基于人机集成模型的生产单元人因失误行为仿真-赵灿灿.pdf

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1、第22卷第8期2 o 1 6年8月计算机集成制造系统Cbmputer Integrated Manufacturing SystemsV0122 No8Aug2 01 6Dol：1013196jcims201608006基于人机集成模型的生产单元人因失误行为仿真赵灿灿1，赵东方2，邱君降3+(1首都经济贸易大学安全与环境工程学院，北京100070；2北京科技大学东凌经济管理学院，北京 100083；3工业和信息化部电子科学技术情报研究所，北京 100040)摘要：为了分析工作者人因失误行为对生产单元的生产效率与组织柔性的影响，提出一种基于人机集成模型的人因失误行为仿真方法，对人机集成模型的框架

2、结构及其实现过程、工作者失误行为的仿真流程进行了详细描述。基于该仿真方法，以某发动机零部件生产单元为研究对象，对工作者失误行为进行了对比仿真研究，并结合人的行为可靠性理论为该生产单元的失误预防与性能提升提炼了管理建议。仿真结果表明，工作者失误发生概率和失误发现概率对该生产单元的生产周期、设备运转率、人员负荷均衡系数、不合格品水平、失误水平、生产周期波动、设备运转率波动和人员负荷均衡系数波动均具有显著影响。关键词：生产单元；人因失误行为；人机集成模型；仿真中图分类号：TP3919 文献标识码：ASimulati蚰for huma小ermr behavior of m粗ufacturing cen

3、s b嬲ed onhum柚一machine intq扩ated mOdelZHA0 C口nc口行1，ZHA0 DD”g，口ng 2，QJU，“巧i口打g 3+(1School of Safety and Environment Engineering，Capital University of Economics and Business，Be自ing 100070，China；2Donlinks School of Economics and Management，University of Science&Techn0109y Be巧ing，Be巧ing 100083，China；3Ins

4、titute of Electronic Technology Information Research，Ministry of Industry and InformationTechnology of China，Be幻ing 100040，China)AbstIact：To analyze the effect of workers human error behaviors on production efficiency and organizational flexibility of manufacturing cell， a human-machine integrated m

5、odel based simulation methodology was proposed Thestructure and realization pmcess of human-machine integrated model and the simulation process for human-error behavior were presented in detailIhsed on this method，a comparative simulation was carried out by taking an enginemanufacturing cell as the

6、exampleCbmbined with human reliability theory，several advices were provided for themanagement of manufacturing ceU to avoid human errors and enhance system performance Simulation resultsshowed that the human error occurrence rate and human error detection rate of the workers had significant effect o

7、nsystem performance indices definedKeywords：manufactu“ng cen；human error behavior；human-machine integrated model；simulation收稿日期：2015一0602；修订日期：2015一0726。Received 02 June 2015；accepted 26 July Z015基金项目：国家自然科学基金资助项目(70971146)；首都经济贸易大学校级科研资助项目(2014XJQ001)；首都经济贸易大学2014年度青年科研启动基金资助项目。Fo衄血ti佃items：Project

8、 supported by the National Natural Science Foundation，china(No70971146)，theResearch Foundation of Capital University of Economics and Business，China(No2014XJQ001)，and the 2014 Youth Foundation ofCapital University of Econo商cs and Business，China万方数据1878 计算机集成制造系统 第22卷O 引言生产单元是基于成组技术发展起来的一类新型制造系统，具有兼顾

9、生产效率与柔性的优势，是制造业的主流制造模式之一1。为了迅速适应制造环境的不确定性，生产单元制造模式强调生产人员的主动性和自治性，提倡由相对独立的制造团队完成从原材料准备到成品产出的一系列生产与管理过程，以此达到制造系统敏捷化、自治化和柔性化的要求。与传统的制造系统相比，生产单元中工作者的工作任务内容更丰富，任务执行流程更复杂，并包含了大量的人机交互和人人交互行为，认知型与决策型工作内容的比例显著增加3-5。在工作内容和工作性质转变的前提下，生产单元工作者的人因失误行为对系统绩效的影响与传统制造系统明显不同，因此针对生产单元进行工作者失误行为的影响分析具有十分重要的意义，是对生产单元系统进行全

