第五節(jié) 人機系統(tǒng)
一、人機信息及能量交換系統(tǒng)模型
人機系統(tǒng)的任何活動實質(zhì)上是信息及能量的傳遞和交換。人機之間在進行信息及能量的傳遞和交換中，首先是人的感覺器官(眼、耳等)、從顯示裝置上感受到機器及環(huán)境作用于人的信息，經(jīng)大腦中樞神經(jīng)的綜合、分析、判斷做出決策，然后命令運動器官(手或腳)、向機器的控制器發(fā)出控制信息，即操縱機器相應的執(zhí)行機構(gòu)(手柄或按鈕等)、完成各種相應的運動機能(移動或轉(zhuǎn)動)、，且將控制的效果反映在顯示器上，構(gòu)成一個信息及能量傳遞的閉環(huán)系統(tǒng)。到此，人機系統(tǒng)完成了一次功能循環(huán)，如圖4—9所示。
在這個循環(huán)過程中，人機系統(tǒng)完成了人所希望的功能，達到人的預期目的。
二、人機系統(tǒng)
在人機系統(tǒng)中，人與機器為完成一定功能，各自發(fā)揮自己的作用，又必須相互聯(lián)系，相互配合，二者之間有著相互依存、相互影響、又相互制約的關(guān)系，而且這些關(guān)系隨系統(tǒng)自動化程度的變化而變化。
為了取得人機系統(tǒng)的效果，對人和機分別提出“人適應于機”、“機適宜于人”的不同要求，即“人適機”與“機宜人”。所謂“機宜人”是指機器作為人從事生產(chǎn)和生活活動的工具，要求設(shè)計、制造出來的機器應盡量滿足使用者的體格、生理、心理等條件的要求，做到顯示的信息便于接受、判斷，控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式等均應適合操作者的生理要求，工具、器具及用品等的使用得心應手，人所處的作業(yè)空間安全舒適，達到有利于人的身心健康，有利于發(fā)揮勞動者的效能和效率。
人適機是指使人去適應機器的要求。機器的結(jié)構(gòu)決定了其客觀的運動規(guī)律，其操作環(huán)境也會因各種因素在時間和空間上受到某種限制，如經(jīng)濟上的可行性、技術(shù)上的可能性、機器本身性能要求的條件以及使用機器時的外界環(huán)境條件(如高溫、高壓作業(yè))、等。為了適應機器的這些情況，就需要對人的因素予以限制，對人進行教育、訓練，并且盡量發(fā)揮人的因素，利用有一定可塑性這一特點。
在人機系統(tǒng)中，機宜人與人適機是相對的。機適宜于人是以人的因素為條件的，而人的因素是比較復雜的，而且是變化的，有的是隨時代的進步而變化，有的是因時、因地、因性別、因年齡等不同而變化；人的因素有的可量化，有的則難以準確量化。機器本身也在不斷發(fā)展，自動化程度越來越高，控制系統(tǒng)智能化，所以機適宜于人的程度也在不斷提高。而人適應于機的程度是有限的，因為盡管人的因素有一定的可塑性，但是畢竟有一定的限度。解決的辦法是通過學習和訓練，提高人的文化和技術(shù)素質(zhì)，或采取必要的輔助措施(如使用勞保用品等)、去適應機器的要求。
三、人機功能分配
在人機系統(tǒng)中，人與機完成各自的功能，只有二者合理配合，協(xié)調(diào)一致，才能使人機系統(tǒng)達到效果。為此，需要深入了解和研究人機各自的特征，進行比較，揚長避短，充分發(fā)揮各自的特長。
(一)、人在人機系統(tǒng)中的主要功能
人在人機系統(tǒng)中主要有3種功能：
(1)、傳感功能。通過人體感覺器官的看、聽、摸等感知外界環(huán)境的刺激信息，如物體、事件、機器、顯示器、環(huán)境或工作過程等，將這些刺激信息作為輸入傳遞給人的中樞神經(jīng)。
(2)、信息處理功能。大腦對感知的信息進行檢索、加工、判斷、評價，然后做出決策。
(3)、操縱功能。將信息處理的結(jié)果作為指令，指揮人的行動，即人對外界的刺激作出反應，如操縱控制器、使用工具、處理材料等，最后達到人的預期目的，如機器被開動運轉(zhuǎn)、零件被加工成形、機器的故障已被排除、缺陷零件已被修復或者更換等。
(二)、人機特性的比較
