[发明专利]人机交互动态故障树认知过载故障逻辑门的设计方法

说明书

本发明提供一种人机交互动态故障树认知过载故障逻辑门的设计方法，包含三个阶段：1、认知过载故障逻辑门设计；2、认知过载可靠性建模；3、认知过载模型定量计算；通过以上各阶段的论述，分析了人机交互过程，查找出多任务并行的情景，明晰了认知过载故障逻辑，定量分析了并行任务的冲突值，达到和建立了认知过载故障可靠性模型的效果，解决了复杂系统人机交互认知过载故障定量定性分析问题。

技术领域

本发明提供一种针对人机交互动态故障树认知过载故障逻辑门的设计方法，主要是针对以监视型任务为主并且可能同时执行多项任务的复杂人机系统，从认知信息的角度分析该类型系统人机交互过程中认知过载故障，并提出一种认知过载故障建模的方法。它是基于动态故障树方法和多资源理论模型，属于人机交互可靠性建模分析领域一种应用步骤简便且工程实用的方法。

背景技术

随着人机系统向自动化、复杂化、电子信息集成化的方向发展，“人”的工作职能、所处的工作环境、工作方式和地位发生了很大的变化，脑力劳动取代体力劳动成为了主流。这对人的快速信息处理能力提出了相当高的要求，需要人能够具备长时间连续处理信息或者短时间内快速感知获取信息、理解信息、筛选整理信息、分析加工信息并作出决策和相应操作的能力，挑战了人的生理极限和认知极限。一定时间内复杂的认知处理活动会导致人的认知负荷的增加，当超过人的认知负荷强度时会发生认知过载故障而无法保证人机系统的可靠性和安全性。新形势下的人机交互认知过载故障可靠性定量建模分析正是从人机交互信息层面出发，分析人在认知信息处理过程中的认知负荷，对复杂人机系统人机交互可靠性进行定量建模与预计。

人机交互分析是对交互过程中人为失误进行研究，而人机交互建模的目的是在充分考虑存在环境扰动、系统故障和人为失误的情况下，将人、机、环作为整体，对任务需求下的人机交互动态过程进行描述，研究人机之间的信息传递，分析可能导致事故的潜在风险场景。

在人机交互建模方面，依据实现方式可将其分为基于逻辑的方法和基于仿真的方法两类。第一类方法是通过逻辑分析对系统内的人机环要素以及相互之间的影响关系进行建模，得到元素组合或序列，典型方法如故障树分析(Fault Tree Analysis，FTA)/动态故障树分析(Dynamic Fault Tree Analysis，DFTA)方法、事件树分析(Event TreeAnalysis，ETA)方法等；第二类方法是通过仿真技术来实际模拟人机交互过程，将环境扰动、系统故障和人为失误加入人机系统，从而分析异常态下的人机交互行为，典型方法如班组信息、决策和行为响应(Information,Decision,and Action in Crew Context,IDAC)仿真方法、多主体(Multi Agent，MA)仿真方法等。对人机交互可靠性进行建模分析需要从人机交互机理角度对人机交互过程进行分析，即考虑认知失误特性。美国伊利诺伊大学航空实验室的Wickens提出的信息处理模型自提出以来逐步完善，将人机交互过程划分为信息获取、信息分析和信息执行三个阶段，从认知信息流层次描述人的认知行为和信息加工阶段，符合现有复杂人机系统以监控型任务为主的特点。基于仿真的建模方法需要针对不同任务场景中的多种认知失误模型和故障机理模型分别进行仿真模型的构建，而遍历事件组合或时序十分耗时，因而工作量浩大且通用性差，同时仿真结果难以进行校核。ETA方法虽然能从因果逻辑关系对人机交互过程进行描述，建模过程简单，但是仅能以线性链条的方式进行描述而无法对组合事件(人机环)进行分析，描述能力不足。而FTA/DFTA方法不仅是以逻辑关系对人机交互过程进行建模，具有分析流程简单和工程应用成熟的特点，而且可以对异常情况下的系统事件组合进行分析。但是FTA方法也存在一定的缺陷，即仅将人误视为底事件而没有深入考虑人的认知特性、场景任务特性和人机耦合特性。因而本发明以信息处理模型为人机交互过程分析方法，基于传统DFTA方法，增加对人机交互的描述能力，进行人机交互认知过载可靠性建模与预计技术的研究。

发明内容

(1)目的：