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，合理設計人—機接口、人—環(huán)境接口、人—人接口，和采用容錯設計、冗余設計等的可靠性設計技術。并給出了減少人失誤的具體措施。

　　關鍵詞：人的可靠性；人的失誤；改善途徑

　　現代生產過程自動化系統(tǒng)是以計算機為核心的集中控制系統(tǒng)。作業(yè)人員的主要任務是在控制中心（各類控制室、調度室及駕駛室等）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計者和使用者的充分重視，并已有了一整套的設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)定時間內完成規(guī)定功能的概率）、失效率（單位內失效的概率）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，即單位時間內人（的）失誤的概率。

　　人失誤是指人未能實現規(guī)定的任務。人失誤可能引起人機系統(tǒng)運行中的時間損失、機器損傷、人員傷亡和任務失敗。美國三哩島核電站事故是人的失誤和硬件故障相結合的結果。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生的，從人機工程角度可歸納為：內在因素與外部因素。

　　1.1 人失誤的內在因素

　　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、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、心理壓力、心理疲勞、錯覺等；

　　c）個體因素：年齡、文化、訓練程度、經驗、技術能力、應變能力、責任心、個性、動機等；

　　d)病理因素：各類慢性病、疾病初起、服藥反應等。?

　　1.2 人失誤的外部因素

　　外部因素是指，在系統(tǒng)設計（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)和工作站等的設計，對人生理、心理特點的適應性；

　　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、振動、粉塵，以及作業(yè)空間等）設計，對人和作業(yè)的適應程度；

　　c)人—人接口：指系統(tǒng)的組織管理工作設計。例如，作業(yè)時間、安排輪班作業(yè)、班組結構、工作流程、群體協(xié)同作業(yè)、操作規(guī)程、安全法規(guī)、技術培訓、人際關系、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計技術（例如容錯設計、冗余設計），使系統(tǒng)能適應人的生理、心理特點，減少人的失誤。?

　　2容錯設計

　　容錯是指在出現有限數目的硬件或軟件故障的情況，系統(tǒng)仍可連續(xù)正確運行的內在能力。從理論上講，機器或系統(tǒng)的設計應不易造成人的錯誤，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計。容錯（設計）方法則是根據人的失誤傾向，設置各種支持系統(tǒng)，以容許或自動糾正這類錯誤的一種設計方法。

　　容錯設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)和誤操作防止結構。有時也把冗余設計歸入容錯設計之中。

　　容錯設計包括兩個方面，一是為提高機器運行的可靠性而采取的容錯技術，例如，數據通信中，采用糾錯編碼技術，以糾正傳輸過程中各種干擾導致的數據差錯；二是為減少人的失誤而采取的容錯技術，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)運行的各種參數是否接近或處于臨界狀態(tài)，通過適當的電路設計和軟件設計，提示操作極限及操作約束條件；通過機械結構設計，對操作是否到位進行提示，如波段開關的彈性定位裝置，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�；ユi根據其約束條件可分為：

　　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。

　　互鎖可通過機械設計、電路設計和軟件設計實現。?

　　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、信息處理任務和保護人機安全的任務交給機器去自動執(zhí)行。分配給人的任務是：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，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)應設立操作員支持系統(tǒng)以支持操作員完成高級思維處理任務。?

　　2.4 誤操作防止結構

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

　　a)適宜的位置：控制器應正確定位與定向，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)固定的保護結構：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；

　　e)將控制器裝上鎖定裝置，先解鎖才能操作控制器；

　　f)驅動的優(yōu)先性：安全系統(tǒng)動作信號必須優(yōu)先于手動控制信號。例外情況應明確規(guī)定。?

　　3冗余設計

　　冗余是指為改善運行可靠性而引入重復或代替的系統(tǒng)元素，以確保該特定元素失效時，系統(tǒng)能繼續(xù)運行。冗余系統(tǒng)也常稱備份系統(tǒng)，當串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性設計不能滿足預定要求時，可采用備份元素和備份系統(tǒng)的方法提高可靠性水平。

　　一般的冗余設計主要是指為提高機器運行可靠性而采取的冗余技術，這里主要是介紹為提高人監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性而采取的冗余技術。冗余設計中，哪些方面需采用冗余，哪些方面不需要冗余，以及冗余的量和規(guī)模等視具體設計對象的功能而定。下面提供一些可供參考的方面和方法。?

