Het primaire doel van een ‘human factors’ specialist is om menselijke fouten te minimaliseren om zo de prestatie van een systeem te maximaliseren. Dit vereist de specialist om de taken te identificeren die worden uitgevoerd door de operator en om mogelijke bronnen van error vast te stellen. Deze informatie moet opgenomen worden in het design van het systeem om te prestatie te optimaliseren.

Wat valt onder het systeem?

Een systeem opereert om een doel te bereiken. De benadering van systemen heeft zijn oorsprong in systems engineering. Systems engineering is een engineering benadering die voorziet in het begrijpen van de interactie van individuele delen die tegelijk werken om een bepaald doel te bereiken. Het benadrukt de algemene doelen van het systeem tijdens het ontwerpen. Systeem analyse begint met het identificeren van de behoeften van een operatie, waarna ontwerpers de benodigdheden van een systeem bepalen en dit leidt tot een systeem concept. Dit concept wordt geplaatst in een systeem architectuur, waar het systeem gesplitst wordt in geoptimaliseerde subsystemen en componenten. Deze systeemanalyse toegepast op de menselijke component vormt de basis voor het evalueren van betrouwbaarheid en fouten. Bij het evalueren van menselijke betrouwbaarheid en fouten binnen het systeemconcept zijn de operator, de doelen en de structuur van het systeem, de bijbehorende inputs en de outputs en de omgeving waarin het is geplaatst van belang. Alle aspecten van het systeem moeten geëvalueerd worden om de systeemdoelen te erkennen. Systemen zijn hiërarchisch, hebben inputs en outputs en hebben een structuur en opereren in een uitgebreidere omgeving. Een systeem bestaat uit alle machines, procedures en operators die deze procedures uitvoeren om de doelen van het systeem te volbrengen.

• De operator is deel van het mens-machine systeem. We moeten human performance evalueren in termen van het gehele systeem.
• De systeemdoelen gaan voorafgaand aan alles. 
• Systemen zijn hiërarchisch. Ze kunnen worden opgedeeld in kleinere subsystemen.
• Systemen en hun componenten hebben inputs en outputs. We kunnen alle inputs en outputs van een subsysteem identificeren.
• Een systeem heeft structuur. De componenten van een systeem zijn zo georganiseerd en gestructureerd om hun doel te kunnen bereiken. 
• Tekorten in systeem prestatie zijn te wijten aan onnauwkeurigheden in het systeem design of systeem componenten. Als het systeem niet zijn doel kan behalen, moeten we dit zoeken in de componenten van het systeem en hun interactie.
• Een systeem opereert in een grotere omgeving. Een systeem kan niet begrepen worden zonder de omgeving erbij te betrekken.

Er zijn twee soorten systemen: ‘mission-oriented systems’ waarbij de behoeften van het personeel het doel zijn van de missie (komt veel voor in het leger); en ‘service-oriented systems’ waarbij het personeel, cliënten of gebruikers tegemoet gekomen worden (bijvoorbeeld supermarkten). De meeste systemen hebben componenten van beide soorten. De variabelen die de eigenschappen van een systeem definiëren bepalen voor een deel de eisen voor een operator om een systeem efficiënt te bedienen. Er zijn twee soorten systeemvariabelen; de een beschrijft het functioneren van het fysieke systeem en zijn componenten en de ander beschrijft de prestatie van individuele en team operators:

• ‘Physical system variables’ ( of mechanical variables) hebben te maken met organisatie en complexiteit. Complexiteit hangt af van het aantal en de ordening van subsystemen. De organisatie en complexiteit van het systeem bepalen de onderlinge afhankelijkheid van subsystemen. Een belangrijke eigenschap van een systeem heeft te maken met feedback. Een systeem moet bestand zijn tegen de invloeden vanuit de omgeving.

