水下人-机协同搜救作业人因可靠性分析研究

为分析水下人-机协同搜救作业人因可靠性并识别其关键影响因素,根据水下搜救训练实际和相关研究结论提取人因可靠性影响因素;建立人因可靠性影响因素体系,利用解释结构模型定性分析各影响因素间相关关系,将建立的各影响因素的解释结构模型转换为贝叶斯网络拓扑结构,分别构建潜水员作业、无人遥控潜水器(ROV)作业、人-机协同作业人因可靠性分析贝叶斯网络;通过对3类贝叶斯网络进行推理,揭示影响人因可靠性的关键因素及其依赖关系,并定量分析3种作业模式下的人因可靠性变化。结果表明:人-机协同搜救作业中“误解意图”“通信不畅”“信息不对称”“作业精度不足”“丧失救助能力”等影响因素起到关键作用;当上述因素得到较好控制时,人-机协同搜救作业的人因可靠性将会表现出优于单纯的ROV或潜水员独立施救的效能。研究结果可为水下搜救作业人因可靠性分析与提升提供参考。

空气呼吸器对志愿消防员肌肉疲劳的影响研究

为了解背负空气呼吸器对志愿消防员肌肉疲劳的影响,对志愿消防员进行徒手及背负空气呼吸器的奔跑试验,累计测量60人次被试人员的表面肌电信号(sEMG)与压强数据,结合被试主观疲劳感受进行分析。结果表明:被试者左右股二头肌、左右腓肠肌与左右胫骨前肌的疲劳情况受空气呼吸器影响最大;空气呼吸器的背负会使肩、腰部出现疼痛感,需要更长时间恢复;左竖脊肌、左右腓肠肌与右胫骨前肌的疲劳与志愿消防员主观疲劳感受相关性最强。

不同运动姿态个体的步态参数性别对比实验研究

为研究步态参数影响个体滑倒风险的内在机理,对男女个体分别在行走、跑步2种运动姿态时的步态参数进行对比分析。利用三维测力跑台获取并分析不同速度、坡度工况下的个体步长、步宽和最大足底正压力数据。研究结果表明:消除身高影响后,跑步姿态的男性个体步长比同速度的女性个体步长小4 cm左右;行走姿态的男性个体最大足底正压力和重力的比值约为女性个体比值的1.1倍;跑步姿态时,随着个体步长的增大,男女个体的步频基本保持在2.6~2.8步/s;在跑步姿态时,个体会通过维持步频、增大步长(增大足底与地面作用力或跨步夹角)的方式来提高运动速度。研究结果可为后续个体滑倒风险研究提供参考。

基于可穿戴惯性传感技术的人体步态阶段识别

为了实现基于可穿戴惯性传感技术的人体步态阶段识别,开发了基于特征选择的人体步态阶段识别模型、基于时间比例优化的人体步态阶段识别模型和基于机器学习多数据类型、多特征、多分类器的人体步态阶段识别模型,并对比了3种模型的步态阶段识别效果。结果表明:基于特征选择的人体步态阶段识别模型的平均识别准确率为73.66%;基于时间比例优化的人体步态阶段识别模型的平均识别准确率为90.96%;利用脚背处俯仰角数据和加速度数据训练得到的基于机器学习的人体步态阶段识别模型的平均识别准确率分别为97.04%、86.80%;针对不同的步态阶段和使用场景,可差异化选择不同的识别方法以获得理想的识别效果;综合采用时间比例优化算法和机器学习方法可以获得较高的综合识别准确率。该研究可为进一步开展基于可穿戴式传感器的人体行为相关研究提供参考。

