zawodność operatora odpowiadającą danemu typowi zadania. Wybrano typ VI, któremu odpowiada wskaźnik zawodności identyfikowany z prawdopodobieństwem popełnienia błędu równy 0,003. Następnie należy uwzględnić czynniki wpływające na popełnienie błędu, którym przyporządkowane są odpowiednie współczynniki korygujące (według tab. 4). Dla każdego czynnika trzeba określić współczynnik względnej ważności według wiedzy eksperta. Szczegółowy tok obliczeń przedstawiono w tab. 5 [8,9,11]. Prawdopodobieństwo popełnienia błędu przez operatora wylicza się ze wzoru [8,9,11]:

gdzie:

Ui – wskaźnik zawodności operatora według tab. 3,

Wi – współczynnik wpływu obliczany jak w tab. 4,

Wartości współczynników wpływu mogą posłużyć do wyznaczania względnego wpływu poszczególnych czynników na zawodność operatora, i tak: l

niedoświadczenie operatora (2,0/11,5) ⋅ 100 = 17,4%,
dwuznaczność w procedurach działania (4,2/11,5) ⋅ 100 = 36,5%,
zła percepcja ryzyka (3,7/11,5) ⋅ 100 = 32,2%,
warunki nadzwyczajne (1,6/11,5) 100 = 13,9%.

Table 4.
List of correction coefficients [11]

Table 5.
Determination of PBO (auxiliary calculations)

Podsumowanie

Statystyka awarii w SZZW jak i innych systemach komunalnych dobitnie dowodzi o konieczności uwzględniania roli operatora w modelach niezawodności i bezpieczeństwa.

Do najważniejszych danych do ustalenia priorytetów w zakresie niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania SZZW należą informacje o zagrożeniach i związane z nimi ryzyko.

Aby zminimalizować negatywne skutki należy przewidywać możliwość wystąpienia w/w zdarzeń i ustalić stosowne scenariusze postępowania. Ryzyka związanego z eksploatacją SZZW nie da się wyeliminować, gdyż ma ono charakter wieloprzyczynowy. Można go jednak zmniejszać do poziomu akceptowalnego. Strategiczną sprawą tym względzie wydaje się być monitoring i audyt SZZW. Operator SZZW pełni kluczową rolę w prawidłowej eksploatacji systemu zarówno w sytuacjach normalnej, codziennej pracy, jak również w sytuacjach kryzysowych. Podejmowanie decyzji przez operatora szczególnie w sytuacjach stresogennych jest kluczowym elementem dla zapewnienia bezpieczeństwa konsumentów wody.

Analiza czynnika ludzkiego w aspekcie funkcjonowania operatora powinna być stałym elementem strategii zarządzania bezpieczeństwem i niezawodnością systemu.

Plany Bezpieczeństwa Wodnego rekomendowane przez WHO oraz nowe wytyczne zawarte w projekcie rewizji Dyrektywy Wodnej powinny być uzupełnione o analizę niezawodności funkcjonowania operatora SZZW.

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] Franus E.; Wielkie funkcje technicznego intelektu. Struktura uzdolnień technicznych. Wydawnictwo UJ Kraków, 2000.

[5] Laska A., Piętowska – Laska R., Wieczorek S.; Ergonomia w kształtowaniu warunków pracy. Wydawnictwo ERWICO s.c. Rzeszów, 2000.

[6] Moore P.G.: Ryzyko w podejmowaniu decyzji. Państwowe Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa, 1975.

[7] Rak J.: Podstawy bezpieczeństwa systemów zaopatrzenia w wodę. PAN, Komitet Inżynierii Środowiska, t. 28, Lublin 2005.

[8] Rak J.R., Tchórzewska-Cieślak B.: Metody analizy i oceny ryzyka w systemie zaopatrzenia w wodę. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 2005.

[9] Rak J.R., Tchórzewska-Cieślak B.: Ryzyko w eksploatacji systemów zbiorowego zaopatrzenia w wodę. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o. Rzeszów 2013.

[10] Ratajczak Z., Niezawodność człowieka w pracy. PWN, Warszawa, 1984.

[11] Tchórzewska-Cieślak B., Rak J.: Niezawodność operatora systemu wodociągowego Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria: Budownictwo i Inżynieria Środowiska, T.1/2010, Z.57, S.169-177, 2010.

[12] Wieczorek S.; Człowiek jako układ samosterowalny. Materiały pomocnicze dla studentów. WSTiZ, Rzeszów, 2002.

[13] Wieczorek S.; Przydatność ergonomicznych zasad metodologicznych do badania ryzyka wypadkowego w pracy. Materiały pomocnicze dla studentów WSIiZ, Rzeszów, 2002.

[14] 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. Konferencja Naukowo-Techniczna, PZiTS O/Kraków, Zakopane 1997.