• ‘Operator variables’ betreffen de vereisten voor een operator van een systeem. Deze eisen hangen af van de functies en taken die uitgevoerd moeten worden voor een effectieve operatie van het systeem. Prestatie wordt bijvoorbeeld ook beïnvloed door motivatie, moeheid en stress. Variabelen zoals temperatuur en noise kunnen effect hebben door het verhogen van stress en vermoeidheid niveaus. Wanneer mensen moeten samenwerken kan ook de grootte van het team en de relaties tussen verschillende leden van het team de efficiëntie van prestatie beïnvloeden.

Feedback is de input of informatiestroom die terugreist in het systeem. Het levert informatie over het verschil tussen de huidige en de gewenste staat van een systeem. Systemen die gebruik maken van feedback worden ‘closed-loop systems’ genoemd. Systemen die geen feedback gebruiken daarentegen worden ‘open-loop systems’ genoemd. Closed-loop systems die negatieve feedback gebruiken corrigeren fouten omdat de output continu in de gaten wordt gehouden. Open-loop systemen hebben niet zo’n error detectie mechanisme. De doelen, functies, organisatie en complexiteit van een systeem bepalen zijn attributen. Tenslotte opereren systemen in een omgeving die vriendelijk of onvriendelijk kan zijn.

Het systeemconcept vormt de basis voor betrouwbaarheidsanalyse en de informatieverwerkingsbenadering voor menselijke prestatie.

Wat zijn menselijke fouten?

Een menselijke fout vindt plaats wanneer een actie wordt uitgevoerd die niet bedoeld is door de uitvoerder; niet gewenst is vanwege de regels van een observeerder; of het ervoor zorgt dat een systeem buiten zijn limieten treedt. Of een actie als een fout beschouwd wordt, hangt af van de doelen van de operator en het systeem. Een ‘operator error’ betreft systeemfouten die compleet te danken zijn aan de mens. Een ‘design error’ betreft menselijke fouten die te danken zijn aan het systeemdesign. Vanuit één perspectief wordt error van de mens veroorzaakt door ontoegankelijkheid van het systeem. Inadequaatheid van het systeem valt in drie groepen: taakcomplexiteit; situaties waarin errors vrij snel voorkomen en individuele verschillen.

Taakcomplexiteit wordt een probleem als de taakvereisten de limieten van menselijke capaciteit overschrijden. Individuele verschillen zijn de eigenschappen van een persoon die gedeeltelijk bepalen hoe goed hij/zij de taak kan uitvoeren. Vanuit een ander perspectief is error georiënteerd rondom de cognitieve verwerking die nodig is om een taak uit te voeren (als een of meer processen een verkeerde output produceren ontstaan er fouten). Vanuit een ander oogpunt kunnen errors toegeschreven worden aan een onderliggende fysiologische conditie (bijv. stress). Ten slotte kunnen fouten worden veroorzaakt door groepsinteracties: zowel psychosociaal als organisatorisch. Het psychosociale perspectief benadrukt dat fouten ontstaan wanneer de communicatie tussen groepsleden verkeerd loopt. Organisatorisch heeft een manager een belangrijke rol in het goed uitvoeren van een systeem door een groep mensen. Het is handig om human error aan de hand van een classificatie te bespreken, dit is een schema waarbij verschillende soorten fouten gecategoriseerd worden:

• ‘Action classification’: Sommige errors hangen direct af van de acties van een operator. Een ‘error of omission’ wordt gemaakt als de operator faalt in het uitvoeren van een vereiste actie. ‘Errors of commision’ (timing, volgorde, selectie en kwantitatieve fouten) vinden plaats als een actie wordt uitgevoerd, maar niet gepast is. Dit kan komen door timing, sequentie, selectie en kwantitatieve fouten.

• ‘Failure classification’: Een error kan wel of niet leiden tot een systeemmislukking. Dit is een distinctie tussen herstelbare en onherstelbare fouten. Systeemmislukkingen veroorzaakt door de mens kunnen liggen aan operatie, ontwerp, montage of installatie/onderhoud fouten.

