第九章安全人机系统及其设计oweroinre

人机工程学人机工程学安全工程系第九章安全人机系统及其设计第九章安全人机系统及其设计人机系统的设计人机系统的可靠性人机系统检查与评价本章重难点分析本章重点在于了解把握人机系统的概念与人机系统的设计程序；重点掌握人机系统的设计中功能分配的一般原则，熟悉作业分析；人机系统的可靠性。把握人机系统中“人的可靠性”和“机的可靠性”；掌握机器的故障率与时间的关系；掌握如何对机器进行可靠性分析和提高机器可靠性的方法。了解人机系统检查表以及人机系统评价的几个方面。“人的可靠性”和“机的可靠性”作为高起专学生了解的内容不做要求。第一节人机系统的设计人机系统设计是在环境因素适应的条件下，重点解决系统中人的效能、安全、身心健康及人机匹配优化的问题。人机系统设计是多学科联合设计的一部分，这也是由人机系统的设计性质所决定的。因此，只有采用系统科学的方法，才能综合各学科的观点，实现设计的优化。系统科学的设计方法可概括为：

系统科学的设计方法①明确系统的目的，亦即系统的必要性和依据一定的分析明确其目的性；②明确系统分配制约条件；③建立系统的数学模型；④研究和分析数学模型；⑤提出新系统的方案；⑥对新系统进行分析评价。

这一方法，同样也适用于人机系统。1.人机系统人机系统作为一个完整的概念，表达了人机系统设计的对象和范围，从而建立解决劳动主体和劳动工具之间矛盾的理论和方法。系统中的人是主要研究对象，但又并非孤立地研究人，它同时研究系统的其他组成部分，并根据人的特性和能力来设计和改造系统。1.1人机系统的组成在一定的环境条件下，人机系统包括人和机两个基本组成部分，它们互相联系构成一个整体。图9－1为人机系统的模型。该图表明，人机之间存在着信息环路，人机互相联系。这个系统能否正常工作，取决于信息传递过程能否持续有效地进行。图9－1人机系统模型

在人机系统中，人起着主导作用。这主要反映在人的决策功能上，因为人的决策错误是导致事故发生的主要原因之一。

1.2人机界面如图9-l所示，人与机之间存在一个互相作用的“面”，所有人机交流的信息都发生在这个作用面上，通常称为人机界面。显示器将机器的工作信息传递给人，实现人一机的信息传递；人通过控制器将自己的决策信息传递给机器，实现人一机的信息传递。因此，人机界面主要指显示和控制系统。合理的人机界面要符合人机信息交流的规律和特性。1.3人人与与机机的的不不同同特特点点3．．人人与与机机的的不不同同特特点点在在人人机机系系统统设设计计中中，，首首先先要要按按照照科科学学的的观观点点分分析析人人和和机机器器各各自自所所具具有有的的不不同同特特点点，，以以便便研研究究人人与与机机器器的的功功能能分分配配，，从从而而扬扬长长避避短短，，各各尽尽所所长长，，充充分分发发挥挥人人与与机机器器的的各各自自优优点点；；从从设设计计开开始始就就尽尽量量防防止止产产生生人人的的不不安安全全行行动动和和机机器器的的不不安安全全状状态态，，做做到到安安全全生生产产。。人人与与机机器器的的不不同同特特点点见见表表9－－1。。表9－－1人人与与机机的的不不同同特特点点(a)表9－－1人人与与机机的的不不同同特特点点机器人检测物理量的检测范围广泛而准确；能够检测到人所不能检测的电磁波。感觉器官：具有同认识直接联系的高度检测能力。没有固定的标准值，易产生飘移。具有味觉、嗅觉和触觉。操作速度、精度、力与功率的大小、操作范围和耐久性比人远为优越；对液体的、气体的、粉状体的处理技巧比人优越，但是对于柔软物体的处理不及人。操作器官：特别是手具有非常多的自由度，并且各自由度能够极其巧妙地协调控制，可做多种运动。来自视觉、听觉、变位和重量的感觉等高级信息，被完美地反射到操作器官的控制，从而进行高级的运动。表9－－1人人与与机机的的不不同同特特点点(b)信息处理按照预先安排的程序，对于精度、正确的操作数据处理而言，人不如机器；记忆准确，经久不忘；记忆不太多的时候，取出速度快。认识、思维和判断；具有发现、归纳特征的本领，特性的认识、联想和发明创造等高级思维活动；丰富的记忆、高度的经验。耐久性、维修性、持续性有必要适当地维修；对于连续的、单调的操作作业也能持久。必须适当地休息、休养、保健和娱乐，难以长时间地维持一定的紧张程度，不宜于做缺乏刺激及无用的单调作业。

表9－－1人人与与机机的的不不同同特特点点(c)可靠性与成本有关。按照适当的设计而制造的机器完成预先规定作业的可靠性高，但对于预想之外的情况则完全无能为力；特性一定、完全没有变化。在突然紧急状态下完全不能应付的可能性大。作业因意欲、责任心、体质或精神上的健康情况等心理或生理条件而变化；易于出现意外的差错；不仅在个性上有差别，而且在经验上也不相同，并且能影响他人；若时间富裕、精力充沛，则处理预想之外的事情也就多。联络和人之间的联络及其方法极其有限。和人之间的联络容易；人与人之间关系的管理很重要。表9－－1人人与与机机的的不不同同特特点点(d)效率若具备复杂功能，则重量增加并要有大的功率；应按照适用的目的设计必要机能，避免浪费；即使万一发生损坏也没有关系，因此可在危险环境下使用。相当于一台轻小型的机器，功率在100W以下；必须饮食；必须进行教育和训练；对于安全必须采取万无一失的处置。柔软性、适应能力对于专用机器而言，不可能改变用途；容易做合理化的处理。由于教育、训练能够适应处理多方面困难。表9－－1人人与与机机的的不不同同特特点点(e)成本购置费和运行维修费；机器一旦不能使用时，失去的仅仅是这台机器的价值。除了工资之外，必须考虑福利卫生和家属等；

