賀鵬程

（海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局 重慶 400042）

1 引言

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)愈加復(fù)雜，自動(dòng)化程度日益提高，人對(duì)設(shè)備、機(jī)器的直接控制與接觸有所減少，但越是如此，人員的每個(gè)操作，與機(jī)器、設(shè)備的每次接觸對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響越大，整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性與人是密不可分的。

對(duì)于軍事活動(dòng)，人的高可靠性具有更加重大的意義，軍事活動(dòng)的失敗很可能造成不可估量的后果。實(shí)際上在軍事活動(dòng)中人的可靠性所包含的內(nèi)容是十分廣泛的，一方面是軍事活動(dòng)需要人指揮決策，另一方面軍事裝備需要人操作維護(hù)，在軍事裝備的人—機(jī)交互中，由于戰(zhàn)場(chǎng)的特殊環(huán)境使人的身心狀況產(chǎn)生變化，相對(duì)于平時(shí)訓(xùn)練操作人員發(fā)生誤操作的可能性更大。世界各個(gè)國(guó)家都發(fā)生了很多極其嚴(yán)重的與人錯(cuò)誤或失誤有關(guān)的事故，例如：美國(guó)三哩島堆芯熔化事件（1984），蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站核泄漏事件（1986），美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)飛船爆炸事件（1989）等等［1］，這些事故的發(fā)生均與人的誤操作或者失誤疏忽有著重大的關(guān)系，也就是說(shuō)與人的可靠性有著密切的聯(lián)系。另有資料表明70%～80%事故的發(fā)生都直接或間接與人的錯(cuò)誤操控、管理、決策有關(guān)［2］?？梢?jiàn)提高人的可靠性，減少人的錯(cuò)誤能夠有效減少和避免不安全事件的發(fā)生，特別是對(duì)于軍事活動(dòng)來(lái)說(shuō)，提高人的可靠性就是提高戰(zhàn)斗勝利概率，具有重大意義。

2 人的可靠性分析的起源和發(fā)展

2.1 人的可靠性分析起源

人的可靠性分析HRA（Human Reliability A-nalysis）的研究開(kāi)始于20世紀(jì)50年代［3～5］，是一門(mén)綜合性的邊緣學(xué)科，也是可靠性學(xué)科的重要分支學(xué)科。人的可靠性一般定義為：人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)、規(guī)定條件下，無(wú)差錯(cuò)的完成規(guī)定任務(wù)的概率［2］。人的可靠性至少包括三個(gè)方面的含義：1）人的可靠性水平同樣受到環(huán)境等因素影響，并不是保持不變的；2）不同性質(zhì)的任務(wù)對(duì)應(yīng)的可靠性水平也是不同的；3）相對(duì)裝備的可靠性來(lái)說(shuō)，所謂的規(guī)定條件具有更豐富的內(nèi)涵。

HRA最早是由H.L.williams在1958年提出的，他認(rèn)為在系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)中必須要考慮人的因素［6］。1973年，《美國(guó)電子電氣工程師協(xié)會(huì)可靠性學(xué)報(bào)》（IEEE Transactions on Reliability）把已經(jīng)出現(xiàn)的各種人的可靠性分析方法加以整理，出版了《人的可靠性》專(zhuān)集［7］，雖然其中介紹的方法現(xiàn)在大部分都已不再使用，但它對(duì)于人的可靠性研究的發(fā)展具有重要的意義。

2.2 第一代HRA方法

20世紀(jì)60年代到80年代，產(chǎn)生了第一代HRA方法［8］，這些方法著重研究人的行為理論和失誤分類(lèi)，收集人的可靠性數(shù)據(jù)（現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)），發(fā)展以人員經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)家判斷為基礎(chǔ)的人的失誤概率的統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè)方法，下面簡(jiǎn)單分析部分第一代HRA方法。

1）THERP［9］（Technique for Human Error Rate Prediction人誤率預(yù)測(cè)技術(shù)）

它的核心思想是將人的所有行為事先分解為一系列的由系統(tǒng)功能或規(guī)程所規(guī)定的子動(dòng)作或子步驟，即建立人因事件樹(shù)，并由專(zhuān)家分別給出這些子動(dòng)作的人誤概率值（Human Error Probability，HEP），同時(shí)考慮到使用績(jī)效形成因子（PSF，Performance Shaping Factor）在不確定性范圍內(nèi)進(jìn)行修正?？?jī)效形成因子的概念是1967年由Swain提出的，主要用于描述那些影響人行為的因素。

