CC BY
47
ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И УПРАВЛЕНИЕ
О.М. Булгаков,
доктор технических наук, профессор, Краснодарский университет МВД России
В.П. Удалов,
кандидат физико-математических наук, доцент
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭРГАТИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НА НАДЕЖНОСТЬ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
БЕЗОПАСНОСТИ
INFLUENCE OF PARAMETERS OF THE ERGATIC COMPONENT ON RELIABILITY OF THE INTEGRATED SECURITY SYSTEM
Получена схема надежности для эргатической составляющей интегрированной системы безопасности объекта охраны и аналитическое выражение для вероятности отказа. Показано влияние параметров распределения компонентов эргатической составляющей интегрированной системы безопасности на надежность системы и пути минимизации вероятности отказа.
The scheme of reliability for the ergatic component of integrated security system of object ofprotection and analytical expression for probability of refusal is received. Influence of parameters of distribution of components of the ergatic component of integrated security system on reliability of system and a way of minimization of probability of refusal is shown.
Введение. Модели надежности эргатических систем требуют рассмотрения характеристик технической и человеческой подсистем в контексте их совокупного влияния на показатели надежности системы как единого целого [1].
Следует полагать, что надежность человека как элемента эргатической системы характеризуется вероятностью выполнения им определенных функций (параметров деятельности, работы, задачи) на рассматриваемом этапе функционирования системы в течение заданного интервала времени. В случае выполнения работы (задачи) такая вероятность должна быть соотнесена с требованиями к продолжительности её выполнения. Однако в отличие от технического компонента эргатической системы отказ человеческого компонента, или ошибка, может трактоваться не только как невыполнение заданных функций (запланированной работы), но и совершение запрещенного неспровоцированного действия, деструктивного воздействия на другие элементы системы и др. Характерным примером является авиакатастрофа А-320-211 под Динь-ле-Беном 24 марта 2014 года, когда прокуратура Марселя квалифицировала действия второго пилота экипажа аэробуса как «непредумышленное убийство» [2].
Данный факт вновь актуализировал тезис о том, что свойство ошибаться является функцией психологического состояния человека и возникновение ошибок такого рода не зависит от уровня подготовки, квалификации или опыта. К таким порождённым психическим состоянием человека ошибкам могут быть отнесены: недостижение поставленной цели из-за неправильных действий ответственного лица, стремление ответственного лица к достижению ошибочной цели, бездействие ответственного лица в тот момент, когда его участие необходимо.
Целью работы является анализ ошибок, связанных с человеческим фактором; построение модели надежности эргатической составляющей сложной технической системы; анализ полученного выражения для вероятности безотказной работы эргатиче-ской составляющей сложной технической системы при случайном характере параметров модели.
Основная часть. Установлено, что зависимость частоты появления ошибок от величины действующих на человека нагрузок является нелинейной [3, 4]. В значительной мере влияют на интенсивность ошибок и параметры окружающей среды, в которой работает человек [3]. Качество работы оператора оказывается оптимальным при умеренных нагрузках, поэтому умеренную нагрузку можно рассматривать как достаточное условие обеспечения работы человека-оператора с приемлемой вероятностью ошибки. При заниженном уровне нагрузок большинство операторов работает неэффективно из-за потери концентрации, превышение оптимального уровня нагрузки приводит к ошибкам на фоне утомляемости и физиологического стресса.
Выделяют следующие виды ошибок [3]:
1. Систематические — порождённые «внешним» человеческим фактором: ошибки проектирования эргатических систем, ошибки производства вследствие неудовлетворительно выполненных работ по изготовлению элементов системы, ошибки контроля на этапе приёмки системы или её элементов, ошибки обращения с техническими компонентами вследствие их неправильной транспортировки или хранения.
2. Эргатические — порождённые внутрисистемным человеческим фактором: ошибки технического обслуживания, ошибки организации места оператора, ошибки оператора, ошибки управления коллективом.
3. Ошибки, для которых трудно установить причину их возникновения или однозначно отнести к одному из приведенных выше видов.
Очевидно принципиальное отличие между систематическими и эргатическими ошибками: первые возможно предотвратить либо учесть на различных стадиях создания
систем, вторые проявляются в процессе эксплуатации систем и носят случайный характер.