　　3.1 顯示控制系統(tǒng)的冗余配置

　　a)凡是關鍵信息，應當顯示足夠的冗余信息，以便操作員能夠對所顯示的信息進行驗證。

　　b)共享視覺顯示裝置的設置：共享視覺顯示裝置是指多個工作人員共同使用的視覺顯示器。其顯示內容是比較重要的，通過多人共同監(jiān)視而實現冗余。這類共享顯示有各類模擬屏和靜態(tài)圖屏、閉路電視監(jiān)視器、投影屏、各類幾人共享的屏幕顯示器等。在現代的以計算機為中心的監(jiān)控系統(tǒng)中，除了有共享顯示屏外，還給每個操作員配置普通顯示器，以便有效地進行監(jiān)視，構成另一個層次的冗余。

　　c)控制器的冗余設置：主要包括，對自動控制的主要功能設置后備的手動控制；除了在控制室可實行集中控制外，在各設備上及就地工作站設有就地控制裝置。?

　　3.2 報警及主要事件處理的冗余設置

　　a)報警的冗余設置：除了在控制室設有報警顯示外，在相關的設備處（或附近）、在休息室、辦公室、會議室等處，均可對同一報警內容設冗余報警（視報警內容的重要程度及相關程度而定）。另外安全標志的冗余設置是非常必要的。

　　b)險情信號的聲光組合使用：光信號由視覺接受，信息表達方式多樣，可接受量大，而得到普遍應用；聲信號反應時間短、方向性不強，易于引起“無意注意”，并不受照明條件及可見度的限制，成為險情信號中不可缺少的組成部分。在多數情況下是二者并用。

　　c)主要事件處理的冗余設置：對主要事件除各相關操作員處有顯示外，應在值長工作站上設置垂直顯示面，用來顯示有關圖表或程序。如主要事件處理設施不在值長工作站區(qū)域內時，則應另行單獨設置。與此同時，還應考慮增加額外人員所需的空間。?

　　3.3 工作組織及場地設置上的冗余

　　a)值長崗位的設置：雖然值長的主要職責有監(jiān)視系統(tǒng)運行或監(jiān)視操作員之分，但一般是二者兼而有之，也就是說對操作員的監(jiān)控作業(yè)而言，值長處的監(jiān)控是一種冗余設置。

　　b)輔助工作站的設置：為適應負荷高峰時處理超負荷任務的需要，可考慮設立輔助工作站，這工作站亦可供輔助操作員之用。

　　c)提供備份場地：應為臨時工作人員（現場操作員、維修人員）提供適當的工作臺面、座位，臨時放置有關資料、衣物和安全帽之處，并為交接班人員考慮提供足夠的活動場地。

　　d)今后的擴展：控制室的設計，應考慮今后擴建的可能。通常，根據實踐，在設計壽命為10～20年的情況下，可留有25%（可用空間）的額外空間作為擴展用。?

　　4人機接口的可靠性設計

　　人機接口是操作者與“機器”系統(tǒng)之間的實體界面。從人的可靠性出發(fā)，就是“機器”的顯示控制系統(tǒng)設計應符合人的生理、心理特點，以減少人的失誤。?

　　4.1 顯示控制系統(tǒng)設計的基本要求

　　顯示控制系統(tǒng)設計的基本要求是準確地認讀和操縱，形成最佳的人機交流系統(tǒng)。?

　　4.1.1顯示器設計的基本原則

　　視覺顯示信號應易于感知，它必須滿足以下三個基本要求：

　　a)能見性：顯示的目標易被覺察；

　　b)清晰性：顯示目標不易被混淆；

　　c)可懂性：顯示目標意義明確，易被迅速理解。?