10、新设计或分析改进时需要重点考虑的问题之一。在分析工作者的失误行为对生产单元或其他先进制造系统的影响时，需要充分考虑工作者复杂的行为特征，并将整个制造系统作为一个复杂的动态系统进行考察6。计算机支持的建模与仿真技术可以支持复杂系统的动态分析和方案评价，因此成为制造系统人因可靠性分析、评价和优化的有效方法7。基于该方法，在生产单元或其他制造系统人因失误仿真方面形成了很多有价值的研究成果。Reuth等针对一个小型自治生产单元，采用任务网络建模方法描述工作者的任务执行过程，并对工作者的失误进行了仿真预测研究83；Ness等基于主体建模技术，针对如何降低个人失误带来的影响进行了仿真实验研究93；Di P

11、asquale等综合考虑任务特征与可靠性影响因素，提出一种人因失误仿真分析方法，并将其应用于某装配工作站操作员可靠性的动态仿真优化1们；Mosleh等针对人的失误率预测技术(Technique for Human Error Rate Prediction，THERP)、成功似然指数法(Success Likelihood Index Method，SLIM)等传统的人因可靠性分析(Human Reliability Analysis，HRA)方法的不足，将HRA理论与人员认知过程建模结合，对工作者失误的成因、工作者行为失误的具体过程和工作者失误对系统的影响等问题进行了系统研究m。133；曹阳

12、华等综合考虑工作者疲劳因素、失误行为与工作进度对个人操作速度的影响，利用enlplant平台研究了工作者行为对U型装配线生产效率的影响143；张晓冬等以一个3D激光焊接自治生产单元为研究对象，采用Petri网构建了该生产单元的工作流程模型，通过开发的动态仿真程序对该生产单元的人因失误进行了仿真分析与评价，并进一步提出了改进建议口。上述研究成果可为生产单元人因失误行为的仿真分析提供有益的借鉴，但仍存在以下不足：在研究对象方面，上述研究侧重于针对单人单机或单人多机制造系统中个体失误行为影响的仿真分析，缺乏对多人多机制造系统的关注。由于生产单元是一个复杂的多人多机制造系统，在其运行过程中包含大量人机

13、交互和人人交互行为，在分析工作者行为失误对生产单元的影响时，需要系统全面地对多种行为失误进行仿真分析。在评价指标方面，上述研究多以技术性指标为主(如生产周期、设备利用率、质量水平等)，缺乏失误行为对制造系统柔性影响的评价。生产单元一方面强调通过先进制造技术、设施设备的应用提升其制造柔性，另一方面强调通过高素质的工作者和生产组织的创新等手段提升其组织柔性，从而实现对动态制造环境整体适应能力的提升15。1 6|。工作者个体行为和组织行为是生产单元组织柔性的重要来源，因此有必要进一步分析工作者行为失误对其组织柔性的影响。本文针对上述问题，首先，对生产单元中人因失误行为的特点和种类进行了详细分析；其次

14、，构建了可反映生产单元的工作者个体与组织行为过程以及行为失误对生产单元影响的人机集成仿真模型；再次，构建了既能反映工作者行为失误对技术性指标的影响，又能体现其对组织柔性影响的评价指标体系；最后，将提出的人机集成仿真方法应用于某发动机零部件生产单元人因失误仿真研究，分析了工作者行为失误对系统性能的影响，并给出了优化建议。1 生产单元人因失误行为分析由于个人素质、任务的复杂性等原因导致工作者的可靠性具有一定的不确定性，生产单元不可避免地会出现人因失误行为。生产单元中的人因失误是指在规定条件下及特定作业程度中，工作者无法在规定时间内完成系统为其分配的任务并达到预期效果，导致作业计划混乱、系统不正常，