人體本身就是一部復雜的、特殊的機器。人與機器的特性包括許多內(nèi)容，但就從人機系統(tǒng)中信息及能量的接受、傳遞、轉(zhuǎn)換過程來講，我們可以歸納為以下4個方面來比較，即信息感受、信息處理和決策、操作反應、工作能力等。
人優(yōu)于機器的能力主要有：信號檢測、圖像識別、靈活性、隨機應變、歸納、推理、判斷、創(chuàng)造性等；機器優(yōu)于人的能力主要有反應、操作速度快，精確性高，輸出功率大，耐久力強，重復性好，短期記憶，能同時完成多種操作、演繹推理以及能在惡劣環(huán)境下工作等。
(三)、人機功能分配原則
根據(jù)人機特性的比較，為了充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，人機功能合理分配的原則應該是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、規(guī)律性的、單調(diào)的、高價運算的、操作復雜的、環(huán)境條件差的工作，適合于機器來做；而研究、創(chuàng)造、決策、指令和程序的編排、檢查、維修、故障處理及應付不測等工作，適合于人來承擔。
四、人機系統(tǒng)可靠性計算
(一)、系統(tǒng)中人的可靠度計算
由于人機系統(tǒng)中人的可靠性的因素眾多且隨機變化，因此人的可靠性是不穩(wěn)定的。人的可靠度計算(定量計算)、也是很困難的。
1．人的基本可靠度
系統(tǒng)不因人體差錯發(fā)生功能降低和故障時人的成功概率，稱為人的基本可靠度，用r表示。人在進行作業(yè)操作時的基本可靠度可用下式表示：
r＝a1a2a3 (4—13)、
式中a1——輸入可靠度，考慮感知信號及其意義，時有失誤；
a2——判斷可靠度，考慮進行判斷時失誤；
a3——輸出可靠度，考慮輸出信息時運動器官執(zhí)行失誤，如按錯開關(guān)。
上式是外部環(huán)境在理想狀態(tài)下的可靠度值。a1，a2，a3，各值如表4—5所示。
人的作業(yè)方式可分為兩種情況，一種是在工作時間內(nèi)連續(xù)性作業(yè)，另一種是間歇性作業(yè)。下面分別說明這兩種作業(yè)人的可靠度的確定方法。
(1)、連續(xù)作業(yè)。在作業(yè)時間內(nèi)連續(xù)進行監(jiān)視和操縱的作業(yè)稱為連續(xù)作業(yè)，例如控制人員連續(xù)觀察儀表并連續(xù)調(diào)節(jié)流量；汽車司機連續(xù)觀察線路并連續(xù)操縱方向盤等。連續(xù)操作的人的基本可靠度可以用時間函數(shù)表示如下：
式中 r(t)、——連續(xù)性操作人的基本可靠度；
t——連續(xù)工作時間；
l(t)、——t時間內(nèi)人的差錯率。
(2)、間歇性作業(yè)。在作業(yè)時間內(nèi)不連續(xù)地觀察和作業(yè)，稱為間歇性作業(yè)，例如，汽車司機觀察汽車上的儀表，換擋、制動等。對間歇性作業(yè)一般采用失敗動作的次數(shù)來描述可靠度，其計算公式為：
r＝l一p(n／N)、 (4—15)、式中 N 失敗動作次數(shù)；
n——失敗動作次數(shù)；
p——概率符號。
2．人的作業(yè)可靠度
考慮了外部環(huán)境因素的人的可靠度RH為：
RH＝1-bl·b2·b3·b4·bs(1—r)、 (4一16)、
式中 b1——作業(yè)時間系數(shù)；
b2——作業(yè)操作頻率系數(shù)；
b3——作業(yè)危險度系數(shù)；
b4——作業(yè)生理和心理條件系數(shù)；
b5——作業(yè)環(huán)境條件系數(shù)；
(1-r)、——作業(yè)的基本失效概率或基本不可靠度。
r可根據(jù)表4—6及式(4—13)、求出。b1～b5；可根據(jù)表4—6來確定。
表4--6 可靠度RH的系數(shù)(bl～b5)、
(二)、人機系統(tǒng)的可靠度計算
人機系統(tǒng)組成的串聯(lián)系統(tǒng)可按下式表達：
Rs＝RH·RM (4—17)、式中 Rs——人機系統(tǒng)可靠度；