意外时可能失去生命。其他人具有独特的欲望，希望被人重视；必须生活在社会之中，不然，由于孤独感、疏远感就会影响工作能力；个人之间差别大；人的尊严、人道主义。2.人机系统统设计程序人机系统设计计是按照系统统论的方法而而进行的一种种总体设计，，亦即将整个个人机系统划划分为一系列列具有明确定定义的设计阶阶段，而每个个阶段的设计计活动和任务务必须是明确确的。2.1“总总体”的意义义“总体”的意意义是强调人人机系统的各各个成分，如如人、硬件、、软件，都要要给予全面考考虑，以克服服长期以来工工程设计中忽忽视人和人的的效能问题，，其设计的目目标是使系统统的每个成分分都为实现系系统目标而能能够协调一致致地发挥各自自的功能。2.2人人机系系统的的分为为几个个阶段段人机系系统设设计的的每一一阶段段都是是由互互相联联系的的一系系列设设计活活动组组成，，而各各个阶阶段之之间具具有时时间上上的顺顺序性性，即即只有有上一一阶段段的设设计活活动完完成后后，才才能进进行下下一阶阶段的的设计计活动动。这这就构构成了了人机机系统统的设设计程程序，，通常常可分分为以以下几几个阶阶段。。2.2.1设设计阶阶段(1)(2)(3)（1））定义义系统统目标标和参参数阶阶段，，包括括确定定使用用者的的需求求，确确定使使用者者的特特性，，确定定群体体的组组织特特性，，确定定作业业方式式，确确定作作业效效能的的测量量参数数及测测试方方法。。（（2））系统统定义义阶段段，包包括定定义功功能要要求，，定义义操作作（作作业））要求求。（（3）初初步设设计阶阶段，，包括括功能能分配配、作作业流流程设设计和和作业业反馈馈机制制设计计。2.2.2设计阶阶段(4)(5)(6)（4）人机机界面设计计阶段，包包括显示装装置设计、、控制装置置设计和作作业空间设设计。（（5））作业辅助助设计阶段段，包括制制定使用者者素质要求求、设计操操作手册、、设计作业业辅助手段段和设计培培训方案。。（（6）系统统评价阶段段，包括制制定评价标标准、实施施评价和做做评价结论论。表9-2人一一机系统统的设计计步骤(a)系统开发的各阶段各阶段的主要内容人一机系统设计应该考虑的事项人机工程学专家的工作事例明确系统的重要性目标的设定

关于人员的要求及制约

使命的确认

系统运用的制约、环境的制约、组成系统人员的数量和质量从安全和舒适性方面对系统的必要条件进行复核以及对人员的士气进行预测等运用条件的确认

能够确保数量和质量的人员，能够到手的训练设备等以上为人人机系统统设计过过程中的的总体程程序，具具体的设设计步骤骤见表9－2。。表9－2人－－机系统统的设计计步骤表9－2人一一机系统统的设计计步骤(b)系统分析与系统计划系统必要条件的明细化

系统必要条件划分的明细化统性能的判定系统机能的分析分析各种可能的构思，并比较研究系统的机能分配实施系统的总体轮廓系统构思的发展（各种可能构思的分析与评价）有关设计的必要条件为了人的必要条件之机能分析人员的配备与训练方案的制订人与机的任务分配与各种方案系统性能变化的调研与评价

关联各个性能的作业分析

调查决定必要的信息，确定显示与控制的种类表9－2人一一机系统统的设计计步骤(c)系统设计预备设计（大纲的设计）为了人，在设计上应该考虑的事项准备适用的可能的人机工程学资料细节设计设计细节与人的作业之关系人机工程学的设计标准提示等。关于信息与控制必要性的研究与实现方法的选择及开发。（潜在的要求及最繁忙异常时的要求）作业性（工作方便）的研究居住性的研究表9－2人一一机系统统的设计计步骤(d)系统设计