15、甚至造成财产损失的一种状态1 7|。生产单元制造过程的各个环节均存在人因失误万方数据第8期 赵灿灿等：基于人机集成模型的生产单元人因失误行为仿真行为，例如在加工制造过程中，操作员因对设计意图理解错误、不熟悉工艺或采用了不正确的参数而生产了不合格产品；在设备维修过程中，由于故障模式判定失误、维修操作不当，有可能影响维修效率和维修安全，甚至带来安全隐患。根据失误行为可能带来的后果及其对任务执行过程的影响程度，本文将生产单元中的人因失误行为划分为可容许的失误行为和不可容许的失误行为：(1)可容许的失误行为 这类失误行为对工作任务的完成质量和速度无显著影响，通常属于工作者自身能够意识到的非关键工作任务

16、执行过程的偏离，不涉及工作任务的返工重做。(2)不可容许的失误行为 这类失误行为对工作任务的完成质量和速度有显著影响，可根据其后果的严重程度进一步细分为可修复的失误行为和不可修复的失误行为。其中，可修复的失误行为对任务完成的质量和速度不造成根本性影响和改变，但需要工作者通过额外返工或重做对任务对象进行修复；不可修复的失误行为通常是涉及材料处理过程的行为失误，当失误非常严重时，将导致后续工位无法完成剩下的工作内容，并且无法通过返工挽回失误损失，其直接后果是导致制造系统不合格品增加。2生产单元人因失误行为仿真模型21 人机集成仿真模型框架生产单元的人因失误行为伴随工作者执行的各种任务而发生，任务执

17、行过程中涉及大量人机交互行为和人人交互行为。因此要系统全面地分析失误行为对生产单元的影响，首先需要解决的问题是如何在产品离散加工制造过程中体现工作者的行为过程。考虑到产品加工制造过程适合采用离散事件动态仿真技术来模拟，工作者的行为过程(包含个体行为和组织行为)适合采用多主体建模技术进行描述，本文提出一种基于人机集成的生产单元工作者失误行为仿真模型，其框架如图1所示。该集成仿真模型由制造过程基础模型、工作者智能主体模型、多主体组织模型和人机集成接口四大部分构成。其中制造过程基础模型用以模拟产品的离散制造加工过程；工作者智能主体模型用以模拟生产单元工作者个体的行为过程，该模型通过环境状态感知、行为

18、过程推理和行为输出等一系列过程与制造过程基础模型以及其他工作者智能主体进行交互；多主体组织模型模拟制造团队的组织架构制造过程基础模l=；i一单元布局工艺流程人机关系失误特征仿真输H技术指枥柔性指柄【 人机集成接【_1 】系统状态 土体行为t；=丰二=二=二二=二=二=二=二二=二=4=1 工作者智能主体模型l叵丑i器-应I吲I f毗“、rjkh女千舡“和成员问的相互关系，并定义了工作者的具体角色、控制关系、协调协作关系等内容；人机集成接口负责制造过程基础模型与工作者智能主体模型的通信，负责向工作者智能主体传递系统状态，以及向制造过程基础模型返回行为结果。人机集成仿真模型的运行以制造过程基础模型

19、为主线，当模型运行至需要工作者参与的节点时暂停仿真，通过人机集成接口调用工作者智能主体模型，智能主体通过行为推理并执行个体行为或组织行为，从而更新制造基础模型的系统状态参数，使仿真继续运行，直至满足终止条件。22人机集成仿真模型实现上述人机集成仿真模型可通过离散制造系统仿真软件和动态链接库(Dynamic Link Library，DLL)技术实现，其主要过程如下：步骤l 通过生产单元实地调研获取单元物理布局、产品制造工艺流程、人机分工关系、工作者失误特征等基本信息，在此基础上基于离散事件动态仿真技术，运用制造系统仿真软件建立制造过程基础模型。步骤2首先，从计划调度、工艺管理、质量管理、加工准