RH——人的操作可靠度；
RM——機器設(shè)備可靠度。
人機系統(tǒng)可靠度采用并聯(lián)方法來提高。常用的并聯(lián)方法有并行工作冗余法和后備冗余法。并行工作冗余法是同時使用兩個以上相同單元來完成同一系統(tǒng)任務(wù)，當一個單元失效時，其余單元仍能完成工作的并聯(lián)系統(tǒng)。后備冗余法也是配備兩個以上相同單元來完成同一系統(tǒng)的并聯(lián)系統(tǒng)。它與并行工作冗余法不同之處在于后備冗余法有備用單元，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，才啟用備用單元。
1．兩人監(jiān)控人機系統(tǒng)的可靠度
當系統(tǒng)由兩人監(jiān)控時，控制如圖4—10所示。一旦發(fā)生異常情況應立即切斷電源。該系統(tǒng)有以下兩種控制情形。
(1)、異常狀況時，相當于兩人并聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)增大了，這時操作者切斷電源的可靠度為RHb(正確操作的概率)、：
RHb＝1-(1-R1)、(1-R2)、 (4—18)、
(2)、正常狀況時，相當于兩人串聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc(不產(chǎn)生誤動作的概率)、：
RHc＝Rl·R2 (4—19)、
從監(jiān)視的角度考慮，首要問題是避免異常狀況時的危險，即保證異常狀況時切斷電源的可靠度，而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的，因此這個監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。所以兩人監(jiān)控的人機系統(tǒng)的可靠度度Rsr為：
異常情況時，
Rsr＇＝RHb·RM＝[1-(1-R1)、(1-R2)、]RM (4—20)、
正常情況時，
Rsr″＝RHc·RM＝Rl·R2·RM (4—21)、
2．多人表決的冗余人機系統(tǒng)可靠度
上述兩人監(jiān)控作業(yè)是單純的并聯(lián)系統(tǒng)，所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了，而由多數(shù)人表決的人機系統(tǒng)就可以避免這種情況。若由幾個人構(gòu)成控制系統(tǒng)，當其中r個人的控制工作同時失誤時，系統(tǒng)才會失敗，我們稱這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機系統(tǒng)。設(shè)每個人的可靠度均為R，則系統(tǒng)全體人員的操作可靠度Rm為：
五、人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計基本原則
1．系統(tǒng)的整體可靠性原則
從人機系統(tǒng)的整體可靠性出發(fā)，合理確定人與機器的功能分配，從而設(shè)計出經(jīng)濟可靠的人機系統(tǒng)。
一般情況下，機器的可靠性高于人的可靠性，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，就可將人從機器的危險點和危險環(huán)境中解脫出來，從根本上提高了人機系統(tǒng)可靠性。
2．高可靠性組成單元要素原則
系統(tǒng)要采用經(jīng)過檢驗的、高可靠性單元要素來進行設(shè)計。
3．具有安全系數(shù)的設(shè)計原則
由于負荷條件和環(huán)境因素隨時間而變化，所以可靠性也是隨時間變化的函數(shù)，并且隨時間的增加，可靠性在降低。因此，設(shè)計的可靠性和有關(guān)參數(shù)應具有一定的安全系數(shù)。
4．高可靠性方式原則
為提高可靠性，宜采用冗余設(shè)計、故障安全裝置、自動保險裝置等高可靠度結(jié)構(gòu)組合方式。