具体的设计当系统最终构成时确认人机系统的协调操作与维修的详细分析合和研究（提高可靠性和安全性）宜人性高的机器的设计考虑适于人的空间设计决定构成系统的最终方案及其实现步骤的意见最终决定人机间的机能分配各作业中为了正确判断而必须的信息、联络、执行等对安全性的考虑防止士气、情绪下降的措施显示、控制装置的选择与设计控制板的配置计划提高安全性的措施空间设计、人员与机器的布置决定照明、温度、防噪等环境条件人员的培训计划人员的指导训练及配备计划其他专业组的协定决定编写手册的内容与样式，决定系统运转与维修的必要人员的数量与质量、训练计划、训练器材的开发事故的预测、效率的预测等表9－2人一一机系统统的设计计步骤(e)系统的考核与评价计划阶段的评价模型制作阶段原始样式判断考核模型的缺陷变更设计的意见根据人机工程学的考核评价从考核资料的分析等决定变更设计设计图阶段的评价模型或操纵训练用模拟装置的人机关系评价评价基准的设定（包含考核方法、资料的种类、分析法等）安全性、舒适性、对士气意志的影响等的评价机械的设计变更，使用顺序的变更人的作业内容的变更，人员、设备和训练方式的改善等的建议，系统计划内的调整生产生产以上几项为准以上几项为准运用运用、维护以上几项为准以上几项为准3.人机机系统的的设计方方法三、人机机系统的的设计方方法人人机机系统的的设计方方法包括括自成体体系的设设计思想想和与之之相应的的设计技技术，好好的设计计方法和和策略使使设计行行为科学学化、系系统化。。3.1功功能分分配1．功能能分配在在人机系系统中，，把已定定义的系系统功能能按照一一定的分分配原则则，合理理地分配配给人和和机器。。这当中中，有的的系统功功能分配配是直接接的、自自然的，，但也有有些系统统功能的的分配需需更详尽尽的研究究和更系系统的分分配方法法。3.1.1人人的基本本界限系统功能能的分配配要充分分考虑人人和机器器的基本本界限。。人的基基本界限限包括：：准确度度的界限限、体力力的界限限、知觉觉能力的的界限、、动作速速度的界界限。机机器的基基本界限限包括：：机器性性能维持持能力的的界限、、机器正正常动作作的界限限、机器器判断能能力的界界限、成成本费用用的界限限。3.1.2人人和机器各各有局限性人和机器各有有局限性，所所以人机间应应当彼此协调调，互相补充充。如笨重、、重复的工作作，高温剧毒毒等条件，对对人有危害的的操作以及快快速有规律的的运算等都适适合于机器（（机器人、计计算机）承担担，而人则适适合于安排指指令和程序，，对机器进行行监督管理、、维修运用、、设计调试。。革新创造、、故障处理等等。3.1.3系系统功能分分配的一般原原则在长期的实践践中，人们总总结了系统功功能分配的一一般原则。1）比比较分配原则则通过人与机器器的特性比较较，进行客观观的和符合逻逻辑的分配。。3.1.3.1比较分分配原则_例例例如如在在信信息息处处理理方方面面，，机机器器的的特特性性是是按按预预定定程程序序可可高高度度准准确确地地处处理理数数据据，，记记忆忆可可靠靠且且易易于于提提取取，，不不会会““遗遗忘忘””信信息息；；人人的的特特性性是是有有高高度度的的综综合合、、归归纳纳、、联联想想创创造造的的思思维维能能力力。。因因此此在在设设计计信信息息处处理理系系统统时时，，要要根根据据人人和和机机器器的的各各自自处处理理信信息息的的特特性性来来进进行行功功能能分分配配。。3.1.3.2剩剩余余分分配配原原则则2））剩剩余余分分配配原原则则在在功功能能分分配配时时，，首首先先考考虑虑机机器器所所能能承承担担的的系系统统功功能能，，然然后后将将剩剩余余部部分分功功能能分分配配给给人人。。在在这这当当中中，，必必须须掌掌握握和和了了解解机机器器本本身身的的可可靠靠度度，，如如果果盲盲目目地地将将系系统统功功能能强强加加于于机机器器，，则则会会造造成成系系统统的的不不安安全全性性。。3.1.3.3经经济济分分配配原原则则3））经经济济分分配配原原则则以以经经济济效效益益为为原原则则，，合合理理恰恰当当地地进进行行人人机机功功能能分分配配。。如如对对某某一一特特定定功功能能．．由由机机器器承承担担时时，，需需要要重重新新设设计计、、生生产产和和制制造造；；由由人人来来承承担担时时，，则则需需要要培培训训、、支支付付费费用用等等。。这这两两者者的的经经济济效效益益通通过过比比较较和和计计算算来来确确定定功功能能的的分分配配。。3.1.3.4宜宜人人分分配配原原则则4））宜宜人人分分配配原原则则系系统统的的功功能能分分配配要要适适合合于于人人的的生生理理和和心心理理的的多多种种需需求求，，有有意意识识地地发发挥挥人人的的技技能能。。3.1.3.5弹弹性分分配原原则5）弹弹性分分配原原则即即系系统的的某些些功能能可以以同时时分配配给人人或机机器，，这样样人可可以自自由选选择参参与系系统行行为的的程度度。例例如许许多控控制系系统可可以自自动完完成，，也可可手动动完成成，尤尤其现现代计计算机机的控控制系系统，，要有有多种种人机机接口口，从从而实实现不不同程程度的的人机机对话话。