1、Value Engineering No.5,2009 价值工程 2009 年第 5 期0 前言在概率安全分析 （PSA）研究中 ，不仅研究设备功能可靠性 、可维护性方面 ，使用设备的人本身可靠性也应重视 。过去几十年中 ，人们在该领域取得了不少成绩和进展 ，特别是设备的可靠性上 ；然而人机系统可靠性研究仍面临巨大的挑战 ， 一些理论问题仍没有得到解决而成为制约人机系统可靠性研究成果进一步应用的因素 。 系统相关性问题就是制约其发展的关键因素之一 ，影响了对人机系统可靠性的正确评估 。1 人机系统相关性分析系统可靠 , 即指组成系统各部在规定条件下和规定时间内 ，相互协调 ，准确完成规定功能
2、。 在计算人机系统可靠性时 ，常常忽略系统相关性 ，简单地在各部分失效相互独立假设条件下对系统可靠性进行定性分析和定量计算 ，常会导致较大误差 。但在实际应用中所得到的系统失效概率却常常高于使用独立假设的预测值 ，而且有时偏差很大 。由此 ，我们可以看出 ，系统的可靠性 ，并非组成系统各部可靠性的简单迭加 ，组成各部分可能是独立的 ， 也可能是相关的 ， 其相关性究竟如何 ，将是系统可靠性研究的一个关键 。人机系统是对作为系统主体的人和为他服务的各类机器设备的总称 。一般的人机系统包括人 、环境和设备 3 个子系统 ， 其中人的行为子系统在整个系统是居于主要位置 ，在人的行为子系统中 ，人的感
3、觉 、判断决策和执行操作行为受人机系统交互与环境的影响 ，使人的行为受经验 、才能 、训练水平 、自适应学习能力 、组织管理 、人机界面环境等众多因素的制约 ，可用行为形成因子 （performance Shaping Factor，PSF）描述 。1图 1 表明了 PSFs 决定了人的判断 ，人的判断决策决定了人的动作方式 ， 人的动作又造成了系统状态的新的变化 ， 系统状态的改变又构成了 PSFs 的变化 ，PSFs 的变化又会影响人的行为模式 。人机系统可靠性相关性主要包括以下 ： 人行为之间相关性 、环境与人机系统相关性 、人机交互相关性 。（1）人是复杂的个体 ，其可靠性主要受人机界
4、面 、人的内因 、作业环境 、组织管理 ，等众多因素影响 ，即行为形成因子制约 ，行为具有复杂性 。 然而 ，操作者同时作为一个相对高度完美的自适应 、自学习反馈系统 ，如果出现人因失误且被警觉 ， 则由此可能产生的心理情绪 （如紧张 、挫折感 ）等不利因素时 ，操作员可能犯下另一个错误或者纠正时引发更大的危害 。2另外 ，人因失误发生后 ，由于某种弥补措施 ，使得人因失误得以发现人机系统可靠性的相关性研究To Study on Relativity of Reliability for Human-Machine System徐晓鸣 Xu Xiaoming（广东海洋大学工程学院 ，湛江 52
5、4088）（School of Engineering，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China）摘要 ： 人机系统各子系统之间存在着相互依赖关系 。 计算人机系统可靠性时 ，必须考虑而又非常困难的问题就是各个系统之间失效相关性的问题 ，相关性影响了对人机系统可靠性的正确评估 。 文中分析了系统之间的相关性问题 ，探讨了相关性对人机系统可靠性的制约程度 ，以期从人机系统的可靠性角度为人机系统的优化设计提供新的依据 。Abstract: In human -machine system，there are interactional am
6、ong subsystem. When computing human -machine systemreliability，it is necessarily to consider the relation of subsystem. But it is difficult to analyze the relation. Relativity influences theaccurate evaluation of human-machine reliability. This article analyzes the problem of subsystem relativity. W
7、hen integrative assessthe system reliability，resolve the correlation of index by using optimization，and gives new reasons to improve the human-machinesystem design.关键词 ： 人机系统 ；相关性 ；可靠性 ；Key words: Human-machine system；relativity；reliability中图分类号 ：TB18 文献标识码 ：A 文章编号 ：1006-4311（2009）05-0111-02作者简介 ：徐晓
8、鸣 （1982-），男 ，安徽东至人 ，硕士 ，助教 ，研究方向为人机交互 、系统工程等相关方向 。doi：10.3969/j.issn.1006-4311.2009.05.038- 111 -Value Engineering No.5,2009 价值工程 2009 年第 5 期能力降低 ，形成的误操作可造成机器的故障 ，而被纠正并引起操作者警觉 、注意力集中 ，那么在接下来的其他操作中可能更可靠 ， 或者相似操作出现时可靠性提高 。3因此 ，在考虑人的可靠性时 ，必须对人误动作的相关性加以考虑 ， 无论这个动作是由一个人还是由多个人完成的 ，否则将严重低估人因失误的概率 。（2） 环境与人