Рассмотрим более подробно вопрос влияния эргатических факторов на надежность работы технических систем применительно к интегрированной системе безопасности (ИСБ) объекта охраны. ИСБ представляет собой объединенные в единый комплекс системы охранно-тревожной сигнализации, пожарной сигнализации, контроля доступа, телевизионного наблюдения и видеорегистрации и состоит из следующих подсистем [5]:
• дежурно-диспетчерская, в которую входит группа быстрого реагирования;
• охранной и тревожной сигнализации;
• контроля и управления доступом;
• теле/видеонаблюдения и контроля;
• досмотра и поиска;
• пожарной сигнализации и пожарной автоматики (пожаротушения, проти-водымной защиты, оповещения, эвакуации);
• связи с объектом для различных подсистем;
• защиты информации;
• инженерно-технических средств физической защиты;
• инженерного обеспечения объекта (электропитания; газоснабжения; водоснабжения; канализации; поддержания микроклимата).
Как видно, надежность практически всех указанных подсистем связана с человеческим фактором. Выделим в отдельную группу средства физического обеспечения ИСБ, надёжность которых зависит от человеческого фактора напрямую: дежурно-дис-петчерскую подсистему, группу быстрого реагирования, подсистему досмотра и поиска.
Определим вероятность безотказной работы ИСБ РИСБ(0, характеризующую вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет ни одного отказа.
Надежность работы физического персонала и физических (эргатических) средств защиты в целом может быть представлена двумя различными по характеру монотонности временными функциями [6]:
Вероятность отказа РфсО) отражает естественное старение персонала, т.е. постепенное уменьшение возможностей выполнять свои обязанности по обеспечению защиты объекта на необходимом уровне из-за возраста сотрудниками службы безопасности, инженерно-техническим персоналом и другими сотрудниками организации в применяемых в ней эргатических систем защиты.
Согласно [6] данный временной процесс может быть представлен выражением:
Здесь: Рпфо — начальный уровень физического состояния персонала; ёс и ёв отражают соответственно негативное действие на физическое состояние персонала условий труда (ночных дежурств, переработок, работы с компьютерными и телевизионными мониторами и др.) и меры по восстановлению здоровья и профилактике профессиональных заболеваний; гф — некоторый характерный период обновления персонала, например среднее время работы сотрудников физических или эргатических компонентов ИСБ в рассматриваемой организации.
Рф() = Рф£) + Рф-П^) .
(1)
(2)
Вероятность отказа Рфп(^) характеризует рост квалификации персонала [6]:
( 5 гЛ
Рфп(г) = Р:- ехр -50- , (3)
V ^кф )
где Рф определяется начальным уровнем квалификации персонала, ¿о характеризует
приобретение опыта решения типичных и нестандартных профессиональных задач, ткф — характерное время приобретения профессиональных знаний, умений и навыков, в качестве которых могут выступать время стажировки в новой должности или периодичность повышения квалификации.
Учет эргатического фактора необходим из-за наличия персонала, обладающего такими специфическими для каждого оператора субъективными качествами, как состояние здоровья, усталость, психическое состояние, рассеяние внимания, появление ошибок при считывании показаний и т.д. Степень влияния указанных свойств на надежность работы ИСБ в свою очередь зависит от наличия таких факторов, как наследственные предрасположенности, изменения погоды, качество и образ жизни, перенесенные болезни и т.д.
Оценим влияние эргатических факторов на надежность подсистемы физического обеспечения ИСБ. Неоднозначность влияния указанных факторов на ИСБ, их взаимное влияние и практическая невозможность корректного и однозначного их учета приводит к необходимости рассмотрения параметров из (2) и (3) в качестве случайных и их последующей статистической обработки [3].
В качестве примера рассмотрим более подробно влияние квалификации персонала на вероятность отказа подсистемы физического обеспечения ИСБ.
Разработка модели надежности эргатической составляющей ИСБ. Используя понятия последовательного и параллельного соединения элементов в системе, согласно (1) — (3) получена схема надежности эргатической составляющей ИСБ в следующем виде (рис. 1).
Для данной схемы получено аналитическое выражение вероятности безотказной работы ИСБ:
РИСБ (г) = 1 - Ротк (г) = 1 - {[1 - (1 - р (г)) • (1 - Р (0) • (1 - Р4 (')] • Р5 (0 х (4)
х[1 - (1 - р(г)) • (1 - Р2(г) • Рз(г) • Р6(г) • Р7(г))]}.
Здесь введены обозначения: р (г),..., р (г) — вероятности отказа компонентов эргатиче-
ской составляющей интегрированной системы безопасности объекта, соответствующие рис. 1.
