人机系统可靠性计算修订版

1、 J :e-jilllll 尹 人机系统可靠性计算 集团标准化小组：VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN 人机系统可靠性计算 【大纲考试内容要求】： 1、熟悉人机系统可靠性计算； 2、掌握人机系统可靠性设计原则。 【教材内容】： 四、人机系统可靠性计算 ()系统中人的可靠度计算 由于人机系统中人的可靠性的因素众多且随机变化，因此人的可靠性是不稳定的。人的可靠度计算(定量计算)也是 很困难的。 1. 人的基本可靠度 系统不因人体差错发生功能降低和故障时人的成功概率，称为人的基本可靠度，用r衣示。人在进行作业操作时的 基本可靠度可用下式衣示： r = ala2a3 (410)

2、式中al输入可靠度，考虑感知信号及其意义，时有失误； a2一一判断可靠度，考虑进行判断时失谋： a3一输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失谋，如按错开关。 上式是外部环境在理想状态下的可靠度值。al, a2, a3,各值如农4一3所示。 衣4 一 3可靠度计算 作业类别 內容 简单 变量在矗个以下，己考虑人机工程学原则 0 99950 9999 0. 999 一股 变星在10个以下 0 99900 9995 0 995 复杂 变疑在10个以上，考虑人机工程学不充分 0 990-0 999 0 990 人的作业方式可分为两种情况，种是在工作时间内连续性作业，另种是间歇性作业。下而分别说明这两

3、种作业 人的可靠度的确宦方法。 (1)连续作业。在作业时间内连续进行监视和操纵的作业称为连续作业，例如控制人员连续观察仪农并连续调节流 量：汽车司机连续观察线路并连续操纵方向盘等。 连续操作的人的基本可靠度可以用时间函数衣示如下： r(t)=exp / 0+l(t)dt (411) 式中r(t)连续性操作人的基本可靠度; t一一连续工作时间： l(t)t时间内人的差错率。 (2)间歇性作业。在作业时间内不连续地观察和作业，称为间就性作业，例如，汽车司机观察汽车上的仪衣，换 挡、制动等。对间歇性作业般采用失败动作的次数来描述可靠度，其计算公式为： r = l p(n /N) (412) 式中N总

4、动作次数； n一一失败动作次数； P一一概率符号。 2. 人的作业可靠度 考虑了外部环境因素的人的可靠度RH为： RH=1bl b2 b3 b4 bs(lr) (4 - 13) 式中bl作业时间系数； b2一一作业操作频率系数： b3一一作业危险度系数： b4一一作业生理和心理条件系数： b5一一作业环境条件系数： (1-r)一一作业的基本失效概率或基本不可靠度。 r可根据衣44及式(410)求出。blb5；可根据农44来确定。 衣4-4可靠度RH的系数(blb5) 系数 作业时间系数bl 操作频率系数b2 危险度系数b? 生理心理条件 系数b4 环境条件系数 1 . 0 宽余时间充分 适当

5、人身安全 良好 良好 1030 宽余时间不充分 继续进行 有人身危险 不好T 不好 3. CMCI. 0 无宽余时间 极少逬行 可造戚重大恶性爭敬 非常不好 非常不好 (二)人机系统的可靠度计算 人机系统组成的串联系统可按下式衣达: Rs=RH RM (414) 式中Rs一人机系统可靠度： RH一一人的操作可靠度： RM一机器设备可靠度。 人机系统可靠度采用并联方法来捉高。常用的并联方法有并行工作冗余法和后备兀余法。并行工作冗余法是同时使 用两个以上和同单元来完成同系统任务，当个单元失效时，其余单元仍能完成工作的并联系统。后备冗余法也 是配备两个以上相同单元来完成同系统的并联系统。它与并行工作

6、冗余法不同之处在于后备冗余法有备用单元， 当系统出现故障时，才启用备用单元。 1. 两人监控人机系统的可靠度 当系统由两人监控时，控制如图4一8所示。旦发生异常情况应立即切断电源。该系统有以下两种控制情形。 (3) (1) 异常状况时，相当于两人并联，可靠度比人控制的系统增人了，这时操作者切断电源的可靠度为RHb(正确操 作的概率)： RHb = l-(l-Rl) (1-R2) (415) (2) 正常状况时，相当于两人串联，可靠度比人控制的系统减小了，即产生误操作的槪率增人了，操作者不切断 电源的可靠度为RHc (不产生谋动作的概率)： RHc = Rl R2 (416) 从监视的角度考虑，

7、首耍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 不谋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度Rsr为： 异常情况时， Rsr =RHb RM=1-(1-R1) (1-R2)RM (417) 正常情况时， Rsr =RHc RM=R1 R2 RM (4 2多人表决的冗余人机系统可鉅度 上述两人监控作业昱单纯的并联系统.所以正常操作和误操作两种槻率都増加了丿而由名数人表决的人机系 统就可以避免这种時呪。若由几个人构成控制茶统，当苴中工个人的控制工作同时失俱时，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

