智慧礦山工人人因失誤影響因素研究

李紅霞，樊恒子，張嘉琦，陳 磊，田方圓

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.陜西智引科技有限公司，陜西 西安 710200)

0 引 言

科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，礦山從數(shù)字化建設(shè)逐漸轉(zhuǎn)向信息化及智慧化建設(shè)。大數(shù)據(jù)、人工智能、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷推進(jìn)使礦山生產(chǎn)技術(shù)與安全水平得到極大提升[1]，其生產(chǎn)方式由傳統(tǒng)人工開(kāi)采轉(zhuǎn)向無(wú)人、少人化，不但節(jié)省人工成本還提高了設(shè)備利用率與資源配置率，保障礦山的生產(chǎn)安全。如今，正由初級(jí)階段邁向目標(biāo)階段[2]。

礦山的生產(chǎn)越來(lái)越趨向于自動(dòng)化發(fā)展，但如今仍不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，人的因素在新的礦山系統(tǒng)中的角色也發(fā)生了重要的轉(zhuǎn)變，礦山工人由體力勞動(dòng)逐漸變?yōu)槟X力勞動(dòng)，相較傳統(tǒng)礦工的工作范圍較靈活。在新的生產(chǎn)模式下，人是重要的組成部分，人的失誤仍然是智慧礦山系統(tǒng)發(fā)生事故的重要原因。因此人的不安全行為也會(huì)影響礦山的安全生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)智慧礦山系統(tǒng)人因失誤研究，對(duì)于減少新生產(chǎn)模式下帶來(lái)的事故和傷害有重要價(jià)值。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)人因失誤影響因素方面的研究取得了一些成果。REASON等通過(guò)分類法將人因失誤分為有意圖行為與無(wú)意圖行為[3]。周剛等從安全教育與技術(shù)培訓(xùn)、人機(jī)匹配度與機(jī)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面探討如何控制預(yù)防人因失誤[4]。李博楊等運(yùn)用熵權(quán)法與集對(duì)分析模型來(lái)評(píng)價(jià)煤礦安全，將人因失誤分為：組織管理、組織行為、操作者行為及安全監(jiān)管4大類[5]。蘭建義等通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析近年來(lái)煤礦安全事故數(shù)據(jù)，認(rèn)為導(dǎo)致煤礦人因事故發(fā)生的關(guān)鍵影響因素有：個(gè)體、環(huán)境、安全規(guī)范與組織管理等4類[6]。Folkman等認(rèn)為個(gè)體因素中個(gè)性心理特征與個(gè)人能力是導(dǎo)致人因失誤的主要因素[7]。HOLMES T H等研究發(fā)現(xiàn)，煤礦工人作業(yè)時(shí)若出現(xiàn)行動(dòng)協(xié)調(diào)性、敏捷性與連續(xù)性等操作行為障礙，則有可能會(huì)造成不安全事故的發(fā)生[8]。張衛(wèi)華通過(guò)人因工程學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)理論構(gòu)建煤礦人因失誤理論模型，表明個(gè)體因素是造成人因失誤的直接原因[9]。

構(gòu)建一個(gè)完整智慧礦山人因失誤影響因素模型，是研究開(kāi)展的前提。文中借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果，并結(jié)合智慧礦山工人自身特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)與一般礦工人因失誤相比，智慧礦山工人人因失誤具有技術(shù)復(fù)雜性與情緒穩(wěn)定性[10]，將其影響因素分為個(gè)體、能力、機(jī)械設(shè)備與組織安全管理4大類。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)查法、案例分析法構(gòu)建智慧礦山人因失誤影響因素模型并運(yùn)用關(guān)鍵事件訪談法對(duì)其驗(yàn)證。

1 AHP法智慧礦山人因失誤影響因素

1.1 層次分析法

層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是20世紀(jì)70年代由美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授T.L.Saaty提出的層級(jí)分析法[11]。此方法是仿照人對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的研究與思索過(guò)程，將其數(shù)量化與層次化，是一種定量與定性相結(jié)合的系統(tǒng)層次化的決策方法[12]。解決問(wèn)題的思路首先是將問(wèn)題劃分為不同的因素，將這些問(wèn)題再劃分為不同的層次，形成一個(gè)階梯式有序多層次的結(jié)構(gòu)模型；其次是從人的客觀判斷每一層次的相對(duì)重要性來(lái)給出定量表示，并通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出每一層所包含因素的權(quán)值；最后，綜合計(jì)算每層因素相對(duì)重要性的權(quán)值，得到方案層對(duì)于目標(biāo)層相對(duì)優(yōu)劣次序的排序值，為選擇方案提供依據(jù)，從而得到最終的決策方案。

1)確定問(wèn)題，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型[13]。

2)邀請(qǐng)煤礦安全管理專家根據(jù)經(jīng)典1～9標(biāo)度法進(jìn)行打分構(gòu)造出判斷矩陣，其比例標(biāo)度與重要性等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 判斷矩陣1～9標(biāo)度法Table 1 Scale method of judgment matrix 1～9

3)計(jì)算特征權(quán)重值。

4)一致性檢驗(yàn)。

(1)

(2)

式中λmax為最大特征根；n為因子個(gè)數(shù)，當(dāng)n≥3，CR<0.1時(shí)，滿足一致性條件，反之則須修正判斷矩陣，直到CR<0.1時(shí)，則不會(huì)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。對(duì)于1～9階的判斷矩陣，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值見(jiàn)表2。

最后，所有要素需要進(jìn)行層次總排序，之后層次總排序進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其公式為

(3)

表2 1～9階判斷矩陣對(duì)應(yīng)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值Table 2 RI value of average random consistency index corresponding to judgment matrix of order 1～9