20、备、加工过程监控、物流管理和设备维修等方面梳理生产单元工作者的行为构成，识别各种个体行为和组织行为的相关规则；其次，使用面向对象的程序开发方法构建工作者智能主体类，按行为规则为主体类添加主体属性和行为函数；最后采用DLL技术将工作者主体类封装为一个DLL。万方数据1880 计算机集成制造系统 第22卷步骤3基于制造系统仿真软件的二次开发功能，依据人机对应关系开发人机集成接口，将步骤2开发的DLL挂接至制造过程基础模型，以此在仿真运行时实现对工作者智能主体模型和多主体组织模型的加载和调用。在人机集成模型的基础上，在工作者执行行为的过程中进一步引入人因可靠性特征参数，通过仿真运行获取的结果数据实现

21、对工作者失误行为的定量分析与评价。23 工作者失误行为仿真流程基于人机集成仿真模型，生产单元工作者失误行为的仿真流程如图2所示。图2生产单元工作者失误行为仿真流程该仿真流程可简要概括为以下步骤：步骤l 当制造过程涉及工作者参与的任务时，工作者主体DLL通过人机集成接口接收任务，并根据主体的行为协议执行任务。步骤2在任务、个体、环境和系统等因素的综合作用下，工作者主体以一定的失误概率(记为yHEP)发生行为失误。若未发生失误，则以正常执行时间。执行该任务后进人步骤4；若发生失误，则失误计数器Erro，Co“咒+1，进人步骤3。步骤3若工作者主体在执行任务时发生了失误，则该失误被发现的发现概率为L

22、DEP。若该失误未被发现，则该项任务仍以正常执行时间。被执行，但失误遗漏计数器M勰PdError+1，进入步骤4；若该失误被发现，则继续根据失误任务的具体情况进行判断：若该任务不涉及材料处理过程或是可修复的材料处理任务(该失误的可修复概率记为yREP)，则该项任务的执行时间为正常时间乙与修正返工时间血之和，同时失误修正计数器C0r他以一PdError+1；若该任务是不可修复的材料处理任务，则不合格品计数器BndP妇ce+1。步骤4判断仿真流程是否结束，若未结束则工作者主体进入下一项任务的执行仿真流程，重复步骤1步骤4。在上述失误行为仿真流程中，与人的可靠性直接相关的因素为失误概率y-HEP和失

23、误发现概率y DEP两个参数。本文的后续仿真实例研究将针对这两个参数，通过不同的参数水平配置分析工作者失误行为对某生产单元生产效率和组织柔性的影响，并提出改善建议。3失误行为仿真评价指标仿真评价指标用以衡量生产单元工作者失误行为对系统性能的影响，并作为生产单元针对人因失误进行管理策略优化的基本依据。生产单元人因失误行为的仿真评价需要兼顾生产效率和组织柔性两方面，其中生产效率可通过传统的技术性指标进行评价；组织柔性作为生产单元制造组织对制造环境适应能力的体现，需要在所有可能的制造环境波动水平下，对生产单元受影响绩效指标的波动情况进行考察和衡量。因此，在不同环境波动水平下，分别运行人机集成仿真模型

24、若干次，对采集的数据进行综合分析，即可实现对生产单元工作者失误行为影响的评价，如图3所示。一动态环境输入一人机集成仿真运行十指标输出-I环境波动水平2 r 生产效率指标值。I仿真模型1 组织柔性指标值月 X环境波动水乳 I主体模型r组织模型l图3生产单元人因失误行为评价过程生产单元的传统生产效率指标主要包括生产周期、设备运转率、人员负荷、质量水平等。环境波动万方数据第8期 赵灿灿等：基于人机集成模型的生产单元人因失误行为仿真 1881对生产单元的主要影响体现在对外部市场响应时间的波动上，次要影响则体现在内部资源(主要为人员和设备)的利用效率水平波动方面。基于上述分析，本文制定了平均生产周期、平

