CN104036361A - 一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法 - Google Patents

一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,包括以下步骤:(1)作出制造流程图;(2)记录对应环节人员的资质、工作经历、培训情况;(3)建立该环节故障树;(4),按照制造过程中的失误传递分析人因失误,来分析失误的原因;(5)调查得到的底事件根据第4步的结果,分为组织管理类和认知类型失误;(6)认知类底事件进行评价,得出权重;组织管理类得出权重;利用步骤5的结果最后得到加权概率值,并在此基础上求出故障树顶事件概率值;(7)求出故障树的最小割集,并按照最小割集求出人因失误底事件重要度;(8)确定该人员、组织管理情况下的制造风险大小并提出意见。

Description

一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法
技术领域
本发明涉及承压设备风险分析和人因可靠性领域,是一种评价并控制压力容器制造过程的方法。
背景技术
承压设备是压力容器、压力管道、压力锅炉、承压附件等以流体压力为基本载荷的设备。随着科学技术的进步和工业生产的发展,承压设备的使用范围日益广泛,目前承压设备己经成为化学工业,石油工业以及石油化工、煤炭、冶金、原子能、宇航、海洋工程、轻工、纺织、食品、城建等各个部门中的重要设备。既影响国民经济的发展,又具有潜在的危险性,一旦发生事故,往往造成严重的人身伤害和重大的财产损失,影响企业的生产秩序和人民群众的正常生活。在众多事故中许多都离不开人的因素,并逐渐成为主要的失误根源,往往后果严重,可预见性低,可控制性差。
在国外人因可靠性已经日趋成熟,我国的人因可靠性研究也在发展和进步中。目前广泛用于核电、军工、民航飞行等高危行业。在核电、飞行的中的操作体系中,人员行为动作简单,容易分析,过程重复性高,容易得到数据。而同样有着重大危险性的压力容易制造业的人因可靠性由于其自身特点,无法直接采纳和套用成熟行业中的方法,导致研究工作尚未起步。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,包括以下步骤:
(1)根据实际制造流程,收集制造单位的组织管理流程和制造规章制度,作出制造流程图;
(2)记录对应环节人员的资质、工作经历、培训情况;
(3)建立该环节故障树;
(4),按照制造过程中的失误传递分析人因失误,来分析失误的原因:将失误的来源分为设计系统失误,制造系统失误;制造系统失误分类为组织管理失误、环境、设备和制造者本身的因素;制造者本身的因素分为认知和行为导致的失误;
(5)调查得到的底事件根据第4步的结果,分为组织管理类和认知类型失误,将认知类型的失误结合人因可靠性的理论分为观察型、诊断型、计划型、操作型失误,并对底事件的基准概率赋值;将组织管理类的失误分为诊断型、计划型、操作型失误,并对其底事件进行基准概率赋值;
(6)认知类底事件由操作者按照工龄、职称、工作应激水平和设备的自动化程度进行评价,得出权重;组织管理类由专家评定搜集到的规章适用性得出权重;利用步骤5的结果最后得到加权概率值,并在此基础上求出故障树顶事件概率值;
(7)求出故障树的最小割集,并按照最小割集求出人因失误底事件重要度;
(8)确定该人员、组织管理情况下的制造风险大小并提出意见。
步骤(4)中制造过程中的失误产生和传递的过程进行了分析,指明了多个源头产生的人因失误最终如何发生在产品中;在这一过程中,将复杂多样的失误产生源头分为了人因认知、人因操作、组织管理、设备环境、设备设计失误五个大类,为后面的步骤做准备。
步骤(5)中所述,将得到的故障树底事件按照步骤4的归类;结合人因可靠性的理论进一步划分为观察型、诊断型、计划型、操作型失误;并按照第二代人因可靠性分析法中的CREAM法则对这四类失误进行基础概率赋值。
步骤(5)中所述概率计算问题,计算时间概率发生的问题上采用了加权法,将人因评定小组专家评价制造者能力、制造单位环境和管理制度优劣的意见作为权重值,对基础概率值进行优化。
步骤(6)重要度的分析,调查发现在承压设备制造领域,故障树的底事件不存在重复出现的现象,同样的两个事件在不同的环节都是独立发生的,由于不同的基事件产生的后果差异大,将重要的分解为由底事件后果决定的事件重要度和故障树体系决定的结构重要度叠加的方法。
步骤(8)中所述的风险指的是事件可能发生的概率和事件重要度的综合评价,根据结果提出改进措施和意见包括对顶事件产生的故障树结构进行升级、事件本身的参与者进行调整、对制造方的规章制度进行优化。
在承压设备的制造领域里,由于人为原因产生的失误占了制造事故的重大比重。且相比于人因可靠性方法运用广泛的核电、军工等高危行业,在承压设备制造领域人的操作更加多样,复杂且随机性大,难以通过传统的人因可靠性方法直接运用。本发明基于制承压设备制造过程中,人员动作繁琐多样,无法用现有的人因可靠性方法进行评价和分析的问题,来综合评价和控制人因失误发生。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明中制造系统中的人因失误传递示意图。
图2是本发明中组织管理中人因失误分类示意图。
