人机系统的安全性

第十七讲 人机系统的可靠性和安全性

通过本章的学习，应能够：

1． 描述人机系统的可靠性、可靠度；

2． 掌握人、人机系统的可靠度计算方法；

3． 说明人机系统可靠性设计的要求；

4． 运用故障树对人机系统得安全性进行描述和分析。

一、基本概念

1．可靠性

定义：可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内功能的能力。

研究对象：指系统、机器、部件或人员。本学科只研究人的操作可靠性，即以引起系统故障或失效的人为因素为研究对象。

可靠性高低与研究对象所处的规定条件和规定时间有密切关系。研究对象所处的条件包括温度、湿度、振动、冲击、负荷、压力等，还包括维护方法、自动操作还是人工操作、作业人员的技术水平等广义的环境条件。规定的时间一般指通常的时间概念，根据研究对象的不同也使用周期、距离、次数等相当于时间指标的量。

研究对象的功能：是指对象的某些特定的技术指标。

2．可靠度

定义：可靠度R是指在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的概率。

不可靠度或失效概率F：研究对象在规定的条件下、规定时间内丧失规定的功能的概率。

R十F＝1或R＝l—F

可靠度的获得：研究对象的不可靠度可以通过大量的统计实验得出。

3．人的操作可靠度

定义：作业者在规定条件下、规定时间内正确完成操作的概率，用RH表示。

人的操作不可靠度(人体差错率)FH，RH+FH=1。

人的操作可靠度计算：

人的行动过程包括：信息接受过程、信息判断加工过程、信息处理过程。人的可靠性也包活人的信息接受的可靠性、信息判断的可靠性、信息处理的可靠性。这三个过程的可靠性就表达了人的操作可靠性。

（1）间歇性操作的操作可靠度计算。 间歇性操作的特点是在作业活动中，作业者进行不连续的间断操作。例如，汽车换挡、制动等均属间歇性操作。这种操作可能是有规律的，有时也可能是随机的。因此，对于这种操作不宜用时间来表达其可靠度，一般用次数、距离、周期等来描述其可靠度。

“人-机-环-管”系统任务安全性分析与评价研究

摘要：本文分别从人、机、环境、管理的角度，定性分析了在装备保障过程中影响任务安全性的主要机理及其对整个系统任务安全性的影响，并分别建立了四者的安全性数学模型，最后以这些模型为依据，以实际保障所测数据为基础，对人-机-环境-管理系统工程进行了定量的分析，为装备保障的安全分析、评价和管理工作提供了依据。

关键词：人-机-环境-管理系统；任务安全性分析；安全评价

1 人-机-环境-管理系统任务整体安全性分析与计算

人-机-环境-管理系统工程是一门与装备维护、保障效率、维修管理及工作者身心健康相关的学科，是运用系统科学理论和系统工程方法，以人-机-环境-管理系统为研究对象，正确处理4大要素的关系，深入研究系统最优组合，提出系统任务安全分析与评价的研究方法，从而实现系统的本质安全化，为安全可靠的装备保障过程提供理论支持和管理依据。[1]利用理论计算和实验测试的方式，确定了整个系统的安全度，即包含人、机、环境、管理4个子系统的函数，并作为功能串联整体系统。为整个系统的安全度; 、、、分别为人、机、环境、管理的安全度。通用表达式如下：

(1)

2人的安全性分析

2.1人不安全行为产生的机理、原因及分类

从工作者的角度看，人的不安全行为主要是由于人感知环境信息的失误，人大脑处理信息时作出错误的决策，动作器官没能完成指定动作3方面原因引起的。从系统的角度看，主要是由于人的心理、生理、管理决策、社会环境以及人机界面设计不协调等多方面原因所导致。[2]其中人的生理方面的原因主要指人的各种能力的限度，包括人的知觉、感觉、反应速度、体力、生物节律等；人的心理方面的原因主要指人的气质、性格、情绪、意识等；管理决策方面的原因主要指不合理的作业时间，作业计划，操作规程的不合理等；环境的原因包括物理环境和人际环境，即作业场所和人际关系的好坏；人机界面设计方面的原因主要指人机功能分配不当，工程设计上的不合理使人易失误等。