(1)、系統(tǒng)“自動保險”裝置。自動保險，就是即使是外行不懂業(yè)務(wù)的人或不熟練的人進行操作，也能保證安全，不受傷害或不出故障。
這是機器設(shè)備設(shè)計和裝置設(shè)計的根本性指導思想，是本質(zhì)安全化追求的目標。要通過不斷完善結(jié)構(gòu)，盡可能地接近這個目標。
(2)、系統(tǒng)“故障安全”結(jié)構(gòu)。故障安全，就是即使個別零部件發(fā)生故障或失效，系統(tǒng)性能不變，仍能可靠工作。
系統(tǒng)安全常常是以正常的準確的完成規(guī)定功能為前提?？墒?，由于組成零件產(chǎn)生故障而引起誤動作，常常導致重大事故發(fā)生。為達到功能準確性，采用保險結(jié)構(gòu)方法可保證系統(tǒng)的可靠性。
從系統(tǒng)控制的功能方面來看，故障安全結(jié)構(gòu)有以下幾種：
①消極被動式。組成單元發(fā)生故障時，機器變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)。
②積極主動式。組成單元發(fā)生故障時，機器一面報警，一面還能短時運轉(zhuǎn)。
③運行操作式。即使組成單元發(fā)生故障，機器也能運行到下次的定期檢查。
通常在產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中，大多為消極被動式結(jié)構(gòu)。
5．標準化原則
為減少故障環(huán)節(jié)，應盡可能簡化結(jié)構(gòu)，盡可能采用標準化結(jié)構(gòu)和方式。
6．高維修度原則
為便于檢修故障，且在發(fā)生故障時易于快速修復，同時為考慮經(jīng)濟性和備用方便，應采用零件標準化、部件通用化、設(shè)備系列化的產(chǎn)品。
7．事先進行試驗和進行評價的原則
對于缺乏實踐考驗和實用經(jīng)驗的材料和方法，必須事先進行試驗和科學評價，然后再根據(jù)其可靠性和安全性而選用。
8．預測和預防的原則
要事先對系統(tǒng)及其組成要素的可靠性和安全性進行預測。對已發(fā)現(xiàn)的問題加以必要的改善，對易于發(fā)生故障或事故的薄弱環(huán)節(jié)和部位也要事先制定預防措施和應變措施。
9．人機工程學原則
從正確處理人---機---環(huán)境的合理關(guān)系出發(fā)，采用人類易于使用并且差錯較少的方式。
10．技術(shù)經(jīng)濟性原則
不僅要考慮可靠性和安全性，還必須考慮系統(tǒng)的質(zhì)量因素和輸出功能指標。其中還包括技術(shù)功能和經(jīng)濟成本。
11．審查原則
既要進行可靠性設(shè)計，又要對設(shè)計進行可靠性審查和其他專業(yè)審查，也就是要重申和貫徹各專業(yè)各行業(yè)提出的評價指標。
12．整理準備資料和交流信息原則
為便于設(shè)計工作者進行分析、設(shè)計和評價，應充分收集和整理設(shè)計者所需要的數(shù)據(jù)和各種資料，以有效地利用已有的實際經(jīng)驗。
13．信息反饋原則
應對實際使用的經(jīng)驗進行分析之后，將分析結(jié)果反饋給有關(guān)部門。
14．設(shè)立相應的組織機構(gòu)
為實現(xiàn)高可靠性和高安全性的目的，應建立相應的組織機構(gòu)，以便有力推進綜合管理和技術(shù)開發(fā)。
【例題】單項選擇
在人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計中，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，逐步將人從機器的危險點和危險環(huán)境中解脫出來，體現(xiàn)了人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計的（ ）原則。
A. 系統(tǒng)的整體可靠性原則 B. 高可靠性方式原則
C. 預測和預防的原則 D. 人機工程學原則 〖答案〗A
