2019, Vol. 22
2. 西安交通大学 管理学院，陕西 西安 710049
2. School of Management, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
人因失误的定义多种多样。从工程的角度出发，Swain等[1]给出的人因失误的定义为：任何超过系统正常工作所规定的接受标准或容许范围内人的行为或动作。从心理学的角度，Reason[2]将人因失误定义为：失误是指背离意向计划或规程序列的人的行为，或者是人的意向计划或动作没有达到其预期的目标，且这种失误能归因于某种外力的干预。
人的可靠性指在规定的最小时间限度内，在系统运行的任一要求阶段，由人成功地完成工作任务的概率[3]。人的失误概率预测技术(technique of human error rate prediction，THERP)是一种应用广泛的人的可靠性分析方法[4]。THERP在分析常规的或者按已有规程进行试验、维修等任务的人的可靠性时，是十分强有力的工具[5]。Kirwan[6]认为THERP的核心问题是人因失误的数据库与绩效形成因子(performance shaping factors，PSFs)是否给出正确的结果，认为不同的使用者是否用相同的方式使用THERP法值得下一步研究。Kirwan等[7]用英国30个评估者作为被试，进行人误概率的测度实验研究，得到THERP是有效的方法。在Kirwan[8]的另一个研究中，从降低人误概率的视角，说明了THERP的实际意义。黄曙东等[9]对THERP方法在核电站的应用进行了进一步的量化分析，说明了THERP方法的可操作性。童节娟等[10]对核电站应用THERP的班组因素进行了分析，并给出改善建议。
目前，针对人的可靠性分析进行的研究主要集中在核电、航空航天、石油化工等领域。在这些领域中，人的失误率非常低，但是一旦出现失误往往会导致十分严重的生产事故[3-4, 9-11]。在汽车制造行业，人的可靠性分析的应用相关的研究很少。本研究以汽车制造行业某工序为例，通过实验研究，检验THERP方法的合理性及不足。
冷媒加注是某企业汽车内饰装配过程中的重要工序。冷媒加注的质量决定了车载空调的质量。经企业现场调研，冷媒加注工序的主要操作动作有：空调高低压管路与加注机高低压管路对接；空调类型辨识；依据空调类型选择相对应车型(加注量)；按下按钮进行加注。冷媒加注工序主要依靠以上4个操作保证加注的完成，其中任何环节出现失误都将导致加注失败或者质量问题，甚至会导致生产延迟。下面应用THERP法分析冷媒加注工序的人因失误概率。
1 冷媒加注工序的THERP分析THERP法通过人的可靠性分析(human reliability analysis，HRA)事件树对任务分解和分析，对根据现场经验及专家判断得到的人误数据进行定量化计算，通过绩效形成因子PSFs、相关性处理以及恢复因子等进行修正[1]。通过THERP方法对汽车内饰冷媒加注工序的人因失误进行分析。图1所示是冷媒加注工序的HRA事件树。
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图 1 冷媒加注工序HRA事件树 Fig. 1 HRA event tree of refrigerant filling process |
图1中的符号说明如下：
a为操作人员成功将空调高低压管路与加注机高低压管路对接；A为操作人员未能成功将空调高低压管路与加注机高低压管路对接；b1为操作人员正确辨识车载空调类型；B1为操作人员错误辨识车载空调类型；b2为操作人员成功纠正辨识错误；B2为操作人员未能纠正辨识错误；c为操作人员正确选择车型(加注量)；C为操作人员错误选择车型(加注量)；d为操作人员成功进行加注；D为操作人员未能成功加注。
考虑任务串联和并联两种情况，任务串联时，失误概率为
| $ \quad\quad P(F) = 1 - a\left( {{b / a}} \right) = a\left( {{B / a}} \right) + A\left( {{b / A}} \right) + A\left( {{B / A}} \right){\text{。}} $ |
任务并联时，失误概率为
| $\quad\quad P(F) = A\left( {{B / A}} \right) {\text{。}}$ |
根据《THERP手册》[1]提供的数据值范围，结合企业现场调研和专家打分，得到绩效形成因子的K值：操作人员经验K1=0，心理压力K2=0，人机界面K3=0.44。通过定量计算，得到在冷媒加注过程中各任务可能的人误概率：任务1，管路对接—4.32×10–3；任务2，空调类型辨识—7.77×10–4；任务3，车型选择—1.39×10–2；任务4，按按钮—7.08× 10–4。在各任务中，失误率最高的任务为任务3车型选择，即根据空调类型选择车型(加注量)。
2 实验研究在冷媒加注工序中，主要是认知加工过程：对接管路需要操作人员辨识不同颜色的管路属于高压管路还是低压管路；空调类型识别需要操作人员从空调铭牌上注意到空调品牌或生产厂家；车型选择需要操作人员将各空调类型与车型之间的匹配关系存储在大脑中，并在识别空调类型后及时地调用存储信息作出反应，选择正确的车型；在按按钮操作中操作人员需要识别开、关按钮。因此，认知环节的失误概率是整个工序失误的核心所在。
下面根据冷媒加注工序中各认知环节对实验过程进行设计。主要的目标是模拟整个工序中的认知环节，并使各环节的任务接近现实生产状况。通过实验研究，将实验结果与THERP法的计算结果进行比较，验证THERP法的合理性和不足。
2.1 方法 2.1.1 被试抽取西安交通大学的48名本科生和研究生作为被试。其中，男生25名，女生23名。被试均身体健康，视力或矫正视力正常。
