人机系统的安全可靠性

三、人机系统的安全可靠性

人机系统的安全可靠性既取决于机器设备本身的可靠性，又取决于操作者的可靠性。而机器或人在工作时都会出现预想不到的故障或差错，于是可能引起设备或人身事故，影响人机系统的安全性，这是不可能完全避免的。可见人机系统的安全性与机器和人的可靠性密切相关。为了保证人机系统的安全可靠性，必须提高机器和人的可靠性。机器的可靠性不仅是评价其性能好坏的质量指标，也是衡量人机系统安全性的重要依据，为人机系统安全提供了必要的物质条件；而人的可靠性也直接影响人机系统的安全性，而且往往起主导作用。影响人的可靠性因素很多，如人的生理心理因素、环境条件、家庭及社会等因素，而且这些因素是变化的。总之，人机系统是由人、机（含环境）等子系统组成，它的可靠性取决于组成的各子系统的可靠性。

1．可靠性的定义及其度量

（1）可靠性的定义

可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。在可靠性定义中需要阐明以下要点：

①规定时间，人机系统中，由于目的和功能不同，对系统正常工作时间的要求也就不同，若没有时间要求，就无法对系统在要求正常工作时间内能否正常工作做出合理判断，因此时间是可靠性指标的核心。

②规定的条件，人机系统所处条件包括使用条件、维护条件、环境条件和操作条件。系统能否正常工作与上述各种条件密切相关。条件的改变，会直接改变系统的寿命，有时相差几倍甚至几十倍。

③规定功能，人机系统的规定功能常用各种性能指标来描述，人机系统在规定时间、规定条件下各项指标都能达到，则称系统完成了规定功能，否则称为“故障”或“失效”。因此对失效的判据是重要的，否则无据可依，使可靠性的判断失去依据。

④能力，在可靠性定义中的“能力”具有统计意义，如“平均无故障时间”长，可靠性就越高。由于人机系统相当广泛，且各有不同，因此，度量系统可靠性“能力”的指标也很多，如“可靠度”、“平均寿命”等。

（2）可靠性度量指标

把仪器组合成系统时，系统全体的可靠性是由每个仪器的可靠性来确定的。计算不同情况相应的概率，例如备有主要仪器的备用仪器，使之并排工作的情况和两个仪器协同组成一个系统，两个中任何一个有故障就使系统停止工作的情况等，可求出全体的可靠度。

如图8-12（a）所示的两个仪器串联起来工作，任何一方发生故障则成为系统全体的故障，当各个仪器的可靠度分别为r_a和r_b时，系统的可靠度r则如式（8-1）所示：

r＝r_ar_b　　　　　（8-1）

再如有备用仪器的情况，如图8-12（b）所示，一个仪器出故障时可以用另一个来代替，所以只有双方都出故障才能成为系统的故障。这时系统的可靠度r如式（8-2）所示，可见有备用仪器时，则可靠度可提高。

r＝1-（1-r_a）（1-r_b）　　　　　（8-2）

把图8-12（a）更加复杂化，如有n个仪器串联工作，其中之一有故障则可认为系统全体有故障，设一个仪器的可靠度为0．96时，30个仪器的可靠度为0．29，可见，系统的可靠度随着n的增加而急剧下降，如表8-7所示。

图8-12　测试仪器可靠度方法

表8-7　系统的可靠度变化表

2．人与医疗系统的关系

一般来说，随系统复杂程度的增加，保持系统高的可靠度则越困难。系统的复杂程度和可靠度一般成反比例关系，这一点应引起注意。盲目地追求高性能，设计制造出和现代技术不一致的复杂系统，使得这个系统的故障增多，反而使医疗可靠度下降。

医疗中所组成的复杂系统，不只是仪器。为了完成医疗工作，医疗工作者和仪器应协同起来，共同组成一个系统。从这种意义上讲，人也是构成系统的要素。认为人是系统的构成要素时，人的判断和工作的可靠度也是值得研究的问题。人失误的概率是不可以被忽视的，“绝对不许出错”这样单纯的命令是行不通的。重要的是了解可能有哪些失误，并把它们反映在系统的设计中，从设计中下手，减少错误。

人的误操作概率受训练、疲劳、积极性等各种因素的影响。当然这些是研究的重要内容，但另一方面，仪器的研究也是重要的。对难于操作的仪器和容易引起判断错误的仪器来说，不能单纯责备操作有误的人。研究这样一系列问题的知识属于人机工程学。

由于医疗中仪器的作用是各式各样的，规定统一的可靠度是困难的。为了提高所有仪器的可靠度，但同时考虑到经济性，所以将医疗中的仪器划分为下面三个等级分别来考虑：

（1）发生故障但对患者没有直接危害的仪器，如病房里的单个诊断仪器和检查仪器等。可通过定期检修找出毛病，加以修复，或者完全可以用其他仪器来代替。

（2）故障虽严重，但能立刻发现并采取措施解决的仪器，如重症患者监视装置和麻醉机等。它们的故障警报装置是准确的，只要有备用仪器和备用手工操作等紧急措施即可。

（3）故障严重有造成患者死亡危险的仪器。现在这类仪器并不太多，心脏起搏器、计算机控制的治疗器械等都属于这一类。需严格地进行可靠性管理和采取备用仪器同时并用等措施。

因此，既要考虑到较高的可靠性，又兼顾经济性是非常重要的。