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提高控制中心人可靠性的途徑

  
評論: 更新日期:2015年04月26日

?? 摘? 要:從對影響人失誤的因素分析出發(fā),提出提高人的可靠性的基本途徑是,合理設(shè)計人—機接口、人—環(huán)境接口、人—人接口,和采用容錯設(shè)計、冗余設(shè)計等的可靠性設(shè)計技術(shù)。并給出了減少人失誤的具體措施。

  關(guān)鍵詞:人的可靠性;人的失誤;改善途徑

  現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)是以計算機為核心的集中控制系統(tǒng)。作業(yè)人員的主要任務(wù)是在控制中心(各類控制室、調(diào)度室及駕駛室等)對系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)視和控制。因而控制中心系統(tǒng)的可靠性就具有特殊的重要性。任何工程系統(tǒng)實際上都是人機系統(tǒng),人機系統(tǒng)的可靠性由機器的可靠性與人的可靠性組成。機器的可靠性已引起了設(shè)計者和使用者的充分重視,并已有了一整套的設(shè)計方法和分析計算方法。人在人機系統(tǒng)中占有主導地位,然而對人的可靠性的研究卻嚴重滯后,并往往被忽視。

  機器的可靠性通常采用可靠度(規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率)、失效率(單位內(nèi)失效的概率)及平均無故障工作時間(MTBF)來表示。對于人的可靠性則可近似地采用失效率的方式來表示,即單位時間內(nèi)人(的)失誤的概率。

  人失誤是指人未能實現(xiàn)規(guī)定的任務(wù)。人失誤可能引起人機系統(tǒng)運行中的時間損失、機器損傷、人員傷亡和任務(wù)失敗。美國三哩島核電站事故是人的失誤和硬件故障相結(jié)合的結(jié)果。對大量系統(tǒng)失效的分析表明,人的失誤占有很大比例。在電子設(shè)備和飛機系統(tǒng)中,由人的失誤引起的失效約為50%~70%。因而對人的失誤因素及防止人失誤措施的研究,已成為當今可靠性研究的重要課題。文中試圖對提高控制中心系統(tǒng)人可靠性的途徑作一分析。?

  1影響人失誤的因素

  造成人失誤的原因很多,概括起來是由于人的機能的不確定性與機器或環(huán)境等因素相作用而產(chǎn)生的,從人機工程角度可歸納為:內(nèi)在因素與外部因素。

  1.1 人失誤的內(nèi)在因素

  由于操作者本身的因素,使之不能與機器系統(tǒng)相協(xié)調(diào)而導致失誤。受人的生理、心理特點的制約,人的能力是有限度的,并往往帶有隨機性。能導致人失誤的內(nèi)在因素有:

  a)生理因素:人體尺度、體力、耐力、視覺、聽覺、運動機能、體質(zhì)、疲勞等;

  b)心理因素:信息傳遞與接受能力、記憶、注意、意志、情緒、覺醒程度、性格、氣質(zhì)、心理壓力、心理疲勞、錯覺等;

  c)個體因素:年齡、文化、訓練程度、經(jīng)驗、技術(shù)能力、應(yīng)變能力、責任心、個性、動機等;

  d)病理因素:各類慢性病、疾病初起、服藥反應(yīng)等。?

  1.2 人失誤的外部因素

  外部因素是指,在系統(tǒng)設(shè)計(人機界面、工作環(huán)境、組織管理等)時,未很好地運用人機工程準則,致使系統(tǒng)設(shè)計本身潛伏著操作者失誤的可能性。從人—機—環(huán)境系統(tǒng)著眼,影響人失誤的外部因素有:

  a)人—機接口:人機功能分配、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和工作站等的設(shè)計,對人生理、心理特點的適應(yīng)性;

  b)人—環(huán)境接口:物理環(huán)境(例如,微氣候環(huán)境、照明環(huán)境、聲環(huán)境、空氣品質(zhì)、振動、粉塵,以及作業(yè)空間等)設(shè)計,對人和作業(yè)的適應(yīng)程度;

  c)人—人接口:指系統(tǒng)的組織管理工作設(shè)計。例如,作業(yè)時間、安排輪班作業(yè)、班組結(jié)構(gòu)、工作流程、群體協(xié)同作業(yè)、操作規(guī)程、安全法規(guī)、技術(shù)培訓、人際關(guān)系、企業(yè)文化、社會環(huán)境等,對人的作業(yè)的影響。

  提高人可靠性的基本途徑是合理設(shè)計人—機接口、人—環(huán)境接口和人—人接口,并采用某些可靠性設(shè)計技術(shù)(例如容錯設(shè)計、冗余設(shè)計),使系統(tǒng)能適應(yīng)人的生理、心理特點,減少人的失誤。?