• ‘Processing classification’: Het classificeren van fouten volgens hun locatie in het menselijke informatieverwerkingssysteem. ‘Input errors’ zijn toe te schrijven aan sensorische en perceptuele processen. ‘Mediation errors’ reflecteren de cognitieve processen voor de vertaling tussen perceptie en actie. ‘Output errors’ zijn te danken aan de selectie en executie van fysieke reacties. ‘Communication errors’ reflecteren fouten van de teamleden in het overbrengen van informatie.

• ‘Intentional classification’: Errors kunnen gezien worden als ‘slips’ (mislukking in de executie van een actie) of ‘mistakes’ (veroorzaakt door fouten in de actieplanning). Bij een slip zorgt de afwijking van de voorgenomen actie voor onmiddellijke feedback over de fout. Bij mistakes krijg je deze feedback niet. Mistakes zijn dus serieuzer dan slips. Slips bestaan uit verkeerde formaties van een actieplan, verkeerde activering van een actieschema (dirigeert de motoractiviteit) en verkeerde ‘triggering’ van een actieschema. ‘Lapses’ daarnaast betreffen het falen van het geheugen. Errors (slips, mistakes en lapses) kunnen worden onderscheiden van overtredingen (violations; het niet houden aan de regels en wetten die gevolgd zouden moeten worden). Errors en overtredingen zijn beide onveilige acties die worden uitgevoerd door operators.

De action en failure classificaties categoriseren fouten alleen op een oppervlakkig niveau. De processing en intentional classificaties focussen op de bron van de fout in de zin dat ze de onderliggende veroorzakende mechanismen identificeren van de operator en daardoor zijn ze beter te gebruiken.

Wat zijn betrouwbaarheidsanalyses?

De succesvolle toepassing van betrouwbaarheidsanalyses op hardware systemen heeft geleid tot het toepassen van gelijke logica op menselijke betrouwbaarheid door human factors specialisten. Human error heeft een aandeel in de ongelukken die ontstaan met betrekking tot complexe systemen waardoor het belang heeft de risico's te schatten op mislukking.

Er zijn drie categorieën van mislukking: operating, standby en on-demand. Operating mislukkingen ontstaan bij continu werkende apparatuur. Standby mislukkingen bij een deel wat normaalgesproken slapend is, maar niet goed functioneert wanneer het wel moet opereren. Een demand mislukking gebeurt in periodieke opererende apparatuur. 

Systeembetrouwbaarheid. Een succesvolle analyse van systeembetrouwbaarheid vereist eerst het vaststellen van een gepaste taxonomie van componentfouten. Daarna moeten we de betrouwbaarheid schatten voor elk systeemcomponent. De betrouwbaarheid van een component is de kans dat het niet mislukt. Wanneer we de betrouwbaarheid weten van de individuele componenten kunnen we de betrouwbaarheid van het gehele systeem schatten. Betrouwbaarheid (reliability) is de waarschijnlijkheid dat een item adequaat zal opereren voor een specifieke tijdsperiode binnen zijn bedoelde applicatie. Betrouwbaarheid van een component is de waarschijnlijkheid dat het niet faalt. Dus de betrouwbaarheid r is gelijk aan 1 – p, waarbij p de kans is van het falen van een component. Bij het vaststellen van systeembetrouwbaarheid maken we onderscheid tussen componenten gerangschikt in serie en in parallel. 

Seriële systemen. Als onafhankelijke componenten in een volgorde zijn geplaatst is de betrouwbaarheid het product van de individuele kansen. Alle componenten moeten goed werken anders kan een systeem zijn functie niet uitvoeren. Toevoeging van een component leidt altijd tot een vermindering van de betrouwbaarheid van het systeem (tenzij de betrouwbaarheid van het component 1 is) en een enkele component met een lage betrouwbaarheid zal de systeembetrouwbaarheid aanzienlijk verlagen.

