“人-机-环-管”系统任务安全性分析与评价研究

“人-机-环-管”系统任务安全性分析与评价研究

吴文君 ,徐吉辉

空军工程大学 装备管理与无人机工程学院

摘要：本文分别从人、机、环境、管理的角度，定性分析了在装备保障过程中影响任务安全性的主要机理及其对整个系统任务安全性的影响，并分别建立了四者的安全性数学模型，最后以这些模型为依据，以实际保障所测数据为基础，对人-机-环境-管理系统工程进行了定量的分析，为装备保障的安全分析、评价和管理工作提供了依据。

关键词：人-机-环境-管理系统；任务安全性分析；安全评价

1 人-机-环境-管理系统任务整体安全性分析与计算

人-机-环境-管理系统工程是一门与装备维护、保障效率、维修管理及工作者身心健康相关的学科，是运用系统科学理论和系统工程方法，以人-机-环境-管理系统为研究对象，正确处理4大要素的关系，深入研究系统最优组合，提出系统任务安全分析与评价的研究方法，从而实现系统的本质安全化，为安全可靠的装备保障过程提供理论支持和管理依据。[1]利用理论计算和实验测试的方式，确定了整个系统的安全度，即包含人、机、环境、管理4个子系统的函数，并作为功能串联整体系统。为整个系统的安全度; 、、、分别为人、机、环境、管理的安全度。通用表达式如下：

                   (1)

2人的安全性分析

2.1人不安全行为产生的机理、原因及分类

从工作者的角度看，人的不安全行为主要是由于人感知环境信息的失误，人大脑处理信息时作出错误的决策，动作器官没能完成指定动作3方面原因引起的。从系统的角度看，主要是由于人的心理、生理、管理决策、社会环境以及人机界面设计不协调等多方面原因所导致。[2]其中人的生理方面的原因主要指人的各种能力的限度，包括人的知觉、感觉、反应速度、体力、生物节律等；人的心理方面的原因主要指人的气质、性格、情绪、意识等；管理决策方面的原因主要指不合理的作业时间，作业计划，操作规程的不合理等；环境的原因包括物理环境和人际环境，即作业场所和人际关系的好坏；人机界面设计方面的原因主要指人机功能分配不当，工程设计上的不合理使人易失误等。

2.2人的安全性数学模型

本文采用人的认知安全性模型作为系统整体任务安全性的计算因子，核心内容是：人认知行为（规则、技能、知识型）的失误概率与时间的关系服从三参数的威布尔分布，如公式（2），为完成该行为的平均时间；为第类（=1,2,3，分别表示技能、规则、知识型）作业人员行为形成因子的量化值，即规范化威布尔分布三参数。

                   （2）

3  机的安全性分析

3.1机的不安全状态产生的机理、原因及分类

机的不安全状态指那些不安全装备设备的状态是造成事故的直接原因。在机的安全性设计中，要计算装备设备的安全性，主要理论依据是干涉理论。干涉理论认为，当应力分布曲线与强度分布曲线重叠时，设备就发生失效；它是把应力和强度都当作随机变量，通过二者的比较来计算的。在现代装备大规模复杂人-机-环境-管理系统中，随着科技的发展与进步，系统软硬件安全性不断提高，运行环境也得到大的改善，由它们引起的事故比例逐渐下降。但机的不安全状态也是导致系统任务安全问题的主要原因，这不仅表现在机的不安全状态，能单独导致事故的发生，而且在大多数情况下，它能导致人的不安全行为的发生。[3]

3.2机安全性数学模型

机的安全性数学模型通用公式为：

                     （3）

考虑到维修保障现场的复杂性，采用机的安全性数学模型通用公式来对其安全性进行定量计算可操作性较差，且计算结果不一定精确。[4]因此，采用模糊综合评判的方法来确定机的安全性。将机的系统完成工作任务的能力分为好、一般、差，这样得到系统的评价集为：。根据各因素子集对的重要程度的不同，给予其一个相应的权重，则各因素子集的权重分配为，，其中。本文取，则所有单因素评判组成评判矩阵：，则关于任务安全性的评判结果为：。

