人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法与流程

本发明涉及一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，属于安全性和可靠性。

背景技术：

1、随着深空探测技术发展，越来越多卫星/探测器型号开始研制使用。在卫星/探测器装配、测发、遥操作、返回过程中涉及很多由人因失误、设备故障、环境扰动引起的任务和安全风险，本专利从环境因素入手，为保障任务成功和系统安全提供技术支持。

2、深空探测器型号不同于一般地面装备，其使用场景、操作方式都比较独特。在卫星/探测器装配、测发、遥操作、返回过程中，所处的环境大相径庭。装配阶段，卫星/探测器所处环境是车间与厂房，装配精度取决于工艺水平以及操作人员的注意力集中水平等因素；测试阶段；发射阶段，卫星/探测器处于箭上，承受加速、热、振动等特定环境因素；遥操作阶段，卫星/探测器在太空/探测地点执行任务，天地通讯时间随着卫星/探测器服役地点变远而显著增长，所处环境状况的回传、地面指令的接收耗时久；返回阶段，与发射上升阶段相反，卫星/探测器处于减速过程，承受大气阻力、热等特定环境因素。

3、现有技术中的人机交互系统，例如卫星/探测器，存在可靠性安全性环境扰动影响因素识别不全面、环境状态概率难以量化等问题，因而需要一种全面考虑人机交互过程中可能影响系统安全性可靠性的因素，突破人机交互系统中环境因素识别与建模方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：克服现有技术中的不足，提出了一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，结合马尔科夫过程，分析计算系统环境状态转移的条件和状态概率，使得建立的环境因素模型更加准确，在整体上提升了人机交互系统的可靠性安全性计算精度，解决了人机交互系统中环境影响因素对系统安全性可靠性产生影响的后果状态量化等关键问题。

