裝備研制中的人—機系統可靠性問題

朱明寬 汪 洋

空軍駐西南地區軍代室

近年來，隨著可靠性工程技術的不斷發展和應用，關于人—機系統可靠性問題日益引起了人們的重視。其主要原因是武器系統或裝備都是由人來進行研制、生產和使用的，因此，人與武器系統或設備的可靠性關系非常密切。研究表明，系統故障中很大一部分（約占故障總數的10%～15%）是由于人為差錯而產生的。而隨著系統的精度提高和復雜程度的增加，人對系統可靠性的影響將越來越大，且由于人的差錯使系統發生故障造成的損失將不可估量。

而如果在產品設計和研制階段就考慮到人對產品可靠性的影響，并對其進行分析，在設計中給予適當考慮，則可以減少人的影響因素，提高產品的可靠性。在系統設計階段遵循有關人為因素的原則，能夠明顯地降低人對系統可靠性的影響。另外，仔細地挑選和培訓有關人員，也有助于改善人對系統可靠性的影響。

一、關于人的可靠性

研究人對系統可靠性的影響問題，實質上就是研究人的可靠性問題。為此定義：

（1）人的可靠性：指在規定的最小時間限度內（如果規定有時間要求），在系統運行中的任一階段，由人成功地完成工作或任務的概率。

（2）人為差錯：指未能實現規定任務（或者實現了禁止的動作），可能導致中斷計劃動作或引起財產和設備的損壞。

（3）人的動作可靠性：指一個人在規定條件下能完成全部規定的人的功能的概率。

二、人對系統可靠性的影響

人的作用的重要程度對不同的系統可能不同，對同一系統的不同階段也可能不同。這種作用會由于人為差錯而受損害，系統總的可靠度會由于人不正確地完成他應完成的正常任務而受到影響。

1.人為差錯的原因

人為差錯的發生有各種不同的原因。導致人為差錯的一般原因有：工作區域光線不足；有關人員，如操作人員、維修人員和生產人員缺乏必要的訓練和技能；不良的裝備設計；工作區域溫度太高；噪聲太大；不適當的工作總體安排；太擁擠的工作空間；工作動力不足；不適當的工具；編寫拙劣的裝備維修和操作程序說明書、手冊；不適當地操縱裝備；管理不善；任務復雜；缺少口頭交流等。

2.人為差錯的后果

人為差錯的后果對不同裝備或同一裝備不同任務可能是不同的。后果的范圍可以從輕微到嚴重（例如，從耽誤裝備的運行到毀壞裝備）。人為差錯對裝備使用造成的后果可以分為以下三類；第一類，阻礙裝備的正常使用；第二類，裝備的使用有嚴重的延遲，但不妨礙裝備的使用；第三類，裝備使用的延遲不嚴重。

3.人為差錯的發生方式

人為差錯以各種不同的方式發生，一般有以下幾種：對某一出現的問題作出不正確的決策；沒有實現某一必要的功能；進行了一項不應進行的活動；對某一意外事故的響應遲鈍或笨拙；沒有覺察到某一危險情況。

4.人為差錯的分類

人為差錯可以細分為各種不同的類別：操作錯誤、裝配錯誤、設計錯誤、檢驗錯誤、安裝錯誤和維修錯誤等。

（1）操作錯誤。操作錯誤是由操作人員造成的，幾乎所有的操作錯誤都是在使用現場的環境中發生的。下列的幾種情況導致了操作錯誤的發生：缺少合適的工藝規程；任務復雜和超載狀態；人員的挑選和培訓不良；操作人員粗心大意或缺少興趣，違反正常的操作規程等。

（2）裝配錯誤。這類錯誤是由于人引起的并發生在裝備裝配時，它們是工藝不良的結果。在很多情況下，裝配錯誤是在產品發生故障后，在使用現場的環境下被發現的，例如：使用不正確的零件（元件），遺漏了零件，裝配與藍圖不一致，不正確的焊接，零件用的導線反接等。產生這些錯誤的原因為：照明不足，噪聲太大，設計不當，信息交流不暢和工作環境溫度過高，缺少監督和培訓，藍圖質量差等。

（3）設計錯誤。這類錯誤是由于設計人員設計不當造成的。錯誤的三種類型是：在設計中不能實現人的需要、指派給某人不適當的職責，不能保證人機對話的有效性。比如設計時的過分草率、設計師對某一特殊設計答案的傾向和對系統需求的分析不當等因素，都是導致設計錯誤的原因。