　　4.1.2控制器設計的基本原則

　　控制器設計，應充分滿足操作者在生產中能安全、準確、迅速、舒適地連續(xù)操作，為此需考慮：

　　a)控制器的結構與尺寸：應按人手的尺寸和操作方式確定形狀和尺寸，其形狀應盡量使手腕保持自然形態(tài)，以免產生疲勞；抓握部位不宜太光滑，也不宜太粗糙，既易抓穩(wěn)，又不易疲勞；

　　b)操作反饋和操縱阻力：操作控制器時，應使操作者獲得關于操作結果的信息，提高操作的準確性。反饋信息可通過設置的顯示器，或到位時發(fā)出的卡嗒聲，或阻力的變化來獲得；操縱阻力也是一種反饋信息，可改善操作的準確度和速度，并可降低控制器對振動和過載力的敏感性，防止因無意觸及而引起的偶發(fā)啟動。?

　　4.1.3遵循公認慣例

　　在人機接口設計中，遵循公認的慣例是非常重要的。它包括控制器的動作方向，顯示器指針和等效物的位移方向；各種顏色的意義。控制器的習慣響應實例，如圖1所示：?

　　4.1.4顯示器、控制器的布置

 

　　a)顯示器、控制器的空間布置：視覺顯示器和控制器應根據其重要性和使用頻次，依次優(yōu)先布置在良好視區(qū)和有效視區(qū)內；控制器應設置在人肢體功能可及范圍之內。

　　b)顯示器與控制器之間的協(xié)調性：通常顯示器與控制器是聯(lián)合使用的，二者在布局與組合上的協(xié)調，可減少人的信息加工和操作的復雜性，反應時間縮短，操作速度提高，操作者的培訓時間縮短，顯示器與控制器的協(xié)調性主要考慮下述因素：邏輯位置協(xié)調性，運動方向協(xié)調性，位移量的協(xié)調性和信息的協(xié)調性。?

　　4.2 編碼與編組技術

　　為使顯示控制系統(tǒng)中眾多的顯示器和控制器易于辨別，避免由于混淆而造成誤讀、誤判、誤操作，提高工作效率，應以適當的刺激為代碼，對不同的顯示信號和控制器進行編碼，以示區(qū)別。下面給出的是各個單維的刺激編碼，在實際應用中常采用多維（復合）編碼，以提高眾多信息的可分辨性。例如在控制器編碼中，除用觸覺編碼外，還可附加文字標記或顏色編碼等的視覺編碼。?

　　4.2.1視覺編碼

　　以視覺刺激要素為特征的編碼方式有：字符編碼；顏色編碼：閃光編碼；亮度編碼；（幾何）形狀編碼；位置編碼；面積編碼；線長編碼，傾斜度編碼等。?

　　4.2.2聽覺編碼

　　用不同的聽覺刺激來表達不同的涵義。常用聽覺編碼要素有：音質編碼；音頻編碼；聲脈沖編碼；聲音強度編碼；聲源方向編碼。

　　4.2.3觸覺編碼

　　對控制器的觸覺編碼主要有：形狀編碼；質地編碼；位置編碼；大�。ǔ叽纾┚幋a；操作方式編碼（屬運動覺）等。?

　　4.2.4顯示器與控制器的編組技術

　　在屏和面板布局設計中，對顯示器和控制器按一定邏輯關系編組，有利于減少失誤和提高工作效率。編組應反映完成系統(tǒng)目標的需要，并與使用者思維方式的規(guī)律一致�？煞謩e對顯示器或控制器編組，也可將相關顯示器與控制器同編于一組。

　　編組技術主要有：按功能或相互關系編組；按使用的順序編組；按使用的頻次編組；按優(yōu)先性（即重要性）編組；模擬圖式的編組。?

　　4.3 報警及緊急控制系統(tǒng)設計

　　報警系統(tǒng)是“機器”可靠性設計的組成部分，同時它也是人可靠性設計的組成部分，通過報警系統(tǒng)的提示，可減少人的失誤。?

　　4.3.1報警信號的分類

　　根據險情對人影響的緊急程度和可能性，報警信號一般可分為三類：

　　a)預警信號；標志有險情的可能性或先兆，或表示機器某部分已處于超常狀態(tài)，需注意或進行調整；

　　b)告警信號：標志險情即將或開始發(fā)生，對機器必須立即采取干預措施；

　　c)警報（緊急撤離）信號：標志險情已開始出現，工作人員應立即撤離現場。?

