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吴奇:人机系统可靠性
发表时间:2015-06-30 阅读次数:1552次

系统可靠性 

       随着科学技术的发展,现代化的机器、技术装备、交通工具和探索工具变的越来越复杂。这些机器和设备等的可靠性受到了人们的广泛重视,我们把这种可靠性称为系统可靠性。系统愈复杂,若可靠性达不到较高的指标要求,则系统出故障的可能性愈大、造成的损失也愈大。这些损失可能是经济上的、信誉上的,甚至会造成生命安全或更严重的灾难性后果。譬如导航系统的不可靠或工作失误可导致飞机坠毁;飞机在着陆时,其控制系统如不能将飞机的起落架可靠地弹出,后果将是不可想象的。

        现代化管理可以大大提高工作效率和质量,当然也应包括可靠性。但是如果处理不当,系统可靠性没有得到足够的保障,那么它也会带来严重的影响。试想一下,假如在一次重要的选举当中,采用计算机统计投票结果,却由计算机失误而打乱了进程,选出一个不该当选的领导人来,将是多么可笑。因此系统发展愈是走向现代化,愈要注意其可靠性。人们在走向现代化的过程中,必须在各个方面提高和改善系统可靠性。没有可靠性作基础的系统只能是空中楼阁。

        提高系统的可靠性,一方面要提高构成系统的各元件本身的可靠性,如:要提高飞机的可靠性,首先要提高发动机、控制系统、导航系统等的可靠性。另一方面还要提高系统承受误操作的可靠性。例如1991年的海湾战争中,美国的"爱国者"导弹出尽风头,它不仅能准确可靠地在空中击毁敌方导弹,而且在没有发现目标时,将在空中自行销毁,不造成损失。

        提高系统的可靠性,要从系统的设计着手。要使系统的元器件工作在正常状态下,没有过载超负荷等现象的发生,并且要有一定的裕度。也可以采用冗余贮备,使系统在即使有个别元器件或设备出现故障的情况下仍能正常工作,譬如大型客机拥有四个发动机,中型客机拥有两个发动机。也就是说有一个设备出现故障,有另一个设备顶替它工作。当然冗余设备的采用有可能增加系统的复杂性和成本,但是如果设计得合理,在成本增加不多的情况下,可以使系统的可靠性有很大的提高,这是完全值得的。

--环境系统可靠性

        人-机-环境系统的可靠性与工程可靠性的差别在于:人-机-环境系统的可靠性要把涉及到人的各种问题以及环境因素的控制问题纳入到可靠性的内容当中。研究人机系统的可靠性对人、机、环境三者及三者之间的相互配合、功能分配、可靠度分配等必须予以认真分析、研究,方可保证人机系统的整体可靠性要求。研究人、机、环境系统需要正确处理人、机、环境三大要素的关系,深入研究人、机、环境系统的最优组合。系统中的“人”,是指作为工作主体的人(如操作人员或决策人员);“机”,是指人所控制的一切对象(如汽车、飞机、轮船、生产过程等)的总称;“环境”,是指人、机共处的特定工作条件(如温度、噪声、震动、有害气体等)。

        人-机-环境系统可靠性的最大特点是,把人、机、环境看作是一个系统的三大要素,在深入研究三者各自性能的基础上,着重强调从全系统的总体性能出发,通过三者之间的信息传递、加工和控制,形成一个相互关联的复杂系统,并运用系统工程的方法,使系统具有“安全,高效、经济”等综合效能。此外,人-机-环境系统可靠性的研究需要把环境作为系统的一个环节,并按系统的总体要求对其进行全面的规划和控制。这样一来,人-机-环境可靠性不仅把人的因素、人体工程学、工程心理学、工效学、人的因素工程、人-机系统学科等纳入到一个统一的科学框架,而且从系统的总体高度研究人-机-环境系统各种组合方案的优劣,以提出系统整体的可靠性要求。应该强调指出的是,人-机-环境系统可靠性并不是对上述各单一学科的否定或取代,而是把这些大致相似或相辅相成的研究范畴提到一个更高的层次、更广的视野去分析和综合,从而把整体的研究水平和工程实践推进到更高的层面去对系统可靠性提出要求和指导。

基于大数据特征的人--环境系统可靠性

        我相信:专注决定高度。我从研究生时代开始从事用机器学习的方法研究系统可靠性问题,直至今天依然乐此不疲。探索的过程总是不会一帆风顺、风平浪静,不过也总是有来有往、有起有伏,然而始终不变的是我的初心。模式识别是对复杂的信息有效处理的一种途径。如果我们把环境与客体统称为“模式”,那么模式识别就是我们对环境及客体的认知。正如我们使用眼睛、耳朵获取外界的信息一样,我们通过模式识别也可以获取外界的信息,然而其强大之处在于它可以帮助我们获取更多信息,帮助我们更好的理解这个世界。也正因为这,我们生活的时代是一个信息爆炸的时代,我们拥有海量的数据,其中不乏具有高度价值的资料,而提取这些价值的方式就在于我们的工具。斯坦福大学的Trevor Hastie说,在大规模的数据中寻找有意义的模式就像在干草堆中寻找一根有意义的针。这是我工作的真实写照,我经常与工业过程数据流和飞行过程数据流打交道,如在处理飞行员生理数据时,对一段标准的数据信号其解析度可以达到几毫秒,而一次可能的生理波动也许就出现在这几毫秒之内。如何能够透过迷离的现象看到真切的本质是我的主要工作。人是高度复杂的,认知状态是这其中的有机组分,模式识别的方法帮我们去理解这其中的复杂,也同样可能让我们产生误解。机遇与挑战总是并存的,然而时代总是屈曲盘旋的。也许我们所在意的并不是结果,而是这其中的过程。这是这个时代的恩赐,也是我们进步的动力。

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