安全生产技术

1、安全生产技术第二章 防火防爆安全技术第二节 爆炸基本概念一、爆炸概念（一）爆炸的机理及其分类（二）爆炸反应历程二、爆炸极限（一）爆炸极限的基本理论及其影响因素爆炸极限是表征可燃气体和可燃粉尘危险性的主要示性数。当可燃性气体、蒸汽或可燃粉尘与空气（或氧）在一定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。（二）爆炸反应浓度、爆炸温度和压力的计算1、爆炸完全反应浓度计算根据化学反应方程式可以计算可燃气体或蒸汽的完全反应浓度。现举例如下：例：求乙炔在氧气中完全反应的浓度解：写出乙炔在氧气中的燃烧反应式： 2C2H2+502=4C02+2H20+Q根据反应式得知，参加反

2、应物质的总体积为2+5=7。若以7这个总体积为100，则2个体积的乙炔在总体集中占： X0=2/7=28.6%答：乙炔在氧气中完全反应的浓度为28.6%。可燃气体或蒸汽的化学当量浓度，也可以用以下方法计算。可燃气体或蒸汽分子式一般用CHO表示，设燃烧1 mol气体所需的氧的物质的量为n，则燃烧反应式可写成： CHO+n 02生成气体如果把空气中氧的浓度取为20.9%，则在空气中可燃气体完全反应的浓度X（%）一般可用下式表示： X= 1/(1+n/0.209)=20.9/(0.209+n)*% （2-4）又设在氧气中可燃气体完全反应的浓度为X0（%），即： X0=100/（1+n）*% （2-5

3、）式中（2-4）和式（2-5）表示出X和X0与n或2n之间的关系（2n表示反应中氧的原子数）。在完全燃烧的情况下，燃烧反应式为： CHO+2n 02CO2+1/2H2O式中 2n=2+ 1/2，对于石蜡烃=2+2。因此，2n=3+1-。根据2n的数值，从表2-4中可直接查处可燃气体或蒸汽在空气中完全反应的浓度。例：是分别求H2、CH3OH、C3H8、C6H6爱空气中和氧气中完全反应的浓度。解：（1）公式法： X（H2）=20.9/(0.209+n)=20.9/(0.209+0.5)=29.48%X（H2）=100/(1+0.5)=66.7%X（CH3OH）=20.9/(0.209+n)=20.

4、9/(0.209+1.5)=12.23%X（CH3OH）=100/(1+1.5)=40%X（C3H8）=20.9/(0.209+n)= 20.9/(0.209+5)=4.01%X（C3H8）=100/(1+5)=16.7%X（C6H6）=20.9/(0.209+n)= 20.9/(0.209+7.5)=2.71%X（C6H6）=100/(1+7.5)=11.8%(2)查表法：根据可燃物分子式，用公式2n=2+ 1/2，求出其2n值，由2n数值，直接从表2-4中分别查出它们在空气（或氧）中完全反应的浓度。由式2n=2+ 1/2，以分子式分别求出2n值如下： H2 2n=1CH3OH 2n=3C3

5、H8 2n=10C6H6 2n=15由2n值直接从2-4分别查出它们的X和X0值： X（H2）=29.5% X0（H2）=66.7%X（CH3OH）12% X0（CH3OH）=40%X（C3H8）=4% X0（C3H8）=16.7%X（C6H6）=2.7% X0（C6H6）=11.76%表2-4 可燃气体（蒸汽）在空气和氧气中完全反应的浓度氧分子数氧原子数完全反应的浓度%可燃物举例在空气中X=20.9/（0.209+n）在氧气中XO=100/1+n10.51.01.52.045.529.511.817.380.066.757.250.0氧气、一氧化碳22.53.03.54.014.312.21

6、0.79.544.540.035.433.3甲醇、二氧化碳、甲烷、醋酸3氯乙烷、乙烷、甲酸乙酯、丙酮4丙烯、丙醇、丙烷、乙酸乙酯5丁酮、乙醚、丁烯、丁醇6丁烷、甲酸丁酯、二氯苯789102、爆炸温度计算1）根据反应式热计算爆炸温度理论上的爆炸最高温度可根据反应热计算。例：求乙醚与空气的混合物的爆炸温度解：（1）先烈出乙醚在空气中燃烧的反应方程式： C4H10O+6O2+22.6N24CO2+5H2O+22.6N2式中，氮的摩尔数是按空气中N2：O2=79：21的比例确定的，即6O2对应的N2应为： 6×79/21=22.6由反应方程式可知，爆炸前的分子数为29.6，爆炸后为31.6。