　　4.3.2報警系統(tǒng)設計要點

　　報警系統(tǒng)應易于感知。報警燈的亮度應高于一般信號燈、預警信號是黃色、告警信號是紅色，告警與警報信號應采用閃光信號；險情聽覺信號的聲級應大于65dB，且超過環(huán)境噪聲15dB以上，信號的脈沖重復頻率及脈沖寬度應與環(huán)境噪聲不同。?

　　4.4 妥善處理人機界面的心理負荷

　　4.4.1心理超負荷與負荷不足

　　人機界面的工作負荷設計應合理，超越了操作者的生理和/或心理機能的上限或下限，會形成超負荷和/或負荷不足。在控制中心一般不會有強的體力負荷，生理的負荷常表現為心理的負荷。心理負荷包括信號加工負荷與情緒兩個方面。當人機系統(tǒng)中呈現的信息量較大時，操作者往往難以同時完成對全部信息的感知和加工，而出現感知信息的遺漏或感知錯誤，導致控制或決策失誤，這種現象稱為“心理超負荷”；相反，當信息呈現較少時，如在雷達監(jiān)視中，操作者由于久久得不到目標信息的強化而處于一種單調枯燥、注意力容易分散的狀況，表現出反應時間延長、反應敏感性較差，當真目標出現時，很可能發(fā)生漏報，這種現象稱為“心理低負荷”（負荷不足）。只有讓操作者處于中等心理負荷強度、才能取得較佳的結果。心理超負荷或心理負荷不足均會形成心理疲勞。

　　心理疲勞是指人肌肉工作強度不大，但由于神經系統(tǒng)緊張程度過高或長時間從事單調、厭煩的工作而引起的疲勞。它表現為，感覺體力不支、注意不集中、思維遲緩、情緒低落，并往往伴有工作效率降低，錯誤率上升等現象產生。?

　　4.4.2防止心理疲勞措施

　　a)合理分配監(jiān)控信息量，使每個操作者處理的信息量不太多（免超負荷），也不太少（免負荷不足）；

　　b)信息形式與內容變換：如適時自動更換顯示屏上的畫面；

　　c)工作內容變換：如監(jiān)視作業(yè)中，將監(jiān)視顯示器、記錄、巡視等結合起來；

　　d)提供相鄰操作者之間適當的接觸交流的條件，減輕單調感或避免誘發(fā)精神疲勞；

　　e)合理安排休息時間（工間暫歇、工間休息）；

　　f)改善工作環(huán)境：科學地安排環(huán)境色彩、環(huán)境裝飾和作業(yè)場所布局，適當播放音樂（樂曲而非演唱）對操作具有類似于“興奮劑”的作用。?

　　5人—環(huán)境接口的可靠性設計

　　環(huán)境因素對操作者的影響主要表現在三個方面：安全、效率、舒適。舒適是追求的目標。某些不良的環(huán)境因素雖不致影響人的安全和健康，但產生的生理、心理反應可影響人的工作可靠性。例如，溫度過高可使人產生不適感，易引起焦慮、煩燥、激動、動作不協(xié)調、自持力下降、精神松弛、注意力分散，從而易于產生失誤；照度不足易引起視覺疲勞，影響對信號的感知的大腦思維的敏捷性，易于誤判斷和誤操作；噪聲可使人煩燥、易怒、多疑、乏力、多慮、壓抑感、分散人的注意力，使人的行為處于不安全狀態(tài)；雜亂和不潔凈的工作場地，狹小、擁擠的工作空間，使作業(yè)者產生壓抑、煩燥、緊張和混亂感，易于產生差錯等等。

　　對視屏作業(yè)而言，尤其需防止眩光。由光源直射或反射而來的刺眼或耀眼的強烈光線，會使視覺功能降低，產生不適感，形成視覺疲勞，并使觀察對象模糊不清。眩光使人煩惱、精神渙散、注意力不集中。作用于屏面的反射眩光還直接影響操作者對信息的讀取。應采取防眩光措施，例如，在照明和布局設計中需注意窗戶的位置，合理布置光源并采取必要的遮光措施；對顯示器屏面進行防眩光處理（例如，漫射表面，防反射涂層，使用絲網、或濾光屏）等。?

