【注安安全生产技术考试要点】安全生产技术考试要点：第四章安全人机工程5

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第五节 人机系统w     主要内容：人机信息及能量交换系统模型、人机系统人机功能分配、人机系统可靠性计算、人机系统可靠性设计基本原则。 w     一、人机信息及能量交换系统模型n     人机系统的任何活动实质上是信息及能量的传递和交换。人机之间在进行信息及能量的传递和交换中, 首先是人的感觉器官 ( 眼、耳等 ) 从显示装置上感受到机器及环境作用 于人的信息, 经大脑中枢神经的综合、分析、判断做出决策, 然后命令运动器官 ( 手或脚 ) 向机器的控制器发出控制信息, 即操纵机器相应的执行机构 ( 手柄或按钮等 ) 完成各种相虚的运动机能 ( 移动或转动 ), 且将控制的效果反映在显示器上, 构成一个信息及能量传递的闭环系统。到此, 人机系统完成了一次功能循环。 二、人机系统 w     在人机系统中, 人与机器为完成一定功能, 各自发挥自己的作用, 又必须相互联系, 相互配合, 二者之间有着相互依存、相互影响、又相互制约的关系, 而且这些关系随系统自动化程度的变化而变化。w     为了取得人机系统的最佳效果, 对人和机分别提出“人适应于机”、“机适宜于人” 的不同要求, 即“人适机”“与机宜人”。所谓“机宜人”是指机器作为人从事生产和生活活 动的工具, 要求设计、制造出来的机器应尽量满足使用者的体格、生理、心理等条件的要求, 做到显示的信息便于接受、判断, 控制系统的尺寸、力度、位置、结构、形式等均应适合操作者的生理要求, 工具、器具及用品等的使用得心应手, 人所处的作业空间安全舒适, 达到有利于人的身心健康, 有利于发挥劳动者的效能和效率。  w     人适机是指使人去适应机器的要求。机器的结构决定了其客观的运动规律, 其操作环a境也会因各种因素在时间和空间上受到某种限制, 如经济上的可行性、技术上的可能性、机器本身性能要求的条件以及使用机器时的外界环境条件 ( 如高温、高压作业 ) 等。为了适应机器的这些情况, 就需要对人的因素予以限制, 对人进行教育、训练, 并且尽量发挥人的因素, 利用有一定可塑性这一特点。w     在人机系统中, 机宜人与人适机是相对的。机适宜于人是以人的因素为条件的, 而人的因素是比较复杂的, 而且是变化的, 有的是随时代的进步而变化, 有的是因时、因地、因性别、因年龄等不同而变化；人的因素有的可量化, 有的则难以准确量化。机器本身也在不断发展, 自动化程度越来越高, 控制系统智能化, 所以机适宜于人的程度也在不断提高。 而人适应于机的程度是有限的, 因为尽管人的因素有一定的可塑性, 但是毕竟有一定的限度。解决的办法是通过学习和训练, 提高人的文化和技术素质, 或采取必要的辅助措施 ( 如使用劳保用品等 ) 去适应机器的要求。 三、人机功能分配 w   在人机系统中 , 人与机完成各自的功能 , 只有二者合理配合 , 协调一致 , 才能使人机 系统达到最佳效果。为此 , 需要深入了解和研究人机各自的特征 , 进行比较 , 扬长避短 , 充分发挥各自的特长。w   ( 一 ) 人在人机系统中的主要功能w   人在人机系统中主要有 3 种功能:  w     (1) 传感功能。通过人体感觉器官的看、听、摸等感知外界环境的剌激信息, 如物体、事件、机器、显示器、环境或工作过程等, 将这些刺激信息作为输入传递给人的中枢神经。w     (2) 信息处理功能。大脑对感知的信息进行检索、加工、判断、评价, 然后做出决策。 w     (3) 操纵功能。将信息处理的结果作为指令, 指挥人的行动, 即人对外界的刺激作出反应, 如操纵控制器、使用工具、处理材料等, 最后达到人的预期目的, 如机器被开动运转、零件被加工成形、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。  w   ( 二 ) 人机特性的比较w   人体本身就是一部复杂的、特殊的机器。人与机器的特性包括许多内容, 但就从人机系统中信息及能量的接受、传递、转换过程来讲, 我们可以归纳为以下 4 个方面来比较, 即信息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等。w   （三）人机功能分配原则 四、人机系统可靠性计算 w   （一）系统中人的可靠性计算w   （二）人机系统的可靠性计算w   1. 两人监控人机系统的可靠度w   (1) 异常状况时，相当于两人并联，可靠度比一人控制的系统增大了，这时操作者切断电源的可靠度为 rhb( 正确操作的概率 )： rhb =1-（1-r1）(1-r2) w     (2) 正常状况时，相当于两人串联，可靠度比一人控制的系统减小了，即产生误操作的概率增大了，操作者不切断电源的可靠度为rhc 险 ( 不产生误动作的概率 ):rhc= r1·r2w     从监视的角度考虑，首要问题是避免异常状况时的危险, 即保证异常状况时切断电源的可靠度, 而提高正常状况下不误操作的可靠度则是次要的, 因此这个监控系统是可行的。