25、均设备运转率、平均人员负荷均衡系数、平均不合格品水平、平均失误水平、生产周期波动、运转率波动和负荷均衡系数波动等评价指标，具体描述如下：(1)平均生产周期T定义平均生产周期为生产单元在不同环境波动水平下完成一批订单所需生产周期的加权平均值，即T一：p。T。 (1)百式中：L为仿真设置的环境波动水平总数，户i为环境波动水平i的发生概率，二者可基于专家评价或历史数据获得；L为环境波动水平i下的订单生产周期，由仿真直接记录得到。该指标反映了生产单元应对制造环境波动的响应速度，其中制造环境波动是由生产单元外部条件改变引起的生产要素变化以及生产单元生产要素本身的变化，根据变化的不同程度通常可将其划分为不

26、同的水平等级，并确定各等级的概率。(2)平均设备运转率MA参照Quintana等m1关于设备运转率的定义，定义平均设备运转率为生产单元在不同环境波动水平下设备运转率的加权平均值：撇一：夕i姚。 (2)式中MAi为波动水平i下的设备运转率水平，该指标反映了生产单元内部设备的可用性， 姚。一丽。(3)式中：MTBM为波动水平i下仿真周期内所有设备失效间隔时间的平均值，MDTi为波动水平i下仿真周期内所有设备失效修复时间的平均值，二者均可由仿真平台记录的每次失效时刻和修复时刻的时间记录得到。(3)平均人员负荷均衡系数PE定义人员负荷均衡系数两一：piPEi。 (4)五式中PE为波动水平i下的人员负荷

27、均衡系数，该指标直接反映了生产单元内部人员的负荷均衡情况，PE：一 (5)式中：P为工作者总数量，PUi为波动水平i下工作者歹的利用率，PU为P砜的平均值，Pui一半； (6)iPPui=。(7)式(6)中L为仿真周期内人员J在波动水平i下用于有效工作的总时间，由仿真记录人员歹用于各种工作的有效工作时间累加得到。(4)平均不合格品水平DPL定义平均不合格品水平为各环境波动水平下不可修复失误行为导致的不合格品总量占总订单需求量比例的加权平均值： 眦=盎。式中：DP。为水平i下生产单元产生的不合格品数量，即仿真结束时不合格品计数器BndPiece的值；TAMt为仿真输人的所有订单数量之和。(5)平

28、均失误水平HEL定义平均失误水平为各环境波动水平下所有可修复失误行为导致的返工时间之和占生产周期比例的加权平均值：HEL一夕i竽。 (9)ZJ ZJl。 J。式中缸为波动水平i下第志次可修复失误行为对应的返工时间，可由仿真记录的时间得到。(6)生产周期波动口T定义生产周期波动为不同环境波动水平下生产周期Ti的标准差：(10)式中T为所有波动水平下Ti的平均值。(7)设备运转率波动嘶定义设备运转率波动为不同环境波动水平下生产周期MAi的标准差：万方数据计算机集成制造系统 第22卷式中丽万为所有波动水平下MAi的平均值。(8)人员负荷均衡系数波动盯，定义人员负荷均衡系数波动为不同环境波动水平下生产

29、周期PE，的标准差：式中PE为所有波动水平下PE。的平均值。4 仿真实例基于提出的人机集成仿真模型，本文针对某发动机零部件生产单元开发了工作者失误行为动态仿真系统。该系统基于F1exsim 452和Visual C+6O开发：通过Flexsim 452构建制造过程基础模型，采用Visual C+6O独立开发工作者主体DLL，最后通过Flexsim 452的二次开发实现人机集成接口，将DLL挂接到制造过程基础模型中，实现的模型如图4所示。a 3D视图b如砚斟罔1某技：力机7”。单元f方真授掣41生产单元基本信息该发动机零部件专门为德国某知名企业配套生产XT，GT和K40 3类发动机零部件，加工制

