装备研制中的人—机系统可靠性问题

朱明宽 汪 洋

空军驻西南地区军代室

近年来，随着可靠性工程技术的不断发展和应用，关于人—机系统可靠性问题日益引起了人们的重视。其主要原因是武器系统或装备都是由人来进行研制、生产和使用的，因此，人与武器系统或设备的可靠性关系非常密切。研究表明，系统故障中很大一部分（约占故障总数的10%～15%）是由于人为差错而产生的。而随着系统的精度提高和复杂程度的增加，人对系统可靠性的影响将越来越大，且由于人的差错使系统发生故障造成的损失将不可估量。

而如果在产品设计和研制阶段就考虑到人对产品可靠性的影响，并对其进行分析，在设计中给予适当考虑，则可以减少人的影响因素，提高产品的可靠性。在系统设计阶段遵循有关人为因素的原则，能够明显地降低人对系统可靠性的影响。另外，仔细地挑选和培训有关人员，也有助于改善人对系统可靠性的影响。

一、关于人的可靠性

研究人对系统可靠性的影响问题，实质上就是研究人的可靠性问题。为此定义：

（1）人的可靠性：指在规定的最小时间限度内（如果规定有时间要求），在系统运行中的任一阶段，由人成功地完成工作或任务的概率。

（2）人为差错：指未能实现规定任务（或者实现了禁止的动作），可能导致中断计划动作或引起财产和设备的损坏。

（3）人的动作可靠性：指一个人在规定条件下能完成全部规定的人的功能的概率。

二、人对系统可靠性的影响

人的作用的重要程度对不同的系统可能不同，对同一系统的不同阶段也可能不同。这种作用会由于人为差错而受损害，系统总的可靠度会由于人不正确地完成他应完成的正常任务而受到影响。

1.人为差错的原因

人为差错的发生有各种不同的原因。导致人为差错的一般原因有：工作区域光线不足；有关人员，如操作人员、维修人员和生产人员缺乏必要的训练和技能；不良的装备设计；工作区域温度太高；噪声太大；不适当的工作总体安排；太拥挤的工作空间；工作动力不足；不适当的工具；编写拙劣的装备维修和操作程序说明书、手册；不适当地操纵装备；管理不善；任务复杂；缺少口头交流等。

2.人为差错的后果

人为差错的后果对不同装备或同一装备不同任务可能是不同的。后果的范围可以从轻微到严重（例如，从耽误装备的运行到毁坏装备）。人为差错对装备使用造成的后果可以分为以下三类；第一类，阻碍装备的正常使用；第二类，装备的使用有严重的延迟，但不妨碍装备的使用；第三类，装备使用的延迟不严重。

3.人为差错的发生方式

人为差错以各种不同的方式发生，一般有以下几种：对某一出现的问题作出不正确的决策；没有实现某一必要的功能；进行了一项不应进行的活动；对某一意外事故的响应迟钝或笨拙；没有觉察到某一危险情况。

4.人为差错的分类

人为差错可以细分为各种不同的类别：操作错误、装配错误、设计错误、检验错误、安装错误和维修错误等。

（1）操作错误。操作错误是由操作人员造成的，几乎所有的操作错误都是在使用现场的环境中发生的。下列的几种情况导致了操作错误的发生：缺少合适的工艺规程；任务复杂和超载状态；人员的挑选和培训不良；操作人员粗心大意或缺少兴趣，违反正常的操作规程等。

（2）装配错误。这类错误是由于人引起的并发生在装备装配时，它们是工艺不良的结果。在很多情况下，装配错误是在产品发生故障后，在使用现场的环境下被发现的，例如：使用不正确的零件（元件），遗漏了零件，装配与蓝图不一致，不正确的焊接，零件用的导线反接等。产生这些错误的原因为：照明不足，噪声太大，设计不当，信息交流不畅和工作环境温度过高，缺少监督和培训，蓝图质量差等。

（3）设计错误。这类错误是由于设计人员设计不当造成的。错误的三种类型是：在设计中不能实现人的需要、指派给某人不适当的职责，不能保证人机对话的有效性。比如设计时的过分草率、设计师对某一特殊设计答案的倾向和对系统需求的分析不当等因素，都是导致设计错误的原因。

