决策树方法在复杂社会技术系统组织因素.doc

决策树方法在复杂社会技术系统组织因素量化中的应用宋洪涛，张力，王以群，廉士乾 （南华大学人因研究所，湖南衡阳421001）摘要：主要探讨运用决策树方法对复杂社会技术系统组织因素量化的问题。对影响人误发生的组织文化、组织结构、规程、培训、组织沟通以及监督检查、组织决策七个因素按照好、一般、差三种表现形式分别进行了解释，画出了组织因素决策树例图。介绍了决策树量化的方法，给出了量化的公式和例子。关键词：组织因素；组织因素表现形式；决策树方法中图分类号: X928 Quantifying Organizational Factors in Complicated Technical System Using Decision Tree MethodSONG Hong-tao ,ZHANG Li， WANG Yi-qun，LIAN Shi-qian(Human Factor Institute, Nanhua University，Hengyang Hunan 421001)Abstract:The pather mainly discusses quantifying organizational factors in complicated technical system using decision tree method. Seven organizational factors affected human error including the organizational culture, the regulations, training, the organizational communication ,supervises the inspection and the organizational decision-making has been explained according to three kind of manifestation :good,general,bad. The organization factor decision tree illustration has been drawn.The paper Introducs the decision tree quantification method，formula and the quantification example. Key words: organizational factors;modalities of organizational factors; decision tree method1 引言近年来，随着一系列重大安全事故的发生，人的因素对复杂社会技术系统，特别是对复杂技术系统的可靠性、安全性的重要作用已成为人们的共识。随着研究的深入，人们愈来愈认识到，人因可靠性分析与研究必须更充分、更深入地考虑组织与管理因素的作用和影响。现代人机系统已由简单人机系统演变成复杂的社会技术系统，其构成要素由人、机两要素发展为技术设施、人、组织三要素。组织一旦发生错误，既可能对系统的安全造成直接的威胁，也可能对系统安全性可靠性（包括人员的可靠性）产生长期的潜移默化的侵蚀，削弱系统的防御功能，最终导致事故。切尔诺贝利核事故以及重庆开县天然气井喷等国内外诸多重大安全事故皆是例证。因此，像化工厂和核电站这样的高风险复杂技术系统中，充分考虑组织与管理因素影响的人因可靠性分析方法研究具有广阔的应用前景和实际意义。英国曼彻斯特大学心理学家Reason于1990年出版了著作人误，最早较系统地研了组织管理失误的机理1 。王二平曾从组织行为学角度探讨了组织失误形成机制，进而分析了组织失误、组织因素对人误的作用2。应用数据挖掘技术对来源于世界核营运者协会（WANO）1993-2002年1628份事件报告分析得出：组织管理缺陷、与规程有关的缺陷、培训不足（理论知识欠缺、基本操作能力差）、人员之间交流不足以及缺乏监督检查、组织决作者简介：张力，教授，博士生导师，从事人因工程和安全管理研究。宋洪涛，研究生，从事人因工程和安全管理研究。