Проанализируем более подробно ситуацию, когда один или несколько параметров из (2),(3) необходимо рассматривать как случайные величины. Пусть случайным является параметр ¿о из формулы (3), то есть процесс приобретения опыта действий в экстремальной ситуации у различных сотрудников является различным. Тогда для нахождения вероятности безотказной работы системы (1) выполним статистическое усреднение вероятности отказов р (г,5) по ансамблю реализаций параметра 80.
Рис. 1. Схема надежности эргатической составляющей интегрированной системы безопасности объекта
Будем полагать, что параметр 30 является случайной величиной, распределенной по гауссовскому (нормальному) закону с математическим ожиданием и дисперсией а2. Будем считать, что опыт решения профессиональных задач может не только приобретаться, но и утрачиваться вследствие длительных перерывов в работе и других факторов.
Тогда усредненное по ансамблю реализаций выражение (1) имеет вид
Рф (¿А) = ] Рф(¿А)р(д0
где р(50) — нормальная одномерная плотность вероятности
Р(3о ) =
1
^¡Тжа
ехр
' (¿О - Ш5
2а2
Тогда усреднение (5) по ансамблю реализаций имеет вид
Рф (¿3о) = Рфс (0 + ехр
v гкф j
Р(3о Жо.
(5)
(6)
(7)
Таким образом, проведя усреднение выражения (1), получена вероятность безотказной работы эргатической составляющей ИСБ в виде
(
Рф () = Рф (?,д0) = Рфс () + Рф ехр
шЛ
Л
2г
I/ Т,
(8)
' ^ф 2" ^ф у
Сравнивая выражения (1), (3) и (8) можно сделать вывод, что в случае, когда один из параметров в выражениях (2) и (3) является случайной величиной, для нахождения вероятности безотказной работы системы необходимо располагать информацией о математическом ожидании и дисперсии данного параметра. В случае стремления дисперсии интенсивности отказа а2 ^ 0 выражение (8) для Рф(/) переходит в выражение (3) для случая детерминированных параметров.
Введем порог критического значения вероятности отказа ИСБ Р^РТ, который не может быть превышен по условию обеспечения надежности охраняемого объекта. На рис. 2 представлены зависимости вероятности отказа компонента физического (эргати-ческого) обеспечения ИСБ (8) от дисперсии приобретенного опыта решения профессиональных задач для трех уровней величины приобретенного опыта (5о1< 5о2< 8оз соответственно).
Рис. 2. Зависимость вероятности отказа компонента физического (эргатического) обеспечения ИСБ от дисперсии приобретенного опыта решения профессиональных задяач для трех уровней величины приобретенного опыта да
Как видно из рис. 2, с ростом приобретенного опыта решения профессиональных задач вероятность отказа ИСБ уменьшается, в то же время разброс в полученных знаниях, то есть хорошее освоение одних задач при слабом освоении других, приводит к росту вероятности отказа системы. Кроме того, анализ рис. 2 показывает, что дисперсия приобретенного опыта о2 может оказывать даже большее влияние на надежность ИСБ, чем уровень обученности, что можно объяснить следующим образом: дежурный или оператор, считающийся достаточно хорошим профессионалом, но недостаточно освои в-ший действия в отдельной критической ситуации, может своими действиями (или бездействием) снизить надежность ИСБ вплоть до критической. о
При этом из рис. 2 видно, что хотя рост приобретенного опыта приводит к снижению вероятности отказа ИСБ (что видно при переходе от 501 к 802 или от 802 к 803), наличие дисперсии приобретенного опыта решения профессиональных задач может приводить к превышению вероятностью отказов Р критического значения вероятнонсти
отказа ИСБ Р^РТ при достижении дисперсией значений а = а и а = а2 для значений ö = öQ1 и ö = öQ2 соответственно.
Проводя усреднение по другим параметрам из (2) и (3), можно получить выражения, характеризующие влияние на надежность ИСБ таких эргатических факторов, как [6]: отрицательное действие на физическое состояние персонала условий труда (ночных дежурств, переработок, работы с компьютерными и телевизионными мониторами и др.), первичный уровень физического состояния (здоровье) персонала, влияние принимаемых мер по восстановлению здоровья и профилактике профессиональных заболеваний, временной период обновления персонала, начальный уровень квалификации персонала, время приобретения профессиональных знаний, умений и навыков.
Предлагаемая модель надежности эргатического компонента интегрированной системы безопасности позволяет оптимизировать процесс повышения квалификации и тренировок обслуживающего персонала исходя из требуемого уровня вероятности отказа ИСБ.