所以两人监控的人机系统的可靠度 rsr 为 :  w   异常情况时,                   rsr" =[1 一 (1-r1)(1-r2)]rmw   正常情况时,                    rsr" = rhc·rm = r1·r2·rm 2. 多人表决的冗余人机系统可靠度 w     上述两人监控作业是单纯的并联系统, 所以正常操作和误操作两种概率都增加了, 而由多数人表决的人机系统就可以避免这种情况。若由几个人构成控制系统, 当其中 f 个人的控制工作同时失误时, 系统才会失败, 我们称这样的系统为多数人表决的冗余人机系统。设每个人的可靠度均为 r, 则系统全体人员的操作可靠度 rhn 为 :                            r-1rhn = ∑ cnｉ（1―r）ｉ r﹙ｎ﹣1﹚                          i=0    w   式中cnｉ一n 个人中有 i 个人同意时事件数,     cnｉ = n! / [i! · (n- i)! ], 且规定cn 0=1。w   多数人表决的冗余人机系统可靠度的计算公式为:                   r-1w     rhn = [ ∑ cnｉ（1―r）ｉ r﹙ｎ﹣1] ] · rm                  i=0   w    3. 控制器监控的冗余人机系统可靠度w    设监控器的可靠度为 rmk, 则人机系统的可靠度 rsk 为 : w    rsk  =  [1-(1-rmk·rh)(1- rh)] · rm w    4. 自动控制冗余人机系统可靠度w    设自动控制系统的可靠度为rmk，则人机系统的可靠度为rsz为: w    rsz = [ 1- (1- rmz · rh)(1- rmz )] · rm 五、人机系统可靠性设计基本原则 w     1. 系统的整体可靠性原则w     从人机系统的整体可靠性出发, 合理确定人与机器的功能分配, 从而设计出经济可靠的人机系统。w     一般情况下, 机器的可靠性高于人的可靠性, 实现生产的机械化和自动化, 就可将人从机器的危险点和危险环境中解脱出来, 从根本上提高了人机系统可靠性。w     2. 高可靠性组成单元要素原则w     系统要采用经过检验的、高可靠性单元要素来进行设计。w     3. 具有安全系数的设计原则w     由于负荷条件和环境因素随时间而变化, 所以可靠性也是随时间变化的函数, 并且随时间的增加, 可靠性在降低。因此, 设计的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。 4. 高可靠性方式原则w    为提高可靠性, 宜采用冗余设计、故障安全装置、自动保险装置等高可靠度结构组合方式。n    (1) 系统“自动保险”装置。自动保险, 就是即使是外行不懂业务的人或不熟练的人进行操作, 也能保证安全, 不受伤害或不出故障。n    这是机器设备设计和装置设计的根本性指导思想, 是本质安全化追求的目标。要通过不断完善结构, 尽可能地接近这个目标。n    (2) 系统“故障安全”结构。故障安全, 就是即使个别零部件发生故障或失效, 系统性能不变, 仍能可靠工作。  w     系统安全常常是以正常的准确的完成规定功能为前提。可是, 由于组成零件产生故障而引起误动作, 常常导致重大事故发生。为达到功能准确性, 采用保险结构方法可保证系统的可靠性。w     从系统控制的功能方面来看, 故障安全结构有以下几种: n     ①消极被动式。组成单元发生故障时, 机器变为停止状态。 n     ②积极主动式。组成单元发生故障时, 机器一面报警, 一面还能短时运转。 n     ③运行操作式。即使组成单元发生故障, 机器也能运行到下次的定期检查。 通常在产业系统中, 大多为消极被动式结构。  w     5. 标准化原则w     为减少故障环节, 应尽可能简化结构, 尽可能采用标准化结构和方式。w     6. 高维修度原则w     为便于检修故障, 且在发生故障时易于快速修复, 同时为考虑经济性和备用方便, 应采用零件标准化、部件通用化、设备系列化的产品。w     7. 事先进行试验和进行评价的原则w     对于缺乏实践考验和实用经验的材料和方法, 必须事先进行试验和科学评价, 然后再根据其可靠性和安全性而选用。 w     8. 预测和预防的原则w     要事先对系统及其组成要素的可靠性和安全性进行预测。对已发现的问题加以必要的改善, 对易于发生故障或事故的薄弱环节和部位也要事先制定预防措施和应变措施。w     9. 人机工程学原则w     从正确处理人一机一环境的合理关系出发, 采用人类易于使用并且差错较少的方式。 w     10. 技术经济性原则w     不仅要考虑可靠性和安全性, 还必须考虑系统的质量因素和输出功能指标。其中还包括技术功能和经济成本。  w   11. 审查原则w   既要进行可靠性设计, 又要对设计进行可靠性审查和其他专业审查, 也就是要重申和贯彻各专业各行业提出的评价指标。w   12.整理准备资料和交流信息原则w   13.信息反馈原则w   14.设立相应的组织机构

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