30、造过程涉及9台数控加工中心M。M9，其中：GT的工艺流程为M6一M7一M。；XT的工艺流程为M9一MlM2一M3一MM5；K40在M2，M4或M7上均可完成加工。生产单元的计划调度、生产线切换、设备维修等工作由1名单元主管L。、6名操作员P。P。、1名专业换线员C。、3名设备维修员R。R。和1名质检员Q。组成的制造团队负责。其中：单元主管不参与具体加工和维修任务，但作为生产单元的负责人开展班组计划制定与下达以及内部控制与协调等工作；操作员负责各自设备的加工操作；换线员负责对生产线切换时涉及的M；，M。和M7进行工装夹具装卸、刀具更换、数控代码编制与装载以及试切等工作；设备维修员负责所有设备的故

31、障维护工作；质检员负责零部件加工质量的最终检验。42仿真实验设置仿真的目的是考察工作者失误行为对该生产单元生产效率指标和组织柔性指标的影响，在此基础上提出相应的管理策略以提升系统的整体性能。因此除了需要对设备能力、工艺路线、人机关系、组织控制关系等基本参数进行设置外，还需要对制造环境波动水平、任务执行时间。、工作者主体的失误概率LHEP、失误发现概率y-DEP、失误可修复概率y-REP和失误造成的返工时间血等参数进行设置。(1)制造环境波动水平 该生产单元的环境波动主要来自订单变化引起的产品换线、设备故障和来料质量缺陷三方面。由于所有可能的波动情况不易量化，根据生产专家对该生产单元环境波动水平

32、的划分，将其分为微幅波动、中幅波动和大幅波动3种水平，如表1所示。基于该定义，仿真设置3种不同的订单换线序列，对应换线次数r。一8，r：一26，r354；设备失效平均间隔时间服从参数为6的指数分布，仿真设置的3种失效水平为6。一10 800，12 150， 10 800， 12 150，10 800，10 800，15 000，9 750，10 800，62一7 200，8 100，7 200，8 100，7 200，7 200，10 ooo，6 500，7 200，63一3 600，4 050，3 600，4 050，3 600， 3 600，5 000，3 250，3 600；来料质量缺陷

33、率分别设置为厂，一1，一3，一53种水平。表l 生产单元环境波动水平的定义万方数据第8期 赵灿灿等：基于人机集成模型的生产单元人因失误行为仿真 1883(2)任务执行时间。、可修复概率yREP和返工时间出这3个参数根据历史数据分析、专家评价以及针对关键任务的工作研究确定。(3)工作者主体失误概率LHEP 考察不同失误概率水平对该生产单元性能的影响，为确保失误概率参数设置的合理性，必须根据制造系统人因行为的可靠性理论进行科学估算1”20。由生产专家从工作者承担的任务性质因素(强度、难度等)、个体特征因素(技能、心理、行为特点等)、环境因素(温度、照明等)和系统因素(组织管理、设备设施等)四方面对

34、工作者的工作负荷水平范围进行界定，进一步依据Coope卜Haper量表，确定工作者主体的失误概率范围。(4)失误发现概率yDEP 基于人因行为的可靠性理论，Allwood对制造系统中不同类别失误行为的发现概率进行实测与统计，给出了具有一定普遍性的失误发现概率1 9|。Reuth等进一步通过仿真结果与真实情况的对比，对Allwood提出的发现概率进行了调整，使其更加符合生产单元的实际情况。为保证本文仿真中工作者失误发现概率设置的合理性，其取值范围由专家基于Allwood与Reuth等关于制造系统中失误行为发现率的典型取值，结合该生产单元的实际情况进行修正而确定。基于失误概率yHEP和失误发现概率

35、yDEP的取值范围，为分析不同失误发生概率和失误发现概率对该生产单元的性能影响，设计如表2所示的双因素两水平仿真实验方案。表2失误行为仿真实验方案设计43仿真结果分析基于表2设计的4种仿真实验方案，在3种环境波动水平下分别运行仿真100次，获取分析所需的各项数据。为了检验4种方案下各评价指标的平均值是否在统计学上具有显著差异，采用双因子方差分析对每一种评价指标的平均值进行检验，汇总结果如表3所示。分析结果表明，失误发生概率和失误发现概率对该生产单元的各项评价指标均有显著影响。表3 某发动机零部件生产单元工作者失误行为仿真结果分析数据万方数据1884 计算机集成制造系统 第22卷注：im。为高失