基于sEMG的受限空间内维修作业肌肉疲劳研究

为了解受限空间内维修作业人员肌肉疲劳发展特征,避免肌肉疲劳累积,降低肌肉骨骼损伤风险,本文测量维修作业过程中不同作业高度(120cm和140cm)和工作面(正面、侧面和顶面)作业时左右斜方肌、右中三角肌、右冈上肌、右冈下肌和右指伸肌6个肌群的肌肉活动信息,并记录CR10评分;运用统计学分析方法分析不同作业高度和工作面作业中的肌肉疲劳特征。结果表明:高度显著影响右冈下肌和右指伸肌MF值,且显著影响中三角肌、右冈上肌和右冈下肌IEMG值,工作面对所有肌群MF值和IEMG值的影响均不显著;高度显著影响全身、颈部、肩膀以及左腿CR10评分,工作面对全身及身体各部位CR10评分影响均不显著。受限空间内维修作业过程中,高度显著影响肌肉疲劳发展,且140cm作业高度肌肉疲劳累积更明显。正面、侧面和顶面3个工作面,作业人员肌肉疲劳发展不存在显著差异。

手过头姿势下钻孔作业肌肉疲劳MET预测模型

为评价手过头姿势下钻孔作业过程中人员肌肉疲劳发展情况,先通过模拟手过头姿势下的钻孔试验,测量试验前肌肉的最大随意收缩(MVC)、试验后的最大剩余肌力(MRF)、力量输出衰减程度(ΔF)以及手腕、手肘和肩部的主观疲劳评分(RPE),记录最大耐受时间(MET);通过设定3种操作面(正面、侧面、底面)和3种操作高度的不同操作组合作为试验变量,比较不同操作方式对手过头姿势下钻孔作业的肌肉疲劳影响情况,随后分析3种操作面(正面、侧面、底面)和3种操作高度下对MET、MRF、ΔF以及手腕、手肘和肩部RPE的影响。研究结果表明:采用正面操作并降低手臂上举高度能有效减轻肌肉疲劳;不同操作面显著影响MET、MRF及ΔF,同时,显著影响手腕、手肘和肩部的RPE;不同的操作高度显著影响MET、MRF以及手肘的RPE;所建立的MET预测模型可反映手过头姿势下钻孔作业过程中人员肌肉疲劳状态。

设备、姿势对手过头作业肌肉疲劳的影响研究

目的分析在手过头作业中不同设备及作业姿势对上肢肌肉疲劳发展的影响,避免上肢肌肉疲劳累积,降低与工作相关肌肉骨骼损伤(WMSDs)风险。方法设计手过头作业试验,招募16名被试,研究手肘屈曲(肩关节屈曲90°,肘关节屈曲90°)及手臂伸直(肩关节屈曲135°,肘关节屈曲30°)姿势下不同设备重量(1.0 kg、1.5 kg和2.0 kg)对手过头作业的最大耐受时间(MET)、最大剩余肌力(F)以及主观肌肉疲劳评分(REP)的影响。结果手过头作业过程中肩部和上臂的肌肉疲劳明显,手肘屈曲使用2.0 kg设备肌肉疲劳最为显著,手臂伸直使用1.0 kg设备最不易产生肌肉疲劳累积。结论设备重量和作业姿势显著影响手过头作业肌肉疲劳,设备重量是影响手过头作业肌肉疲劳的重要因素,手肘屈曲比手臂伸直姿势下作业更易产生肌肉疲劳累积,会导致工作效率快速下降。

基于模拟飞行任务下的眼动指标分析

分析眼动指标在定量测量飞机驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化中的作用。让4个被试者在飞行模拟器上完成了3个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了注视、扫视、瞳孔尺寸方面的眼动指标,划分为座舱外景和内部仪表两个兴趣区域对数据进行了对比和认知分析。被试者在外景有更多的注视点、更多和更长的注视时间,在仪表上的平均瞳孔尺寸比外部视景要大,平均扫视幅度随任务难度增大而减小。眼动指标可以客观地反映驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化;视觉飞行规则下,飞行员主要从外景获取视觉信息,他的大部分注意力都集中在外景。

影响我国民航飞行安全的个体与组织因素——基于HFACS框架的事件分析

主要通过民航事故征候(事件)的分析,对影响飞行安全的人的因素进行研究。数据分析主要采用编码分析的方法,结果发现:在个体层面,对事故征候影响顺序是技能差错、决策差错与知觉差错;机组内部的沟通与协调不畅在各个飞行阶段都存在;在组织层面,监督、资源管理、文化与氛围是比较有影响的组织因素;组织内部与外部的信息界面是飞行安全的隐患之一。与此同时,分析了该项目研究的不足之处,提出改善民航飞行安全的建并指出今后研究的方向。