2）ASEP［10］（Accident Sequence Evaluation Programme事故序列評(píng)價(jià)程序法）

ASEP法是THERP的簡(jiǎn)便算法，是對(duì)事故后THERP分析方法的簡(jiǎn)化，這種簡(jiǎn)化可以大大減少資源的耗費(fèi)，符合工程應(yīng)用。簡(jiǎn)化主要包括三個(gè)方面［14］：不再考慮具體的診斷效應(yīng)；處理一項(xiàng)異常事件的全部可用時(shí)間分為兩個(gè)獨(dú)立部分—診斷允許時(shí)間和診斷后允許時(shí)間；假設(shè)在處理任何具體的事故序列時(shí)只存在一種正確的動(dòng)作序列，這種動(dòng)作序列選自應(yīng)急操作規(guī)程。

3）HCR［11］（Human Cognitive Reliability人的認(rèn)知可靠性預(yù)測(cè)法）

HCR方法有兩個(gè)基本的假設(shè)前提：1）將人的認(rèn)知行為分為基于技能的、基于規(guī)則的和基于知識(shí)的三種類(lèi)型；2）認(rèn)為每種類(lèi)別的人的失誤概率僅與允許時(shí)間和執(zhí)行時(shí)間的比值有關(guān)，在規(guī)定的任務(wù)時(shí)間內(nèi)操作人員沒(méi)有響應(yīng)的概率服從三參數(shù)Weibull分布，其中的參數(shù)取決于認(rèn)知行為的類(lèi)型。

4）SLIM［12］（Success Likelihood Index Method成功似然指數(shù)法）

SLIM法的特點(diǎn)是不需要進(jìn)行操作分析，不需要對(duì)各個(gè)操作失誤概率進(jìn)行確定，并且以權(quán)重分配方法確定行為因子的作用。因?yàn)槿说牟僮魇д`概率有關(guān)數(shù)據(jù)不容易得到，采用這種方法，可使人的可靠性量化計(jì)算較為簡(jiǎn)便易行。

5）OAT［3，13］（Operator Action Tree操作員動(dòng)作樹(shù)模型）

將操作人員行為分為三個(gè)階段：觀察—分析—反應(yīng)，認(rèn)為最應(yīng)該關(guān)注的是分析階段，這一階段的差錯(cuò)最為重要。因此，該方法首先建立任務(wù)的事件樹(shù)，然后分析其中可能存在的分析差錯(cuò)并估計(jì)其概率。

6）PC［15］（Paired Comparisons成對(duì)比較法）

PC法是借用心理物理學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)，它與SLIM有相似之處，以專(zhuān)家判斷來(lái)定量估計(jì)人誤概率，不要求專(zhuān)家們直接作任何頂定量的分析。如有兩項(xiàng)任務(wù)，則要求專(zhuān)家判斷哪項(xiàng)任務(wù)人員最易產(chǎn)生差錯(cuò)。其缺點(diǎn)在于有效性主要依靠專(zhuān)家們的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，主觀性較大。

7）HEART［16］（Human Error Assessment and Reduction Technique人誤評(píng)估及減少技術(shù)）

此方法著重研究對(duì)人因可靠性有負(fù)面影響的因素，即差錯(cuò)誘發(fā)條件，并尋求能夠降低人為差錯(cuò)幾率的措施。但是，目前只能處理獨(dú)立的任務(wù)，尚無(wú)處理連續(xù)性序列任務(wù)的模型。

8） AIPA［3，17］（Accident Investigation and Progression Analysis事故引發(fā)與分析）

它通過(guò)平均響應(yīng)時(shí)間與可用的響應(yīng)時(shí)間來(lái)表征某個(gè)行為的執(zhí)行情況，最終依靠專(zhuān)家打分來(lái)確定行為無(wú)法執(zhí)行的概率，但是它沒(méi)有建立明確的人的行為模型。

9）APJ［18］（Absolute Probability Judgment絕對(duì)概率判斷法）

由具有專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)并熟悉可能發(fā)生的人為錯(cuò)誤的專(zhuān)家直接估計(jì)人誤概率，概率的估計(jì)可以以組進(jìn)行也可以單獨(dú)進(jìn)行然后統(tǒng)計(jì)綜合（例如，可以取所估計(jì)概率的幾何平均數(shù)或算數(shù)平均數(shù)等）。