7、（2）计算燃烧各产物的热容气体平均墨尔定容热容计算式见表2-5。 表2-5 气体平均摩尔定容热容计算式气体热容/(4186.8J/(kmol.)单原子气体（Ar、He、金属蒸汽等）双原子气体(N2、H2、CO、NO等CO2、SO2H2O、H2S所有四原子气体（HN3）所有五原子气体（CH4及其他） 4934.80+0.00045t9.0+0.00058t4.0+0.00215t10.00+0.00045t12.00+0.00045t 根据表中所列计算式，燃烧产物各组分的热容为：N2的摩尔定容热容为（4.8+0.00045t）4186.8J/(kmol. )H2O的摩尔定容热容为（4.0+0.0

8、0215t）4186.8J/(kmol. )CO2的摩尔定容热容为（9.0+0.00058t）4186.8J/(kmol. )燃烧产物的热容：22.6（4.8+0.00045t）×4186.8J/(kmol. )= （454+0.042t）×103J/(kmol. )5（4.0+0.00215t）×4186.8J/(kmol. )= （83.7+0.045t）×103J/(kmol. )4（9.0+0.00058t）×4186.8J/(kmol. )= （150.7+0.0097t）×103J/(kmol. )燃烧产物的总热容为：（6

9、88.4+0.0967t）×103J/(kmol. )。这里的热容是定容热容，符合于密闭容器中爆炸情况。（3）求爆炸最高温度先查得乙醚的燃烧热为2.7×106 J/mol，即2.7×109 J/kmol因爆炸速度极快，是在近乎绝热情况下进行的，所以全部燃烧热可近似看作用于提高燃烧产物的温度，也就是等于燃烧产物热熔与温度的乘积，即： 2.7×109=668.4+0.0967t）×103 .t解上式的爆炸最高温度t=2826 。上面计算是将原始温度视为0。爆炸最高温度非常高，虽然与实际有若干度的误差，但对于计算结果的准确性并无显著的影响。2）根据燃

10、烧反应方程式与气体的内能计算爆炸温度可燃气体或蒸汽的爆炸温度可利用能量守恒的定律估算。即根据爆炸后各生成物内能之和与爆炸前各种物质内能及物质的燃烧热的总合相等的规律进行计算。用公式表达为： u2=Q+u1 （2-6）式中 u2燃烧后产物的内能之总和；u1燃烧前物质的内能之总和；Q燃烧物质的燃烧热之总和。例：已知一氧化碳在空气中的浓度为20%，求CO与空气混合物的爆炸温度。爆炸混合物的最初温度为300K。解：通常空气中氧占21%，氮占79%，所以混合物中氧和氮分别占：氧 21/100×（100-21）/100=16.8%氮 79/100×（200-20）/100=63.2%由

11、于气体体积之比等于其摩尔数之比，所以将体积百分比换算成摩尔数，即1mol混合物中应有0.2mol一氧化碳、0.168mol氧和0.632mol氮。从表2-6查得一氧化碳，氧、但在300K时，其摩尔内能分别为 623833 J/mol 、623833 J/mol、623833 J/mol，混合物的摩尔内能为：u1=（0.2×6238.33+0.168 ×6238.33+0.632×6238.33）J=6238.33J一氧化碳的燃烧热为285624J，则0.2mol一氧化碳的燃烧热为： （0.2×285624）J=57124.8燃烧后各生成物内能之和为： u

12、2= （6238.33+57124.8）J=63363.13J从一氧化碳燃烧反应式2CO+O2=2CO2可以看出，0.2mol一氧化碳燃烧时生成0.2mol二氧化碳，消耗0.1mol氧。1mol混合物中，原有0.168mol氧，燃烧后剩下0.168-0.1=0.068mol氧，氮的数量不发生变化，则燃烧产物的组成是：二氧化碳0.2mol，氧0.068mol，氮0.632mol。假定爆炸温度为2400K，由表2-6查得二氧化碳、氧和氮的摩尔内能分别为：105507.36 J/mol 、63220.68J/mol、59452.56 J/mol，则燃烧产物的内能为：u2=（0.2×1055