基于贝叶斯网络的人因可靠性评价

提出一种贝叶斯网络的人因可靠性评价(HRABN)方法,其中的每个因子对应于贝叶斯网络中的节点,该方法可对人因可靠性作定量分析和定性分析。在定性分析上,节点的因果关系(HRA中的因子关系)及需要改进的薄弱节点都直观地显示在层次图中;在定量分析方面,对节点因子后验概率的推断通过HRA中的先验信息(包含仿真数据、现场操作及专家知识等)和最新信息得到。如果人因可靠性贝叶斯网络中的每个节点的先验概率分布和后验概率分布都已知,模型的可信性就可通过贝叶斯因子进行定量验证。贝叶斯网络扩展性好,当有新的节点因子需要考虑时,只需要补充对应的节点;笔者的方法也能很好地应用在不同行业的HRA。

行为形成因子分析方法评述

为全面了解人因可靠性分析(HRA)中行为形成因子(PSF),对现有的PSF分析方法进行评述。分析情景环境的各种称谓,指出PSF是目前认可程度最高的一种,并规范PSF的定义及其内涵。分2种类型评述当前PSF的分类方法:基于影响机理分类和系统化分类。评述在HRA中PSF的选择和使用情况,针对不同的问题给出选择和使用PSF的建议。分别从定性评价和定量评价2个方面对PSF的评价方法进行评述。结果表明,PSF分析方法仍处于发展之中,需要在后续工作中不断改进。

煤矿安全生产中人的行为影响因子系统动力学(SD)仿真分析

在构建影响人的安全行为因素因果关系的基础上,运用系统动力学(SD)理论和方法,对影响人的安全行为关键因素进行动态预测,并通过仿真计算、对比分析安全投入增加对系统安全水平的影响。应用该方法建立的煤矿生产中人的安全行为指标水平模型,以求证安全投入与人的安全行为水平的相关性,为煤矿安全管理决策提供一种新的思路,亦有助于政府和煤矿企业科学地明确安全投入方向,降低人因事故率,提高煤矿生产的安全水平。

航空维修差错模式及差错成因的灰色关联分析

提出一种基于HFACS-ME框架和灰色关联分析法的航空维修差错模式和差错成因之间关系的分析方法。利用该方法分别从"模式—成因"和"成因—模式"2个方向,以"技能差错"和"身体状态差"为例,对差错模式和差错成因之间的关系进行分析,得到影响"技能差错"的主要差错成因依次为空间狭窄、培训不足、工具损坏、身体状态差、精神状态差、空间阻碍,以及"身体状态差"主要影响的差错模式为记忆差错、决策差错、技能差错。结果表明,灰色关联分析法对航空维修差错模式和差错成因之间关系的分析是有效的、可行的。

组织定向的人因失误因果模型及影响关系研究

为了更好地从源头上预防人因失误,首先,基于系统理论发展一个组织定向人因失误的"结构-行为"因果模型,包括组织子模型、情境状态子模型、个体因素子模型以及人因失误子模型。然后,分析模型中各子模型之间以及其因素类别之间的直接和间接影响关系,如模型中各层级之间的因果关系:组织因素→情境状态因素→直接触发人因失误的个体因素→人的认知行为失误。最后,基于事件报告分析、专家意见和文献资料,并依据建立的4种影响类型(I,C,A,N)识别具体情境环境与人因失误或认知行为之间的影响关系。分析结果表明,情境环境因素对人因失误的影响非常复杂,不同的情境环境因素对同一人因失误可能产生不同类型的影响,同一情境环境因素对不同的人因失误可能产生不同类型的影响。