一、人機信息及能量交換系統(tǒng)模型
人機系統(tǒng)的任何活動實質(zhì)上是信息及能量的傳遞和交換。人機之間在進行信息及能量的傳遞和交換中，首先是人的感覺器官(眼、耳等)、從顯示裝置上感受到機器及環(huán)境作用于人的信息，經(jīng)大腦中樞神經(jīng)的綜合、分析、判斷做出決策，然后命令運動器官(手或腳)、向機器的控制器發(fā)出控制信息，即操縱機器相應的執(zhí)行機構(gòu)(手柄或按鈕等)、完成各種相應的運動機能(移動或轉(zhuǎn)動)、，且將控制的效果反映在顯示器上，構(gòu)成一個信息及能量傳遞的閉環(huán)系統(tǒng)。到此，人機系統(tǒng)完成了一次功能循環(huán)，如圖4—9所示。
在這個循環(huán)過程中，人機系統(tǒng)完成了人所希望的功能，達到人的預期目的。
二、人機系統(tǒng)
在人機系統(tǒng)中，人與機器為完成一定功能，各自發(fā)揮自己的作用，又必須相互聯(lián)系，相互配合，二者之間有著相互依存、相互影響、又相互制約的關(guān)系，而且這些關(guān)系隨系統(tǒng)自動化程度的變化而變化。
為了取得人機系統(tǒng)的效果，對人和機分別提出“人適應于機”、“機適宜于人”的不同要求，即“人適機”與“機宜人”。所謂“機宜人”是指機器作為人從事生產(chǎn)和生活活動的工具，要求設(shè)計、制造出來的機器應盡量滿足使用者的體格、生理、心理等條件的要求，做到顯示的信息便于接受、判斷，控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式等均應適合操作者的生理要求，工具、器具及用品等的使用得心應手，人所處的作業(yè)空間安全舒適，達到有利于人的身心健康，有利于發(fā)揮勞動者的效能和效率。
人適機是指使人去適應機器的要求。機器的結(jié)構(gòu)決定了其客觀的運動規(guī)律，其操作環(huán)境也會因各種因素在時間和空間上受到某種限制，如經(jīng)濟上的可行性、技術(shù)上的可能性、機器本身性能要求的條件以及使用機器時的外界環(huán)境條件(如高溫、高壓作業(yè))、等。為了適應機器的這些情況，就需要對人的因素予以限制，對人進行教育、訓練，并且盡量發(fā)揮人的因素，利用有一定可塑性這一特點。
在人機系統(tǒng)中，機宜人與人適機是相對的。機適宜于人是以人的因素為條件的，而人的因素是比較復雜的，而且是變化的，有的是隨時代的進步而變化，有的是因時、因地、因性別、因年齡等不同而變化；人的因素有的可量化，有的則難以準確量化。機器本身也在不斷發(fā)展，自動化程度越來越高，控制系統(tǒng)智能化，所以機適宜于人的程度也在不斷提高。而人適應于機的程度是有限的，因為盡管人的因素有一定的可塑性，但是畢竟有一定的限度。解決的辦法是通過學習和訓練，提高人的文化和技術(shù)素質(zhì)，或采取必要的輔助措施(如使用勞保用品等)、去適應機器的要求。
三、人機功能分配
在人機系統(tǒng)中，人與機完成各自的功能，只有二者合理配合，協(xié)調(diào)一致，才能使人機系統(tǒng)達到效果。為此，需要深入了解和研究人機各自的特征，進行比較，揚長避短，充分發(fā)揮各自的特長。
(一)、人在人機系統(tǒng)中的主要功能
人在人機系統(tǒng)中主要有3種功能：
(1)、傳感功能。通過人體感覺器官的看、聽、摸等感知外界環(huán)境的刺激信息，如物體、事件、機器、顯示器、環(huán)境或工作過程等，將這些刺激信息作為輸入傳遞給人的中樞神經(jīng)。
(2)、信息處理功能。大腦對感知的信息進行檢索、加工、判斷、評價，然后做出決策。
(3)、操縱功能。將信息處理的結(jié)果作為指令，指揮人的行動，即人對外界的刺激作出反應，如操縱控制器、使用工具、處理材料等，最后達到人的預期目的，如機器被開動運轉(zhuǎn)、零件被加工成形、機器的故障已被排除、缺陷零件已被修復或者更換等。
(二)、人機特性的比較