13、07.36+0.068×63220.68+0632×59452.56）J=62974.5J说明爆炸温度高于2400K，于是再假定爆炸温度为2600K，则内能之和应为：u2”=（0.2×116893.04+0.068×69500.88+0632×65314.08）J=69383 .17Ju2”值又大于u2值，因相差不太大，所以准确的爆炸温度可用内插法求得。T=2400+（2600-2400）/(69383.17-62974.5) ×(63363.13-62974.5)K=（2400+12）K=2412K以摄氏温度表示为： t=（T-27

14、3）=（2412-273）=2139 表2-6 不同温度下几种气体和蒸汽的摩尔内能T/KH2O2N2COCO2H2O200406124144934144934144933004006008001000140018002000240026002800300032003、爆炸压力的计算可燃性混合物爆炸产生的压力与初始温度、浓度、组分以及容器的形状、大小等因素有关。爆炸产生的最大压力可按压力与摩尔数成正比的规律确定，根据这个规律有下列关系式： P/P0=T/T0×n/m （2-7） P、T、n爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数；P0、T0、m爆炸前的初始压力、初始温度和气体摩尔数。由此

15、得出爆炸压力计算公式： P=Tn/Tom×Po （2-8）例：设Po=0.1Mpa，To=27，T=2411K，求一氧化碳与空气混合物的最大爆炸压力。先按一氧化碳的燃烧反应式计算爆炸前后的气体摩尔数： 2CO+O2+3.76N2=2CO2+3.76N2由此可得出m=6.76,n=5.76,带入式（2-8），得： P=(2411×5.76×0.1)/300×6.76=0.69以上计算的爆炸温度与压力都没有考虑热损失，是按理论的空气量计算的，所得的数值都是最大值。（三）爆炸的上限和下限的计算，含有惰性气体组成混合物爆炸极限计算1、爆炸的上限和下限的计算（1）

16、根据完全燃烧反应所需氧原子数，估算碳氢化合物的爆炸下限和上限，其经验公式如下：L下=100/4.76(N-1)+1 （2-9）L上=4×100/4.76N+4 （2-10）L下碳氢化合物的爆炸下限；L上碳氢化合物的爆炸上限；N每摩尔可燃气体完全燃烧所需氧原子数。例：试求乙烷在空气中的爆炸下限和上限。解：写出乙烷燃烧的反应式，求出N值： L下=100/4.76(7-1)+1=100/29.56=3.38% L上=4×100/(4.76×7+4)=400/37.32=10.7%乙烷在空气中的爆炸下限浓度为3.38%，爆炸上限为10.7%（2）根据爆炸性混合气体完全燃烧

17、的摩尔分数，确定有机物的爆炸下限和上限，计算公式如下： L下=0.55XO （2-11） L上=4.8 （2-12）2、多种可燃气体组成的混合物的爆炸极限计算有多种可燃气体组成的爆炸混合气体的爆炸极限，可根据各组分的爆炸极限进行计算，其计算公式如下： Lm=100/(V1/L1+V2/L2+V3/L3+) （2-13）Lm爆炸性混合器的爆炸极限，%；L1、L2、L3组成混合气各组分的爆炸极限，%；V1、V2、V3各组分在混合气中的浓度，% V1+V2+V3+=100%例如，某种天然气的组成如下：甲烷80%，乙烷15%，丙烷4%，丁烷1%。各组分相应的爆炸下限分别为5%，3.22%，2.37%，

18、1.86%，则天然气的爆炸极限为： Lx=100/(80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86)=4.37%江各组分的爆炸上限代入式（2-13），可求出天然气的爆炸上限。式（2-13）用于煤气、水煤气、天然气等混合气爆炸极限的计算比较准确，而对于氢与乙烯、氢与硫化氢、甲烷与硫化氢等混合气及一些含二氧化碳的混合气体，计算误差较大。3、含有惰性气体组成混合物的爆炸极限计算如果爆炸性混合气体分别组成的混合比，再从图2-7和图2-8中找出它们的爆炸极限，并分别带入式（2-13）中求得。例：求某回收煤气的爆炸极限，其组分为：CO58%，CO219.4%，N220.7%，O20.4%，H21.5