图3是本发明中举例故障树示意图。
图4管子管板封口焊故障树示意图。
具体实施方式
本发明包括以下步骤:
(1)根据实际制造流程,制造方组织管理规定进行收集、调研后作出制造流程图;步骤(1)中所述的制造流程,首先应调查加工设备的服役情况和生产环境并进行评估,然后应对生产环节相关的制造管理规定进行整理,并与实际是生产过程进行对比。最后将与人操作有关的环节进行重点分析,并对相应的环节配上会产生失误的基本事件(通用失误环节),在加上上述调查结果中会产生的失误的特有基本事件。
(2)实施对应环节的人员和管理人员进行记录,并获取相关资料。
中所述的人员记录,需要获取制造者的工龄、学历、技术职称等相关信息,针对一种工序,调查并评定出工序的设备自动化程度、工作应激大小等。另外在,获取相关资料是指的获取环节中有关与该工序的规章管理制度和人事管理制度等情况。
表1人员绩效评价
表2应激评价
表3设备自动化程度评价
(3)建立该环节故障树:
按照制造流程的底事件的逻辑关系,“与”事件、“或”事件等做出故障树图,并用下行法则,求出其最小割集
表4下行法分析割集
(4),按照图1认知失误模型进行分类,按图2内容进行组织管理人因失误分类。
根据图1的内容,我们将复杂多变的制造工序中的人因失误分为认知失误和管理引起的失误,并作用于不同的人。由于每个人本身的绩效不同(能力)综合在一起就会决定人因失误的产生概率。而每一种来源于认知的失误过程,我们可以通过人因可靠性分析方法对其进行分类描述,再由专家这几种属性进行打分。对于管理规章引起的失误我们可以利用规则本身的可行性,有效性,合理性对其进行描述,再由专家对这几种属性打分兵进行评价。
(5)根据分类底事件的属性,进行人因可靠性基准概率赋值,并用计算系统概率值
根据人因可靠性第二代CREAM法则,我们可以得到因为人的认知失误,对应产生的失误基本概率大小:
表5人因失误分类
(6)认知类底事件由操作者按照工龄、职称、工作应激水平和设备的自动化程度进行评价,得出权重;组织管理类由专家评定搜集到的规章适用性得出权重。利用步骤5的结果最后得到加权概率值。并在此基础上求出故障树顶事件概率值。
再用不交化方法得到系统顶事件概率值:
首先根据以求得的最小割集,将顶事件表示为各底事件积之和的最简布尔表达式:T=X1+X2X3+X2X5+X2X6+X3X4+X5X4+X6X4
将T转化为不相交的布尔和:
T = x 1 + x 1 ‾ x 2 x 3 + x 1 x 2 x 3 ‾ x 2 x 5 + x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 ‾ x 2 x 6 + x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 6 ‾ x 3 x 4 + x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 6 x 3 x 4 ‾ x 5 x 4 + x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 6 x 3 x 4 x 5 x 4 ‾ x 6 x 4
其中: x 1 x 2 x 3 ‾ x 2 x 5 = x 1 x 3 ‾ x 2 x 5 x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 ‾ x 2 x 6 = x 1 x 3 x 5 ‾ x 2 x 6 x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 6 ‾ x 3 x 4 = x 1 x 2 x 2 x 5 x 2 x 6 ‾ x 3 x 4 = x 1 x 2 ‾ ( x 2 x 5 ⋐ x 2 , x 2 x 6 ⋐ x 2 ) x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 6 x 3 x 4 ‾ x 5 x 4 = x 1 x 2 x 3 x 2 x 2 x 6 x 3 ‾ x 5 x 4 = x 1 x 2 x 3 ‾ x 5 x 4 ( x 2 x 3 ⋐ x 2 , x 2 x 6 ⋐ x 2 ) x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 6 x 3 x 4 x 5 ‾ x 6 x 4 = x 1 x 2 x 3 x 2 x 5 x 2 x 5 ‾ x 6 x 4 = x 1 x 2 x 3 x 5 ‾ x 6 x 4
从而结构函数的不交型表达式为
T = x 1 + x 1 ‾ x 2 x 3 + x 1 x 3 ‾ x 2 x 5 + x 1 x 3 x 5 ‾ x 2 x 6 + x 1 x 2 x 3 ‾ x 4 + x 1 x 2 x 3 ‾ x 5 x 4 + x 1 x 2 x 3 x 5 ‾ x 6 x 4
(7)按照重要度分析人因失误底事件。
对重要度的分析,我们首先用的方法评价底事件的结构重要度,定义结构重要度为每一个最小割集对顶事件做的贡献。重要度的计算遵守以下规则:
1每个最小割集的重要度相等
2每个割集内的底事件均分改割集的重要度
3将某底事件出现在所有割集中的重要度相加即为该底事件的结构重要度