电话e-mail:；国家自然科学基金资助项目（70271016 , 70573043）和国防军工技术基础计划项目（Z012005A001）。策失误、组织文化不良（粗心大意、违章等）与人员操作失误之间存在很高的置信度，是导致操作员失误的重要根本原因3。然而目前对于组织因素的分析大多是利用心理学或组织行为学对组织失误的机制进行分析，未涉及组织管理因素对人因影响的定量分析，这主要因为组织因素的量化研究还存在很多障碍，如，组织因素本身的不确定性，包括指标体系的确定和度量，尚无一种具有较普适性的规范化的研究方法。本文尝试利用决策树方法(decision tree)对组织文化、组织结构、规程、培训、组织沟通以及监督检查、组织决策七个因素进行量化。2 组织因素影响人因失误的组织因素很多，国内外很多学者根据自己研究的需要建立了各自的组织因素分类方式4-8。在复杂社会技术系统中，要了解影响人误的组织因素，首先必须了解组织人误的产生过程。组织失误产生过程见图1。组织因素导致的系统异常如果突破防御系统的防御就会到产生人误，有些系统异常虽不能穿破系统防御，但它就有可能会在系统中潜伏起来并会导致系统出现更大的失误。根据专家问卷调查，本文选取了组织文化、组织结构、规程、培训、组织沟通以及监督检查、组织决策七个组织因素进行分析，七个影响因素的定义见表1，各因素的表现形式见表2。潜在失效路径复杂技术系统个人行为人因事件输出组织因素防御系统图1 复杂社会技术系统中失误发生的过程表1 组织因素及其定义代码 组织因素 解释A 组织文化 长期发展形成的组织成员共有的标准、信念、价值体系、行为规范和模式7B 组织结构 组织内部分工与协调的基本形式C 规程 一般员工遵守的规章制度，专业人员使用的各种说明书、规程及指导性文字 D 培训 使员工具有一定技能和知识，从而能够安全有效地完成工作7 E 组织沟通 人与人之间的信息交流和协同3F 监督检查 对影响组织目标实现的组织和员工行为的监督反馈指导G 组织决策 组织对未来实践活动的理想、意图、目标、方向和达到理想、意图、目标和方向的原则、方法和手段所作的决定。9 表2 组织因素的表现形式组织因素 形式 解释A 组织文化 好 组织文化已经渗透到组织的每个成员心中，员工高度认同组织目标、制度，有良好的工作态度、思维习惯和工作作风，强烈的责任感 一般 成员能够迫于压力贯彻组织文化，组织文化对实现组织目标没有明显促进作用 差 组织文化没有形成或只存在与书面文件之中，员工对组织的目标、制度缺乏认同感，工作态度差，出差错很多B 组织结构 好 控制幅度合理有效、分工明确、权责明确、专业化程度高、行动协调一致。 一般 现有组织结构对实现组织目标没有明显促进作用 差 控制幅度过大或过小、权责不明确、行动不能协调一致，特别是遇紧急事件时现有组织结构对事件处理有阻碍作用。C 规程 好 规程已经渗透到组织之中，程序完善，可操作性好，员工完全接受规程，程序变更及时 一般 存在规程，员工执行规程的动机不强烈对完成任务没有明显的促进作用 差 没有规程或规程不全面，可操作性差，成员对规程认同度低。D 培训 好 既有理论知识和操作技能等硬件培训，又有态度、动机、价值观和协作意识等软件培训，培训机制健全合理，培训效果明显 一般 有培训，但培训效果对完成任务没有明显促进作用 差 无培训或培训不全面，培训效果不利于任务的完成E 组织沟通 好 信息沟通渠道合理，交流机制健全，沟通氛围轻松自由，成员乐于沟通，精于沟通 一般 有沟通，但成员之间沟通的意识不强烈对任务完成没有明显促进作用 差 沟通不及时、不充分、信息混乱或有矛盾信息对任务完成有负面影响F 监督检查 好 监督检查的意识渗透到组织的成员之中，各成员分工合作、责任明确、监督反馈及时，员工能够自检、互检，并能及时纠正错误 一般 成员监督检查的动机不强烈，对任务完成没有明显促进作用差 没有或监督反馈不充分不能纠正员工的错误行为G 组织决策 好 充分重视决策的重要性，决策者具有良好的素质，决策程序合理，决策可执行性高，充分考虑一线人员的反馈信息 一般 决策效果对任务完成没有明显促进作用 差 决策人员素质不高,决策程序不合理，可执行性差3 决策树分析量化方法决策树方法的发展始于操作者可靠性实验（ORE）10，该方法以模拟机实验为基础，把模拟机数据引入HRA过程中。