19、%。解：将煤气中的可燃气体和惰性气体组合为两组：（1）CO和CO2，即58（CO）+19.4（CO2）=77.4%（CO+ CO2）其中，惰性气体/可燃气体= CO2/ CO=19.4/58=0.33由图2-7中查得 L上=70%，L下=17%（2）N2和H2 ，即1.5(H2)+20.7(N2)=22.2%( N2+ H2)其中，惰性气体/可燃气体= N2/ H2=20.7/1.5=13.8从图2-7查得 L上=76%，L下=64%将上述数据代入式（2-13）及渴求的煤气的爆炸极限。 L下=1/（0.774/17+0.222/64）=20.3% L上=1/（0.774/70+0.222/76

20、）=71.5%该煤的爆炸极限为20.3%-71.5%。第四章 安全人机工程 基本要求： 检验应考人员以安全人机工程的定义及其主要内容、人机系统的类型、机械伤害类型的了解程度；对机械设计本质安全要求，对人的生理因素、心理因素，机械设备故障诊断技术，人机功能分配的熟悉程度；对人机系统常见的事故及其原因、人机系统可靠性设计基本原则的掌握程度。 考试内容： 第一节   安全人机工程专业知识 1 了解安全人机学定义、安全人机学主要内容、人机系统的类型1）安全人及工程定义：研究人机环境系统的安全本质，并使三者从安全的角度上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门应用科学。

21、2）安全人机工程研究的内容：（1）分析机械设备及设施在生产过程中存在的不安全因素，并有针对性地进行可靠设计、维修性设计、安全装置设计、安全启动和安全操作设计及安全维修设计等；（2）研究人的生理和心理特性，分析研究人和机器各自的功能特点，进行合理的功能分配，以构成不同类型的最佳人机系统；（3）研究人与及其相互接触、相互联系的人机界面中信息传递的安全问题；（4）分析人机系统的可靠性，建立人机系统可靠性设计原则，据此设计出经济、合理以及可靠性高的人机系统。3）人机系统的类型人机系统主要有两类：一类机械化、半机械化控制的人机系统。此系统是人机共体，系统动力源由机器提供，人在系统中主要充当生产过程的操作

22、者与控制着。一类为全自动化控制的人机系统。此系统以机为主体，机器的正常运转完全依赖于闭环系统的及其自身的控制。人只是一个监视者和管理者。监视自动化机器的工作。2  熟悉机械设计本质安全要求1）本质安全定义：机械设计者，在设计阶段采取措施来消除安全隐患的一种安全方法。包括在设计中排出危险部件，减少或避免在危险区处理工作的需要，提供自动反馈设备并使运动部件处于密封状态之中等。2）失效安全：设计者应该保证当机器发生故障时不出危险。这类装置包括操作限位开关，限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置，设置把手和预防下落的装置，失效安全的限电开关等。3）定位安全：把机器的部件安置到不可能触及的地

23、点，通过定位达到安全。4）机器布置：车间合理的机器安全布局，可以减少事故。布局时要考虑如下因素：a.空间：便于操作、管理、维护、调试和情节。b.照明：工作场所的通用照明和为操作机械而需的照明。c.管、线布局：不要妨碍在机械附近的安全出入，避免磕绊，有足够的上部空间，保证维修人员的出入安全。第二节   人的特性 1了解人的感官与器官、视觉损伤、疲劳、听觉特性一、人的生理因素与安全的关系（一）人的感觉与感觉器官1、视觉1）常见的几种视觉现象常见的视觉现象：暗适应与明适应能力。人眼对光度变化的顺应性，称为适应，适应有明适应和暗适应。暗适应是指人从光亮处进入黑暗处，开始时一切都看不