4  环境的安全性分析

4.1 环境影响安全保障的机理及主要影响因素

工作场所的环境对人的保障行为有着非常重要的影响，良好的工作环境有利于安全保障。常见的影响任务安全性的主要环境因素有：自然环境、软硬件建设等。[5]随着科技的发展与进步，工作者的劳动环境得到了较大的改善，由环境因素引起的事故比例逐渐下降，但环境的不安全因素也是导致人-机-环境-管理系统工程的重要原因。

4.3 环境的安全性数学模型

根据现场观测数据的统计分析，可得自然环境、软硬件建设的安全性模型如下。自然环境、软硬件建设对任务安全性的影响系数为，公式为：

                    （4）

                     （5）                      

则环境的安全性数学模型为：。

5  管理的安全性分析

5.1 管理因素影响安全保障的机理

装备维护管理水平对装备的维修保障有着非常重要的影响，健全的管理制度能为系统运行构建比较合理模式，有利于任务安全实施，反之，不合理的管理制度则会导致事故的发生。

[6]常见的影响任务安全性的主要管理制度因素有：法规制度完善度、法规制度执行度、安全监察实施度等，随着科技的发展与进步，系统的维修管理制度得到了较大的改善，有利于整体任务安全性的有效运行。

5.2  管理安全性数学模型

根据对制度完善度、执行度、安全监察的量化监控数据，可得安全性模型如下：

（6）

                       （7）          

                        （8）              

管理的安全性数学模型为：。

6  应用实例

按照某型装备进行的人-机-环境-管理系统任务安全性调研情况，基于现场实测数据，本文采用综合评价的方法对该装备的人-机-环境-管理系统安全状况进行了定量的分析研究。现场所测参数和实际计算结果如表1所示。

表1  某型装备个影响因素的安全性评价

通过表1的计算结果可以求得人、机、环境、管理的安全度分别为。因此，该车间人-机-环境-管理系统的安全度为：。可见，该装备保障在人、机、环境、管理子系统的安全度均低于0.9，尤其是机的系统的安全度较低，从而导致整个系统的安全度偏低，可采取措施提高整个系统的安全度。

7  结论

人-机-环境-管理系统的任务安全性不只取决于工作人员的安全性，还与保障设备、作业地点、管理水平的安全性密切相关。要想提高工作人员的安全性，就必须强化对人的优选、培训和教育。[7]保障设备子系统操作控制和安全保障的有效性，因此，提高维修装备子系统的安全性在于加强设备的检修和维护。工作地点作业环境直接影响到人的作业安全性，必须根据工作地点具体条件，采取切实可行的措施，改善作业环境，加强劳动保护，减少环境对作业人员的不利影响，从而提高人的作业安全性。本文提出的人-机-环境-管理系统任务安全性综合评价方法，较一般普通方法更为全面、系统、科学、合理。

参考文献:

[1]王武宏,张殿业,曹琦.人机系统中人的失误机理辨识的可靠性分析方法[J].系统工程与电子技术,2017(3):76-79.

[2]张炜,李文钊.人-机-环境系统的可靠性设计[J].南华大学学报（理工版）,2012,16(1):78-80.

[3]王遥,高平校,沈祖培,等.人的认知可靠性模型分类及实验研究[J]．核动力工程,2004,25(6):542-545.

[4]朱川曲,王卫军.综采工作面人-机-环境系统可靠性.[J]系统工程理论与实践,2019,19(4):10-114.

[5]付现伟,人-机-环境系统安全评价[D].辽宁工程技术大学.2016,(12):8-55.

[6]杨玉中,吴立云,张强.人-机-环境系统工程在运输安全中的应用[J].工业安全与环保.2015,10(5):12-19.

[7]尹长松,韦哲.人机工程技术的概念、应用及发展[J].医疗装备.医疗装备.2015,10(09):69-79.