09年安全師考試安全生產(chǎn)技術(shù)學(xué)習(xí)筆記(6)

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第五節(jié) 人機系統(tǒng)
    w 主要內(nèi)容:人機信息及能量交換系統(tǒng)模型、人機系統(tǒng)人機功能分配、人機系統(tǒng)可靠性計算、人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計基本原則。
    w 一、人機信息及能量交換系統(tǒng)模型
    n 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(yīng)的執(zhí)行機構(gòu) ( 手柄或按鈕等 ) 完成各種相虛的運動機能 ( 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)。
    二、人機系統(tǒng)
    w 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。
    w 為了取得人機系統(tǒng)的效果, 對人和機分別提出“人適應(yīng)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(yīng)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(yīng)適合操作者的生理要求, 工具、器具及用品等的使用得心應(yīng)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。
    w 人適機是指使人去適應(yīng)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)a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(yīng)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(xùn)練, 并且盡量發(fā)揮人的因素, 利用有一定可塑性這一特點。
    w 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(fù)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(zhǔn)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(yīng)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(xué)習(xí)和訓(xùn)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(yīng)機器的要求。
    三、人機功能分配
    w 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。
    w ( 一 ) 人在人機系統(tǒng)中的主要功能
    w 人在人機系統(tǒng)中主要有 3 種功能:
    w (1) 傳感功能。通過人體感覺器官的看、聽、摸等感知外界環(huán)境的剌激信息, 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)。
    w (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。
    w (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(yīng), 如操縱控制器、使用工具、處理材料等, 最后達到人的預(yù)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(fù)或者更換等。
    w ( 二 ) 人機特性的比較
    w 人體本身就是一部復(fù)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(yīng)、工作能力等。
    w (三)人機功能分配原則
    四、人機系統(tǒng)可靠性計算
    w (一)系統(tǒng)中人的可靠性計算
    w (二)人機系統(tǒng)的可靠性計算
    w 1. 兩人監(jiān)控人機系統(tǒng)的可靠度
    w (1) 異常狀況時,相當(dāng)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)
    w (2) 正常狀況時,相當(dāng)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 險 ( 不產(chǎn)生誤動作的概率 ):
    RHc= R1·R2
    w 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 Rsr 為 :
    w 異常情況時,
     Rsr' =[1 一 (1-R1)(1-R2)]RM
    w 正常情況時,
     Rsr" = RHc·RM = R1·R2·RM
    2. 多人表決的冗余人機系統(tǒng)可靠度
    w 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(dāng)其中 f 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 RHn 為 :
     r-1
    RHn = ∑ Cni(1―R)i R﹙n﹣1﹚
     i=0
    w 式中Cni一n 個人中有 i 個人同意時事件數(shù),
     Cni = n! / [i! · (n- I)! ], 且規(guī)定Cn 0=1。
    w 多數(shù)人表決的冗余人機系統(tǒng)可靠度的計算公式為:
     r-1
    w RHn = [ ∑ Cni(1―R)i R﹙n﹣1] ] · RM
     i=0
    w 3. 控制器監(jiān)控的冗余人機系統(tǒng)可靠度
    w 設(shè)監(jiān)控器的可靠度為 RMK, 則人機系統(tǒng)的可靠度 Rsk 為 :
    w Rsk = [1-(1-RMK·RH)(1- RH)] · RM
    w 4. 自動控制冗余人機系統(tǒng)可靠度
    w 設(shè)自動控制系統(tǒng)的可靠度為RMk,則人機系統(tǒng)的可靠度為Rsz為:
    w Rsz = [ 1- (1- RMz · RH)(1- RMz )] · RM
    五、人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計基本原則
    w 1. 系統(tǒng)的整體可靠性原則
    w 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)。
    w 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。
    w 2. 高可靠性組成單元要素原則
    w 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。
    w 3. 具有安全系數(shù)的設(shè)計原則
    w 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(yīng)具有一定的安全系數(shù)。
    4. 高可靠性方式原則
    w 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。
    n (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。
    n 這是機器設(shè)備設(shè)計和裝置設(shè)計的根本性指導(dǎo)思想, 是本質(zhì)安全化追求的目標(biāo)。要通過不斷完善結(jié)構(gòu), 盡可能地接近這個目標(biāo)。
    n (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。
    w 系統(tǒng)安全常常是以正常的準(zhǔn)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(dǎo)致重大事故發(fā)生。為達到功能準(zhǔn)確性, 采用保險結(jié)構(gòu)方法可保證系統(tǒng)的可靠性。
    w 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:
    n ①消極被動式。組成單元發(fā)生故障時, 機器變?yōu)橥V範(fàn)顟B(tài)。
    n 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)。
    n 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)。
    w 5. 標(biāo)準(zhǔn)化原則
    w 為減少故障環(huán)節(jié), 應(yīng)盡可能簡化結(jié)構(gòu), 盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和方式。
    w 6. 高維修度原則
    w 為便于檢修故障, 且在發(fā)生故障時易于快速修復(fù), 同時為考慮經(jīng)濟性和備用方便, 應(yīng)采用零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、設(shè)備系列化的產(chǎn)品。
    w 7. 事先進行試驗和進行評價的原則
    w 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(xué)評價, 然后再根據(jù)其可靠性和安全性而選用。
    w 8. 預(yù)測和預(yù)防的原則
    w 要事先對系統(tǒng)及其組成要素的可靠性和安全性進行預(yù)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(yù)防措施和應(yīng)變措施。
    w 9. 人機工程學(xué)原則
    w 從正確處理人一機一環(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。
    w 10. 技術(shù)經(jīng)濟性原則
    w 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(biāo)。其中還包括技術(shù)功能和經(jīng)濟成本。
    w 11. 審查原則
    w 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(biāo)。
    w 12.整理準(zhǔn)備資料和交流信息原則
    w 13.信息反饋原則
    w 14.設(shè)立相應(yīng)的組織機構(gòu)