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This paper gives an introduction to the field of human factors with the focus on their influence on the reliability of NDT in the nuclear energy production (in-service inspections) and final storage of highly radioactive nuclear waste. A set of methodological tools has been developed in the scope of three projects, namely: 1) a theoretical model describing potential human factors influencing manual ultrasonic inspection performance during inservice inspections in nuclear power plants; 2) a method for identifying potential human errors during acquisition and evaluation of data gathered with mechanized ultrasonic, radiographic and eddy-current systems, as well as visual testing with a remote camera (Failure Modes and Effects Analysis, FMEA); and 3) use of eye tracking methodology to optimize existing procedures and practices. The experimental results have shown that time pressure, mental workload and experience influence the quality of the inspection performance. Noticeable were influences from the organization of the working schedule, communication, procedures, supervision and demonstration task. Implementing human redundancy in critical tasks, such as defect identification, as well as using an automated aid (software) to help operators in decision making about the existence and size of defects, could lead to other kinds of problems, namely social loafing (excerpting less effort when working on tasks collectively as compared to working alone) and automation bias (uncritical reliance on the proper function of an automated system without recognizing its limitations and the possibilities of automation failure) that might affect the reliability of NDT in an undesired manner.
The human factors approach relies on understanding the properties of
human capability and limitations under various conditions and the application of that
knowledge in designing and developing safe systems. Following the principles of
MTO (Man Technology Organization) approach, emphasis should be given to the
way people interact with technical as well as organizational systems.
A model describing human factor influences in relation to the performance shaping
factors and their effect on the manual ultrasonic inspection performance had been
built and a part of it empirically tested. The experimental task involved repeated
inspection of 18 flaws according to the standard procedure under no, middle and
high time pressure. Stress coping strategies, mental workload of the task, stress
reaction and organizational factors have been measured. The results have shown that
time pressure, mental workload and experience influence the quality of the
inspection performance. Organizational factors and their influence on the inspection
results were rated as important by the operators. However, further research is
necessary into the effects of stress.
Die übergeordnete Zielsetzung unserer Untersuchung bestand darin,
am Beispiel von Prüfungen mit Ultraschall eine belastbare Aussage zum Einfluss der Arbeitsbedingungen des Prüfers auf die Qualität der Ergebnisse von zerstörungsfreien Prüfungen zu ermitteln und Möglichkeiten zur Minimierung ungünstiger Einflussfaktoren aufzuzeigen.
Der Schwerpunkt der Untersuchung wurde auf die manuelle Ultraschallprüfung gelegt und der Faktor 'Zeitdruck' (in drei Stufen variiert) als die zu variierende physische Einflussgröße gewählt. Die Variation des Faktors Zeitdruck wurde gemäß dem Prozessmodell von der Erhebung psychologischer Faktoren, die das Individuum und die Organisation beschreiben, begleitet.
Die Ultraschallprüfungen erfolgten mit zehn Prüfern am Großbehälter und an Vergleichskörpern mit eingebrachten Testfehlern (Nuten, Risse). Die ausgewählten Fehler waren typisch für Prüfaufgaben, die bei wiederkehrenden Ultraschallprüfungen in Kernkraftwerken von den Prüfern zu lösen sind. Die Prüfaufgabe bestand darin, die in den vorgegebenen Prüfabschnitten vorhandenen Reflektoren aufzufinden und deren Amplituden, Ortskoordinaten und Längenerstreckungen zu ermitteln. Als Bewertungsmaßstab für die Qualität der Prüfaussage und für den Einfluss des menschlichen Faktors diente die Präzision der gemessenen Werte. Die Ergebnisse zeigen einen hohen Einfluss des menschlichen Faktors auf das Prüfergebnis und eine Einwirkung des Zeitdrucks besonders auf die Präzision der Messwerte. Hierbei war die Wirkung des individuell wahrgenommenen Zeitdrucks zusammen mit der psychischen Arbeitsbeanspruchung signifikant. Es wurde unter anderem herausgearbeitet, dass durch eine gute Vorbereitung auf die Prüfung, z.B. durch die sorgfältige Einweisung und ein vorgeschaltetes Fertigkeitstraining an Vergleichskörpern, die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse verbessert werden kann.
Insgesamt hatte der Faktor 'Organisation' neben der 'Erfahrung' einen hohen Einfluss auf das Leistungsvermögen der Prüfer.
Die Projektergebnisse wurden im Abschlussbericht des Forschungsvorhabens SR2514 dargestellt, es wurden drei Empfehlungen zur Vorbereitung und Einweisung der Prüfer, zur Stärkung der Verantwortung der Prüfaufsicht und zum 4-Augen-Prinzip formuliert. Die Empfehlungen wurden in der KTA- Regel 3201.4 'Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren; Teil 4: Wiederkehrende Prüfungen und Betriebsüberwachung (RÄE Fassung 2010-11)', umgesetzt.