人體本身就是一部復雜的、特殊的機器。人與機器的特性包括許多內(nèi)容，但就從人機系統(tǒng)中信息及能量的接受、傳遞、轉(zhuǎn)換過程來講，我們可以歸納為以下4個方面來比較，即信息感受、信息處理和決策、操作反應、工作能力等。
人優(yōu)于機器的能力主要有：信號檢測、圖像識別、靈活性、隨機應變、歸納、推理、判斷、創(chuàng)造性等；機器優(yōu)于人的能力主要有反應、操作速度快，精確性高，輸出功率大，耐久力強，重復性好，短期記憶，能同時完成多種操作、演繹推理以及能在惡劣環(huán)境下工作等。
(三)、人機功能分配原則
根據(jù)人機特性的比較，為了充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，人機功能合理分配的原則應該是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、規(guī)律性的、單調(diào)的、高價運算的、操作復雜的、環(huán)境條件差的工作，適合于機器來做；而研究、創(chuàng)造、決策、指令和程序的編排、檢查、維修、故障處理及應付不測等工作，適合于人來承擔。
四、人機系統(tǒng)可靠性計算
(一)、系統(tǒng)中人的可靠度計算
由于人機系統(tǒng)中人的可靠性的因素眾多且隨機變化，因此人的可靠性是不穩(wěn)定的。人的可靠度計算(定量計算)、也是很困難的。
1．人的基本可靠度
系統(tǒng)不因人體差錯發(fā)生功能降低和故障時人的成功概率，稱為人的基本可靠度，用r表示。人在進行作業(yè)操作時的基本可靠度可用下式表示：
r＝a1a2a3 (4—13)、
式中a1——輸入可靠度，考慮感知信號及其意義，時有失誤；
a2——判斷可靠度，考慮進行判斷時失誤；
a3——輸出可靠度，考慮輸出信息時運動器官執(zhí)行失誤，如按錯開關(guān)。
上式是外部環(huán)境在理想狀態(tài)下的可靠度值。a1，a2，a3，各值如表4—5所示。
人的作業(yè)方式可分為兩種情況，一種是在工作時間內(nèi)連續(xù)性作業(yè)，另一種是間歇性作業(yè)。下面分別說明這兩種作業(yè)人的可靠度的確定方法。
(1)、連續(xù)作業(yè)。在作業(yè)時間內(nèi)連續(xù)進行監(jiān)視和操縱的作業(yè)稱為連續(xù)作業(yè)，例如控制人員連續(xù)觀察儀表并連續(xù)調(diào)節(jié)流量；汽車司機連續(xù)觀察線路并連續(xù)操縱方向盤等。連續(xù)操作的人的基本可靠度可以用時間函數(shù)表示如下：
式中 r(t)、——連續(xù)性操作人的基本可靠度；
t——連續(xù)工作時間；
l(t)、——t時間內(nèi)人的差錯率。
(2)、間歇性作業(yè)。在作業(yè)時間內(nèi)不連續(xù)地觀察和作業(yè)，稱為間歇性作業(yè)，例如，汽車司機觀察汽車上的儀表，換擋、制動等。對間歇性作業(yè)一般采用失敗動作的次數(shù)來描述可靠度，其計算公式為：
r＝l一p(n／N)、 (4—15)、式中 N 失敗動作次數(shù)；
n——失敗動作次數(shù)；
p——概率符號。
2．人的作業(yè)可靠度
考慮了外部環(huán)境因素的人的可靠度RH為：
RH＝1-bl·b2·b3·b4·bs(1—r)、 (4一16)、
式中 b1——作業(yè)時間系數(shù)；
b2——作業(yè)操作頻率系數(shù)；
b3——作業(yè)危險度系數(shù)；
b4——作業(yè)生理和心理條件系數(shù)；
b5——作業(yè)環(huán)境條件系數(shù)；
(1-r)、——作業(yè)的基本失效概率或基本不可靠度。
r可根據(jù)表4—6及式(4—13)、求出。b1～b5；可根據(jù)表4—6來確定。
表4--6 可靠度RH的系數(shù)(bl～b5)、
(二)、人機系統(tǒng)的可靠度計算
人機系統(tǒng)組成的串聯(lián)系統(tǒng)可按下式表達：
Rs＝RH·RM (4—17)、式中 Rs——人機系統(tǒng)可靠度；