Parallelle systemen. Als twee of meer componenten dezelfde functie uitvoeren (parallel) hoeft voor een succesvolle systeemprestatie enkel één van de componenten goed te werken. Toegevoegde componenten beschermen tegen het falen van het systeem. Bij de toevoeging van componenten wordt de systeembetrouwbaarheid vergroot (i.t.t. bij de seriële systemen). Voor ‘demand-’ of ‘shock-dependent failures’ wordt betrouwbaarheid gezien als de kans dat het niveau van shock ‘S’ niet de capaciteit of de uitrusting om de shock te weerstaan tijdens de operatie overschrijd. Voor tijdsafhankelijke fouten wordt betrouwbaarheid gezien als de kans dat een eerste falen plaatsvindt na tijd t.

Betrouwbaarheid van de mens 

De betrouwbaarheid van een systeem is sterk afhankelijk van de prestatie van de operator. Analyse van betrouwbaarheid van de mens betreft dus kwantitatieve voorspellingen van de kans op operator error en op succesvolle systeemprestatie. Operator error kans (P) is het aantal gemaakte fouten (e), gedeeld door de aantal mogelijkheden dat zulke fouten kunnen voorkomen (O). Dus P (operate error) = e / O. ‘Human reliability’ is 1 – P (operator error). Operator errors kunnen ook geclassificeerd worden als tijdsafhankelijk en tijdsonafhankelijke. Human reliability analyse begint met een taakanalyse die de uitgevoerde taken en hun relatie met de systeemdoelen identificeert. Eén van de meest gebruikte taakanalysemethoden is de hiërarchische taakanalyse. Hierbij worden observaties en interviews gebruikt om de doelen en subdoelen van een taak, de operaties/acties die een persoon moet uitvoeren om deze doelen te bereiken en de plannen die de relaties tussen de componentoperaties specificeren vast te stellen. Cognitieve taakanalyse is een analyse van de cognitieve activiteit van de gebruiker. 

Human reliability analyse is gebaseerd op ‘Monte Carlo methoden’, die de prestatie van de basis van een systeemmodel simuleren, of op ‘computational methoden’, die errors en hun kansen analyseren. Bij beide methoden wordt eerst een omschrijving van het systeem (componenten en functies) gegeven. Bij de Monte Carlo methode wordt na het beschrijven het systeem nagebootst. De betrouwbaarheid van het systeem is de proportie van het aantal keren dat de taak is volbracht in deze simulaties. Bij de computational methode worden na de systeemanalyse de potentiële fouten geïdentificeerd voor elke taak die moet worden uitgevoerd en de kans en consequenties van elke fout worden geschat. Deze foutkansen worden gebruikt om de waarschijnlijkheid dat de operator zijn of haar taken goed volbrengt en de kans op succes voor het gehele systeem vast te stellen. Beide methoden lijken op elkaar, maar hebben hun eigen plus en minpunten. 

Wat is het verschil tussen eerste- en tweedengeneratie technieken?

Er zijn veel verschillende manieren waarop de betrouwbaarheid van de mens geanalyseerd kan worden. Er is een verschil tussen eerste- en tweedengeneratie technieken. Eerstengeneratie technieken lijken erg op de traditionele betrouwbaarheidsanalyses maar analyseren de takenactiviteiten van de mens in plaats van machine operaties. Meestal benadrukken deze technieken observeerbare acties. De tweedengeneratie technieken zijn meer cognitief. Eerstengeneratie technieken houden zich bezig met of mensen zullen slagen of falen bij de uitvoering van taken en subtaken.

Stochastic Modeling Technique

De ‘stochastic modeling technique’ is een voorbeeld van de Monte Carlo methode. Deze techniek is bedoeld om vast te stellen of een gemiddeld persoon alle taken in een toegewezen tijd kan volbrengen en om de punten in de verwerking te identificeren waarbij het systeem zijn operators kan overladen. De stochastic modeling techniek wordt gebruikt om de efficiëntie van de operator binnen het gehele systeem gebaseerd op de gesimuleerde prestatie op elke subtaak te voorspellen. 