再评价底事件的实践重要度按照以下评定标准:
表6事件重要度分类
焊接的人因失误为例,由于与上下环节有着密切的联系,所以不能单独对焊接过程进行分析得到保证,必须把相邻紧密的环节一并作为分析对象。得到焊接过程模型,如A代表换热管,B代表管板,则可以建立起管子管板的封口焊接模型。
本例不同的人员自身素质不同,所以绩效不同。车间巡查人员/无损检测人员为高级职称,工龄4年,定期的专业培训;焊接工人:中级工,一年的工作经历,只受过短时间的基础培训;装配工人:初级工,只有很短且断断续续的工作经历,只受过基础培训;工程师1(负责工艺文件审核):副教授级高工,工龄10年以上,定期良好的培训;工程师2(负责工艺文件编写):工程师,工龄4年,受过短时间的基础培训。
表7故障树底事件
评价底事件的发生我们判定该底事件属于认知失误,则评价管理规程和人的绩效(职称、工龄、培训程度);如果属于行为失误,则评价人的绩效和人机环境、任务应激等因素。职称、工龄、培训程度、机加工程度、任务应激。
由专家评审认知失误和行为失误得到权重值,经归一化处理得到:
表8X14事件绩效评定
表9X23事件绩效评定
以底事件X14“焊条的回收”——缺少此条例或者此条例没有成功运行进行分析。工人容易利用以前未回收的焊条进行焊接,而未回收的焊条使用前在现场没有经过保温,干燥。导致焊接缺陷。原因分析:参照组织管理系统表没有相关制度规定;另一可能是工人没有意识到使用此类焊条会产生严重后果。由第一节的分析得失误属于认知失误中的规则性失误。由此造成焊缝的缺陷,危险程度较高且此不容易发现或检测。
布尔运算化简并用得到的最小割集为:{X1,X2},{X3,X6},{X4,X6},{X7,X10},
{X8,X10},
{X9,X10},{X11,X12},{X13},{X14},{X15},{X16},{X17},{X18},{X19},{X20},{X21},{X22},{X23,X25,X26},{X24,X25,X26}
用最小割集表示的布尔算式:
A=X1*X2+X3*X6+X4*X6+X7*X10+X8*x10+x9*X10+X11*X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23*X25*X26+X24*X25*X26
用不交化计算求顶事件的失效度:
b(1)=X1*X2
b(2)=(1-X1*X2)*X3*X6
b(3)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*X4*X6
b(4)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*X5*X6
b(5)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*X7*X10
b(6)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*X8*X10
b(7)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*X9*X10
b(8)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*X11*X12
b(9)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*X13
b(10)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*X14
b(11)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*X15
b(12)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*X16
b(13)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*X17
b(14)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*X18
b(15)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*(1-X18)*X19
b(16)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*(1-X18)*(1-X19)*X20
b(17)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*(1-X18)*(1-X19)*(1-X20)*X21
b(18)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*(1-X18)*(1-X19)*(1-X20)*(1-X21)*X22
b(19)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*(1-X18)*(1-X19)*(1-X20)*(1-X21)*(1-X22)*X23*X25*X26