10）HRMS［19］（Human Reliability Management System人的可靠性管理系統(tǒng)）

具有一系列基于操作的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)及一系列的效績(jī)形成因子問(wèn)題來(lái)確定人誤概率。評(píng)估人員選擇與人誤概率評(píng)估特征最相似的錯(cuò)誤描述符，然后系統(tǒng)運(yùn)算法則根據(jù)評(píng)估人員對(duì)效績(jī)形成因子的回應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)外推得到所需的人誤概率。

11）JHEDI［20］（Justification of Human Error Data information人誤數(shù)據(jù)信息驗(yàn)證法）

由一系列對(duì)基本錯(cuò)誤的描述和基于操作的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)開(kāi)始，利用一系列的效績(jī)形成因子問(wèn)題（由專(zhuān)家或評(píng)估人員給出回答）來(lái)確定人誤概率。

第一代HRA模型大都只注重人行為的最終結(jié)果，而不注重人做出這種最終行為所經(jīng)歷的心理歷程及認(rèn)知過(guò)程，而且沒(méi)有考慮人的任務(wù)環(huán)境（包括自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、管理訓(xùn)練等）這種分析方法忽略了人的主觀能動(dòng)性，忽略了人與系統(tǒng)及其他影響因素的交互作用，僅僅把人作為機(jī)器處理，因此其缺點(diǎn)是很明顯的，主要有：

1）絕大部分第一代HRA模型都認(rèn)為人的可靠性和其它硬件可靠性沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，也就是說(shuō)忽略了人的主觀能動(dòng)性和人的心理認(rèn)知過(guò)程。對(duì)人的可靠性分析來(lái)說(shuō)，這個(gè)缺點(diǎn)明顯是“致命”的。

2）大部分模型對(duì)人的最終行為都利用簡(jiǎn)單的二值來(lái)說(shuō)明，即把人的行為僅僅區(qū)分為“正確”和“錯(cuò)誤”兩種。實(shí)際上在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中人的反應(yīng)與行為遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能簡(jiǎn)單的用“正確”和“錯(cuò)誤”來(lái)說(shuō)明。

3）缺少真實(shí)數(shù)據(jù)，過(guò)分依賴專(zhuān)家的判斷。真實(shí)數(shù)據(jù)的缺乏是個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題，由于缺乏真實(shí)數(shù)據(jù)，所以只能依靠專(zhuān)家判斷或其它彌補(bǔ)性質(zhì)的模型。

4）幾乎所有方法研究對(duì)象都是單個(gè)人，沒(méi)有考慮人與人之間的影響及多人可靠性問(wèn)題。

5）大部分模型的正確性和合理性難以驗(yàn)證。

2.3 第二代HRA方法

為了克服第一代HRA方法的種種不足，20世紀(jì)90年代后期在歐美興起第二代HRA模型的研究［8］。在第二代模型中，對(duì)人的可靠性分析不再單純的當(dāng)作硬件可靠性的分析，人們逐漸認(rèn)識(shí)到人—機(jī)系統(tǒng)的交互作用以及人的心理狀態(tài)、對(duì)事物的認(rèn)知等主觀因素對(duì)人的失誤的影響，都認(rèn)為任務(wù)所處的環(huán)境條件才是人為差錯(cuò)的決定因素，因此這些模型大都建立了認(rèn)知模型，著重考慮可能導(dǎo)致人為差錯(cuò)的環(huán)境條件因素，并分析可能導(dǎo)致的差錯(cuò)。

1）ATHEANA（A Technique for Human E-vent Analysis人誤分析技術(shù)）

ATHEANA法認(rèn)為絕大部分的人為差錯(cuò)事件都是由系統(tǒng)自身?xiàng)l件和績(jī)效形成因子相結(jié)合共同影響造成的，統(tǒng)稱為差錯(cuò)誘發(fā)環(huán)境。差錯(cuò)誘發(fā)環(huán)境可能導(dǎo)致非安全動(dòng)作，非安全動(dòng)作最終將導(dǎo)致人為差錯(cuò)事件。因此，方法的重點(diǎn)在于辨識(shí)出那些差錯(cuò)誘發(fā)環(huán)境及其可能誘發(fā)的非安全動(dòng)作。為此，ATHEANA方法將認(rèn)知過(guò)程分為由監(jiān)測(cè)—環(huán)境感知—計(jì)劃—實(shí)現(xiàn)四個(gè)階段構(gòu)成的回路，任一階段出現(xiàn)差錯(cuò)，都可能導(dǎo)致非安全動(dòng)作。

