装备使用过程中的人因可靠性

柳 超

(驻重庆气体压缩机厂军事代表室，重庆 400030)

人因可靠性也称人的可靠性，目前关于他的定义有多种［1］。通常来讲，人因可靠性一般定义为在规定的时间内，在规定的条件下，人无差错地完成规定任务的能力，是指人对于系统可靠性或可用性而言所必须完成的那些活动的成功概率。在人与装备组成的武器系统中，人是装备效能的重要组成部分，是战斗力诸要素中最活跃的因素，也是当前战斗力生成模式转变中1 个极其重要的内容。任何先进的装备都离不开人去操纵，即使自动化、智能化程度很高的武器系统仍然需要人来使用、维护和管理，系统效能的高低、安全性、可靠性，很大程度上取决于人的工作状态和人的可靠程度。人的不可靠必然会导致人的失误。国内外大量调查统计表明:由于人的不安全行为导致的事故占事故总数的70%～90%［2］，特别是从安全性的角度来看，由人诱发的事故已成为系统最重要的事故源之一。如电子装备若不按规定顺序操作，就可能使系统遭受过电应力而损坏;机械系统若不按规定定期更换磨损件、易损件和润滑油，忽视故障症候等行为，就可能导致小故障隐患演变成事故，损伤装备或人员。一直以来，人们对装备本身的可靠性研究较多，也具有比较完备的军用标准做支撑，来规范、指导装备全寿命周期中各阶段的可靠性工作。然而，对于在人机系统中占有主导地位的人的可靠性研究却相对滞后，甚至被忽视，主要表现为从人因工程的角度考虑人的因素不够，涉及不深，要求不明确，使得装备在使用阶段不能做到“机宜人”和“人适机”，降低了装备的使用可靠性和安全性，造成了经济和军事损失。因此，在装备的使用阶段如何预防和减少人为失误，提高人的可靠性，保障装备的安全、可靠使用成为亟待解决的重要课题。

1 装备使用中人的可靠性分析

人的可靠性分析(HRA)是以分析、预测、减少与预防人的失误为研究核心，以行为科学、认知科学、信息处理和系统分析、概率统计等理论为基础，对人的可靠性进行分析和评价的新兴学科。HRA 既可作为1 种方法，用于定性和定量评价人机系统中关于人的可能性失误对系统正常功能的影响，还可以作为1 种设计、改进或再改进系统的工具，以便将重要的人的失误概率减少到系统可接受的最低限度。HRA 起源于20 世纪50 年代，由Sandia 国家实验室数学家Herman Williams 以及电子设备工程师Purdy Meigs 在1952 年发表的武器系统可行性研究报告中，对复杂装备系统的风险分析中首次尝试评估人员失误对装备系统靠性的影响，并评估人误概率(HEP)。经过半个多世纪的发展，已有几十种HRA 方法，先后经历了静态的基于专家判断与统计分析相结合的第1 代HRA 方法和着重研究人在应急情景下的动态认知过程的第2 代HRA 方法以及基于仿真动态的第3 代HRA 方法3个发展阶段［3］。

当前，HRA 方法在核电、化工等领域应用较为广泛，虽然各领域分析的具体系统不同，但都是针对一定任务条件或环境条件驱动下的“人”，因此，他们对人的可靠性分析方法具有一定的普适性。典型的人的可靠性分析过程包括以下几个工作阶段。

1)任务分析，确定操作者有待解决的任务范围，对任务进行分析，确定任务应如何被执行。

2)人因失误辨识，识别何种任务将有可能出错。

3)人因失误表征和量化，采用某种逻辑结构对其进行表征并识别出错的可能性。

4)人因失误影响评价和失误减少分析，确定人误对系统的影响，并确定如何减小这种影响。

1.1 装备使用中影响人的可靠性的因素

人机工程学认为，人的失误是指人未能实现规定任务，从而可能导致中断计划运行或引起财产和装备的损坏行为。根据人行为原理，人的失误主要表现在人感知环境信息方面的失误，人脑处理信息并做出决策的失误和行为输出时的失误等方面。根据概念法，可将所有人的失误归为:偏离、疏忽和错误3 类［2］。Swain 将影响人员完成任务能力的一系列参数称为行为形成因子(PSF)，这些参数的确定主要与6 个因素有关，即环境因素、工作任务说明书、设备和任务状况因素、心理应力因素、人员所处的身体条件因素、人员组织和训练情况因素［4］，进一步说明了人行为的不确定性。虽然导致人的失误发生的原因多种多样，但都可以归纳为人为失误是人、环境、装备和管理等诸多因素相互作用的结果。本文从系统的角度，以人和装备为研究对象，从人-人接口、人-机接口、人-环境接口和组织管理4 个方面对影响人的可靠性的因素进行了分析，主要影响因素如表1 所示。