3.2作作业分分析2．作作业分分析作作业业分析析是指指对已已分配配给人人的功功能进进行分分析，，从而而使系系统中中的作作业与与作业业之间间建立立协调调一致致的关关系。。使作作业者者清楚楚地了了解要要做什什么、、怎样样做、、什么么时间间完成成，只只有这这样科科学的的作管管理，，才能能获得得人的的高效效率，，防止止作业业失误误。作业分分析包包括：：确定定系统统的作作业结结构、、确定定作业业、编编制作作业流流程图图、建建立作作业序序。3.2.1系系统的的作业业结构构(a)1）系系统的的作业业结构构系系统的的作业业结构构是指指对系系统的的作业业和作作业技技能的的整体体要求求。系系统的的作业业结构构取决决于人人机系系统的的设计计和分分配给给人的的功能能。有有些功功能可可以分分解为为几乎乎每个个人都都能做做的作作业即即分解解为低低技作作业；；而有有些功功能则则可以以形成成复杂杂的作作业，，即为为高技技作业业。因此，，系统统的作作业结结构决决定了了系统统对整整个作作业人人员群群体的的素质质、培培训计计划等等一系系列运运动的的基本本要求求。系系统的的作业业结构构的复复杂程程度大大体可可分为为三种种基本本形式式（图图9-2））。图9－－2系系统统作业业结构构的三三种形形式3.2.1系系统的的作业业结构构(b)第一种种形式式以低低技作作业为为主，，系统统作业业的人人力资资源广广大，，人员员上岗岗培训训时间间短，，而且且可以以从低低技作作业者者群体体不断断选择择和培培训高高技作作业者者；第二种种形式式以高高技复复杂作作业为为主，，这样样必须须由经经过一一定培培训的的高技技作业业者来来完成成；第三种种形式式以中中等复复杂的的作业业技能能为主主，低低技和和高技技的作作业相相对比比较少少。3.2.2确确定作作业2）确确定作作业根根据据分配配给人人的功功能，，具体体地分分析和和确定定人实实现该该功能能的作作业活活动。。这当当中要要确定定出作作业人人员应应具备备的技技能水水平、、作业业的输输人和和输出出形式式、作作业内内容、、作业业之间间的关关系、、作业业的复复杂程程度。。3.2.3作作业流流程图图3）作作业流流程图图作作业流流程图图是根根据所所确定定的作作业来来编制制的表表示作作业内内容和和作业业顺序序的一一种框框图。。图9-3为一一条形形恒温温箱的的作业业流程程图。。通过作作业流流程图图就可可以清清楚地地了解解人机机系统统中，，人实实现功功能的的情况况；同同时，，根据据作业业流程程图还还可以以进一一步分分析动动作的的经济济性。。从而而寻求求工作作环境境舒适适、操操作力力最小小、操操作时时间短短、疲疲劳强强度低低、工工作效效率高高的有有效方方法。。图9－－3作作业业流程程图3.2.4建建立作作业序序(a)4）建建立作作业序序作业序序是指指一个个操作作人员员单独独从事事的一一组作作业。。根据据系统统分配配给的的功能能，分分解为为若干干个作作业，，然后后根据据人操操作的的方便便性、、准确确性、、合理理性，，将这这些作作业组组成不不同的的作业业序。。一个作业业序也可可以由几几个分配配给人的的功能中中分解出出的作业业组成，，见图9-4。。合理的的作业序序组成，，使作业业和作业业者之间间更能协协调一致致。图9－4作业业序3.2.4建建立作业业序(b)组合作业业序时要要充分考考虑以下下几方面面关系：：作业的的信息或或数据关关系；作作业的技技能水平平；作业业的顺序序关系；；作业的的时间安安排；人人界面关关系。3.3人人机界界面设计计3．人机机界面设设计在人机系系统中，，人机界界面是连连接人与与机器的的重要通通道。因因此，人人机界面面设计，，首要的的是人与与机器的的信息交交流过程程中的准准确性、、可靠性性及有效效度。操纵装置置与显示示装置是是人机界界面的典典型部件件。现以以这一控控制显示示系统的的设计为为例，阐阐明人机机界面设设计的程程序，见见图9-5。图9－5人机机界面设设计程序序(a)图9－5人机机界面设设计程序序(b)3.3控控制与与显示系系统的设设计原则则控制与显显示系统统的设计计原则：：①优先性性，即把把最重要要的操纵纵器和显显示器配配置在最最佳的作作业范围围内；②功能性性，即根根据操纵纵器和显显示器的的功能进进行适当当的划分分，把相相同功能能的配置置在同一一分区内内；③关联性性，即按按操纵器器和显示示器间的的对应关关系来配配置。第二节人人机系系统的可可靠性在现实生生活和生生产工作作中，每每时每刻刻都在发发生各式式各样的的事故，，以致夺夺走大批批的生命命。这主主要归结结于人、、机、环环境之间间关系不不相协调调的结果果。于是是，以减减少事故故、提高高系统安安全性为为目的的的人、机机、环境境系统的的可靠性性研究，，日益被被人们所所重视。。1.人的的可靠性性一、人的的可靠性性人人的行行为的可可靠性是是一个非非常复杂杂的问题题。一个个活生生生的人本本身就是是一个随随时随地地都在变变化着的的巨大系系统。这这样一个个巨系统统被大量量的、多多维的自自身变量量制约着着，同时时又受到到系统中中机器与与环境方方面的无无数变量量的牵涉涉和影响响，因此此，在研研究人的的行为的的可靠性性时，采采用概率率的方法法和因果果的方法法进行定定量和定定性的研研究。