THERP

Een andere eerstengeneratie techniek is de ‘THERP’ (technique for human error rate prediction). Deze techniek is een van de oudste en meest gebruikte computational methoden voor human reliability analyse. Als we de kanswaarden van de individuele taakcomponenten weten, dan kunnen we de kans van elke combinatie van prestatie en de algehele kans op totaal systeemfalen door fouten gemaakt door mensen uitrekenen. THERP hangt af van een ‘gebeurtenis boom’ waarin elke stap in opeenvolgende acties als een succes of mislukking wordt gezien. Het categoriseren van fouten op deze manier is onafhankelijk van de informatieprocessen van de mens die de specifieke errors produceren. Recentere technieken plaatsen meer nadruk op de verwerkingsbasis van errors.

SHERPA and TAFEI

SHERPA (systematic human error reduction and prediction approach) en TAFEI (task analysis for error identification) zijn gerelateerde methoden die gemakkelijk gebruikt kunnen worden om human errors te voorspellen als een persoon interacteert met een apparaat. Als SHERPA en TAFEI in combinatie worden gebruikt kunnen zeer accurate betrouwbaarheidvoorspellingen worden gemaakt. Tweedengeneratie modellen: Waar eerstengeneratie modellen zich vooral bezighouden met het voorspellen of een mens zal slagen of falen in het uitvoeren van taken, houden tweedengeneratie modellen zich meer bezig met wat de operator zal doen. Het HCR model is een van de eerste tweedegeneratie modellen. Het is gebaseerd op het idee dat de medianen tijd om een taak uit te voeren zal vergroten wanneer cognitieve processen veranderen van gedrag gebaseerd op vaardigheden naar gedrag gebaseerd op regels naar gedrag gebaseerd op kennis. Een set genormaliseerde tijdsbetrouwbaarheid curves (een voor elke manier van cognitieve verwerking) schatten de kans op een ‘nonresponse’ op elk tijdspunt. De genormaliseerde curves worden gebruikt om de nonresponse kansen vast te stellen op verschillende tijden nadat zich een crisis in het systeem ontwikkeld.

ATHEANA and CREAM

ATHEANA (technique for human error analysis) geeft een kwantitatieve schatting van de kans op een onveilige actie in een ‘error-forcing’ context. CREAM (cognitive reliability and error analysis method) is een gedetailleerde methode voor het kwantificeren van human error in termen van de cognitieve processen van de operator. 

De beste schattingen komen van empirische data die relevant zijn voor de taak die geanalyseerd moet worden. Deze data wordt verzameld in databanken en handboeken met meer gedetailleerde omschrijvingen in de originele onderzoeksrapporten. Simulators zijn een andere databron voor complexe systemen. Een laatste optie is het vragen van experts en hun meningen te verzamelen over de waarschijnlijkheid van bepaalde fouten. Let op dat deze manier zeer subjectief is. 

Risico kansanalyse

In complexe systemen worden de risico’s die geassocieerd zijn met verschillende systeemmislukkingen ook gemeten in de betrouwbaarheidsanalyse. Een risicoanalyse neemt daarom niet alleen de betrouwbaarheid van het systeem mee, maar ook de risico’s die samengaan met specifieke mislukkingen. Bij risico kansanalyse worden de risico’s in kleinere elementen verdeeld waarvoor de kansen van mislukking kunnen worden vastgesteld. Deze kansen worden dan gebruikt om het algehele risico vast te stellen, met het doel om vast te stellen dat het systeem veilig is en om de zwakste schakels te identificeren.

Wil je meer samenvattingen lezen van de literatuur van Proctor en Van Zandt? De bundel met samenvattingen van alle hoofdstukken is te vinden via https://www.joho.org/nl/samenvattingen-human-factors-simple-and-complex-systems-proctor-van-zandt. Toegang tot deze samenvattingen is uitsluitend toegankelijk voor Joho leden. Lid worden van Joho? Ga dan naar https://www.joho.org/nl.