b(20)=(1-X1*X2)*(1-X3*X6)*(1-X4*X6)*(1-X5*X6)*(1-X7*X10)*(1-X8*X10)*(1-X9*X10)*(1-X11*X12)*(1-X13)*(1-X14)*(1-X15)*(1-X16)*(1-X17)*(1-X18)*(1-X19)*(1-X20)*(1-X21)*(1-X22)*(1-X23*
X25*26)*X24*X25*X26
P T = Σ n = 1 20 b n = 0.445
重要度计算:
结构重要度的计算遵守:
1每个最小割集的重要度相等
2每个割集内的底事件均分改割集的重要度
3将某底事件出现在所有割集中的重要度相加即为该底事件的结构重要度
以{X23,X25,X26}割集为例,一共有最小割集19个,所以每一个割集重要度为1/19,又该割集里面有3个底事件,且同等重要,所以每一个底事件占该割集的1/3,RX23=0.017。
在制造的故障树中,底事件X22焊前预热和X23施焊本身的重要度不一样,另外要考虑的就是故障树的结构重要度,我们将事件重要度用加权的方法计算。按失效后果重要度分为:
表8
I n = Σ j = 1 m R n W n
In为事件的加权重要度,Rn为底事件在该最小割集中的结构重要度,Wn事件重要度,m为该事件在最小割集中出现的次数。
计算所有的底事件重要度,并将计算结果填入表7。
评价底事件的风险:
Rn=InPn
措施:
将底事件的发生风险值按照从到高倒地的顺序排列,对风险值高的底事件可以通过选择如下方式进行改进:
对于发生概率高的底事件,宜安排绩效高的工作人员去完成,从而降低事件发生概率。或者对底事件工作流程的规章制度进行优化和更改,预防可能出现的人因失误。
由于事件本身的重要度无法更改,所以首先从重要的角度出发,减小该底事件的结构重要度,则可以在该事件的上一环节之前加上一个“与”事件。在工程实际中就可以在该事件的发生过程中,加上一个检验和监督的事件来降低结构重要度。
本发明提供了一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)根据实际制造流程,收集制造单位的组织管理流程和制造规章制度,作出制造流程图;
(2)记录对应环节人员的资质、工作经历、培训情况;
(3)建立该环节故障树;
(4),按照制造过程中的失误传递分析人因失误,来分析失误的原因:将失误的来源分为设计系统失误,制造系统失误;制造系统失误分类为组织管理失误、环境、设备和制造者本身的因素;制造者本身的因素分为认知和行为导致的失误;
(5)调查得到的底事件根据第4步的结果,分为组织管理类和认知类型失误,将认知类型的失误结合人因可靠性的理论分为观察型、诊断型、计划型、操作型失误,并对底事件的基准概率赋值;将组织管理类的失误分为诊断型、计划型、操作型失误,并对其底事件进行基准概率赋值;
(6)认知类底事件由操作者按照工龄、职称、工作应激水平和设备的自动化程度进行评价,得出权重;组织管理类由专家评定搜集到的规章适用性得出权重;利用步骤5的结果最后得到加权概率值,并在此基础上求出故障树顶事件概率值;
(7)求出故障树的最小割集,并按照最小割集求出人因失误底事件重要度;
(8)确定该人员、组织管理情况下的制造风险大小并提出意见。
2.如权利要求1所述的承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,其特征在于,步骤(4)中制造过程中的失误产生和传递的过程进行了分析,指明了多个源头产生的人因失误最终如何发生在产品中;
在这一过程中,将复杂多样的失误产生源头分为了人因认知、人因操作、组织管理、设备环境、设备设计失误五个大类,为后面的步骤做准备。
3.如权利要求1所述的承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,其特征在于,步骤(5)中所述,将得到的故障树底事件按照步骤4的归类;结合人因可靠性的理论进一步划分为观察型、诊断型、计划型、操作型失误;并按照第二代人因可靠性分析法中的CREAM法则对这四类失误进行基础概率赋值。
4.如权利要求1所述的承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,其特征在于,步骤(5)中所述概率计算问题,计算时间概率发生的问题上采用了加权法,将人因评定 小组专家评价制造者能力、制造单位环境和管理制度优劣的意见作为权重值,对基础概率值进行优化。
5.如权利要求1所述的承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,其特征在于,步骤(6)重要度的分析,调查发现在承压设备制造领域,故障树的底事件不存在重复出现的现象,同样的两个事件在不同的环节都是独立发生的,由于不同的基事件产生的后果差异大,将重要的分解为由底事件后果决定的事件重要度和故障树体系决定的结构重要度叠加的方法。
6.如权利要求1所述的承压设备制造过程中的人因可靠性分析方法,其特征在于,步骤(8)中所述的风险指的是事件可能发生的概率和事件重要度的综合评价,根据结果提出改进措施和意见包括对顶事件产生的故障树结构进行升级、事件本身的参与者进行调整、对制造方的规章制度进行优化。
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