RiskSOAP
Authors: Χατζημιχαηλίδου Μαρία-Μικέλα 
Published: August 2021

Τα συστήματα μηχανικού αποτελούν τυπικό παράδειγμα πολύπλοκων κοινωνικό-τεχνικών συστημάτων, είναι συστήματα με τεχνικές, κοινωνικές και οργανωσιακές διαστάσεις. Σκοπός τους είναι να εξυπηρετούν το κοινωνικό σύνολο και να παρέχουν υπηρεσίες και υποδομές υψηλής ποιότητας με αποδοτικότητα. Ορίζονται επίσης και ως κρίσιμες, ως προς την ασφάλεια (safety-critical) υποδομές, λόγω του ότι μία αστοχία ή δυσλειτουργία μπορεί να επιφέρει σημαντικές ανεπιθύμητες συνέπειες, όπως απώλεια ανθρώπινων ζωών, τραυματισμούς, επιβάρυνση του περιβάλλοντος και οικονομικών πόρων. Πράγματι, η εμπειρία δείχνει ότι, στα συστήματα μηχανικού τα ατυχήματα είναι αναπόφευκτα. Καθίσταται προφανές λοιπόν, ότι υπάρχει ανάγκη για εργαλεία, που υποστηρίζουν το σχεδιασμό και τη λειτουργία των συστημάτων έχοντας ως βασικό γνώμονα την ασφάλειά τους. Επίσης, αναγκαίοι κρίνονται και οι μηχανισμοί αποτροπής δυστυχημάτων/ατυχημάτων, ώστε να εξασφαλίζουν στις υποδομές μηχανικού ελευθερία από δυστυχήματα (freedom from accidents). Η ασφάλεια κατατάσσεται λοιπόν, ως ένα από τα μείζονα ζητήματα, που απασχολούν τα συστήματα μηχανικού.Όπως σε κάθε πολύπλοκο κοινωνικό-τεχνικό σύστημα, η ασφάλεια στα συστήματα μηχανικού θεωρείται αναδυόμενη ιδιότητα. Συγκεκριμένα, αυτή εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από την επιβολή περιορισμών στη συμπεριφορά των μελών του συστήματος, καθώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον. Η ασφάλεια θεωρείται επίσης πρόβλημα ελέγχου, για το λόγο ότι για να διατηρηθεί σε αποδεκτά επίπεδα, πρέπει να σχεδιαστούν και να εφαρμοστούν επαρκείς διεργασίες ελέγχου και ανατροφοδότησης, στο πολύπλοκο κοινωνικό-τεχνικό σύστημα που μελετάται.Σημαντικό ρόλο στην ασφάλεια ενός συστήματος παίζει η Επίγνωση της Κατάστασης (ΕΚ), ως προς την ύπαρξη των παραγόντων εκείνων που ενδέχεται να προκαλέσουν δυστυχήματα/ατυχήματα (risk Situation Awareness). Συγκεκριμένα, τα συστήματα έχουν την ικανότητα να εκλαμβάνουν και να κατανοούν τις απειλές και τις ευπάθειες και να διαβλέπουν, τί μπορεί να επιφέρουν στην ασφάλειά τους. Υπό αυτό το σκεπτικό, η ΕΚ ως προς την ύπαρξη των παραγόντων εκείνων που ενδέχεται να προκαλέσουν δυστυχήματα/ατυχήματα είναι η ατομική ΕΚ κάθε πράκτορα του συστήματος και αναφέρεται στην κατανόηση ότι υφίστανται ευπάθειες και απειλές, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν το σύστημα σε δυστυχήματα/ατυχήματα. Δηλαδή, στα πλαίσια των πολύπλοκων κοινωνικό-τεχνικών συστημάτων, ο βρόχος ελέγχου, που αφορά σε μία ελεγχόμενη διαδικασία του συστήματος έχει μία εγγενή, με βάση το σχεδιασμό και την κατασκευή του, ικανότητα να παρέχει στον ή στους πράκτορές του που είναι υπεύθυνος/οι για τον έλεγχο της διαδικασίας αυτής ΕΚ για την ύπαρξη απειλών και ευπαθειών. Αυτή η ικανότητα ονομάζεται ικανότητα παροχής ΕΚ ως προς ενδεχόμενες επικίνδυνες καταστάσεις (risk SA provision capability). Η ικανότητα αυτή πηγάζει από τον αριθμό, τον τύπο και τα χαρακτηριστικά του κάθε συστατικού (λ.