2）CREAM（Cognitive Reliability and Error Analysis Method即認(rèn)知可靠性和人誤分析法）

此法對(duì)HRA定性分析作了深刻的變革，由失誤模型多樣化得到認(rèn)知失誤處理的新方法，引進(jìn)復(fù)合狀態(tài)信息處理模型改進(jìn)了操作員動(dòng)作模型。CREAM的核心思想是強(qiáng)調(diào)人的績(jī)效輸出不是孤立的隨機(jī)行為，而是依賴于人完成任務(wù)時(shí)所處的情景環(huán)境，它通過(guò)影響人的認(rèn)知控制模式和其在不同認(rèn)知活動(dòng)中的效應(yīng)，最終決定人的響應(yīng)行為。CREAM方法將這些影響因素歸納成九大因素，統(tǒng)稱為共同績(jī)效條件（CPC），每個(gè)因素稱為一個(gè)CPC因子，每個(gè)CPC因子有幾個(gè)水平等級(jí)，會(huì)對(duì)人的績(jī)效產(chǎn)生三種不同水平的影響：改進(jìn)、降低和不顯著。

相對(duì)第一代HRA方法，第二代HRA方法已經(jīng)不是單純地將人的可靠性當(dāng)做硬件可靠性來(lái)分析，它們更加注重人的行為動(dòng)作過(guò)程中的主觀心理認(rèn)知過(guò)程以及客觀影響因素，對(duì)人行為動(dòng)作的結(jié)果更加細(xì)化，不再僅僅是成敗的二值判斷。這些都是第二代HRA方法的進(jìn)步之處，但是除了這些問(wèn)題，它們?nèi)源嬖谂c第一代HRA方法相同的弊端，包括數(shù)據(jù)的缺乏、模型難以驗(yàn)證等。

3 軍事活動(dòng)中人的可靠性

隨著可靠性技術(shù)的不斷發(fā)展，可以將一些新興的可靠性分析方法逐步試用于人的可靠性分析，鑒于軍事活動(dòng)的重要性，提出下面兩種適用于軍事活動(dòng)中的人的可靠性分析方法，并加以簡(jiǎn)單分析，一種是基于粗糙集的人的可靠性評(píng)估方法，一種是基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的人的可靠性評(píng)估方法。

3.1 基于粗糙集的人的可靠性評(píng)估方法

粗糙集理論是用于處理不完整、不確定知識(shí)和數(shù)據(jù)的有效方法［24］。粗糙集理論的出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)目前已有的對(duì)給定問(wèn)題的知識(shí)將問(wèn)題的論域劃分，然后對(duì)劃分后的每一個(gè)組成部分確定其對(duì)某一概念的支持程度［25］?；诖植诩娜说目煽啃栽u(píng)估方法實(shí)際上是一種對(duì)人的可靠性等級(jí)進(jìn)行評(píng)估的方法，由于人的可靠性除了受環(huán)境等與裝備相同因素的影響，更多的還與心理因素、精神因素、日常學(xué)習(xí)訓(xùn)練等難以量化的諸多因素有關(guān)，因此，評(píng)估人的可靠性時(shí)，過(guò)分注重對(duì)可靠度的精確計(jì)算是不甚合理和科學(xué)的。

在軍事活動(dòng)中，影響人的可靠性的因素主要有：人自身因素、環(huán)境因素、管理制度因素及裝備因素等。每一類(lèi)因素又可以具體細(xì)化，例如：人自身因素可以分為生理因素、心理因素、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)水平、訓(xùn)練因素等；環(huán)境因素可以分為溫度、核化、爆炸、煙霧等；管理制度因素可以分為紀(jì)律不嚴(yán)、計(jì)劃不周、上級(jí)決策不當(dāng)?shù)?；裝備因素可以分為裝備故障、設(shè)計(jì)缺陷、功能缺陷等。