RH——人的操作可靠度；
RM——機器設(shè)備可靠度。
人機系統(tǒng)可靠度采用并聯(lián)方法來提高。常用的并聯(lián)方法有并行工作冗余法和后備冗余法。并行工作冗余法是同時使用兩個以上相同單元來完成同一系統(tǒng)任務(wù)，當一個單元失效時，其余單元仍能完成工作的并聯(lián)系統(tǒng)。后備冗余法也是配備兩個以上相同單元來完成同一系統(tǒng)的并聯(lián)系統(tǒng)。它與并行工作冗余法不同之處在于后備冗余法有備用單元，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，才啟用備用單元。
1．兩人監(jiān)控人機系統(tǒng)的可靠度
當系統(tǒng)由兩人監(jiān)控時，控制如圖4—10所示。一旦發(fā)生異常情況應立即切斷電源。該系統(tǒng)有以下兩種控制情形。
(1)、異常狀況時，相當于兩人并聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)增大了，這時操作者切斷電源的可靠度為RHb(正確操作的概率)、：
RHb＝1-(1-R1)、(1-R2)、 (4—18)、
(2)、正常狀況時，相當于兩人串聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc(不產(chǎn)生誤動作的概率)、：
RHc＝Rl·R2 (4—19)、
從監(jiān)視的角度考慮，首要問題是避免異常狀況時的危險，即保證異常狀況時切斷電源的可靠度，而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的，因此這個監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。所以兩人監(jiān)控的人機系統(tǒng)的可靠度度Rsr為：
異常情況時，
Rsr＇＝RHb·RM＝[1-(1-R1)、(1-R2)、]RM (4—20)、
正常情況時，
Rsr″＝RHc·RM＝Rl·R2·RM (4—21)、
2．多人表決的冗余人機系統(tǒng)可靠度
上述兩人監(jiān)控作業(yè)是單純的并聯(lián)系統(tǒng)，所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了，而由多數(shù)人表決的人機系統(tǒng)就可以避免這種情況。若由幾個人構(gòu)成控制系統(tǒng)，當其中r個人的控制工作同時失誤時，系統(tǒng)才會失敗，我們稱這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機系統(tǒng)。設(shè)每個人的可靠度均為R，則系統(tǒng)全體人員的操作可靠度Rm為：
五、人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計基本原則
1．系統(tǒng)的整體可靠性原則
從人機系統(tǒng)的整體可靠性出發(fā)，合理確定人與機器的功能分配，從而設(shè)計出經(jīng)濟可靠的人機系統(tǒng)。
一般情況下，機器的可靠性高于人的可靠性，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，就可將人從機器的危險點和危險環(huán)境中解脫出來，從根本上提高了人機系統(tǒng)可靠性。
2．高可靠性組成單元要素原則
系統(tǒng)要采用經(jīng)過檢驗的、高可靠性單元要素來進行設(shè)計。
3．具有安全系數(shù)的設(shè)計原則
由于負荷條件和環(huán)境因素隨時間而變化，所以可靠性也是隨時間變化的函數(shù)，并且隨時間的增加，可靠性在降低。因此，設(shè)計的可靠性和有關(guān)參數(shù)應具有一定的安全系數(shù)。
4．高可靠性方式原則
為提高可靠性，宜采用冗余設(shè)計、故障安全裝置、自動保險裝置等高可靠度結(jié)構(gòu)組合方式。