　　6人—人接口的可靠性設計

　　提高人的可靠性的途徑，除了上述的技術性措施外，另一個重要方面，就是從組織管理上采取措施，形成一個協(xié)調的人—人界面，使人處于一種良好心理狀態(tài)之中，這是減少人失誤的一種積極措施。?

　　6.1 操作規(guī)程設計

　　操作規(guī)程是規(guī)定為完成功能目標所需操作任務的一組文件。操作規(guī)程設計的合理性將直接影響操作者的工作效率和作業(yè)的可靠性。操作規(guī)程應與人機接口和預期的系統(tǒng)響應的要求相一致。操作規(guī)程的內容必須包括控制系統(tǒng)所執(zhí)行的全部預期任務（包括對重大事件的處理措施）和功能。操作規(guī)程中規(guī)定的對工作人員所承擔的功能目標的數目和工作負荷要求應不超過其能力限度；群體協(xié)同作業(yè)應協(xié)調；還應為人的本能差異留有足夠的裕度（例如時間限制），并且考慮由于疲勞和警覺性下降等因素。?

　　6.2 人員選擇與培訓

　　每個人有不同的個體心理特征，它主要包括性格、氣質和能力，例如，有的人心理素質強，有的人弱；有的人處理緊急情況能力強，而有些則是“易出事故的人”，關系到安全和要求有高度責任心的職業(yè)，應進行心理測試和選拔。

　　為使工作人員獲得工作所必需的技能和知識應制定培訓大綱。培訓大綱應與操作規(guī)程和人機接口的要求相一致，應為操作員提供系統(tǒng)安全與可靠運行所需的技能與知識，包括處理非預期事件。培訓不足或不當，以及經驗不足等因素而導致的技術水平不高，是造成判斷與操作失誤的原因之一。?

　　6.3 管理因素造成工作者失誤

　　計劃不周、決策錯誤、監(jiān)督檢查要求不當、信息傳達錯誤、勞動組織不嚴密等，管理上的漏洞極易導致作業(yè)中人的失誤。

　　工作組織（人與人之間的關系和相互作用）和組織結構（職責、權限及相互關系）不明確、不嚴密等組織方面的情況，是造成人失誤的潛在因素。例如，班組組織與人員配備，輪班作業(yè)和值班持續(xù)時間的安排，對工作程序和交接班的監(jiān)督等，對群體協(xié)同作業(yè)的協(xié)調性影響甚大。?

　　6.4 群體凝聚力與人的可靠性

　　企業(yè)的群體凝聚力是企業(yè)對員工所產生的吸引力，其強弱程度取決于，個人需求（物質的和精神的）的滿足和個體對群體的認同程度。認同是一種心理狀態(tài)，常支配著一個人的動機、態(tài)度和行為。當個體對所處的群體及人際關系感到滿足時，就會產生對群體的強烈的“歸屬認同”，就會對這個群體忠誠、為群體出力，自覺地遵守群體的規(guī)范；當個體對在群體中擔任的角色表示滿意時，就會產生“角色認同”，認為這類角色符合自己的愿望、有前途，于是能發(fā)揮人的主動性、積極性和創(chuàng)造性，使個人的潛力和能力得到最大的釋放；如果一個群體中干群關系良好，彼此能互相關心、互相幫助、互相愛護，使個人與他人的喜努哀樂和行為發(fā)生共鳴，則形成群體中的“移情認同”，促使大家把力量凝聚在一點上。有了上述的認同，就會有工作的高品質、高可靠性。而欲取得實效，則需有正確的企業(yè)理念，建立合理的規(guī)章制度和獎懲制度，并伴以深入細微的思想工作。

　　總之，人的可靠性是人機系統(tǒng)可靠性的重要組成部分，必須引起系統(tǒng)的設計者、管理者和使用者的充分重視，并從技術上和組織管理上采取措施，以減少人的失誤，提高系統(tǒng)運行的可靠性。??

　　參考文獻

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