第 1 页 共 3 页 安全人机工程及其简单应用

把人机工程学运用平安生产，在我国起步虽晚，但越来越受到人们的关注。现代生产的流水线，从设计时就考虑和运用人机工程原理，如工位设置，物料箱位置，物料移动频率和高度以及各种定置管理规范等，无不以人为本，体现出人性化的平安理念。

人机工程是讨论人、机及其工作环境之间相互作用的学科，人机工程学讨论的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操作掌握、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的讨论，其目的在于获得最高的效率，使作业者感到平安和舒适。

平安人机工程是人机工程的一个分支，它是从平安工程学的观点动身，为进行系统平安分析、预防伤亡事故和职业病供应人机工程学方面学问的科学体系。

平安人机工程学的讨论范围

1．讨论人机系统中的各种特性：包括生理特性和心理特性，讨论人体的形态机能，动态及静态人体尺度，人体生理学参数，人在劳动时的心理状态，平安生产的心理因素和事故心理因素等。

2．讨论人机功能安排：讨论人和机各自的功能特性参数，适应力量和发挥其功能的条件，各种人机系统、人机功能安排的方法等。

3．各种人机界面的讨论：人和机要不断的进行信息交换，这方面讨论包括机器显示装置与人的信息通道特性的匹配，机器掌握器与人体运动特性的匹配和显示器与掌握器性能的匹配等。

4．作业方法和作业负荷讨论：作业方法讨论包括作业的姿态、体位、用力、作业挨次、合理的工作器具和工卡量具等的讨论，目的是消退不必要的劳动消耗。

5．作业空间分析讨论：讨论为保证平安高效作业所需的空间范围。包括人的最佳视区、最佳作业域、最小的装配作业空间以及最低限度的平安防护范围等。

6．事故及其预防的讨论：据国内外大量的统计表明，有近80％的事 第 2 页 共 3 页 故是由于人为失误而发生

的。因此，事故及其预防的讨论，既是平安人机工程学的立足点，也是其根本目的，即应讨论产生事故的各种人的因素、人的操作失误分析与预防措施等。

第一章

1. 人机工程学发展阶段：经验人机工程学一科学人机工程学一现代人机工程学

2. 三大实验：肌肉疲劳试验、铁锹作业试验、砌砖作业试验

3. 安全人机工程学立义：从安全的角度，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面 的安全问题的一门新兴学科。

研究目的：对人机系统建立合理可行的方案，根据人和机的功能特点和需求合理分配，是 两者有机结合，发挥各自的最大功效，创造安全、髙效、舒适、健康的工作和生产环境。

研究内容：人的因素、机的因素、环境因素、人机系统综合研究

研究方法：调査法、实验法、模拟法

研究任务：为人机系统设计者提供系统安全性设计，特别是确保人员安全的理论、方法、 准则和数据。

4. 人机结合而：人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的区域。

第二章

1•人体测量的内容：形态测量、生理测戢、运动测量

生理测量：知觉反应、疲劳程度、出力大小

2. 基准轴：铅锤轴、纵轴、横轴

基准而：正中而（矢状而）、冠状而、水平而、眼耳平而

3. 测量的主要仪器：人体测量仪、人体测量用直角规、人体测量用弯角规、软尺

测量的主要方法：普通测量法、摄影法、三维数学测量法

4•人体测量常用的统计函数：均值、方差、标准差、抽样误差、百分位数

百分位数：P5 （小百分位数）、P50 （小百分位数）、P95 （大百分位数）

5. 标准差与百分位数P,的关系：

1%—50%的数据时：PK =x-SnK

1%—50%的数拯时：PK =X + SDK

K…-变换系数

6. 人体参数：人体构造尺寸（静态尺寸）、人体功能尺寸（动态尺寸）

7. 人体测量数据的统计处理：

1 •数据分组

2. 作频数分布图

3. 确左假定平均数（频数较大的那一组的组中值）

G -G

4. 计算离均差—

b

其中G,…各组的中值，b--组距，G。…假左平均数

5. 计算并列表

&人体测量数据的一般应用原则：

1. 合理选用百分位原则

2. 可调性原则