χ. αισθητήρες και ενεργοποιητές) που συνθέτουν τον κάθε βρόχο ελέγχου ξεχωριστά. Δεδομένου όμως, ότι τα κοινωνικό-τεχνικά συστήματα συντίθενται από πολλούς βρόχους ελέγχου σε περισσότερα του ενός ιεραρχικά επίπεδα, όλα αυτά μαζί συνθέτουν τη βάση για την ανάδυση της ΕΚ σε επίπεδο συστήματος.Μαζί με την ικανότητα παροχής ΕΚ, η παρούσα διατριβή εισάγει και τον όρο της κατανεμημένης ΕΚ (ΚΕΚ) ως προς τις ενδεχόμενες επικίνδυνες καταστάσεις. Σύμφωνα με αυτή, κάθε πράκτορας μπορεί να έχει, από τη μία πλευρά, μία λεπτομερή εικόνα των απειλών και των ευπαθειών του μέρους του συστήματος που αυτός ελέγχει, από την άλλη όμως, διαθέτει μερική άποψη των απειλών και των ευπαθειών, που είναι παρούσες σε ολόκληρο το σύστημα.Το πρόβλημα που διερευνά αυτή η διατριβή είναι σε τι βαθμό τα συστατικά (δηλαδή οι βρόγχοι ελέγχου) ενός πολύπλοκου κοινωνικό-τεχνικού συστήματος επηρεάζουν την ικανότητα του συστήματος ως όλον, να παρέχει ΕΚ. Παρά την ύπαρξη του προβλήματος αυτού, παρατηρείται επίσης έλλειψη μίας μετρούμενης ποσότητας, που να δηλώνει το βαθμό αυτής της ικανότητας. Αναδεικνύεται, λοιπόν, η ανάγκη για ένα μέτρο, που θα υποστηρίζει τους μηχανικούς και τους σχεδιαστές στην επιλογή του συστήματος, του οποίου η σύσταση είναι πιθανό να μεγιστοποιήσει ή τουλάχιστον να ενισχύσει την ικανότητα παροχής ΕΚ. Έτσι, μία ακόμη συνεισφορά αυτής της εργασίας είναι η εισαγωγή και η προώθηση της μεθοδολογίας RiskSOAP και του αντίστοιχου δείκτη.Η μεθοδολογία RiskSOAP παρέχει μία ποσοτική αντανάκλαση της επίδοσης του συστήματος στα πλαίσια της ικανότητας παροχής ΕΚ, εξετάζει την θετική συσχέτιση μεταξύ της ασφάλειας και της ΕΚ και λειτουργεί υποβοηθητικά, ώστε να αξιολογηθεί η ΚΕΚ.Είναι μία μεθοδολογία σύγκρισης, που εκτελείται σε τρία στάδια. Στο πρώτο στάδιο ορίζεται η επιθυμητή σύσταση του συστήματος ως προς την ασφάλειά του, μετά ορίζεται η σύσταση του συστήματος ως έχει και τελικά υιοθετεί μία στρατηγική σύγκρισης της επιθυμητής με την υφιστάμενη σύσταση, με σκοπό την απεικόνιση της απόστασης μεταξύ των συγκρινόμενων μονάδων.Για να επιτευχθεί αυτό, η μεθοδολογία RiskSOAP θεμελιώνεται πάνω σε τρεις υπάρχουσες προσεγγίσεις: την ανάλυση επικινδυνότητας STPA (STAMP Based Process Analysis), τη μέθοδο εντοπισμού σημάτων έγκαιρης προειδοποίησης EWaSAP (Early Warning Sign Analysis), η οποία βασίζεται στην STPA και το μέτρο ανομοιότητας Rogers-Tanimoto για δεδομένα δυαδικού τύπου.Η μεθοδολογία RiskSOAP εφαρμόζεται σε τρία πραγματικά πολύπλοκα κοινωνικό-τεχνικά συστήματα. Αυτά είναι: μία ρομποτική εγκατάσταση, ένα σύστημα αεροπορικό και μία οδική σήραγγα. Σκοπός αυτών των εφαρμογών είναι να γίνει επίδειξη του τρόπου με τον οποίο εφαρμόζεται στην πράξη και να προκύψουν δεδομένα και στοιχεία, ώστε να αποδειχθεί η υπόθεση και η επιμέρους υπόθεση αυτής της ερευνητικής εργασίας. Με βάση τις εφαρμογές της μεθοδολογίας στα τρία κοινωνικο-τεχνικά συστήματα, ο δείκτης RiskSOAP εκτιμάται ότι συμφωνεί με ένα σύνολο προτύπων και κριτηρίων.Στην κατακλείδα της διδακτορικής διατριβής γίνεται συζήτηση σχετικά με τη συνεισφορά, που αξιώνει και με τα αποτελέσματα που επιφέρει η συγκεκριμένη έρευνα. Η μελλοντική εργασία διερευνά τα πεδία στα οποία η μεθοδολογία RiskSOAP μπορεί να βρει πεδίο εφαρμογής και τους εναλλακτικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να βελτιωθεί.