（4）檢驗錯誤。檢驗的目的是發現缺陷，檢驗錯誤的發生是因為監測不是100%精確，由于檢驗錯誤，在公差范圍內的零件可能被拒絕，或超差的零件可能被接受等。

（5）安裝錯誤。這類錯誤發生在裝備設計的安裝階段，屬于短期錯誤。安裝錯誤的主要原因之一是，人們沒有按照說明書或藍圖來安裝裝備。

（6）維修錯誤。這類錯誤發生在對有問題的裝備沒有正確維修和排除故障。比如：對裝備的調試不正確，在裝備的某些部位采用了錯誤的潤滑脂等等，一般隨著裝備的老化，發生維修錯誤的可能性會增加，這是由于機械件的耗損而使裝備維修頻率增大的結果。

另外，心里壓力也是影響人的動作及其可靠性的一個重要方面。顯然，一個承受著過重壓力的人會有較大的可能性造成人為差錯。研究表明，壓力并不完全是消極的影響，事實上，適度的壓力是有益的，它能使人的效率提高到最佳狀態。一方面，壓力過輕時人會覺得沒有挑戰和變得遲鈍，因而人的表現不會處于巔峰狀態。另一方面，當承受的壓力過重時，將引起人為工作效率急劇下降。壓力過重的原因是多方面的，如憂慮、恐懼或其他心理上的壓力等。適度的壓力應該定在足夠使人保持警覺的壓力水平上。當操作人員在很高的壓力下執行任務時，發生人為差錯的概率通常要比其在適度的壓力下工作時高。

三、減少人為差錯的主要措施

1.進行防差錯設計

著名的墨菲定律告訴我們：“人們做某一件事情，如果存在著發生差錯的可能性，那么差錯遲早總要發生。”這個規律對指導人們消除差錯、保證安全具有重要意義，因為它明確告訴人們，要想避免差錯，必須消除出現差錯的可能性。

機件產生差錯的可能性，是機件本身具有的一種屬性，它存在于機件之中，按一定的統計規律表現出來。機件不同，產生差錯的統計規律也不同。只有從設計入手，采用“防差錯設計”，以防止在連接、裝配、安裝和其使用維修操作中發生差錯，即使發生差錯也能立即發現，不致損壞機件、設備，而危及安全。在設計中應考慮以下幾點：

（1）謹防對稱性。幾年前曾有一家汽車公司設計了一個在美學上是令人喜愛的對稱性儀表操縱盤，但不久就發現區別儀表顯示的位置很困難，導致駕駛員眼睛注意操縱盤而離開道路的時間比希望的長。因此，從功能觀點看，對稱性設計并不好。

（2）應理解作為監視器使用的人是薄弱單元。人是一個不可靠的監視器，他在系統中的作用比較消極，因為人的注意力不容易集中，因此傾向于人與系統分離。人知道系統將出現什么現象，應該如何處理，應該把操縱員當作應急的備用單元，以便在必要時介入工作。

（3）誘發執行任務的興趣。沒有必要拙笨地執行枯燥的重復而單調的操作任務。但是，當有使操作率增加的傾向，當超過一定水平時就會促使差錯發生。例如，一架B—36飛機的電子設備使用了2700個電子管，在12h的飛行任務期間可能有12個失效。某導彈大約有5000個焊點，在常規條件下焊接時，若每5000個焊點有1個失放，工作12h將有63%的導彈發生故障。因此，操作員應知道這些事實，并在可能的條件下擬定作業規范。

2.重視操作人員素質與能力的培訓

操作人員素質包括責任心和心理素質。操作能力是技術水平、知識水平和能力的綜合反映。有些人認為，現代自動化的裝備對操作能力的要求降低了，因此放松了操作能力的訓練，這是一種誤解。在復雜緊張而迅速變化的戰斗條件下，裝備使用的成功，很大程度上取決于操作人員的心理訓練和專業訓練，以及對所維護使用的裝備特點的了解程度。

四、結束語

人機系統可靠性問題是當代裝備研制中值得重視的問題，在裝備研制時，研制人員應當充分考慮人對系統可靠性的影響，并采取必要的設計措施，將可能發生的人為差錯減少到最低限度，以提高產品的使用可靠性。

然而，我國目前對人可靠性的研究尚未深入開展，在有關國家標準中，對人可靠性的影響未有明確的規定，于是往往會發生由人的一個小差錯造成系統故障的事件，因此加強人機系統可靠性的研究并在相應標準中對其予以規定，將是今后我國可靠性工程技術值得重視的問題。