24、见，需要经过一定时间以后才能逐渐看清被视物的轮廓，暗适应的过渡时间较长，约需30min才能完全适应。明适应是指人从暗处进入光亮处时，能够看清视物的适应过程，这个过程时间较短，约需1min，明适应过程即趋于完成。眩光。当人在视野中有极强对比时，有光源直射或有光滑表面的反射出的刺激或耀眼的强烈光线，称为眩光。眩光可使人的眼睛感到不舒服，使可见度下降，并引起视力明显下降。眩光造成的有害影响有：使暗适应破坏，产生视觉后像；降低视网膜上的照度；减弱观察物体与背景的对比度；观察物体产生模糊感觉等。视错觉人在观察物体时，由于视网膜受到光线的刺激，光线不仅使神经系统产生反应，而且会在横向产生扩大范围的影响，使

25、得视觉印象与物体的实际大小、形状存在差异，这种现象称为视错觉。视错觉是普遍存在的。其主要类型形状错觉、色彩错觉及物体运动错觉等。形状错觉有：长短错觉、方位错觉、对比错觉、大小错觉、远近错觉、透视错觉等。色彩错觉有：对比错觉、大小错觉、温度错觉、距离错觉、疲劳错觉等；2）视觉损伤与视觉疲劳视觉损伤。在生产过程中，除切屑颗粒、火化、飞沫、热气流、烟雾、化学物质等有形物质会造成对眼的伤害之外，强光或有害光也会造成对眼的伤害。眼睛能承受的可见光的最大亮度值约为106cd/m2,如超过此值，人眼视网膜会受到损伤，300mm以下的短波紫外线可引起紫外线眼炎。紫外线照射4-5h后眼睛便会充血，10-12h后

26、会使眼睛剧痛而不能睁眼，这一般是暂时现象，大多可以治愈。视觉疲劳。长期从事近距离工作和精细工作的工作者，由于长时间看近物或细小物体，睫毛肌必须持续地收缩以增加晶状体的白度。这就引起视觉疲劳，甚至导致睫状肌萎缩，使其调节能力降低。3）视觉的运动规律眼睛的水平运动比垂直运动快。机器的外形设计成横向长方形。视线的运动顺序习惯于从左到右，从上倒下，顺时针进行。对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、迅速、且不易疲劳。当眼睛偏离中心时，在偏离距离相同的情况下，观察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。在视线突然转移的过程中，约有3%的实现能看清目标，其余97%的视线都是不真实的。对于运动的目标，

27、只有当速度大于1/s-2/s时，且双眼的焦距同时集中在同一个目标上，才能鉴别出其运动状态。人眼看一个目标要得到视觉印象，最短的注视时间为0.07-0.3s这里与照明的亮度有关。人眼视觉的暂停时间平均需要0.17s。2、听觉1）听觉特性（1）听觉绝对阈限：人的听觉系统感受到最弱声音和痛觉声音的强度，它与频率和生压有关。（2）听觉的辨别阈限。人耳具有区分不同频率和不同强度声音的能力。（3）辨别声音的方向和距离。2）听觉的掩蔽。当几种声音传到人耳时，只能听到最强的声音。弱的声音被掩盖。2熟悉人的感觉反应、人体特性参数、人的心理因素。 （一）人的感觉反应1） 反应时间2） 减少反应时间的途径（1） 合

28、理地选择感知类型（2） 适应人的生理心理要求，按人及工程原理设计机器。（3） 操作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度，应通过培训来提高人的反应速度。（二）人体的特性参数1、人体特性参数（4类）1） 静态参数2） 动态参数3） 生理学参数4） 生物力学参数2、人体特性参数的经验计算公式（1） 基本参数（2） 辅助参数。基本参数以外的人体其他特性参数均称为辅助参数。 坐姿尺寸 立姿尺寸 人体体积 人体表面积 人体体重 生物力学参数 人体劳动强度参数（三）人的心理因素人的心理因素而发生的事故约占70%-75%，或者更多。一能力能力：一个人完成一定任务的本领。1、 感觉、知觉和观察力2、 注意3、