数字化控制室信息显示对人因可靠性的影响

数字化技术的应用使主控室内信息显示方式发生了重大变化。通过比较分析数字化主控室与传统主控室人机界面中信息显示方面各自的特征,发现人机界面数字化后,巨量信息与有限显示的矛盾非常突出,并伴随产生任务繁重但又是必须的界面管理任务,它们对人因可靠性产生了前所未有的影响,增加了新的人因失误源,可能出现新的人误模式。提出3个新的科学概念,即信息显示率、信息提供率和数据更新率,认为研究这3个概念之间的关系和它们对操纵员认知行为的影响,是解决巨量信息与有限显示矛盾的有效途径。

人为差错成因分析方法研究

控制甚至消除人为差错成因能从本质上降低人为差错的发生概率,从而提高系统安全性。因此,辨识和分析人为差错成因是一件非常必要而又十分重要的工作。针对该问题,在总结和分析现有的人为差错成因分析方法的基础上,提出了一种新的人为差错成因分析框架。在该框架中,将差错成因分为"操作者-系统-任务-环境-组织因素"5个方面进行分析,并提出了"从大类到小类"的层次化分析原则。为了尽量降低不同差错成因之间的关联,提出了以任务为中心,将差错成因分为任务相关和任务无关两大类因子的分类方式。最终共分析得出了34种不同的差错成因。该差错成因分类框架的提出,为人为差错概率量化以及差错规避措施的设计提供了依据。

一种系统化的行为形成因子分类方法

为了准确表述能够诱发人为差错的情景环境,对人因可靠性分析(HRA)中的行为形成因子(PSF)进行归纳整理,构建一种新的系统化的PSF分类方法。对现有人因可靠性文献中的PSF进行分析,明确PSF的定义及其内涵。通过分析人机交互过程,指出PSF应该包含:操作者,机器,任务,组织,环境和辅助系统等6个方面,分别从上述6个方面对PSF进行细致分解,最终构建包括6个方面38个元素的PSF分类方法。

坐姿时上肢作业姿势舒适性评价

针对人体呈现坐姿状态时前侧方作业区域的不同,利用人体测量数据在空间划分网格,实现了上肢作业姿势的参数化定义。并设计实验,由12位健康的男被试参加,利用自由模量幅度估计法对定义过的384种作业姿势的舒适性进行了评价和分级。对依据不同被试个数计算出的结果进行比较分析,并与快速上肢评价方法的评价结果进行比对,揭示了结果的可靠性。评价结果可以为操纵装置的工效设计以及作业空间布局提供重要参考,同时为国内的姿势舒适性评价工作提供了可靠的依据。

人的失误理论研究进展

人的失误理论研究已进入结合认知心理学并以人的失误动态过程为研究热点的阶段。笔者回顾了人的失误理论研究的进展,讨论了相关的人的认知行为类型、认知失误的基本概念和人的失误模型。例如适用于不同情景和应用条件的几种模型:刺激-调制-响应(S-O-R)模型;失误的决策阶梯(Step-ladder)模型;通用GEMS模型以及Worledge认知模型。由于人的行为的复杂性和难以预测性造成了人的可靠性分析(HRA)的困难,因此,对人的行为的深入了解必须从人的行为特性及其规律性入手,将人的可靠性分析与行为科学理论结合起来,揭示人的失误发生的内在规律。与此同时,重点分析了概率安全评价技术(PSA)中如何对人的失误事件进行定量估计;如何考虑人的心理因素影响的几种重要的人的失误理论模型,并对今后这该领域中的研究方向进行了讨论。

静态单手拉车作业最大耐受时间建模

为分析单手拉车作业肌肉疲劳情况,设计并完成模拟静态手拉叉车试验:通过测量拉车前后单臂拉力的变化及最大耐受时间(MET),记录基于Borg CR-10主观疲劳评分表(RPE)的身体疲劳度,探讨负荷和身体质量指数(BMI)对MET、剩余拉力、力量衰减程度和RPE的影响;并基于试验数据构建单手拉车作业肌肉疲劳MET预测方程。试验结果表明,仅负荷显著影响MET;所构建的以指数函数和幂函数为基础的MET方程与现有方程具有一致性;用所建方程得到的预测值与实测值偏差优于用现有MET方程得到的结果。