人因可靠性研究进展可视化分析

张红璐，王春源，胡愚

(青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520)

1 引言

随着科学技术的发展，机械化程度越来越高，机械的发明创造与操作使用都离不开作业人员，这就产生了由人为因素导致的事故发生，人因可靠性研究随之产生。人因可靠性分析(Human Reliability Analysis，HRA)，是以分析、预测、减少与预防人的失误为研究核心，对人的可靠性进行定性和定量的分析和评价的一种研究方法[1-2]。学者们对人因可靠性研究也逐渐深入，Swain AD等人首次提出的人误率预测技术(Technique for Human Error Rate Prediction,THERP)，成为第一代人因可靠性分析中的一种代表方法[3]。Eric Hollnagel首次提出了认知可靠性和失误分析方法(Cognitive Reliability and Error Analysis Method,CREAM),成为第二代人因可靠性分析方法中的一种代表性方法[4-6]。高佳、张力、沈祖培、王遥等人，长期致力于HRA的研究与评述介绍工作[1,7-9,14]。乔巍巍等人研究人误影响因素，首次提出一种因子修正规则[10]。

本文针对人因可靠性2000-2020年发表的研究文献，采取CiteSpace软件与文献计量学[11]的方法进行综合分析。CiteSpace 全称为 Citation Space，是由陈超美教授使用Java语言开发的信息可视化软件，并在计量学、数据和信息可视化的背景下发展的[12-14]。常用的文献可视化工具[15]有：VOS viewer[16-17]、HistCitep[18-19]、Bibexcel[20-21]、Pajek[20,22]等。文献综述可视化过程，可以通过人工筛选将某个行业发表的一系列相关文献导入软件中，进行可视化处理，更加直观清晰的发现该行业的发展过程并借助发展过程推测出行业今后的发展路线以及发展方向，为学者以及从事行业的人员提供参考。

2 人因可靠性研究总趋势

2.1 文献数量趋势图

以中国知网(CNKI)为数据来源，2000-2020年为时间区间，检索词为“人的可靠性+人因工程”，手动筛除新闻、访谈、会议摘要等非研究性文献，合计检索中文文献1 879篇。以年份为横坐标，发表数量为纵坐标，绘制该时间区间人因可靠性文献数量的折线图及趋势线(图1)。

图1 文献数量趋势图

该折线图直观表示了区间时间的文献变化趋势，可将该时间段划分为三个阶段：产生阶段(2000-2009年)、发展阶段(2010-2014年)、成熟阶段(2015-2020年)。

产生阶段(2000-2009年)，文献数量增长态势缓慢，没有出现明显激增现象，发文量共计454篇，年均论文45.4篇。此阶段与科学研究和技术服务业研究相关的论文共计62篇，占此阶段文章总数的13.66%，占科学研究和技术服务业研究文章总数(共计114篇)的54.39%。此行业主要由人因可靠性理论以及航天研究等相关。可见，早期的学者们主要都是针对人因可靠性的理论知识研究。检索的第一篇发表在核心期刊的人因可靠性理论研究的文章是2001年张力等人发表在中国安全科学学报的《人因可靠性分析方法》，回顾了人因可靠性分析 (HRA)的发展历史[23]。此阶段还处于对人因可靠性的初步探索阶段，以研究理论本身为主。

发展阶段(2010-2014年)，折线平均斜率增大，文献数量明显激增，发文量共计556篇，年均文献111.2篇，较上一阶段增长率为144.93%。交通运输、仓储和邮政业的论文共计166篇，占该阶段论文总数的29.86%。在该类别中，文章主要围绕交通运输方向，少量仓储方向，未检索到邮政方向相关文章。在交通运输类别中，文章主要围绕航空方向共计98篇，占比59.04%；其次是汽车与道路安全类，共计31篇，占比18.67%；然后是海上运输及船舶类人因可靠性研究，共计22篇，占比13.25%；最后是城市轨道交通研究，共计15篇，占比9.04%。其中，航空方向主要围绕空中管制[24-26]、驾驶员[27]、人因事故[28-29]等内容，充分指出了人因可靠性与航空相结合的发展前景。