Выводы. Анализ зависимости вероятности отказа компонента физического обеспечения ИСБ от параметров модели показывает, что для обеспечения минимизации вероятности отказа ИСБ необходимо максимизировать среднее значение уровня обученно-сти персонала на начальном этапе эксплуатации ИСБ и минимизировать дисперсию приобретения опыта решения типичных и нестандартных профессиональных задач операторов и дежурных. Решением вопроса должен стать контроль уровня знаний и умений персонала при приеме на службу, более тщательная проработка программ повышения квалификации с отработкой всех известных критических ситуаций, регулярное тестирование персонала и выявление неотработанных задач в ходе эксплуатации ИСБ с немедленным внесением корректировок в программы переподготовки и повышения квалификации персонала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Острейковский В. А. Теория надежности. — М. : Высшая школа, 2003. — 457 с.
2. Бондаренко М. Прокурор расценил действия пилота A320 как «непредумышленное убийство». [ Электронный ресурс ] — URL : http://www.rbc.ru /society/28/03/2015/5516a0d49a79476c3ee81e78 (дата обращения 11.04.2016 ).
3. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда: учеб. пособие для вузов / П. П. Кукин [и др.]. — 4-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 2007. — 335 с.
4. Булгаков О. М., Удалов В. П. Анализ модели надежности охранно-пожарной сигнализации // Вестник Воронежского института МВД России. — 2012. — №2. — С. 5— 12.
5. ГОСТ Р 53704-2009. Системы безопасности комплексные и интегрированные. Общие технические требования. — М. : Стандартинформ, 2010. — 72 с.
6. Булгаков О. М., Удалов В. П., Чёткин О. В. Математическая модель воздействия нарушителя на компоненты интегрированной системы безопасности // Вестник Воронежского института МВД России. — 2015. — №2. — С. 164—175.
REFERENCES
1. Ostreykovskiy V. A. Teoriya nadejnosti. — M. : Vyisshaya shkola, 2003. — 457 s.
2. Bondarenko M. Prokuror rastsenil deystviya pilota A320 kak "nepredumyishlennoe ubiystvo". [Elektronnyiy resurs] — URL : http://www.rbc.ru /society/28/03/2015/ 5516a0d49a79476c3ee81e78 (data obrascheniya 11.04.2016 ).
3. Bezopasnost jiznedeyatelnosti. Bezopasnost tehnologicheskih protsessov i proizvod-stv. Ohrana truda: ucheb. posobie dlya vuzov / P. P. Kukin [i dr.]. — 4-e izd., pererab. — M.: Vyissh. shk., 2007. — 335 s.
4. Bulgakov O. M., Udalov V. P. Analiz modeli nadejnosti ohranno-pojarnoy signal-izatsii // Vestnik Voronejskogo instituta MVD Rossii. — 2012. — №2. — S. 5— 12.
5. GOST R 53704-2009. Sistemyi bezopasnosti kompleksnyie i integrirovannyie. Ob-schie tehnicheskie trebovaniya. — M. : Standartinform, 2010. — 72 s.
6. Bulgakov O. M., Udalov V. P., Cffitkin O. V. Matematicheskaya model vozdeyst-viya narushitelya na komponentyi integrirovannoy sistemyi bezopasnosti // Vestnik Voronejskogo instituta MVD Rossii. — 2015. — №2. — S. 164—175.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Булгаков Олег Митрофанович. Первый заместитель начальника университета. Доктор технических наук, профессор.
Краснодарский университет МВД России.
E-mail: ombfrier@yandex.ru.
Россия, 350005, Краснодарский край, г. Краснодар, Ярославская, д.128. Тел. (861) 258-40-03.
Удалов Валерий Петрович. Доцент кафедры радиотехники и электроники. Кандидат физико-математических наук, доцент.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: uvalery@yandex.ru.
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-57.
Bulgakov Oleg Mitrofanovich. First deputy chief of the University of Internal Affairs of Russia. Doctor of Technical Sciences, Professor.
Krasnodar University of the Ministry of the Interior of Russia.
Work address: Russia, 350005, Krasnodar region, Krasnodar, Yaroslavskaya Str., 128. Tel. (861) 25840-03.
Udalov Valery Petrovich. Associate Professor of the chair of Radioengineering and Electronics. Candidate of Phys^l and Mathematical Sciences, Associate Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-57.
Ключевые слова: модель надежности; вероятность безотказной работы; последовательно-параллельная схема; эргатические факторы.
Key words: reliability model; probability of non-failure; series-parallel scheme; ergatic factors.
УДК 624.381
