[發(fā)明專利]一種面向航天在軌任務(wù)的人因可靠性分析及量化方法

在審

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• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107609753A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周棟;呂川;陳嘉宇;耿杰;郭子玥;吳絹;劉芃妍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 楊學(xué)明,顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天在軌工程與人因可靠性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向航天在軌任務(wù)的人因可靠性分析及量化方法。

背景技術(shù)

航天飛行和空間探索的重要性以及宇航員在太空中的任務(wù)活動受到全世界關(guān)注，載人航天和探月工程也是我國的重大工程項目。為了確保航天飛行任務(wù)的成功，航天員與航天器的安全至關(guān)重要。然而，隨著復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的不斷提高，人為錯誤已成為航天任務(wù)系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，并極可能導(dǎo)致任務(wù)故障或災(zāi)難性事故的發(fā)生。美國國家航空航天局(NASA)指出，1990年至1993年間，在所記錄的航天事故中有80-85％與人為錯誤有關(guān)。除了人因差錯發(fā)生的范圍廣之外，發(fā)生人因差錯所造成的損失也極為重大，往往是災(zāi)難性的或不可挽回的。未來的人類空間任務(wù)將持續(xù)時間很長，空間極端環(huán)境對生活和執(zhí)行任務(wù)的航天員將會產(chǎn)生不同的影響，這些影響將不可避免的影響人的可靠性，從而危害任務(wù)成功完成以及航天器的安全。

基于以上情況，研究人因可靠性分析(HRA)方法來對載人航天器的人為差錯進(jìn)行預(yù)測和減少是至關(guān)重要的。然而，現(xiàn)有的大量HRA方法都源于核電、煤礦等陸地環(huán)境的工程領(lǐng)域。由于源于陸地工作環(huán)境的人類PSF并不能代表各種獨特的空間環(huán)境影響，所以現(xiàn)在還沒有一種能夠充分考慮空間環(huán)境特異性的人因可靠性分析與量化方法。

2006年，NASA主辦了一次空間人因可靠性技術(shù)交流會，目標(biāo)是從50多種現(xiàn)有的HRA方法中確定適用于NASA太空任務(wù)的HRA方法。會議推薦第二代HRA方法的代表性分析方法——“認(rèn)知可靠性和誤差分析方法”(CREAM)用于分析和預(yù)測空間任務(wù)中的人因可靠性。然而，CREAM最初是為核領(lǐng)域開發(fā)的，這意味著在這種方法中考慮的PSF是基于對陸地環(huán)境對人類行為的影響。長時間空間飛行環(huán)境對人類的影響，例如微重力，加速度，振動和隔離等因素并未考慮在內(nèi)。此外，由于在復(fù)雜而不確定的空間環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)的信息和統(tǒng)計數(shù)據(jù)通常不可用，由空間環(huán)境的復(fù)雜性和多變性引起的不確定性也無法通過CREAM表達(dá)，導(dǎo)致難以有效準(zhǔn)確的獲得HEP，這必然影響到該方法評估結(jié)果的有效性與可行性。

本發(fā)明針對我國載人航天工程的需求，基于當(dāng)前國內(nèi)外研究缺乏有效的航天人因可靠性分析與量化方法的現(xiàn)狀，提出了一種面向航天在軌任務(wù)的人因可靠性分析及量化方法。該方法綜合分析空間環(huán)境的特異性，考慮空間環(huán)境對人類行為的影響因素，定義了9種空間環(huán)境PSF，構(gòu)造空間PSF評價體系，構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的COCOM評估模型，評估人的COCOM，最終提出航天人因可靠性HEP動態(tài)量化方法，達(dá)到分析與量化評估航天任務(wù)中人的可靠性的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：太空環(huán)境微重力等極端特異性環(huán)境對航天人員的行為活動造成影響，當(dāng)前缺乏能夠考慮空間環(huán)境影響因素的人因可靠性分析和量化方法，達(dá)到預(yù)防與減少人為失誤的目的，危害航天員的安全，威脅航天任務(wù)的成功。本發(fā)明旨在提出一種針對太空環(huán)境，面向航天在軌任務(wù)的人因可靠性分析和量化方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種面向航天在軌任務(wù)的人因可靠性分析及量化方法，該方法包括如下步驟：

步驟(1)、基于空間環(huán)境的人的績效評估；

步驟(2)、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的認(rèn)知控制模式評估；

步驟(3)、面向航天在軌任務(wù)的人因差錯概率量化。

其中，步驟(1)具體包括以下步驟：

1)基于空間的人因PSF定義

與陸地環(huán)境不同，空間的極端環(huán)境存在許多威脅宇航員健康的因素。這些因素中有一些是空間環(huán)境固有的，如微重力，加速度和輻射等。其他的一些因素則與神經(jīng)心理學(xué)有關(guān)，如航天員的心理狀態(tài)、任務(wù)壓力和一些社會層面的因素。這些航天任務(wù)特有的環(huán)境特性會影響人的認(rèn)知績效和任務(wù)的成功。考慮空間環(huán)境的特異性，將影響人表現(xiàn)的因素定義為以下九種基于空間人因PSF。

1.微重力適應(yīng)性

微重力是區(qū)別太空環(huán)境與陸地環(huán)境最為顯著的特征之一。在地球上，重力有助于人類分辨自己在空間中的方向并控制自己的姿態(tài)。對人類來說，感知是一種認(rèn)知過程，人們感知對象的方式會影響他們對環(huán)境的看法。然而，在微重力環(huán)境中，通常情況下人類感知系統(tǒng)被破壞，人們不能依據(jù)從眼睛，肌肉和關(guān)節(jié)接收到的輸入?yún)^(qū)分他們的方向。對于長期處在太空中的航天員來說，微重力改變了他們對環(huán)境的感知方式，從而導(dǎo)致了持續(xù)后果的幻覺。有研究表明，在航天任務(wù)的第一周，大約有70％的航天員會遭遇空間暈車(Space Motion Sickness,SMS)。表1為NASA根據(jù)癥狀的嚴(yán)重程度對SMS現(xiàn)象的分類。