2、本发明提供了的技术方案如下：

3、一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，包括：

4、步骤(1)，分析系统任务剖面，从人系统和机系统两方面对人机交互系统交互过程所涉及环境元素进行梳理，构建剖面环境元素序列；

5、步骤(2)，结合步骤(1)构建的剖面环境元素序列，识别人机交互系统任务过程中对可靠性安全性有影响的环境扰动因素；

6、步骤(3)，针对步骤(2)识别的环境扰动因素，分析环境状态转移条件，结合马尔科夫模型进行环境扰动因素建模及环境状态概率计算；

7、步骤(4)，结合步骤(2)识别的环境扰动因素以及步骤(3)计算的环境状态概率，确定环境扰动因素对人机交互系统产生影响后造成的后果状态。

8、进一步的，所述步骤(1)构建剖面环境元素序列包括以下子步骤：

9、步骤(1.1)，确定人系统、机系统的组成；

10、步骤(1.2)，确定人机交互任务过程；

11、步骤(1.3)，根据步骤(1.2)的人机交互任务过程，按时序确定操作者行为、机系统动作；

12、步骤(1.4)，根据步骤(1.2)人机交互任务过程，梳理人机交互系统交互过程所涉及的环境元素；

13、步骤(1.5)，根据步骤(1.4)梳理得到的环境元素，构建剖面环境元素序列。

14、进一步的，所述步骤(2)识别人机交互系统任务过程中对可靠性安全性有影响的因素包括以下子步骤：

15、步骤(2.1)，根据步骤(1)构建的剖面环境元素序列，确定剖面环境元素对人系统、机系统、人机交互过程的关联程度；

16、步骤(2.2)，根据步骤(2.1)确定的关联程度，筛选能对人机交互系统可靠性安全性造成影响的环境扰动因素。

17、进一步的，所述环境扰动因素包括对人系统单独造成影响的人系统环境扰动因素、对机系统单独造成影响的机系统环境扰动因素、作用于人机交互过程的环境扰动因素。

18、进一步的，所述步骤(3)分析环境状态转移条件，结合马尔科夫模型进行环境扰动因素建模及环境状态概率计算，具体包括以下子步骤：

19、步骤(3.1)，针对步骤(2)筛选的环境扰动因素，确定系统环境状态转移的条件；

20、步骤(3.2)，根据步骤(3.1)的环境状态转移条件，结合马尔科夫模型，对环境扰动因素进行建模，划分状态区域并计算各状态概率。

21、进一步的，所述步骤(4)确定环境扰动因素对人机交互系统产生影响后造成的后果状态，具体包括：

22、对人系统、机系统、人机交互任务的可靠性影响：对环境扰动因素进行事件树建模，结合事件树确定其对任务可靠性的影响；

23、对人系统、机系统的安全性影响：对人系统、机系统进行故障树建模，结合故障树确定其对人系统、机系统的安全性影响。

24、进一步的，本发明还提出一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模系统，包括：

25、第一模块：分析系统任务剖面，从人系统和机系统两方面对人机交互系统交互过程所涉及环境元素进行梳理，构建剖面环境元素序列；

26、第二模块：结合构建的剖面环境元素序列，识别人机交互系统任务过程中对可靠性安全性有影响的环境扰动因素；

27、第三模块：针对识别的环境扰动因素，分析环境状态转移条件，结合马尔科夫模型进行环境扰动因素建模及环境状态概率计算；

28、第四模块：结合识别的环境扰动因素以及计算的环境状态概率，确定环境扰动因素对人机交互系统产生影响后造成的后果状态。

29、与现有技术相比具有以下有益效果：

30、(1)传统系统环境扰动影响因素识别凭借经验进行，而本发明根据任务过程进行操作者行为、机系统动作的分解，进而针对性地对任务剖面环境元素进行识别分析，更科学、具体、合理。

31、(2)为进行环境状态概率计算，本发明结合马尔科夫模型进行改进环境扰动因素进行建模，并划分状态区域、进行状态概率计算。

32、(3)本发明建立以人机交互任务为导向，全面识别、分析环境因素对系统安全性可靠性的影响，通过对系统后果状态分析，可以更综合而全面地考虑人机系统使用期间各个阶段不同环境因素对其安全性可靠性的影响。

33、(4)本发明全面考虑影响人机交互系统可靠性安全性的环境扰动因素，并对所识别的因素进行建模，为后续量化评价其对系统可靠性安全性的影响提供了基础，使结果更科学合理。

34、说明书附图

35、图1为本发明方法流程示意图；

36、图2为受月尘影响的能见度状态转移图示意图；

37、图3为月尘影响能见度作为初因事件的事件树示意图；

38、图4为机械臂卡滞故障树示意图。

技术特征：

1.一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，其特征在于：所述步骤(1)构建剖面环境元素序列包括以下子步骤：

3.根据权利要求1所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，其特征在于：所述步骤(2)识别人机交互系统任务过程中对可靠性安全性有影响的因素包括以下子步骤：

4.根据权利要求3所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，其特征在于：所述环境扰动因素包括对人系统单独造成影响的人系统环境扰动因素、对机系统单独造成影响的机系统环境扰动因素、作用于人机交互过程的环境扰动因素。

5.根据权利要求1所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，其特征在于：所述步骤(3)分析环境状态转移条件，结合马尔科夫模型进行环境扰动因素建模及环境状态概率计算，具体包括以下子步骤：

6.根据权利要求1所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，其特征在于：所述步骤(4)确定环境扰动因素对人机交互系统产生影响后造成的后果状态，具体包括：

7.一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模系统，其特征在于包括：

8.根据权利要求7所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模系统，其特征在于：所述构建剖面环境元素序列包括以下子步骤：

9.根据权利要求7所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模系统，其特征在于：所述识别人机交互系统任务过程中对可靠性安全性有影响的因素包括以下子步骤：

10.根据权利要求7所述的一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模系统，其特征在于：所述分析环境状态转移条件，结合马尔科夫模型进行环境扰动因素建模及环境状态概率计算，具体包括以下子步骤：

技术总结
本发明提供了一种人机交互系统可靠性安全性环境扰动因素识别与建模方法，包括：(1)构建剖面环境元素序列；(2)环境扰动因素识别；(3)环境扰动因素建模；(4)后果状态计算。本发明全面考虑影响人机交互系统可靠性安全性的环境扰动因素，并对所识别的因素进行建模，为后续量化评价其对系统可靠性安全性的影响提供了基础，使结果更科学合理。

技术研发人员：张姗姗,李孝鹏
受保护的技术使用者：中国航天标准化研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5