分析国内外功能分配的研究现状和存在的问题.doc
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1、分析国内外功能分配的研究现状和存在的问题摘要:功能分配是复杂人机智能系统设计进程中的重要内容, 它需要应用系统的分析方法, 合理地进行人、机两者的任务分配和科学地设计两者的功能结合。本文分析了国内外功能分配的研究现状和存在的问题。针对复杂人机智能系统的设计需求, 指出了系统功能分配方法的研究方向。一、引言在复杂智能人机系统中, 存在两个智能个体人与智能机器。这样的人机系统与传统的人机系统无论在组成结构, 还是内在机理上都十分不同, 它是一个人机结合的智能系统, 具有智能性、开放性、复杂性、突现性等特点。为了研究这种系统, 美国著名学者Lenat和Feigenbaum提出了人机智能系统(Man-
2、MachineIntelligentSystem)的概念 1 , 与此类似的还有Sheridan提出的人与自动化(Human-Automation)概念 等。我国著名科学家钱学森以及中科院的戴汝为等人提出了人机综合集成思想 3, 4 。浙江大学的路甬祥、陈鹰等提出了人机一体化理论 5, 6 。龙升照等人提出了人-机-环境系统工程理论 , 这些都为研究人机智能系统提供了大量的理论依据。虽然目前还没有一套统一的严格的研究复杂人机智能系统的理论体系, 但是从上述各种方法可以发现共同点, 即必须在系统设计之初到系统实现的整个生命周期过程中考虑人与机器的关系, 人机功能的合理分配是体现复杂人机系统智能化
3、的关键。二、功能分配的概念早在1951年, Fitts就第一次明确提出功能分配的概念 8 。它是指将系统中的功能或任务分派给人或者机器的过程。这种功能分配活动发生于系统综合和评价过程中的早期阶段, 因此属于系统工程的研究范畴, 这里的功能分配主要是强调系统组成成分之间的功能分解。后来由于机械、自动化以及计算机技术的发展, 绝大部分系统都属于人机系统, 这类系统设计任务中的功能分配需要越来越多的考虑到系统中人的因素,所以将它专门作为人因工程的一项重要研究内容, 而称之为人机功能分配。自从功能分配的概念提出以来, 它在工业与自动化领域尤其是在核电厂监控自动化系统、空中交通管制系统、飞机座舱, 载人
4、航天器等复杂系统的设计中得到了广泛的应用。三、功能分配方法的研究现状3.1国外的研究情况功能的分配原则与一定的应用背景相结合,逐渐形成了各种功能分配方法。目前在国际比较有影响力的几种功能分配方法有:人机能力比较分配法、Price决策图法、Sheffield法、自动化分类与等级设计法、York法等。3.1.1人机能力比较分配法它是最初的功能分配方法, 例如著名的FittsLists分配方法, 也是迄今为止应用最为普遍的方法, 在早期的简单工业自动化监控系统中得到大量的应用。表1 即为Fitts所列出人机各自的优势特性, 也称为MABA-MABA方法。3.1.2Price决策图法Price决策图法
5、 9对任意一个功能, 从人机两方面的特性做出比较, 然后根据效能、速度、可靠性、技术可行性等做出评估, 评估结果为一个复数值(人的绩效值为实部, 机器的绩效值为虚部)。这个复数值落在决策图的某一区域, 如图1所示。图1Price决策图决策图由6个区域组成, 每个区域对应于不同的人机绩效和分配方案:表示将功能分配给机器;表示将功能分配给机器;表示既可分配给人也可分配给机器, 存在一个最佳分配点;将功能分配给人;将功能分配给人;采用其他的方法重新设计。Price决策法虽然在FittsLists分配法的基础上更进一步的明确了人机功能分配的过程, 但是它对于如何计算绩效却没有明确的描述, 并且客观上计
6、算人和机器的绩效相当困难。3.1.3Sheffield法Sheffield法是由英国Sheffield大学在对海军的舰艇控制系统进行设计时所开发的一种功能分配方法。它在分配过程中共需要考虑100多项决策准则, 将其分为8组, 其中不仅考虑了人机的能力特性, 还从人因工程的角度考虑了人员的作业设计、社会性、训练、安全等因素, 另外还包括自动化的精度、费用等。它的主要流程如图2所示。图2Sheffield法流程图Sheffield法的优点是考虑的因素比较全面,而且包含了系统的静态和动态功能分配过程。它主要是针对一个海军舰艇控制系统的设计, 所以同时还考虑了舰艇操作人员之间的功能分配。但它也有明显的
7、不足, 首先由于考虑的因素太多, 反而使得设计任务由于缺乏相关信息而无法操作;其次由于Sheffield法必须将功能分解到能够完全分配给人或机器, 也就是足够细的粒度才能实施操作, 但这在一个复杂系统中往往是不可能的。3.1.4自动化分类与等级设计法该方法由英国科学家Parasuraman和Sheridan提出 11 , 主要应用于工业自动化系统如核电站监控中。该方法认为任何人机自动化系统的工作过程类似于人类的信息处理, 可分为四个步骤即:获取、分析、决策、行动。而机器的自动化程度分为连续的10个级别如表2所示。在此基础上对系统功能分别按上述的四个步骤进行分类, 并对属于每一个分类的功能确定其
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