  2容錯設(shè)計

  容錯是指在出現(xiàn)有限數(shù)目的硬件或軟件故障的情況,系統(tǒng)仍可連續(xù)正確運行的內(nèi)在能力。從理論上講,機器或系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)不易造成人的錯誤,可是人的失誤和認知的局限無法避免,因此有必要進行容錯設(shè)計。容錯(設(shè)計)方法則是根據(jù)人的失誤傾向,設(shè)置各種支持系統(tǒng),以容許或自動糾正這類錯誤的一種設(shè)計方法。

  容錯設(shè)計是以適當方式給使用者提供信息,使他們明了自己所面臨的情況;或提供互鎖、自動控制、操作員支持系統(tǒng)和誤操作防止結(jié)構(gòu)。有時也把冗余設(shè)計歸入容錯設(shè)計之中。

  容錯設(shè)計包括兩個方面,一是為提高機器運行的可靠性而采取的容錯技術(shù),例如,數(shù)據(jù)通信中,采用糾錯編碼技術(shù),以糾正傳輸過程中各種干擾導致的數(shù)據(jù)差錯;二是為減少人的失誤而采取的容錯技術(shù),本文主要介紹后者。?

  2.1 提示和報警

  a)提示系統(tǒng):通過顯示系統(tǒng)提示系統(tǒng)的主要參數(shù)是否接近于臨界狀態(tài)。提示的手段是多種多樣的。例如,通過模擬顯示器顯示系統(tǒng)運行的各種參數(shù)是否接近或處于臨界狀態(tài),通過適當?shù)碾娐吩O(shè)計和軟件設(shè)計,提示操作極限及操作約束條件;通過機械結(jié)構(gòu)設(shè)計,對操作是否到位進行提示,如波段開關(guān)的彈性定位裝置,按鈕到位時的手感或聲音提示等。

  b)報警系統(tǒng):這也是一種提示系統(tǒng),它是為保證系統(tǒng)的安全,對系統(tǒng)各部分的運行狀況進行自動監(jiān)視,并由報警及緊急控制裝置所構(gòu)成的系統(tǒng)。?

  2.2 互鎖

  可保證錯誤的操作對系統(tǒng)不起作用。互鎖根據(jù)其約束條件可分為:

  a)與門互鎖:是指需有二個或二個以上的控制信息同時存在,才可能實現(xiàn)所需的控制;

  b)順序互鎖:是指需按一定順序進行控制才是有效的,違背規(guī)定順序的操作將不起作用。

  互鎖可通過機械設(shè)計、電路設(shè)計和軟件設(shè)計實現(xiàn)。?

  2.3 自動控制和操作員支持系統(tǒng)

  a)自動控制系統(tǒng):在人機功能分配時,應(yīng)考慮自動控制的范圍和水平,尤其是那些要求快速、緩慢或復雜的控制、信息處理任務(wù)和保護人機安全的任務(wù)交給機器去自動執(zhí)行。分配給人的任務(wù)是:必要的手動控制,包括自動控制的后備控制;高級思維處理任務(wù),例如,診斷意外異常的和意外的運行工況和事件的起因,并作出糾正的決定。

  b)操作員支持系統(tǒng):對復雜系統(tǒng)應(yīng)設(shè)立操作員支持系統(tǒng)以支持操作員完成高級思維處理任務(wù)。?

  2.4 誤操作防止結(jié)構(gòu)

  為防止操作中人的失誤,在控制器系統(tǒng)設(shè)計中可采用誤操作防止結(jié)構(gòu),以減少對控制器的誤操作。

  a)適宜的位置:控制器應(yīng)正確定位與定向,使操作員不會無意觸動它們,在任何作業(yè)(包括維護和保潔)過程中不會意外地被觸動;

  b)固定的保護結(jié)構(gòu):控制器可以安裝在凹處、加屏障物、或用實物屏障包圍;

  c)可移動的蓋板或擋板:控制器可以用能移動的屏障物蓋住或擋住,例如,控制蓋、帶鉸鏈的屏障物;

  d)聯(lián)鎖控制器:為控制器提供聯(lián)鎖。例如,雙重操作許可邏輯,順序操作邏輯,使用兩個獨立的按鈕等;

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