36、误发生概率(LHEP一5)下的平均生产周期，亍I砷为低失误发生概率(yHEP一2)下的平均生产周期，亍胁p为高失误发现概率(LDEP一90)下的平均生产周期，L。p为低失误发现概率(LDEP一80)下的平均生产周期，其他同理。对仿真数据的进一步讨论与分析如下：(1)图5所示为4种失误行为方案下平均生产周期、平均设备运转率和平均人员负荷的均衡情况。由该图可见，方案D即低失误发生概率(yHEP一2)和高失误发现概率(yDEP一90)方案下，生产周期平均值最小、设备运转率平均值最大、人员负荷均衡系数平均值最小。这表明在低失误发生概率和高失误发现概率的情况下，该生产单元的生产反应速度、设备运转率水平和

37、人员负荷均衡水平三方面表现最佳。酒露斗暴匣L州装趔露斗碍辩!柳轴魁方案A方案B方案C方案Da平均生产周期O20j型摹018辎h器016妪飘-a妪方案A方案B方案C方案Db平均设备运转率元不合格品水平和失误水平的表现。由该图可见，高失误发生概率情况下的不合格品水平和失误水平高于低失误发生概率情况下的对应值，而4种仿真方案中低失误发生率(LHEP一2)与高失误发现率(y DEP一90)配置下的方案D具有最低的不合格品水平(DPL一3131)和失误水平(HEL=3226)。透1基o囊o如饕o葛鋈12蕈1：黍：2瞄啪舛鸵町5：万方数据第8期 赵灿灿等：基于人机集成模型的生产单元人因失误行为仿真标表现较

38、好。3羹i摹：划6S鲻瓤憔枢露枢gLDP=90 上DE尸=80?失误发生概率e y DEP与oM3占2羹z墨l爿善：鲻0蓬：釜：g5 卫HEP=2误发生概率YHEp与嘶LDE尸三90 卫DEP=80失误发生概率t yDEp与唧图7不同失误发生概率和失误发现概率。F的组织柔性指标值对比上述系列分析结果表明，该生产单元工作者的失误发生概率和失误发现概率对组织柔性指标与生产技术性指标均有显著影响。为提升该生产单元的整体性能，管理者可以从降低工作者失误发生概率和提高失误发现概率两个方面制定改进策略。人的行为可靠性理论n朝表明，工作者失误概率与失误发现概率主要与任务特征(如难度、工作量)、个体因素(如素

39、质、能力、心理状态)、环境因素(如温度、照明、噪音等)和系统因素(如信息反馈、工效学设计等)相关。基于该理论，结合该生产单元的实际情况，本文提出如下管理建议：(1)加强工作者任职培训，强调高素质工作者、专家系统、人机和人人的有效配合，降低决策型和知识型任务的难度，降低失误发生概率并提升失误发现概率，提升系统的整体可靠性。(2)对于可导致严重后果的工作任务，尽量采用虚拟制造技术提高工作者对任务过程的认知程度，结合防错设计来减少可能的失误。(3)以工作者主体为中心，对相关的人机交互界面进行优化设计，通过决策信息可视化、智能辅助决策等技术提高人机交互的可靠性，避免操作失误，减少产生不可修复的失误行为

40、。(4)详细记录失误信息，并进行分析处理、形成知识库，利用学习机制提升工作者对失误的认知与预测能力，尽量避免重复出现同类失误。(5)优化组织分工，以工作者为中心优化任务结构，充分发挥工作者的自治性与主动性。5 结束语本文将生产单元作为一个动态、复杂的整体系统，来分析和评价工作者人因失误行为对系统的影响。基于提出的人机集成的人因失误行为仿真方法实现了制造过程和工作者个体行为及组织行为的有效集成，从而实现了工作者可靠性对生产单元生产效率和组织柔性的定量评价。针对某发动机零部件生产单元的仿真实例验证了该方法的可行性，结果表明该方法可以帮助生产管理者针对失误预防提供科学的决策依据。当前的研究还局限于分