该实验以及其他对决策树的应用说明，在获得与电站状态有关的一定数量事故特征和职员特征以后，决策树（DT）方法能够估计人误率（HEPS）。并且该方法可以对事件过程中所有参与职员的行为及影响因素纳入模型之中，特别是那些对职员影响显著的因素如：组织文化、组织结构、培训、程序、沟通、监督检查和组织决策等。 决策树方法利用影响因素构成决策树，然后利用真实的失误数据或者专家判断来估计事件最终的失误率。该方法的优点是：HRA分析人员可以基于已知的情形估计未知情形的人误率。影响因素可以由该领域的专家判断（专家评判法）、电站实际数据和模拟机实验共同确定。图2就给出了一个决策树例子（二叉树）。 人员参与组织文化沟通协调训练效果程序交互检查估计人误率 充分10-4 最小值 好 完善 无 差 充分 好 无 充分 差 完善 无 好 差 充分 无 充分 好 完善 无 差 充分 差 无 充分 差 完善 无 开始 差 充分 无 充分 好 完善 无 差 充分 好 无 充分 差 完善 无 差 充分 差 无 充分 好 完善 无 差 充分 差 无 充分 差 完善 无 差 充分 无 1 最大值 图2五因素决策树（二叉树）例图决策树每个题头都与一个问题有关，如：“程序是好还是坏？该程序可以促进还是破坏执行的效果？”如果某个影响因素对最终人误率影响十分显著，那么该因素可以分成多个分枝（2枝）；如果某个影响因素对最终人误率影响很小，分成两枝就可以了。一般最重要的影响因素排在最前面，影响最弱的因素排在最后面，不同因素综合在一起会得到不同的人误率。3.1 决策树分析方法的步骤决策树分析方法的步骤是：1）系统熟悉。专家通过调查、观察与访谈掌握的第一手资料，然后根据复杂技术系统特点选择重要影响因素。2）辨别重要的影响因素并按照因素的重要性进行排序。使用问卷调查和面谈方法请专家对对主要影响因素打分，然后根据得分的多少对主要影响因素进行排序。3）辩识每个因素的不同影响形式（例如哪种形式有利于减少失误，哪种形式对失误影响不明显，哪种形式会导致失误率提高等。重要影响因素可以找多种影响形式，即在决策树中表现为多叉；一般因素只需找到两种形式，即在决策树中表现为二叉），画出决策树。4）对要比较的两个不同分枝中不同因素分别打分（可能有一个因素形式不同，也可能是两个、三个或更多个，把不同因素组合在一起来考虑打分，一般两个因素综合在一起考虑具体方法见3.3分析例子。），分数在0-6之间， 6分表示有利的因素，0分表示不利的因素。请专家对这两个因素综合起来考虑分别打分。5）利用相应数学算法进行计算，求出量化结果11。量化结果最终取值为1、10-1、10-2、10-3、10-4，其中1表示完全失败的概率，10-4表示接近成功的概率。由于HRA模型PSA中操作员失误的最小概率是510-4，因此用10-4表示结果的下限是合理的。32 量化方法假如决策树有n个分枝bn，所有有利因素组成的分枝失误率为10-4，所有不利因素组成的分枝的失误率为1。在现实情况下，基于收集到的复杂系统中组织因素对失误率影响的数据，我们有可能得到决策树中某两个分枝的失误率，比如分枝bi和bj 的概率（尽量选择实际收集到的数据，如没有就选最好、最差两个分枝）。如果对bi和 bj两分枝之间的bk（ikj）进行量化，此时bi的概率值为10-ci, bj的概率值为10-cj我们首先对bi和 bj两分枝之间的不同因素进行比较，由专家对两分枝中不同的因素组合打分，参照表3得到,然后求得、的值（其中、分别为bi 、bk、bj各分枝不同的因素,表3 专家打分与参数w对照表打分 小于1.5 1.5到2 2到2.5 2.5到3 3到3.5 3.5到4 4到4.5 4.5到5 5到5.5值 +2.5 +2.0 +1.5 +1.0 +0.5 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0组合的w值之和）。然后根据（）、（）和、对应成比例得出算出就得到了分枝bk的概率值：10-ck。33 量化方法举例1）系统熟悉。