(1)、系統(tǒng)“自動保險”裝置。自動保險，就是即使是外行不懂業(yè)務(wù)的人或不熟練的人進行操作，也能保證安全，不受傷害或不出故障。
這是機器設(shè)備設(shè)計和裝置設(shè)計的根本性指導思想，是本質(zhì)安全化追求的目標。要通過不斷完善結(jié)構(gòu)，盡可能地接近這個目標。
(2)、系統(tǒng)“故障安全”結(jié)構(gòu)。故障安全，就是即使個別零部件發(fā)生故障或失效，系統(tǒng)性能不變，仍能可靠工作。
系統(tǒng)安全常常是以正常的準確的完成規(guī)定功能為前提?？墒?，由于組成零件產(chǎn)生故障而引起誤動作，常常導致重大事故發(fā)生。為達到功能準確性，采用保險結(jié)構(gòu)方法可保證系統(tǒng)的可靠性。
從系統(tǒng)控制的功能方面來看，故障安全結(jié)構(gòu)有以下幾種：
①消極被動式。組成單元發(fā)生故障時，機器變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)。
②積極主動式。組成單元發(fā)生故障時，機器一面報警，一面還能短時運轉(zhuǎn)。
③運行操作式。即使組成單元發(fā)生故障，機器也能運行到下次的定期檢查。
通常在產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中，大多為消極被動式結(jié)構(gòu)。
5．標準化原則
為減少故障環(huán)節(jié)，應盡可能簡化結(jié)構(gòu)，盡可能采用標準化結(jié)構(gòu)和方式。
6．高維修度原則
為便于檢修故障，且在發(fā)生故障時易于快速修復，同時為考慮經(jīng)濟性和備用方便，應采用零件標準化、部件通用化、設(shè)備系列化的產(chǎn)品。
7．事先進行試驗和進行評價的原則
對于缺乏實踐考驗和實用經(jīng)驗的材料和方法，必須事先進行試驗和科學評價，然后再根據(jù)其可靠性和安全性而選用。
8．預測和預防的原則
要事先對系統(tǒng)及其組成要素的可靠性和安全性進行預測。對已發(fā)現(xiàn)的問題加以必要的改善，對易于發(fā)生故障或事故的薄弱環(huán)節(jié)和部位也要事先制定預防措施和應變措施。
9．人機工程學原則
從正確處理人---機---環(huán)境的合理關(guān)系出發(fā)，采用人類易于使用并且差錯較少的方式。
10．技術(shù)經(jīng)濟性原則
不僅要考慮可靠性和安全性，還必須考慮系統(tǒng)的質(zhì)量因素和輸出功能指標。其中還包括技術(shù)功能和經(jīng)濟成本。
11．審查原則
既要進行可靠性設(shè)計，又要對設(shè)計進行可靠性審查和其他專業(yè)審查，也就是要重申和貫徹各專業(yè)各行業(yè)提出的評價指標。
12．整理準備資料和交流信息原則
為便于設(shè)計工作者進行分析、設(shè)計和評價，應充分收集和整理設(shè)計者所需要的數(shù)據(jù)和各種資料，以有效地利用已有的實際經(jīng)驗。
13．信息反饋原則
應對實際使用的經(jīng)驗進行分析之后，將分析結(jié)果反饋給有關(guān)部門。
14．設(shè)立相應的組織機構(gòu)
為實現(xiàn)高可靠性和高安全性的目的，應建立相應的組織機構(gòu)，以便有力推進綜合管理和技術(shù)開發(fā)。
【例題】單項選擇
在人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計中，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，逐步將人從機器的危險點和危險環(huán)境中解脫出來，體現(xiàn)了人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計的（ ）原則。
A. 系統(tǒng)的整體可靠性原則 B. 高可靠性方式原則
C. 預測和預防的原則 D. 人機工程學原則 〖答案〗A