41、析与工作者可靠性直接相关的失误发生概率和失误发现概率两项参数对生产单元性能的影响，进一步的研究将集中于对所提改进策略进行深入探讨和量化分析。参考文献：1 IRANI s AHandb00k of cellular manufacturing syst锄sMNew York，NY，USA：John Wiley&Sons，20072 LIu Fei，Lu0 zhenbi，zHANG xiaodongAdvanced manufacturing systemsMBe巧ing：science and Techn0109y Publishing House of china，2005(in chines

42、e)刘 飞，罗振壁，张晓冬先进制造系统M北京：中国科学技术出版社，20053 ZHANG Xiaodong，YANG Yu，GUO Bocase study of humancentered simulation of human error in production cellJComputer Integrated Manufactu“ng Systems，2006，12(5)：672680(in chinese)张晓冬，杨 育，郭 波以人为中心的生产单元人因失误仿真实例研究J计算机集成制造系统，2006，12(5)：6726804scHLIcK c，REuTH R，LUczAK HA c

43、omparative simu一1ation study of work processes in autonomous production cellsJ Human Factors and Ergonomics in Manufacturing&Service Industries，2002，12(1)：3154厂5 ZHANG X，SCHMIDT L，SCHLICK C M，et a1A humantaskoriented simulation study in autonomous production cells口 International J0urnal of Productio

44、n Research，2008，46(18)：501350416 DAI Licao，HuANG shudong，ZHANG LiHuman error ao一铷，一一搦且一鬈搦盟0一y生0一一L兹一一L0y叩；宝似全j毗0一且一懈一且一懈一搦且一拨“一，一慨臌一一刚励黝黝盟煳册黝溯黝盟一燧吖舰铴黝臣一励盟一煺皑一黝盟一煳哩一亘叶杜1叶儿1叶止仆“叶非让1冲A小儿一一一一一一一0505O500000O0050505n万方数据1886 计算机集成制造系统 第22卷nalysis in a modern manufacturing systemJ systems Engineering，2007，

45、25(2)：101105(in chinese)戴立操，黄曙东，张力现代制造系统中人因失误分析J系统工程，2007，25(2)：1011057 BORING R LDynamic human reliability analysisbenefitsand challenges of simulating human performanceCProceedings of the European Safety and Reliability Conference2007Stavallger，Nonay：nylor and FraIlds，2007：104310498 REUTH R，scHLIC

46、K C，LUczAK HComparative assessment of human error in autonomous production cellscProceedings of the 8th Conference on Cognitive science Approaches to Process Control-Berlin， Germany：Springer_Verlag，2001：1671769 NEss J w，RITzER D R，TEPE VMetrics and methods inhuman performance research toward individ

47、ual and small unitsimulationMwashington，Dc，USA：Human systems1nformation Analysis Center，200310 DI PASQuALE V，MIRANDA S，IANNONE R，et a1Asimulator for human error probability analysis(SHERPA)JReliability Engineering&system safety，2015，139：1732DOI：101016j_ress20150200311 M0sLEH A，CHANG Y HModel_based h

48、uman reliabilityanalysis：prospects and requirementsJ Reliability Engineering 8L System Safety，2004，83(2)：241一Z5312 TRucc0 T，LEVA M cA probabilistic cognitive simulatorfor HRA studies(PR0cos)JReliability Engineering 8LSystem Safety，2007，92(8)：1117113013 CHANG Y H J，MOsLEH Acognitive modeling and dynamic probabilistic simulation of operating crew response to14151617181920complex system accidentsJReliability Engineeringsystem Safety，2007，92(8)：997