針對(duì)軍事活動(dòng)中的人的可靠性，可以根據(jù)以上分析的幾個(gè)方面的因素，分析確立軍事活動(dòng)中的人的可靠性評(píng)估指標(biāo)體系，并研究建立評(píng)估模型。采用粗糙集理論中知識(shí)的核理論以及信息熵、屬性重要度的概念，通過(guò)各專(zhuān)家評(píng)估各因素的重要等級(jí)，并結(jié)合已建立的評(píng)估模型，最終的得到軍事活動(dòng)中人的可靠性水平。

3.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的人的可靠性評(píng)估方法

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（Bayesian networks，BN），又稱貝葉斯信度網(wǎng)絡(luò)（Bayesian belief networks，BBN）［27］是用來(lái)表示變量間連接概率的圖形模式，它提供了一種自然的表示因果信息的方法，是由節(jié)點(diǎn)、有向弧線和條件概率分布組成的有向非循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，是貝葉斯概率方法和有向無(wú)環(huán)圖的有機(jī)結(jié)合。它用概率測(cè)度的權(quán)重描述數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，從而解決了數(shù)據(jù)的不一致性，甚至互相獨(dú)立的問(wèn)題；用圖形的方法描述數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，語(yǔ)義清晰，易于理解［29］。

圖1 某軍事活動(dòng)中人的可靠性的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的人的可靠性評(píng)估方法同樣建立在分析人的可靠性影響因素的基礎(chǔ)上，例如評(píng)估某軍事活動(dòng)中人的可靠性的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。此貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是3層網(wǎng)絡(luò)，利用專(zhuān)家評(píng)估法對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點(diǎn)V4、V6、…、V10、V12做出估計(jì)值，根節(jié)點(diǎn)V11可以通過(guò)實(shí)際計(jì)算得到而非估值。假設(shè)理想條件下人的可靠度p（V1）為1，軍事活動(dòng)中人的可靠度為R，根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論人的可靠度為：

將得到的估值及計(jì)算值代入上式即可得出人的可靠度。

圖2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人的可靠性分析模型

除上述兩種模型外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊綜合評(píng)判也不失為對(duì)人的可靠性評(píng)估的方法。這些方法實(shí)際也存在部分與第一、二代HRA模型共同的缺陷，若要進(jìn)一步完善HRA模型，可以從不同模型的綜合融合方面研究，因?yàn)椴煌姆治龇椒赡軙?huì)側(cè)重研究問(wèn)題的不同方面，將不同模型融合可以更加充分地反映人的可靠性的特點(diǎn)。例如利用CREAM模型可以確定得到修正后的人的認(rèn)知失效概率CFP（Cognitive Failure Probability），之后就可以結(jié)合利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者其它融合模型來(lái)分析人的可靠性，再如一種融合ATHEANA法、CREAM法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估模型如圖2所示。這樣既可以在一定程度上考慮人的主客觀因素對(duì)可靠性的影響，又發(fā)揮了新興分析模型的優(yōu)點(diǎn)。

4 人的可靠性分析發(fā)展存在的問(wèn)題

人的可靠性分析作為一門(mén)復(fù)雜的頗具挑戰(zhàn)性的面向21世紀(jì)的新學(xué)科，已得到了充分發(fā)展。盡管在人的可靠性研究領(lǐng)域已經(jīng)有了50多年的發(fā)展，但對(duì)比機(jī)械、電子設(shè)備的可靠性分析仍然困難得多，而且分析結(jié)果的可信度不高，也無(wú)法驗(yàn)證。這些問(wèn)題主要是由于人本身所具有的特性造成的，并且人的生理因素、心理因素會(huì)受到社會(huì)因素、環(huán)境因素等的影響，以及人與系統(tǒng)和周?chē)h(huán)境的相關(guān)性、與其他人的合作性等，這些關(guān)系既涉及主觀因素又涉及客觀因素，關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，導(dǎo)致人的行為在某種程度上具有很大的不確定性，因此難以做到定量化描述，也使得人的行為過(guò)程、心理過(guò)程無(wú)法完全復(fù)現(xiàn)。對(duì)人的可靠性的研究，一方面不能單純的將人當(dāng)做機(jī)器對(duì)待，用那些描述元件和系統(tǒng)的硬件可靠性模型進(jìn)行分析，另一方面要避免過(guò)分局限于對(duì)人的心理過(guò)程及生理變化的研究，避免出現(xiàn)將工程管理問(wèn)題做成心理研究。

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