（4）检验错误。检验的目的是发现缺陷，检验错误的发生是因为监测不是100%精确，由于检验错误，在公差范围内的零件可能被拒绝，或超差的零件可能被接受等。

（5）安装错误。这类错误发生在装备设计的安装阶段，属于短期错误。安装错误的主要原因之一是，人们没有按照说明书或蓝图来安装装备。

（6）维修错误。这类错误发生在对有问题的装备没有正确维修和排除故障。比如：对装备的调试不正确，在装备的某些部位采用了错误的润滑脂等等，一般随着装备的老化，发生维修错误的可能性会增加，这是由于机械件的耗损而使装备维修频率增大的结果。

另外，心里压力也是影响人的动作及其可靠性的一个重要方面。显然，一个承受着过重压力的人会有较大的可能性造成人为差错。研究表明，压力并不完全是消极的影响，事实上，适度的压力是有益的，它能使人的效率提高到最佳状态。一方面，压力过轻时人会觉得没有挑战和变得迟钝，因而人的表现不会处于巅峰状态。另一方面，当承受的压力过重时，将引起人为工作效率急剧下降。压力过重的原因是多方面的，如忧虑、恐惧或其他心理上的压力等。适度的压力应该定在足够使人保持警觉的压力水平上。当操作人员在很高的压力下执行任务时，发生人为差错的概率通常要比其在适度的压力下工作时高。

三、减少人为差错的主要措施

1.进行防差错设计

著名的墨菲定律告诉我们：“人们做某一件事情，如果存在着发生差错的可能性，那么差错迟早总要发生。”这个规律对指导人们消除差错、保证安全具有重要意义，因为它明确告诉人们，要想避免差错，必须消除出现差错的可能性。

机件产生差错的可能性，是机件本身具有的一种属性，它存在于机件之中，按一定的统计规律表现出来。机件不同，产生差错的统计规律也不同。只有从设计入手，采用“防差错设计”，以防止在连接、装配、安装和其使用维修操作中发生差错，即使发生差错也能立即发现，不致损坏机件、设备，而危及安全。在设计中应考虑以下几点：

（1）谨防对称性。几年前曾有一家汽车公司设计了一个在美学上是令人喜爱的对称性仪表操纵盘，但不久就发现区别仪表显示的位置很困难，导致驾驶员眼睛注意操纵盘而离开道路的时间比希望的长。因此，从功能观点看，对称性设计并不好。

（2）应理解作为监视器使用的人是薄弱单元。人是一个不可靠的监视器，他在系统中的作用比较消极，因为人的注意力不容易集中，因此倾向于人与系统分离。人知道系统将出现什么现象，应该如何处理，应该把操纵员当作应急的备用单元，以便在必要时介入工作。

（3）诱发执行任务的兴趣。没有必要拙笨地执行枯燥的重复而单调的操作任务。但是，当有使操作率增加的倾向，当超过一定水平时就会促使差错发生。例如，一架B—36飞机的电子设备使用了2700个电子管，在12h的飞行任务期间可能有12个失效。某导弹大约有5000个焊点，在常规条件下焊接时，若每5000个焊点有1个失放，工作12h将有63%的导弹发生故障。因此，操作员应知道这些事实，并在可能的条件下拟定作业规范。

2.重视操作人员素质与能力的培训

操作人员素质包括责任心和心理素质。操作能力是技术水平、知识水平和能力的综合反映。有些人认为，现代自动化的装备对操作能力的要求降低了，因此放松了操作能力的训练，这是一种误解。在复杂紧张而迅速变化的战斗条件下，装备使用的成功，很大程度上取决于操作人员的心理训练和专业训练，以及对所维护使用的装备特点的了解程度。

四、结束语

人机系统可靠性问题是当代装备研制中值得重视的问题，在装备研制时，研制人员应当充分考虑人对系统可靠性的影响，并采取必要的设计措施，将可能发生的人为差错减少到最低限度，以提高产品的使用可靠性。

然而，我国目前对人可靠性的研究尚未深入开展，在有关国家标准中，对人可靠性的影响未有明确的规定，于是往往会发生由人的一个小差错造成系统故障的事件，因此加强人机系统可靠性的研究并在相应标准中对其予以规定，将是今后我国可靠性工程技术值得重视的问题。