1.1概率率和因果的方方法介绍(a)概率的方法是是借助工程可可靠性的概率率研究来解决决人的行为的的可靠性定量量化问题。这这种方法便于于和机器可靠靠性进行综合合，从而获得得系统的总的的可靠性量值值。但有时对对人过于硬件件化的描述，，会造成一定定程度的不准准确性。1.1概率率和因果的方方法介绍(b)因果的方法的的立足点是人人的行为不是是随机的，而而是由一定原原因引起的。。只要系统地地分析产生某某种人的行为为的内部和外外部原因，采采取相应的措措施解决它们们，人的差错错就会消除或或减少，就会会提高人的可可靠性。因此此，这种方法法对于评价和和修正人机系系统设计及改改进作业人员员的选拔和训训练都是十分分有益的。1.2人人为失误l．人为失失误人人为失误误是人为的的使系统发发生故障或或发生机能能不良事件件，是违背背设计和操操作规程的的错误行为为。实实践证明明，由于人人的失误导导致灾害事事故占有相相当大的比比例（有的的占70%-80%）。因此此，必须重重视和认真真研究人在在作业中容容易发牛差差错的原因因，从而找找出防止失失误的措施施，提高人人机系统的的安全性。。1.2.1在在作作业业当当中中人人的的作作用用主主要要在作作业业当当中中，，人人的的作作用用主主要要有有三三个个方方面面：：①①通通过过感感觉觉器器官官（（视视觉觉、、听听觉觉、、触触觉觉等等））接接受受信信息息，，感感知知系系统统的的作作业业情情况况和和机机器器的的状状态态；；②②将将接接受受的的信信息息和和已已储储存存在在大大脑脑中中的的经经验验和和知知识识信信息息进进行行比比较较分分析析后后，，作作出出决决定定，，如如作作出出继继续续、、停停止止或或改改变变操操作作的的决决定定；；③③根根据据决决定定采采取取相相应应的的行行动动，，如如开开关关机机器器或或增增减减其其速速度度等等。。1.2.2介介绍绍S－－O－－R(a)为了了考考察察系系统统中中人人为为失失误误的的发发生生过过程程，，就就根根据据人人的的作作用用建建立立了了一一个个S——O——R（（刺刺激激一一机机体体一一反反应应））行行动动模模型型。。它它是是用用于于研研究究人人和和机机器器相相互互作作用用和和相相互互协协调调的的一一个个模模式式，，在在这这个个模模型型中中存存在在着着涉涉及及人人和和机机器器的的两两个个联联接接点点。。第第一一个个是是S——O联联接接点点，，在在这这个个联联点点上上人人必必须须识识别别刺刺激激井井作作出出判判断断；；第第二二个个是是O——R联联接接点点，，在在这这个个联联接接点点上上，，人人必必须须作作出出反反应应和和行行动动。。通过S-O—R的行动动模型可可以看出出，人为为失误主主要表现现在下三三个方面面。1.2.2介介绍S－O－R(b)1)S（（刺激激）方方面由由信信号源源的刺刺激能能力低低所造造成，，其中中包括括人机机系统统设计计不合合理及及外部部环境境干扰扰，使使作业业者对对输人人刺激激S的的反应应下降降。2)O（机机体））方面面即即人本本身的的生理理和心心理原原因对对信息息的误误判断断所致致，如如人的的年龄龄、体体力、、精神神状态态、作作业技技能等等，都都会影影响到到对信信息的的处理理能力力。3)R（（反应应）方方面即即输输出行行动的的错误误所造造成的的失误误，其其中包包括人人机系系统设设计不不合理理、违违章操操作、、环境境干扰扰等因因素。。1.2.3人人为失失误的的定量量分析析(a)人为失失误的的定量量分析析可以以用人人的失失误率率来表表示：：F＝l－R（（9－－l））式式中：：F———人人的失失误率率；R———人人的行行为可可靠度度。1.2.3人人为失失误的的定量量分析析(b)可靠度度是指指系统统中的的研究究对象象人或或机器器在规规定条条件下下和规规定时时间内内能正正常工工作的的概率率。当当一一组作作业序序中有有多个个作业业单元元时，，其可可靠度度为每每个作作业单单元可可靠度度的乘乘积，，即R=R1R2R3…Ri（（9－－2））1.2.3人为失失误的定量量分析(c)例如读电流流表，人的的可靠度为为0.9945，而而把读数记记录下可靠靠度为0.9966。若一个个作业序中中只有这两两个作业，，那么这个个作业序的的可靠度R＝＝0.9945×0.9966这这时人的的失误率F＝＝l－（0.9945×0.9966）＝0.00888这这里每每一个作业业单元的可可靠度数值值，是需要要大量试验验数据为依依据的。1.2.3人为失失误的定量量分析(d)从以上例子子可以看出出，一个作作业序中作作业单元越越多，其可可靠度就越越低，也即即人的失误误率也就越越大。在连续作业业的情况下下，人为失失误是随时时间变化的的，所以瞬瞬时失误率率可表示为为（（9-3））1.2.3人为失失误的定量量分析(e)人的可靠性性模型可由由工程可靠靠性引出，，即将人作作为硬件对对待，导出出人的可靠靠性模型：：（（9-4）式中：R（t）———任一时时刻人作业业的可靠度度；