表1 影响人的可靠性的主要因素

1.2 装备使用中的人的可靠性

装备使用过程中人的可靠性主要涉及针对正常操作情况下完成装备操作任务、装备运行中出现故障(事故)时采取应急措施，防止事故扩大和维护装备时人的可靠性，差别在于完成的任务、执行的规则(规程)、任务场景等方面的不同，使得具体的分析方法有所侧重。下面对装备操作过程中人的可靠性进行分析。

1)装备操作过程描述

操作装备的过程是1 个人不断感知，决策，行动的过程。操作者按照一定的规则与装备相互交换信息和施加影响。操作者不断接受装备工作状态信息，了解武器的工作情况和作业环境状态，通过大脑进行分析、判断、决策，以期控制装备的运转。在这一过程中，由于人的行为形成因子的制约，操作者往往会出现感知差错、决策差错和行动差错，但操作者作为1 个相对高度完美的自适应、自学习反馈系统而具有自我纠正能力，能对出现的差错进行纠正或部分纠正，从而完成对装备的操作［5］。装备操作过程中人的行为模式如图1 所示。

图1 操作者行为模式

2)操作者的可靠性计算模型

根据工程可靠性，一般人在连续工作条件下的可靠性以RH(t)表示人操作的可靠度，则

式中:e(t)为人的瞬时差错率;t 为工作时间。

但在实际计算中，由于人的特性和机能非常复杂，影响因素甚多，随机性特别强，所以确定RH(t)比较困难，通常利用以下方法进行计算。

由图1 可知，操作者的基本可靠度RH由感知行为可靠度Rs、判断决策行为可靠度RO和动作行为可靠度RR3 部分组成，构成串联系统。运用表1 所示影响因素以及人的自我纠正能力对基本可靠度进行修正，即

式中:K 为综合修正系数，由行为形成主因子PSFs 和自我纠正能力KR决定。

目前，除了运用上述模型外，还可运用以下2 种方法对人的可靠性进行分析。

一是基于人的失误率预测技术(THERP)的人的可靠性分析。该方法通过THERP 表格，对操作人员的失误作定量和定性分析。将人的行为预先分解为一系列由系统功能或规程所规定的子任务或步骤，并作为事件树的逻辑进程而构成人因事件树，用来描述人员操作过程中的事件序列，然后分别对子任务给出专家判断或统计分析得到人误概率值(HEP)，然后用行为形成因子(PSFs)在不确定范围内对HEP 进行修正，进而计算执行整个任务失败的概率［4］。

二是基于贝叶斯网络的人因可靠性分析。在定性分析上，节点的因果关系及需要改进的薄弱节点都直观地显示在层次图中;在定量分析方面，对节点因子后验概率的推断通过HRA 中的先验信息(包含仿真数据、现场操作及专家知识等)和最新信息得到［6］。

不管运用何种方法，人因失误数据始终是进行人的可靠性定量分析的基础，各计算模型中对操作者可靠性定量计算的准确度都取决于人因失误数据的处理结果。人因失误数据的缺乏是当前制约开展分析与评估装备使用过程中人的可靠性的1 个瓶颈，也是难点问题。各模型中人误概率数据主要存在于装备日常使用中的事件和事故报告、维修报告、操作记录中，可通过开展系统收集、问卷调查以及专家判断等方式进行统计分析，得到基础数据。

通过对装备使用中人的可靠性进行分析，能够达到以下目的:①对操作者的操作失误率进行预测与评估，既能找出人为失误模式，又能找出导致人为失误的根因，为改进组织管理、开展针对性的训练培训、选择合适的人员操作装备提供决策支持;②能够发现装备在人机工程设计中存在的不合理，为改进装备设计提供支持;③建立并不断完善人因数据库，为装备使用提供经验和数据支持;④最终提高装备使用过程中的可靠性、安全性，提高武器装备的作战效能。

2 提高人的可靠性的措施

2.1 营造良好的人-人环境

1)操作人员要加强思想修养，提高自我学习的自觉性，不断增强责任意识，牢固树立“安全第一，预防为主”，“保安全就是保战斗力”的安全发展理念，努力提高使用装备的各项技能。