Human factors approach to the reliability of NDT in nuclear waste management in Sweden and Finland
(2010)
Nuclear power industry has the responsibility to manage and dispose of all radioactive waste from its
plants. Finnish Posiva and Swedish SKB are leading in the world in the development of disposal of
spent nuclear fuel. Their method consists of encapsulating spent nuclear fuel in copper canisters and
depositing them in the bedrock at a depth of about 500 meters for the next 100 000 years, leaving the
radioactivity to decrease naturally through the decay of the radioisotopes in it. The copper canisters,
consisting of a copper tube, a lid and a bottom (which make the outer shell) and an insert made of a
cast iron, need to be inspected for their structural integrity to ensure no critical defects are present in
the materials and welds that could lead to a leakage of the waste into the environment. Data acquired
by 4 different non-destructive testing (NDT) methods (i.e. UT, ET, RT and VT with a remote camera)
are evaluated by skilled human operators and therefore could be subject to human error.
Human Factors approach lies in identifying potential errors made by the human, their causes
and ways of preventing them. A customized Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) was
conducted to anticipate possible human failures during the data evaluation. The results led to
designing several experiments (e.g. diffusion of responsibility within the 4-eye principle, over trust in
automated systems) which are being experimentally tested in ongoing projects. The results are
expected to lead to the optimization of the procedures followed by the NDT operators and
consequently to the improvement of the overall NDT reliability.
Für eine ganzheitliche Betrachtung der Sicherheit bei der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) ist es unvermeidlich neben der Technik auch den Prüfer und die Prüforganisation einzubeziehen. Die Prüfung der Unversehrtheit von Endlagerbehältern ist eine eine sicherheitstechnisch wichtige Anwendung. Die Betreiber der geplanten finnischen und schwedischen Endlager, Posiva und SKB, kapseln den radioaktiven Abfall in Kupferkanistern ein und deponieren die Kanister dann in Felsgestein in einer Tiefe von ca. 500m. Die Kanister bestehen aus einem zylinderförmigen Kupfermantel mit einem Deckel und einem Boden, die zusammen die Außenumhüllung ergeben sowie einer Gusseisenmatrix für die Brennstäbe. Alle Komponenten werden auf ihre Dichtheit bzw. strukturelle Unversehrtheit mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden geprüft, um sicher zu stellen, dass im Material und in den Schweißnähten keine kritischen Defekte vorhanden sind, die zu Freisetzungen in die Umgebung führen könnten. Vier ZfP Methoden (Ultraschall-, Wirbelstrom- und radiographische Prüfung, und die visuelle Prüfung anhand einer Kamera) werden mechanisiert durchgeführt, die gewonnenen Daten werden von qualifizierten Fachleuten ausgewertet und bieten so die Möglichkeit, dass Fehler entstehen.
Das 'Human Factor'- Untersuchungskonzept besteht aus der Identifizierung potenzieller menschlicher Fehler, deren Ursachen und Präventionsmethoden. Mit Hilfe einer abgewandelten FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) wurden mögliche Risiken identifiziert, die die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten menschlicher Fehler bei
der Datenauswertung erhöhen. Einige dieser Risiken sind beispielsweise
Verantwortungsdiffusion beim 4-Augen-Prinzip, Übervertrauen in die Technik bei der automatischen Identifikation von Defekten sowie der Aufmerksamkeitsverlust bei dynamischer Bildbetrachtung. Deren Wirkung wird derzeit experimentell überprüft, um Ansatzpunkte für Optimierungen zu ermitteln und damit die Gesamtzuverlässigkeit des Systems zu verbessern.
Reliability of Routine Radiographic Film Evaluation - an Extended ROC Study of the Human Factor
(2002)
Many radiographic exposures and film evaluations are made daily in a typical industrial NDT laboratory. But questions remain regarding the precise probability of detecting discontinuities, including the reliability of each individual inspector or laboratory. Although most experienced inspectors of the laboratories evaluate each radiograph, the actual quantitative reliability of each of these inspectors remains unknown.
In order to estimate the performance of representative inspectors and laboratories involved in NDE, volunteer laboratories from Croatia and Hungary conducted a series of round-robin inspections using X-ray films of welds. While the RRT is still in progress, the authors try to summarize the results of the second round and discuss the evaluation method. The results of the first round had been reported already. The focus is here to present the new results in terms of additional inspectors and a new more field oriented evaluation scheme.
So far the results of a total of 35 inspectors of the different laboratories were evaluated. Those inspectors were selected who have done usually the work of radiographic film interpretation. They have from a half up to 35 years professional experience. For better overview we created four groups: maximum 4 year-experience, from 5 to 12 year-experience, from 15 to 25 year- experience and from 26 to 35 year-experience.
Discussing the circumstances of the RRT with the participants, many of them expressed, they could not exactly follow the prescription of the test. According to their professional experience the small discontinuities can be omitted because of the strictest acceptance level accept them. So the most experienced evaluators did not write the small gases and slags into the list, which yield a wrong reliability of detection. As a consequence we should accomplish two types of evaluation: taking into consideration of all discontinuity and only the bigger once they are over the acceptance level.
In addition we analyzed the true values in a critical review. These developments were made and the new results of the evaluation of the testers were more precise and reliable.
The corresponding results are evaluated and presented in a ROC diagram where the p(TP) is plotted against the p(FP). The p(TP) means the probability of a true positive indication (correct defect finding) and p(FP) means the probability of a false positive (false alarm) indication. From the mean value of all inspectors maximum operation points we can estimate a representative overall reliability in terms of a correct indication rate of about 68 % (64 % new) and a false call rate of about 17 % (8 % new). This is a reasonable result within the strict 1 cm score.