2.1.2 仪器与实验材料联想笔记本一台，E-prime实验设计软件一套。实验材料通过E-prime进行展示，主要为包含不同颜色的管路图片、6张空调铭牌图片、标记“开”、“关”的按钮图片。
2.1.3 实验任务实验中，包含有4个实验任务。任务1：不同颜色导管识别任务；任务2：根据空调铭牌识别空调类型；任务3：根据空调铭牌选择对应数字；任务4：识别标记“开”、“关”的按钮。针对每一个操作过程有一个认知任务，每一个认知任务对应一张图片。在实验过程中从相应图片库中随机抽取一张图片展示给被试。
2.1.4 实验程序1) 实验准备。实验前一个星期对被试进行冷媒加注工序认知培训，主要是通过任务指导书(企业资料)使被试熟悉工序中操作过程，同时对被试进行记忆效果测试(如背诵、默写)以确保被试形成长时记忆。
2) 练习实验。被试阅读了基于冷媒加注工序操作指导书改写的实验指导书，指导书中明确告诉被试实验目的是测试其在各认知任务中出错概率，并对实验中需要进行的按键操作做了详细明晰的描述。4个实验任务按照顺序排列，每个实验任务的图片是随机从相应图片中抽取的。在练习实验系统中，当被试完成一个任务之后便会出现正确率反馈，以此来帮助被试熟悉实验任务和键盘操作并且能够及时修正。
3) 正式实验。与练习实验系统相同，正式实验系统的任务与图片显示方式不变，只是在正式实验系统中没有实验反馈，这是为了防止实验反馈对被试的纠偏效应。但是，在正式实验系统中需要被试连续进行20次重复实验。这是因为在实践中，只有当操作达到一定的程度才会出现失误，而且由于经过一定的培训和学习，被试对于实验任务已经掌握，一次实验不能够准确测试出操作的失误率。
2.2 结果分析对被试完成任务的错误率进行分析，如图2所示。
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图 2 实验任务错误率的均值和标准差 Fig. 2 Means and standard deviations of error rate of experiment tasks |
通过图2可知，各任务错误概率从高到低排序为任务3、任务1、任务2、任务4。与THERP法的计算结果比较，各任务错误概率的排列顺序相同，从高到低，依次是任务3、任务1、任务2、任务4，但数值差异较大。在讨论中将分析其原因。
3 讨论不论是THERP法计算还是实验法，在冷媒加注工序中人的失误概率值较高的两个操作是车型选择、管路对接，其他两个操作失误概率较低。虽然在失误概率排序上基本一致，但是各任务之间的数值差异较大。
在实验中，出现错误率最高的任务是任务3，而且错误率远远高于其他3个任务。这与利用THERP计算出的人误概率在绝对数值上存在差别，但是在相对关系上是一致的。绝对数值上的差别可以解释如下。1) 现实生产中，操作人员最少经过一个月的岗前培训和两个月的岗位实践，然后才能正式成为岗位装配工人。工人受到的培训时间更长，培训中注重实践操作，有更长时间加深记忆。而在本实验中，被试只进行了一周的实验前培训，时间较短。而且，被试只是利用操作指导书熟悉各实验任务，没有经历实践环节，培训中的深化训练不能够达到效果。2) 在实际生产中，操作人员在认知过程之后都有手动环节，在手动环节他们可以很好地调整认知以应对下一操作。而实验中，各任务之间的衔接比较紧密，被试对于任务的转换没有时间进行调节，而且任务之间可能会存在一定的干扰。
实验中，任务1的错误率高出任务2和任务4很多。而在THERP的分析中，差别不明显，任务4和任务2的失误概率均非常低，接近于0。其中存在的差异说明在THERP方法在应用方面存在一定不足，即THERP方法主要是应用在简单的操作活动中，主要针对流程和动作进行分析，而不考虑在操作过程中的认知环节。特别是针对包含简单认知过程的操作，THERP方法往往会忽略其中的认知过程而进行计算。其次，在任务1中认知过程是一个更加复杂的完整的信息加工过程，被试从图片中注意某一颜色，将颜色刺激进行感觉登记，进行分析，与长时记忆中编码进行比较，作出按键决策。这个过程可以用图3表示.
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图 3 任务1的认知过程 Fig. 3 Cognition process of task 1 |
而在任务2和任务4中，长时记忆编码只有文字和按键对应，如“开”—“K”，“泰德”—“T”。这些文字与字母的对应关系是汉字与该汉字首位汉语拼音字母的关系，是所有被试都进行了十几年不断重复的，在长时记忆中的编码效果更好。而任务1中的对应关系是新的对应关系，文字和字母之间没有其他的相关关系。显然，任务1的认知过程要比任务2和任务4复杂一些。这说明了为什么实验中任务1的错误率高于任务2和任务4，而任务2和任务4的错误率差别细微。
实验结果与THERP的理论计算结果在相对关系上基本保持一致，说明了THERP方法的合理性。实验结果与THERP结果在绝对数值方面存在一定差异，说明了THERP方法的不足，即THERP在计算人因失误时忽略了操作行为中的认知过程。
4 结束语本文采用E-prime实验的方法分析了冷媒加注工序的人因失误概率。通过比较发现，汽车冷媒加注工序的4个任务的人因失误概率的实验结果与THERP的理论计算结果基本一致，这与Kirwan等[7]的研究结果相同。结果还说明了，THERP的不足在于计算人因失误时，忽略了操作行为中的认知过程。认知模型逐步在人的可靠性技术中得到广泛应用，如蒋英杰等[12]分析了典型认知模型及其在人因可靠性分析中的应用，指出认知模型已经成为解释人为差错机理最有效的工具。已有关于THERP方法的研究大都以核电[9-10]、航空行业[11]为背景，本文以汽车制造行业为背景，对THERP方法在冷媒加注工序人因失误的应用进行了分析验证。下一步可以汽车制造行业为例，基于认知模型对其他人的可靠性分析技术进行相关实验分析与验证。
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