29、记忆4、 思维5、 操作能力二性格三气质（1）精力旺盛、热情直率、刚毅不屈的人也往往以与性情急躁、主观韧性；（2）灵活机制、活泼好动、善于交际、性格开朗的人也往往易于情绪多变、生活散漫、轻举妄动；（3）安静、稳定、情绪不外露、沉着踏实、从容不迫、耐心谨慎的人也往往易于因循守旧、动作缓慢、沉默寡言；（4）孤僻寡言、心绪消沉、行动迟缓、自备退让的人也往往会平易近人，容易相处、谦虚谨慎。四需要与动机动机是有需要产生的。五情绪与情感在生产实践中常出现以下2种不安情绪：（1） 急躁情绪（2） 烦躁情绪六意志：人自觉地确定目标，并调节自己的行动克服困难，以实现预定目标的心理过程，它是意志的能动作用表现。第

30、三节   机械的安全特性及故障诊断技术 1了解机械安全定义、机械安全的特性；（一）机械安全定义机械安全是指机器在使用说明书预定使用条件下，执行其功能和对其进行运输、安装、调试、运行、维修、拆卸和处理是对操作者不发生损伤或危害其健康的能力。它包括昂各方面的内容：（1）在机械产品预定使用期间执行预定功能和在可预见的误用时，不会给人身带来伤害；（2）机械产品在整个寿命周期内，发生可预见的非正常情况下任何风险事故是机器是安全的。（二）机械安全的特性1、系统性2、防护性3、友善性4、整体性2掌握人机系统常见的事故及其原因；（一）常见的事故1、卷入和挤压2、碰撞和撞击3、接触伤害（二）

31、事故原因1、机械设备存在先天性潜在缺陷2、设备磨损或恶化3、人的不安全行为3熟悉机械设备故障诊断技术。 （一）机械设备状态监测及故障诊断模型（二）故障诊断的基本流程及实施步骤（1）信号检测（2）特征提取（或称信号处理）（3）状态识别（4）诊断决策（三）故障诊断与状态监测（四）震动监测与诊断技术1、震动的定义：物体围绕其平衡位置做往复运动称为振动。2、振动信号的监测与分析3、振动诊断中的故障判别标准（五）其他故障诊断技术1、油液分析技术1） 光谱分析2） 铁谱分析2、温度检测及红外线监测技术1） 温度探伤2） 红外线探伤3、超声探伤技术4、表面缺陷探伤技术1） 磁粉探伤2） 渗透探伤3） 涡流探

32、伤第四节   机械的可靠性设计与维修性设计 1了解机械失效三个阶段和维修度、有效度、平均无故障工作时间的定义； （一）机械失效的三个阶段（1）早期故障期；（2）偶发故障期；（3）磨损故障期。（二）维修度、有效度、平均无故障工作时间的定义1、维修度：维修产品发生故障后，在规定条件和规定时间内修复的概率，它是维修时间的函数，用M（）表示，成为维修度函数。2、有效度：狭义可靠度R（）与维修度M（）的综合称为有效度，也称为广义可靠度。其定义为：为维修品，在规定条件下使用，在规定维修条件下修理，在规定的时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。3、平均无故障工作时间（平均寿命）：

33、对非维修产品称平均寿命，其观测值为产品发生失效前的平均工作时间，或所有试验产品都观察到寿命终了时，他们寿命的算术平均制；对维修产品来说，称平均无故障工作时间或平均故障间隔时间，其观测值等于在使用寿命周期内的某段观察期间累积工作时间与发生故障次数之比。 2熟悉可靠性定义、故障率定义、可靠性预计、人机界面设计、维修性设计、机械设备结构可靠性设计要点。 （一）可靠性定义及其度量指标可靠性定义：系统或产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。（二）可靠性度量指标1、可靠度。是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。2、故障率（或失效旅）是指工作到t时刻尚未发

34、生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。（三）可靠性预计产品的可靠性预计是根据零组部件的可靠性数据来预算产品的可靠性指标，如可靠度、故障率或平均寿命等。1、串联系统的可靠性预计2、并联系统的可靠性预计3、串并联系统的可靠性预计（四）人机界面设计人机界面是人与机器交换信息的环节，如果设计不当，人与机器相接触造成能量逸出，将直接会导致事故发生。因此在进行人机界面设计师，必须考虑人的生理、心理因素，考虑人机协调关系，如人的正常生理能力和允许限度。（五）产品结构的维修性设计维修性设计：产品设计时，设计师应从维修的观点出发，保证当产品一旦出故障，能容易地发现故障，易拆、易维修、易安装，既可维修