F（（t）———特定任务务的失误率率。1.2.4人为失失误的定性性分析人为失误的的定性分析析是利用因因果分析方方法，重点点研究系统统运行中人人为失误的的各种可能能的原因及及类型。主主要包括以以下几方面面。1）信息感感知2）信息处处理3）操作实实施1.2.4.1信信息感知(a)l）信息感感知在在人机系系统中，人人要接受机机器和环境境各方面的的信息，如如视觉信息息、听觉信信息、触觉觉信息等。。当规定信信息缺乏、、不明确、、不及时等等，人的感感知能力就就会下降而而犯错误，，造成事故故。如果信信息量过大大，超过人人对信息接接受能力的的限度，也也会造成感感知上的失失误。1.2.4.1信信息感知(b)如在某些典典型的核电电站控制室室内有1200到到1500个信号号器，控制制室的水损损失事故的的模拟显示示中，第一一分钟内有有500个个警告灯亮亮，第二分分钟内有800个灯灯亮。这样样多的信息息无助于作作业者很好好地接受信信息并作出出正确的判判断，这是是造成美国国三哩岛核核电站事故故的原因之之一。1.2.4.1信信息感知(c)环境因素，，如噪声、、振动、超超重、失重重、高低温温、照明不不足等也都都会引起人人不能正确确地感知信信息。1.2.4.2信信息处理(a)2）信息处处理在在信息处处理方面的的人为失误误，主要取取决于人的的生理特点点、心理状状态以及人人对信息处处理和加工工的技能。。1.2.4.2信信息处理(b)人对信息的的处理受人人的信号决决定通道的的限制。研研究表明，，人只有一一个单一的的决定通道道，所有信信息都按次次序通过这这个通道，，当两个信信息同时传传向大脑时时，其中一一个必须等等另一个放放人工作记记忆中之后后，再执行行处理和决决定。这就就是为什么么人在同一一时刻只能能注意一件件事情的原原因。当人长期从从事某项工工作时，会会产生疲劳劳，这时人人的神经活活动的协调调性遭到破破坏，思维维准确性下下降，感知知系统的机机能下降，，记忆力减减退，从而而影响了对对信息处理理的能力。。1.2.4.2信信息处理(c)人在工作时时的心理状状态直接关关系到人对对信息处理理的可靠性性。如生活活上的压力力、工作态态度和责任任心不强、、感情的不不稳定性等等，都会造造成工作时时的精力不不集中而引引起失误。。经过训练练和培养的的作业人员员可以在大大脑中存贮贮和长期记记忆许多正正确的经验验，这些经经验越多，，人在处理理信息时就就会从记忆忆中提取正正确的决定定方式。否否则在处理理信息当中中，由于经经验不足、、能力低，，就会造成成误处理，，尤其对于于一些复杂杂信息的处处理。1.2.4.3操作作实施3）操作作实施由由于信息息感知和和信息处处理所造造成的失失误，都都会归结结到操作作失误上上。除此此之外，，操作环环节本身身发生的的失误也也与许多多因素有有关。违违反操作作规程而而造成的的失误是是屡见不不鲜的；；这主要要是对作作业安全全性重视视不够引引起的。。遗漏操作作，即某某些操作作程序和和步骤遗遗漏了，，从而导导致失误误。改改变变操作程程序后，，操纵者者不熟悉悉、不习习惯，而而在新的的操作中中，采用用了大脑脑保留的的原操作作程序，，因此造造成失误误。1.3人人的不不安全行行为分析析关于人的的不安全全行为分分析，是是从人的的行为、、动机和和心理状状态开始始，研究究产生人人为失误误造成不不安全动动作的主主要原因因。1.3.1产产生不安安全动作作的原因因(a)1）产生生不安全全动作的的原因有有：①缺乏对对危险性性的认识识，由于于安全教教育训练练不够，，不懂危危险，从从而进行行不安全全作业；；②在操作作方法上上不合理理、不均均衡或做做无用功功；③准备不不充分、、安排不不周密就就开始业业，因仓仓促而导导致危险险作业；；1.3.1产产生不安安全动作作的原因因(b)④作业程程序不当当，监督督不严格格，致使使违章作作业自由由泛滥；；⑤取下安安全装置置，使机机器、设设备处于于不安全全状态；；⑥走捷径径，图方方便，忽忽略了安安全程序序；1.3.1产产生不安安全动作作的原因因(c)⑦不安全全地放置置物件，，使工作作环境存存在不安安全因素素；⑧在运行行的机器器和设备备上检修修、清扫扫、注油油等；⑨接近危危险场所所时无防防护装置置。1.3.1产产生不安安全动作作的原因因(d)人为失误误而产生生的不安安全后果果，除与与操作人人员本身身的因素素有关之之外，指指挥不利利或违章章指挥也也是重要要的有关关因素，，并且在在大多数数情况下下是引起起不安全全后果的的基本原原因。因因此，在在安全生生产中，，除建立立严格的的作业标标准外，，还需加加强企业业领导的的安全管管理水平平。1.3.2不不安全行行为分析析2）不安安全行为为分析由由于千差差万别的的个性，，人的自自由度比比机器大大得多。。每个人人的心理理特征和和心理状状态要在在人机系系统中得得到协调调一致，，是一个个非常复复杂的问问题。为为此，要要根据人人的共性性和人的的信息特特征来深深入研究究和分析析操作人人员容易易产生不不安全行行为的基基本原因因以及事事故发生生的一般般规律，，从而采采取必要要措施来来减少人人为失误误，保证证安全生生产。1.3.2.1分析1(a)因循守旧，弃弃难就易图省省力、走捷径径而造成违章章作业。通常常由于系统的的变化和更新新改变了作业业工序。工人对已经掌掌握的操作方方法和工艺流流程已形成习习惯。因为人人长期工作，，运用自如的的操作已经通通过信息输人人一判断一功功率输出的全全过程渗透于于脑、其他神神经、肌肉和和四肢，形成成了一套成熟熟的人机程序序。1.3.2.1分析1(b)因此人们对新新的安全装置置、新的工艺艺和工具设备备就会感到不不太得心应手手，有些人便便采取走捷径径找窍门的办办法，不执行行新工艺，不不用新工具，，而且一经试试行，取得一一点甜头就会会长此以往，，重复照干、、相互感染，，成为恶习，，而有意漏掉掉了安全工序序，为整个系系统埋下了不不安全因素。。1.3.2.1分析1(c)例如：某热轧轧车间，一挂挂吊工与吊车车司机配合进进行钢管的包包装作业，即即将已捆扎后后的钢管吊运运到小车上。。这是一个较较简单的作业业且长时间形形成了一种习习惯性的配合合作业。一次次，挂吊工在在完成挂吊之之后，突然发发现小车上的的隔杠窜动，，他即上小车车拔隔杠，这这时司机将刚刚挂吊完的一一捆钢管吊起起，恰好落在在挂吊工的后后背上，挂吊吊工被重压而而死。1.3.2.1分析1(d)本例中，司机机与挂吊工都都是受习惯作作业的影响，，司机没有认认真了望和确确认被吊物下下是否有人就就盲目落钩，，挂吊工认为为人在小车上上，司机不能能落钩，也没没有进行正常常的联系。同同时，挂吊工工与司机都疏疏漏了安全工工序。因为吊吊车司机应服服从挂吊工的的指挥，而挂挂吊工必须正正确地发出信信号。1.3.2.2分析2(a)忘记、看错、、念错、想错错造成记忆与与判断的失误误。