9、机系统构成为一个不可分割的人 机 环境系统 。 不良的环境会影响到机器的性能 、运行的稳定性和安全性以及寿命周期 ， 或者说环境能影响机器的可靠性 ； 不良的环境因素通过对人生理和心理的影响 ，使人疲劳 、反应速度减慢 、工作效率下降 、人为错误增加 ，甚至影响人的健康 、出现职业病 ，或者说环境能影响人的可靠性 ；环境对人 机系统的影响 ，还涉及人 、机二者的交互影响 ，环境导致的机的故障可能损及人的安全和健康 ，环境导致人的工作能力降低 ，形成的误操作可造成机器的故障 。（3） 常见的计算系统可靠度的公式如下 ：Rs=RmRh式中 ：Rs、Rm、Rh 分别为系统可靠度 、 机器可靠度 、人
10、的可靠度 。4上述公式是以人和机器串联形式工作的思想为基础 ，且二者相互独立 。然而人和设备之间的交互作用 ，使得它们之间并非独立 ，由于这种非独立性的存在使得上述方法得来的结果可信度不高 ，难以应用 。2 人机系统相关性综合评价上面分析人机系统子系统间和子系统内的相关性问题 ，因此在综合评价人机系统可靠性指标体系时 ，难以得到独立相互评价指标 ， 指标之间存在某种程度的相关关系 ，多个指标之间有重复的因素 。人机系统可靠性评价指标主要有 9 个因素 ：操作人员健康状况 、操作人员技术状况 、 操作人员工作热情 、 操作人员心理素质 、工作环境条件 、人机交互质量 、人机交互效率 、组织与分工
11、合理程度 、机器设备复杂程度 。2.1 指标向量相关矩阵及等价类划分对上述 9 个因素可让有关可靠性工作人员 、 设计人员和管理人员对各项指标给出相应的评分值 。 假设有个评估者参加评分 ，那么相关系数矩阵 ：rjk=mi=1（xij-x軃j）（xik-x軃k）mi=1（xij-x軃j）2mi=1（xik-x軃k）2姨其中 ：xij表示第 i 个评估者对第个 j 指标的评分 。5-6rij越接近 1，表示指标 Xi和 Xj越相似 ，则 R=（rij）m9为指标相关矩阵 ，R 是总体相关矩阵的无偏估计 。相关矩阵 R=（rij）m9是对称矩阵 ，由于 rij=1，所以相关矩阵也 R 是相似矩阵
12、。可以证明 R 的传递闭包 t（R）就是R 的等价闭包 e（R），即 t（R）=e（R），所以 t（R）就是等价矩阵 。 由于 rij燮1，相关矩阵又可以看作是一个模糊矩阵 。用模糊聚类分析法来进行指标的等价类划分 ，则每一个等价类的指标反映了系统的某一个特征 。 给定水平值时 ，可截得等价矩阵 t（R），从而将评价指标分为几类 。 水平值 取不同值 ， 划分的等价类就不相同 ，一般水平值 依具体问题而定 。2.2 等价类相关性假设由 n 个评价指标组成的 n 维随机向量 X（X1，X2，Xn）T，被划分为 t 个等价类 ：X（t），X（2）X（t）；其中 X（i）=（Xi1，Xi2，Xipi
13、）且 p1+p2+pt=n。 指标等价类划分之后 ，一个等价类中的指标之间密切相关 ，共同反映系统某特征 。 我们用以等价类中所有指标为论域的线性函数来综合反映这个系统特征 ：f（X（i）=（Li）TX（i），其中 Li=（li1，li2，lipi）T，随机向量相关性表示随机向量线性相关程度 ， 这里利用随机向量线性相关性来确定等价类的线性函数 。 当等价类的个数 k 时 ：X（i）X（j）=Cov（f（X（i），f（X（i）D（f（X（j）姨 D（f（X（j）姨记 ：F（）=X（1）X（2），X（1）X（3），X（i）X（j），X（t-1）X（t）Ti=1，2，t-1；j=i+1，i+2，t
14、用多目标优化求解 Lk（k=3，t）minF（）s.t.（Lk）TLk=1lki0其中 k=3，4，t；i=1，2，i燮燮燮燮燮燮燮燮燮燮燮燮燮分别求得所有等价类指标线性综合函数后 ， 用其作为最终评价指标进行系统综合评价 。3 结论本文分析了系统的相关性问题 ， 运用了最优化的方法 ， 解决了系统可靠性评价指标体系之间的相关性问题 ，为人机系统的评价和优化设计提出了一种思路 。由于人机系统相关性的问题 ， 所涉及的不仅有自然科学范畴的内容 ，还有人类行为科学 、心理特征等方面的一系列因素 ，这些问题的研究模型的建立 ，需要做大量细致的工作 。参考文献 ：1魏刚 、杨宇航 、王武宏 ：基于相关
15、性的人机系统可靠性模型 J；兵工学报 2000（11）：438-441。2黄祥瑞 、沈祖培 、何旭洪等 ：风险评估中重复操作人误事件概率的定量化 J；核动力工程 2004（4）：164-166。3 王武宏 、 曹琦 ：汽车人机系统中驾驶员可靠性评价的新模型 J；中国公路学报 1994（7）：134-140。4李宝峰 、宋笔锋 、薛红军 ：系统安全中人的可靠性研究的理论问题分析 J；中国安全科学学报 2005（8）：21-23。5钟波 、肖智 、周家启 ：基于粗糙集理论的相关关系预测方法研究 J；运筹与管理 2002（12）：20-26。6张东方 、陈东林 ：灰关联分析在人机系统可靠性评价中的应用 J；火力与指挥控制 2005（8）：149-151。- 112 -