成熟阶段(2015-2020年)，折线较为平缓，但文献总数居高未减，发文量共计869篇，其中2017年的文献发表数量达到最高峰，共计159篇，阶段年均文献144.83篇，较上一阶段增长率为29.77%。在此阶段，人因可靠性与大量行业相结合，产生了许多相关文章，比如说，陈青青等人将人因可靠性与核电领域数字化主控室操纵员的行为相结合[30]；王玉合等人将人因可靠性与建筑安全相结合[31]；解学才等人将矿山安全与人因可靠性相结合[32]。

2.2 时间线图

对全部所选文献进行参数设置后(见2.1节)，使用Timeline View功能，以及 clusters中的Show the Largest K Clusrers功能，绘制排名前五的聚类时间线图。该时间线图可将关键词节点绘制在时间线轴上，对于分析关键词的出现年份及发展方向具有重要作用，结果如图2所示。

图2 时间线图

这五种聚类分别为：人为因素、人因工程、煤矿安全、人的可靠性、可靠性。图2右侧的五种聚类均对应着左侧的时间线，时间线上的节点展示了聚类的历史成果即关键词对应年份表示该关键词第一次出现年份，以及聚类之间的关系。左侧时间线上较突出的节点表示在该节点处发文量较多，成果大，验证了产生阶段(2000-2009年)初期主要以研究理论为主的观点。在图2中，最大的两个节点为人为因素及人因工程，且人为因素发文主要集中在2001年，人因工程发文主要集中在2000年。除此之外，人的可靠性、人的可靠性分析、可靠性、人-机-环境系统、人的因素这几个关键词均是2000年就已经出现。

在时间线图可视化结果界面对Burstness值进行统计，共计23个关键词被统计出，结果如图3所示。该值可以表现出在某些年份出现关键性转折点，比如说某年突然出现一个新概念，那么这个新概念就会成为Burstness值。值得注意的是核电站、人机工程学、应用这三个关键词，这三个关键词产生于2016-2017年且2020年依旧在文献中提出，那么近几年人因可靠性大概率也会对这几个关键词进行研究讨论。

图3 Burstness值统计

3 人因可靠性文献按行业分析

《国民经济行业分类(GB/T4754-2017)》中，将国民经济行业共分为20类[33]，按照文献数量排序并分别计算占比(各行业括号内为篇数及其占比)：交通运输、仓储和邮政业(522，27.78%)；制造业(433，23.04%)；电力、热力、燃气及水生产和供应业(282，15.01%)；采矿业(147，7.82%)；科学研究和技术服务业(114，6.07%)；教育业(80，4.26%)；建筑业(77，4.10%)；信息传输、软件和信息技术服务业(75，3.99%)；卫生和社会工作(39，2.08%)；水利、环境和公共设施管理业(25，1.33%)；居民服务、修理和其他服务业(20，1.06%)；公共管理、社会保障和社会组织(19，1.01%)；农、林、牧、渔业(15，0.80%)；文化、体育和娱乐业(8，0.43%)；住宿和餐饮业(8，0.43%)；金融业(8，0.43%)；租赁和商务服务业(5，0.27%)；批发和零售业(1，0.05%)；房地产业(1，0.05%)；国际组织 (0，0)。

文献发表数量及其增减变化往往标志着该学科的发展历程，对文献在数量上和内容上的变化进行追踪统计，对我们了解该学科的产生、发展以及动态过程具有重要作用[34]。使用CiteSpace(5.7.R5版)软件对排在前三位的行业文献展开分析。

3.1 文献导出与参数设定

(1)文献导出。将这三个行业的相关文章分别以Refworks的格式导出，利用CiteSpace进行关键词分析以及作者合作分析，

(2)参数设定。在Time Slicing功能和参数区中，定义年限为2000-2020年，时区分割为1年一分割；在Pruning功能区均采用Pathfinder(寻径网络算法)对网络图进行剪裁；关键词分析时，在Node Types功能区域中使用Keyword功能，阈值为5，为将聚类展现完整，先将软件中的过滤器关闭，重新聚类，再通过Clusters中的Show the Largest K Clusrers功能，选取聚类最大的10个显示，采用聚类块的形式将全部关键词分块出图；作者合作分析时，在Node Types功能区域中使用Author功能。