通常人人们在应急的的瞬间忘记了了危险。1.3.2.2分析2(b)例如有一伏案案设计的电气气工程师，突突然想起要测测一下变电站站电机的某一一尺寸。在这这种情况下没没有换工作服服，而穿着宽宽松的长袖衫衫到低矮的变变电间屈身去去实测。正当当测量之时长长袖衫脱卷，，它下意识地地举起右手，，并用左手去去卷右衣袖，，结果右手指指尖接触电线线，触电死亡亡。这就是在完全全应急的情况况下忘忆了危危险的不安全全行为。防止止的办法就是是采用连锁断断电或根本禁禁止进人这种种带电场所。。1.3.2.2分析2(c)也有正在作业业之时，突然然外来干扰（（如叫听电话话、别人召唤唤、环境吸引引）使作业中中断，等到继继续作业时忘忘记了应注意意的安全问题题。对信息看错、、念错、想错错的原因通常常有：信号显显示不够完善善，人机界面面设计不合理理；存在环境境干扰，致使使输人信息紊紊乱；人本身身的感知性能能低下；在先先人感的强烈烈影响下发生生错觉。1.3.2.3分析3选错操纵装置置、记错操纵纵方向和错误误调整而引起起操作失误。。选错操纵装置置的原因有：：操纵器的各各种编码不明明显以及操作作人员对各种种操纵器不深深入了解和掌掌握所致。失失去方向性，，搞错开关的的正反方向，，如要“前进进”却按了““后退”钮，，致使井下巷巷道装岩机司司机将自己挤挤压于岩壁而而死亡。有的的设备运行方方向与人的习习惯方向相反反，也易引起起误操作。此此外由于技术术不熟练，对对复杂操作产产生调整错误误。1.3.2.4分分析4(a)体力不不支、、疲劳劳和异异常状状态下下也易易发生生事故故。年年龄龄高、、身体体动作作迟缓缓、反反应迟迟钝的的老工工人，，在矿矿山露露天开开采作作业中中遭受受滚石石伤害害的概概率，，要比比身轻轻敏捷捷的年年轻工工人的的大，，这是是实践践中人人所共共知的的。人在疲疲劳时时对输输人信信息的的判断断能力力下降降，输输出动动作缺缺乏准准确性性，容容易产产生不不安全全行为为。所所以人人在连连续劳劳动、、加班班加点点或激激烈运运动之之后不不易正正确控控制自自己的的动作作，应应在工工间稍稍加休休息。。1.3.2.4分分析析4(b)人在在异异常常状状态态下下，，特特别别是是当当发发生生意意外外事事件件、、生生命命攸攸关关之之际际，，接接受受信信息息的的瞬瞬间间十十分分紧紧张张而而引引起起冲冲动动，，对对信信息息的的方方向向性性不不能能选选择择和和过过滤滤，，只只能能将将注注意意集集中中于于眼眼前前的的事事物物之之一一而而无无暇暇它它顾顾，，产产生生行行为为失失误误，，造造成成危危险险。。1.3.2.4分分析析4(c)某矿矿两两工工人人在在独独头头巷巷道道中中点点地地未未完完而而矿矿灯灯熄熄灭灭，，由由于于紧紧张张和和摸摸黑黑向向外外跑跑，，结结果果迷迷失失了了方方向向，，又又摸摸回回了了掌掌子子头头，，炮炮响响而而导导致致一一死死一一伤伤。。某某工工人人在在巷巷道道中中坐坐在在空空车车道道上上等等矿矿车车，，突突然然来来了了重重车车，，该该工工人人由由于于睡睡眼眼朦朦胧胧竟竟向向重重车车迎迎面面跑跑去去，，致致使使被被压压身身亡亡。。这这些些都都是是在在异异常常状状态态下下的的不不安安全全行行为为所所致致。。2.机器器的可靠靠性在人机系系统中，，由于机机器设备备本身的的故障以以及人机机系统设设计的协协调性差差而导致致了许多多事故的的发生。。因此，，人们就就要对机机器设备备的安全全性进行行预测，，并运用用已有的的经验和和知识，，及时调调整和更更正事先先的预测测，使预预测的准准确性达达到最优优。由此此所决定定的人的的行动和和机器性性能方面面的预测测在实际际工作中中与最初初设想达达到一致致的程度度就是可可靠性。。2.1机机器设设备的可可靠性(a)就机器设设备而言言，可靠靠性是指指机器、、部件、、零件在在规定条条件下和和规定时时间内完完成规定定功能的的能力。。规定条件件包括使使用条件件、维护护条件、、环境条条件、贮贮存条件件和工作作方式等等。某些些电子元元器件在在实验室室中使用用和在火火箭上使使用，其其可靠性性就可以以相差几几个数量量级。机机器在超超负荷下下使用和和连续不不断工作作都会使使可靠性性降低。。相反，，产品在在减负荷荷（低于于使用负负荷）下下使用，，可靠性性提高。。2.1机机器设设备的可可靠性(b)规定功能能是指机机器设备备本身的的性能指指标和包包括人方方便、安安全、舒舒适地操操纵机器器的使用用功能。。当机器器和设备备达到规规定功能能，则可可靠；当当产品丧丧失规定定功能，，则称其其发生故故障、失失效或不不可靠。。2.2可可靠度度(a)度量可靠靠性指标标的特征征量称为为可靠度度。可靠靠度是在在规定时时间内，，机器设设备或部部件能完完成规定定功能的的概率。。若把它它视为时时间的函函数，就就称为可可靠度函函数。就就概率而而言，可可靠度是是累积分分布函数数，它表表示在该该时间内内成功完完成功能能的机器器或部件件占全部部工作的的机器或或部件的的百分率率。2.2可可靠度度(b)可靠度为为R（t），不不可靠度度为F（（t），，则R（（t）＝＝1－F（t））（（9-5）若F（（t）对对时间微微分，即即可得函函数f（（t），，称为故故障密度度函数，，即f(t)＝＝dF(t)/dt＝＝－dR(t)/dt（（9-6））2.2可可靠度度(c)λ（t））＝f(t)/R(t)＝－－dR(t)/R(t)dt（（9-7））