1.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

文中借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于礦山工人人因失誤的影響研究后，在智慧礦山的背景下，原有的生產(chǎn)方式發(fā)生了重要變化，結(jié)合智慧礦山工人自身的特點(diǎn)，構(gòu)建如圖1所示的智慧礦山人因失誤影響因素指標(biāo)體系。

圖1 智慧礦山人因失誤影響因素指標(biāo)體系Fig.1 Index system of influencing factors of human errors in Smart Mine

1.3 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

1)構(gòu)造1個(gè)一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣與4個(gè)二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣，分別見(jiàn)表3，表4，表5，表6，表7。

表3 A～B判斷矩陣及結(jié)果Table 3 A～B judgment matrix and results

表4 B1～C判斷矩陣及結(jié)果Table 4 B1～C judgment matrix and results

表5 B2～C判斷矩陣及結(jié)果Table 5 B2～C judgment matrix and results

表6 B3～C判斷矩陣及結(jié)果Table 6 B3～C judgment matrix and results

表7 B4～C判斷矩陣及結(jié)果Table 7 B4～C judgment matrix and results

2)根據(jù)層次單排序的結(jié)果，計(jì)算各層次要素的綜合權(quán)重，進(jìn)行層次總排序，結(jié)果見(jiàn)表8所示。

表8 層次總排序及結(jié)果Table 8 General ranking and results

一致性檢驗(yàn)指標(biāo)為0.042 5<0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。由此可得：導(dǎo)致智慧礦山人因失誤各因素重要程度可由AHP法確定。由表7可得出，智慧礦山工人的操作能力與應(yīng)急反應(yīng)能力、設(shè)備安全水平、人機(jī)匹配度等因素對(duì)導(dǎo)致智慧礦山人因失誤的影響較大而安全信息交流對(duì)其的影響較不明顯。

2 DEMATEL法智慧礦山人因失誤影響因素

2.1 決策試驗(yàn)與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室法

DEMATEL(decision making trialand evaluation laboratory)方法是1971年由美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者所提出，是利用圖論和矩陣工具進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的因素分析[14]，是一種將原因與結(jié)果分開(kāi)考慮明確系統(tǒng)關(guān)系的方法[15]。智慧礦山人因失誤影響因素體系是一個(gè)典型的“人機(jī)環(huán)管”系統(tǒng)，通過(guò)DEMATEL法分析智慧礦山人因失誤，可有助于管理者事先發(fā)現(xiàn)并控制安全隱患，加強(qiáng)智慧礦山安全管理水平[16-18]。

2.2 DEMATEL計(jì)算步驟

1)確定系統(tǒng)中各因素的直接影響程度。采用專家打分法對(duì)因素間的影響程度進(jìn)行比對(duì)[20]，0～5分表示因素間的影響關(guān)系，0，1，2，3，4，5分別表示影響程度無(wú)，弱，較弱，較強(qiáng)，強(qiáng)，很強(qiáng)從而得到直接影響矩陣，見(jiàn)表9。

表9 直接影響矩陣Table 9 Direct impact matrix

2)將矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理并得到直接影響矩陣，見(jiàn)表10。

表10 規(guī)范化直接影響矩陣Table10 Normalized direct impact matrix

B=(bij)n×n

(3)

(4)

(5)

3)計(jì)算綜合影響矩陣。

T=B(I-B)-1，其中I為單位矩陣。

4)求中心度。

hi=fi+gi,i=1,3,…,n

(6)

(7)

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 綜合影響矩陣Table11 Comprehensive impact matrix

5)計(jì)算綜合影響度為了降低專家打分法的主觀片面性，使各因素的重要程度更準(zhǔn)確被描述[21]。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 綜合影響度Table 12 Comprehensive impact degree

(8)

由表11可知，C7，C8，C11的綜合影響度xi>0.1，換句話說(shuō)就是，智慧礦山工人的操作能力、應(yīng)急反應(yīng)能力與人機(jī)匹配度對(duì)智慧礦山人因失誤影響最大。

3 結(jié) 論

1)個(gè)體因素層面：安全素質(zhì)>工作經(jīng)驗(yàn)>安全知識(shí)>身心狀況>情緒穩(wěn)定性?？梢?jiàn)礦工安全素質(zhì)培養(yǎng)與安全知識(shí)的積累運(yùn)用是新型智慧礦山的基礎(chǔ)，只有將基礎(chǔ)打好，打扎實(shí)才能付諸于實(shí)踐與運(yùn)用。

2)能力因素層面：操作能力>應(yīng)急反應(yīng)能力>決策能力>風(fēng)險(xiǎn)感知能力>崗位勝任能力。相較傳統(tǒng)煤礦與數(shù)字化智能化的智慧礦山最主要的區(qū)別除了機(jī)器設(shè)備更智能外，就是礦工的選用，更注重其各方面能力。扎實(shí)的操作能力會(huì)盡可能避免違規(guī)操作，極大地減少事故的發(fā)生；應(yīng)急反應(yīng)能力與決策能力則要求礦工更迅速準(zhǔn)確地做出合理的判斷與決策。

3)機(jī)械設(shè)備層面：人機(jī)匹配度>設(shè)備安全水平>安全應(yīng)急裝置>信息信號(hào)傳遞>新技術(shù)應(yīng)用。機(jī)械設(shè)備因素是智慧礦山最為重要與關(guān)鍵的人因風(fēng)險(xiǎn)因素之一。煤礦屬于復(fù)雜且多變的環(huán)境，安全合理地優(yōu)化人機(jī)界面使人與機(jī)器更加和諧穩(wěn)定。

4)組織安全管理層面：安全管理制度>安全培訓(xùn)教育>安全行為激勵(lì)>安全信息交流。安全管理制度的確立是提升礦山安全管理，減少人因失誤最有效且具有操作性的環(huán)節(jié)。