通过专家调查得到影响组织安全的主要影响因素：A组织文化、B组织结构、C规程、D培训、E组织沟通以及F监督检查、G组织决策。2）采用层次分析法对各影响因素进行排序，顺序依次为ABCDEGF。3）辩识各影响因素的表现形式（本例中只考虑好、差两种表现形式），画出决策树（图略）。4）对不同因素组合打分。如已知第9枝和第32枝的概率值求第14枝的概率值，对b9和b32不同因素组合进行比较，得分在1-6分之间。如果得分高于3.5分说明对任务完成有促进作用，如果低于3.5分说明失败可能性高一些。专家打分见表4和表5。5）利用前述量化方法推导出第14枝的失误概率。例：（i，k，j）=（9，14，32），其中c1=4;c32=1。为计算简单把各因素的影响形式都只考虑两种，即有利于任务的完成影响形式和不利于任务的完成的影响形式。如：第9枝b9 ABCDEGF（画线字母表示该因素不利于任务的完成），第14枝b14 ABCDEGF,有两个影响因素不同即 E,F 和 E，F。对比b9和b14不同的两因素E、F，b9和b14的得分分别为2.7和2.4,然后查表3得出的值分别为+1和+1.5。然后在分别比较b9和b32中两个不同的两因素C、E G，F ，得分分别为3.7、3.3和2.3、2.9，分别查出各自的值为-0.5、+0.5、+1.5、+1（见表5）。表4 b9和b14影响因素对照表失误概率 影响因素 不同影响因素得分 值（见表3）b9 10-4 ABCDEGF E,F 2.7 +1b14 10 -c32 ABCDEGF E，F 2.4 +1.5表5 b9和b32影响因素对照表 失误概率 影响因素 不同影响因素得分 值（见表3）b9 10-4 ABCDEGF C，E 3.7 -0.5 G，F 3.3 +0.5b32 10-1 ABCDEGF C，E 2.3 +1.5 G，F 2.9 +1表5中b9和b32概率指数差为-1-（-4）=3，的差为（1.5+1）-（-0.5+0.5）=2.5；表5中b9和b14的概率指数差为-c14-(-4)= -c14+4, 的差为1.5-1=0.5。然后根据（3，2.5）与（-c14+4，0.5）对应成比例,即3/（-c14+4）=2.5/0.5求出c14=3.4，四舍五入取3即Pb14=10-3。利用同样的方法可以把所有的分枝量化，得到完整的量化决策树。4.结论 用决策树方法对组织因素进行量化,可以利用实际数据(观察收集的数据，如实际失误率)推导出没有实际数据的组织因素对失误的影响概率。因为量化过程遵循具体的步骤,所以该方法具有可重复性，具有一定的实际价值。 如下问题还需继续研究：1）由于很多分枝具有相同的失误概率，因此该方法的灵敏度还有待提高，。2）对专家评判依赖性较高，如何使专家评判更符合实际情况，如何更好的结合实际数据进行分析都有待提高。参考文献:1 Reason J.Human Error. UK, CambridgeCambridge University Press, 19902王二平.人误研究的组织定向J.人类功效学,1999,5(1):44-473张力，概率安全与人因可靠性分析技术M.北京:原子能出版社,2006：85-884Organizational factors;Their definition and influence on nuclear safetyFinal Summary ReportC5 李永娟，王二平等.核电组织错误的表现与类型J.核动力工程，2003，24（4）：380-383。6Nuclear energy agency committee on the safety of nuclear installations。Identification and assessment of organisational factors related to the safety of nppsC。NEA。1999。6Organizational factors influencing human performance in nuclear power plant.C Report of a Te