3.2 交通运输、仓储和邮政业分析

交通运输、仓储和邮政业相关人因文献共计522篇，是所有经济行业分类中文献数量占比最多的一个行业。在该行业类别中，选取的文献主要与交通运输相关，少量仓储有关，未检索到邮政相关。其中，硕博论文共计83篇，占比15.90%；核心期刊共计121篇，占比23.18%，在核心期刊的概率，核心期刊中主要以安全类期刊为主，比如说安全与环境工程学报、中国安全科学学报、中国安全生产科学技术学报；普通期刊共计318篇，占比60.92%。使用CiteSpace软件进行关键词聚类分析，结果如图4所示。

图4 关键词网络图谱

图中“#”加编号后所写的名称为聚类名称，编号越小，聚类中包含的关键字越多，各聚类重合部分较少，关键词分布范围较广。在交通运输、仓储和邮政业的关键词主要集中在：(1)人为因素(2)人因工程(3)人因失误(4)人因可靠性(5)人的因素。在图3中，中介中心性较高的关键词分别为：人为因素、人因工程、交通安全、人因可靠性、人的因素，且这五个关键词中介中心性值均大于0.1为关键节点，在除与人因相关的关键词外，交通安全也位列高中介中心性中。如图4所示，除了与人因相关的关键词外，其他的关键词主要集中在层次分析法、油气管道、空中交通管制、水路运输、地铁运营等，即表示在交通运输行业中的主要研究方向以及使用方法。

3.3 制造业分析

制造业相关人因文献共计433篇，在所有经济行业文献数量中排名第二。制造业所含具体行业较广，在手动选取文章时，将与生产制造、生产加工、维修、新产品设计等均列入制造业类别中。其中，硕博论文共计82篇，占比18.94%；核心期刊共计86篇，占比19.86%，文章分布在42种核心期刊，可见人因可靠性在制造业中分布十分广泛；普通期刊共计265篇，占比61.20%。使用Cite Space软件进行关键词聚类分析，结果如图5所示。

图5 关键词网络图谱

整体各聚类重合部分多于交通运输、仓储和邮政业但少于电力、热力、燃气及水生产和供应业。制造业的关键词主要集中在：(1)人因工程(2)人为因素(3)人机工程学(4)人因工程学(5)人因可靠性分析。中介中心性高于0.1的关键词有：人因工程、人为因素、人机工程学、人因工程学，点的中心性主要是用来量化点在网络中的重要性，而中介中心性是指网络中经过某点并连接这两点的最短路径占这两点之间的最短路径线总数之比，可见制造业包含范围十分广泛，除检索此外未有高中介中心性的其他与行业相关的检索词。图5中，除人因可靠性外的关键词主要集中在：产品设计、航空维修、人机界面、维修差错中。

3.4 电力、热力、燃气及水生产和供应业分析

电力、热力、燃气及水生产和供应业相关人因文献共计282篇，其中，硕博论文共计54篇，占比19.15%；核心期刊共计85篇，占比30.14%，核心期刊占比远大于前两个行业的核心期刊占比；普通期刊及会议论文共计143篇，占比50.71%。使用CiteSpace软件进行关键词聚类分析，结果如图6所示。

图6 电力、热力、燃气及水生产和供应业关键词图

电力、热力、燃气及水生产和供应业聚类主要集中在：(1)人因失误(2)人因工程(3)人因(4)人因可靠性(5)核电厂。关键词聚类色块重合部分较多，可见在该行业中人因可靠性的研究方向相较于前两个行业而言较为单一，所以对该行业类文章进行作者合作分析即作者共被引分析，作者合作共由116个区域组成，在作者合作分析可视化结果界面中，选取较大的作者合作图谱得出如图7所示结果。

图7 电力、热力、燃气及水生产和供应业最大作者合作区域图

在图7最大的作者合作图谱中，可以清晰的看出合作网络图谱是以张力为核心进行扩展，通过对该作者发表论文的详细信息查询可知，在选取文章数据中有关该作者的合作记录(被引或出现频次)共计48条，其中2003年出现次数最多，达到8次，该作者所写文献主要与核电厂相关[30，35-37]。其余几个合作较多的网络图以及他们之间的关系如图7所示。

3.4 对比分析

(1)三个行业文献总数为1237篇，其中核心期刊总计占比23.61%，硕博论文总计占比17.70%，普刊总计占比58.69%。

(2)电力、热力、燃气及水生产和供应业核心期刊占比与硕博论文占比总计达49.29%，成为三个行业中占比最多的，可见，该行业的文献水平较高于其他两个行业的文献水平。