2)要注重人员的心理训练，意志品质、性格培养。研究操作人员在完成既定任务时，如果心理压力过大，差错的出现率就急剧上升，可靠性会明显降低［7］。因此，要特别加强针对战场实战环境的适应能力训练，增强应急环境下的心理承受能力。

3)要培养团队精神，建立和谐良好的人际关系。

2.2 开展人-环境可靠性设计

环境因素对人的感知、决策和行动可靠性均有影响。因此，要积极为装备使用提供良好的照明条件以及符合人的生理和心理规律的识别标志;营造易于人的感受器官的环境;改善环境温度、湿度、减少噪音干扰;防止粉尘、振动等对人体的伤害措施，从而提高人的可靠性。

2.3 重视人-机可靠性设计

提高人的可靠性是为提高装备的可靠性、安全性，提高部队战斗力服务的，必能离开具体的装备单纯地强调人的可靠性。

1)装备设计时，要系统地开展装备可靠性、维修性、保障性、安全性等的设计，降低对人员可靠性的要求。如电子设备的容差、降额设计，机械设备的概率和损伤容限设计以及装备系统的状态监控设计，减小人的工作强度，减少人为判断失误，弥补人的技能或可靠性的不足。

2)制定完善的操作规程。操作规程设计的合理性将直接影响操作者的工作效率和操作的可靠性。操作规程应与人机接口和预期系统响应的要求相一致，操作规程的内容要全面。如对装备所执行的全部预期任务、功能和对重大事件的处理措施等的规定，防止装备使用过程中操作者经验性违章的发生。

3)装备承制方和使用方要加强联系，实现可靠性数据的交流与共享。使用方要及时向承制方反馈质量问题、事故、事故征候等，承制方根据使用方提供的信息，进行事故分析，必要时修改设计，对技术资料进行更新，并指导使用方进行技术培训。

2.4 完善组织管理

1)建立健全各项规章制度和标准操作程序，充分利用工作程序和检查工作等控制手段，防止人为差错的发生，并在实践中狠抓落实。

2)加强对人员的系统培训，定期对操作使用装备情况进行检查、分析、评估，以验证装备原设计和使用、维修以及操作规程是否恰当，把合适的人选择到适合的岗位上。

3)加强装备使用单位的组织凝聚力建设，增强操作者对群体的“归属认同”感，不断发挥人的主动性、积极性和创造性。

2.5 构建人员可靠性综合管理系统

将可靠性技术手段与组织管理手段相结合，运用组织行为学、管理心理学与可靠性工程相关理论、方法，构建人员可靠性综合管理系统，对人为失误问题提供广泛和完善的管理模式。这个系统的精髓是强调人的社会属性和精神属性，强调组织管理对减少人为失误、提高系统可靠性的贡献。

3 结束语

人始终是决定战争胜负的关键因素，要想最大限度地发挥高技术武器的效能，就必须在装备的全寿命周期内考虑人机系统中人的因素，要特别加强装备使用过程中人的可靠性研究，不断探索人为失误机理，减少人为差错的发生。

由于人本身所具有的特性，加上人的生理因素、心理因素和社会因素，以及与装备和周围环境的相关性，使得人的行为在某种程度上具有很大的不确定性，加之目前由于装备使用中人因数据的缺乏，对人的可靠性分析语评估还难以做到定量化描述。因此，装备使用部门要对日常装备使用中出现的质量问题进行详细的记录、分类和整理，建立装备使用过程中的人因数据库，不断提高人的可靠性分析与评估的实用性。

［1］阳富强，吴超，汪发松，等.1998 -2008 年人因可靠性研究进展［J］.科技导报，2009，27(8):87-93.

［2］肖国清，陈宝智.人因失误的机理及其可靠性研究［J］.中国安全科学学报，2001，11(2):22-25.

［3］李鹏程，陈国华，张力，等.人因可靠性分析技术的研究进展与发展趋势［J］.原子能科学技术，2011，45(3):329-338.

［4］余建星，杨怿. 潜艇火灾事故中的人因失误概率分析［J］.自然灾害学报，2010，19(3):77-81.

［5］王及平.高寒山地条件下信息化装备操作人员可靠性研究与对策［J］.装备指挥技术学院学报，2008，19(2):44-47.

［6］孙旋，牛秦洲，徐和飞，等.基于贝叶斯网络的人因可靠性评价［J］.中国安全科学学报，2006，16(8):22-27.

［7］张勇，翟景春，张纪磊.战时军人心理压力及工作可靠性研究［J］.中国职业医学，2008，35(4):324-326.