8、每个人的可靠度均为R,则茶统全体人岗的操作可館度Rm为： RH3u= Z；C；(1 尺)寂7(419) 式中Ct-n个人中有i个人同意时爭件数 C；二nW i! -(n-i)!,且规定C；二h 多数人表决的冗余人机系统可靠度的计算公式为: r-1 i R.i=工 7 (1盼少勺 Rm(4-20) 2-0 九控制器监控的冗余人机系统可靠度 设监控器的可靠度为及in,则人机系统的可靠度兄助； 瓦尸1-(1-Rmi Rh)(1-Rh)1 Rm(4-21) 4自动控制冗余人机系筑可靠度 设目动控制杀统的可靠度为艮血，则人机系统的可靠度瓦跡: 18) 瓦尸ldR血 RH)(1RmJ - Rm(4-22)

9、 LS人机系统可靠性设计基木原则 五、人机系统可靠性设讣基木原则 1. 系统的整体可靠性原则 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。 一般情况下.机器的可缱性商于人的可崟性，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 险环境中解脫岀來.从根本上提高了人机系统可靠性。 2. 高可靠性组成取元要素原则 系统要采用经过检验的、岛可靠性单元要素來进行设汁。 3. 具有安全系数的设计原则 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，并且随时间的増加.可靠性 在降低閃此.设讣的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。 4. 高

10、可靠性方式原则 为提商可釜性宜采用冗余设计、故障安全装宜、自动保险装迓等髙可靠度结构组合方式。 (1) 系统“自动保险”装宜。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。 这是机器设备设计和装宜设汁的根木性捋导思想.是木质安全化追求的目标。婆通过不断完善结构，尽可 能地接近这个目标。 (2) 系统“故障安全”结构。故障安全.就是U卩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。 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

11、可靠性。 从系统控制的功能方面來看.故障安全结构有以下几种： 消极被动式。组成讯元发生故障时机器变为停止状态 积极主动式。组成讯元发生故障时机器一面报警，一面还能短时运转。 运行操作式。即使组成爪元发生故障，机器也能运行到下次的定期检査。 通常在产业系统中.大多为消极被动式结构。 5. 标准化原则 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。 6. 髙维修度原则 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。 7. 爭先进行试验和进行评价的原则 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

12、和科学评价，然后再根据其可靠性和安全 性而选用。 8. 预测和预防的原则 要爭先对系统及其组成要素的可釜性和安全性进行预测。对已发现的问題加以必婆的改善，对易于发生故 障或爭故的薄弱环节和部位也要事先制定预防措施和应变措施。 9. 人机工程学原则 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。 10技术经济性原则 不仅要考康可靠性和安全性.还必须考虑系统的质虽因素和输出功能指标。其中还包括技术功能和经济成 木。 11审査原则 既要进行可靠性设汁，又要对设讣进行可靠性审査和其他专业审査，也就是要重中和贯彻符专业各行业提 出的评价指标。 12整理准备资料和交流信息原则

13、为便于设讣工作者进行分析、设讣和评价.应充分收集和整理设讣者所需要的数据和各种资料，以有效地 利用已有的实际经验 13信息反馈原则 应对实际使用的经验进行分析之后，将分析结果反馈给有关部门。 14设立相应的组织机构 为实现舟可靠性和祐安全性的目的，应建立相应的组织机构.以便有力推进综合管埋和技术开发。 【例题】人机系统可靠性设汁基木原则包括：() A、系统的整体可靠性原则 B、高可靠性方式原则 C、商维修度原则 D、技术经济性原则 E、标准化原则 【答案】ABCDE 一、单选题： 1、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，不受伤吿或不出故障.这是采用了 () A. “自动保

14、险”装宜 B. “故障安全”结构 C. 标准化结构 D. 预测和预防的原则 A B C D 你的答案：标准答案：a 木题分数： 分你答題的情况为错误所以你的得分为0分 解 析： 2、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.这是采用了 O o A. “自动保险”装宜 B. “故障安全”结构 C. 标准化结构 D. 预测和预防的原则 A B C D 你的答案：标准答案：b 木题分数： 分，你答題的情况为错误所以你的得分为0分 解 析： 3、某人机系统采用“故障安全”结构设ih、“I组成爪元发生故障时，机器一面报警.一面还能短时运 转，这是（）。 A. 消极被动式 B. 积极主动式 C. 运行自检式 D. 运行操作式 A B C D 你的答案：标准答案：b 木题分数：分，你答題的情况为错误所以你的得分为0分 解 析： 二、筝选题: 4