(3)交通运输、仓储和邮政业中空中交通管制与制造业中的航空维修均是与航空相关且文章数量较多，可见新兴学科刚刚出现时，总是被用来率先丰富高危先进行业的。

(4)电力、热力、燃气及水生产和供应业关键词图谱区域色块重合性高于其他两个行业，其所包含的研究范围越小，且多是围绕核电厂进行。

4 讨论

研究文献的统计分布规律反映出的是科学研究活动的规律。从经济总值来看，人因可靠性研究文献前三行业中制造业在国内生产总值(GDP)中占比高达29.4%(2018年数据)，充分说明了人因可靠性研究与经济发展的关系；从安全生产事故关系来看，以人因可靠性研究文献占比最高的交通运输、仓储和邮政业为例，2018年，我国汽车发生交通事故166 906起，导致46 161人死亡，169 046人受伤[38]。可见，人因可靠性研究文献与经济发展和安全生产有着密切关系，应用场景也从理论研究逐渐趋于实际应用。

(1)人因可靠性相关文献经历了产生阶段、发展阶段、成熟阶段，总体呈上升趋势(见1.1)。当前已经步入成熟阶段，且预测较长时间内将会一直处于成熟阶段，文献发表数量不会有太大变动。

(2)由各行业的占比可知，文献发表数目较低的行业以服务性行业为主，如金融业、房地产业等不需要大量机械作业的行业，可见，人因可靠性的发展是从解决实际问题开始的，以研究人员与机械的操作任务为主且主要是与存在重大风险的行业相关联，但总体来说，人因可靠性的研究已经涉及到了绝大多数的行业中和作业过程中。

从人因可靠性在行业研究占比来看，人因可靠性主要分布于危险性较高以及机器使用率较高的行业中，通过人因失误率的降低可直观降低事故发生的行业较多。随着人-机-环的不断结合发展，机械化程度的不断加强，人与机器合作生产已经成为发展趋势，不断取代着纯手工业生产。相比于机器失误，人失误的概率性更大，所以人因可靠性的研究在降低生产事故方面具有重要作用。应用性文献相对集中在这些行业中，与人因可靠性理论未出现较大突破有关，未来有待进一步深化相关理论，拓展应用范围。

(3)交通运输、仓储和邮政业，制造业，电力、热力、燃气及水生产和供应业这三个行业中检索出的与人因可靠性相关文献超过检索的全部文献的一半，成为人因可靠性研究的重要组成部分。

人因可靠性的发展在各行业的研究中均有侧重。在排名前三的行业中，交通运输、仓储和邮政行业的研究基本上都是围绕航空、航海等方面进行的，与此类研究相关的作者机构可以形成较为广泛的合作网络；在制造业中，对于本身的原理机能研究较多，除此之外还侧重于体力作业者、排班模式、模式化、航空维修等研究；电力、热力、燃气及水生产和供应业中人因可靠性主要集中在对核电厂进行研究。在国家经济行业分类中包含的范围越小，关键词图谱区域色块重合性越高，比如说电力、热力、燃气及水生产和供应业关键词图谱区域色块重合性高于其他两个行业。

但是核心期刊以及硕博论文文献的占比率较低，均达不到文献总数的50%，随着高校研究生毕业要求的提高，此比例会出现一定的上涨，但是未来需要提高发表高水平文献数量。

(4)在未来较长时期内，文献发表数量不会有太大波动，研究内容会在当前研究的基础上发展更细致，研究的问题趋于细节研究。并会围绕着近些年出现的突发性关键词进行深入研究，比如说核电站、人机工程学、应用等。

5 小结

本文针对人因可靠性文献提出了一种新的分类方法即按照国民经济行业类别分类，通过阅读大量文献采取手动分类方式将知网检索的人因可靠性相关文献进行分类，并根据分类结果分析人因可靠性在重点行业中的发展历程，通过Cite Space软件，将文献按照新的分类方式进行可视化分析，根据可视化结果，将2000-2020年人因可靠性的发展划分为三个阶段，合理推测在未来较长时间内，仍处于成熟阶段，与此同时，通过可视化数据结果合理判断未来研究热点走向。

在研究过程中，由于采取手动分类的方式，个别文献存在行业交叉问题，但不影响最终统计分析结果。