35、度要高。1、机械设备结构可靠性设计要点1）可达性a.安装场所的可达性b.设备外部的可达性c.设备内部的可达性2）零组部件的标准化与互换性3）维修人员的安全第五节   人机系统 1了解人机信息与能量交换系统模型、人的可靠性分析；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。经大脑中枢神经系统的综合、分析、判断作出决策，然后命令运动器官（手或脚）向机器的控制器发出控制信息，即操作机器相应的执行机构（手柄或按钮）完成各种相应的运动机能（移动或转动），且将控制的效果反映在显示器

36、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，如下图所示。环 境感觉器官显示农器官器运动器官控制器机器大脑中枢能量输入输出功能反馈综合刺激信息分析决策反作用信息控制机人 图4-9 人机系统模型2熟悉人机系统、人机功能分配、人机系统可靠性计算；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，而且这种关系随着系统自动化程度的变化而变化。人适应于机（人适机）；机适宜于人（机宜人）；（一）人在人机系统中的主要功能（1）传感功能（2）信息处理功能（3）操作功能（二）人机特性的比较人体本身就是

37、一部复杂的机器。人与机器的特性包括许多内容，可以从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。（三）人机功能分配原则人机功能合理分配的原则应该是：笨重的、快速的、持久地、可靠性高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作，适合机器来做；而研究、创造、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合人来承担。（四）人机可靠性计算一系统中人的可靠度计算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表示。人在进行作业操作时的基本可靠度可用下式表示： r=a1a2a3式中 a1输入可靠度，考虑感知

38、信号及其意义，时有失误； a2判断可靠性，考虑进行判断时失误；a3输出可靠性，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关。（1） 连续作业，在作业时间内连续进行监视和操作的作业称为连续作业，例如控制人员连续观察仪表并连续调解流量；汽车司机连续观察路线并连续操作方向盘等。r（t）=exp-l（t）dt式中 r（t）连续性作业人的基本可靠度； t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，称为间歇性作业，例如，汽车司机观察汽车上的仪表，换档、制动等。对间歇性作业一般采用动作的次数来描述可靠度，其计算公式为： r=1-p（n/N）式中 N总动作次数

39、；n失败动作次数；p概率符号。 2、人的作业可靠度考虑了外部环境的人的可靠度RH为： RH=1-b1b2b3b4b5（1-r）式中 b1作业时间系数；b2作业操作频率系数；b3作业危险度系数；b4作业生理和心理条件系数；b5作业环境条件系数；（1-r）作业的基本失效概率或基本不可靠度。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表达： RS=RHRM式中 RS人机系统可靠度；RH人的操作可靠度；RM机器设备可靠度人机系统可靠度采用并联方法来提高，常用的并联方法有并行工作冗余法和后备冗余法。并行工作冗余法是同时使用两个以上相同单元来完成统一系统任务，后备冗余法也是配备两个以上相同单元来完

40、成同一系统的并联系统。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4-10所示。一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。（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) （2）正常情况时，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（不产生误动作的概率）： RHc=R1R2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，而提高正常情况下不误操作的可靠度则是次要的，

41、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：异常情况时， Rsr= RHbRM=1-（1-R1）(1-R2)RM正常情况时， Rsr= RHcRM=R1R2RM(3)多人表决的冗余人机系统可靠度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，而又多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r个人的控制工作同时失误时，系统才会失败，我们称这样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： RHn=Cn(1-R)iR(n-1)式中 Cnn个人中有i个人同意时事件数，Cn=n！/i!（

42、n-i）！，且规定CN0=1。多数人表决的冗余人机系统可靠度的计算公式为： Rsk=Cn(1-R)iR(n-1) RM3、控制器监控的冗余人机系统可靠度设监控器的可靠度为RMk,责任及系统的可靠度RSK为: RSK=1-（1- RMK RH）（1- RH） RM4、自动控制冗余人机系统可靠度设自动控制系统的可靠度为RMz，责任及系统的可靠度Rsz为： Rsz=1-（1-RMzRH）（1- RMz）RM3掌握人机系统可靠性设计基本原则。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的可靠性。2、高可