如λλ（t））已知，，可将上上式变为为积分形形式，即即可求得得λ（t）与R（t））的关系系：（9-8）2.2可可靠度度(d)当λ（t）是常常数时，，即λ（（t）＝＝λ，则则有R（（t）＝＝e－λλ（（9－－9）其中故障障率λ等等于机器器或部件件平均无无故障时时间的倒倒数，即即λλ＝1/平均均无故障障时间＝＝1/θθ（（9－10）所所以式（（9-9）可写写为R（（t）＝＝e-t/θ（（9－11）2.2可可靠度度(e)显然，随随着使用用时间的的增加，，机器或或部件的的可靠度度不断降降低，见见图9-6。根根据上式式，当机机器或部部件使用用时间等等于平均均无故障障间隔时时间时，，即t=θ时，，机器或或部件的的可靠度度为R（（t）＝＝e－1=0.368。为了了提高机机器或部部件的可可靠度，，必须使使t/θθ的比值值最小。。2.3机机器故故障机器或部部件的故故障率λλ（t））是随使使用时间间的递增增按不同同使用阶阶段变化化。通常常可分为为三个阶阶段。（（1）初初期故障障（2）随随机故障障（3）耗耗损故障障2.3.1初初期故障障(1)初初期故故障，发发生于机机器试制制或投产产早期的的试运转转期间。。主要原原因是由由于设计计或生产产加工中中潜在的的缺点所所致。潜潜伏未被被发现的的错误、、制造工工艺不良良、材料料和原器器件的缺缺陷，在在使用初初期暴露露出来，，就呈现现为故障障。例如如螺钉、、螺栓免免不了有有次品，，焊接有有可能假假焊等等等。为了尽早早发现这这些缺陷陷，就要要对材料料、原器器件进行行认真的的筛选、、试验、、改进制制造工艺艺，以及及对成品品做延时时、老化化处理、、人机系系统的安安全性试试验等，，以提高高机器在在使用初初期的可可靠性。。图9－6机器器的可靠靠度与时时间的关关系2.3.2随随机故障障（2）随随机故障障，是在在机器处处于正常常工作状状态下的的偶发故故障。这这期间，，故障率率较低且且稳定，，称为恒恒定故障障期。这这期间的的故障不不是通过过检修等等方法可可以避免免的。这些故障原原因常由于于超过原器器件设计强强度和应力力过于集中中所致。偶偶发故障是是随机的，，既无规律律又不易预预测。但是是对一般机机器都可规规定一个允允许的故障障率，而把把相应于这这个故障率率的寿命称称为耐用寿寿命，或有有效工期。。在一定条条件下耐用用寿命越长长越好。2.3.3耗损故故障（3）耗损损故障，也也即后期磨磨损故障。。随着时间间的增长，，故障率迅迅速增加。。这一时期期的故障原原因主要是是由于长期期磨损，机机器或部件件老化、疲疲劳、腐蚀蚀或类似的的原因所致致。在研究究机器耗损损故障之后后，就可以以制定出一一套预防检检修和更换换部分元件件的方法，，使耗损故故障期延迟迟到来，以以延长有效效工作期。。图9－7故故障率与与时间的关关系机器或部件件的以上三三个阶段的的故障率与与时间的关关系见见图9－7。2.3.4机器的的可靠性分分析(a)可靠性是机机器或部件件的重要指指标之一。。在制定设设计方案时时，就需要要考虑可靠靠性的估计计问题，对对机器或部部件进行可可靠性的定定量分析。。定量分析析的方法是是根据故障障率来计算算机器或部部件可能达达到的可靠靠度或计算算在实际应应用中符合合性能要求求的概率。。2.3.4机器的的可靠性分分析(b)一台机器由由许多部件件组成，一一个生产单单元又由许许多机器或或设备组成成，进而，，许多生产产单元组成成了整个生生产系统。。无论是组组成机器或或设备的许许多部件或或零件之间间，还是组组成生产单单元和生产产系统的众众多机器设设备之间，，在完成规规定功能和和保障系统统正常运动动时，都是是按一定连连接方式进进行配置的的。构成系系统的各单单元之间通通常可归结结为串联配配置方式和和并联配置置方式两类类。2.3.4.1串串联配置方方式(a)1）串联配配置方式如如图图11-8所示，系系统能量的的输人按顺顺序依次通通过功能上上独立的单单元Ai=l，2，3，……，n，然然后才输出出。串联配配置的时候候，欲使整整个系统正正常工作，，必须使所所有单元都都不发生故故障。如果果系统中的的任一个单单元发生故故障，就会会导致整个个系统发生生故障。因因此对于重重要的和可可靠性要求求高的系统统，应力求求避免采用用串联配置置方式。图9－8串串联配置置系统2.3.4.1串串联配置方方式(b)如果每个单单元的可靠靠度为R1，R2，R3，…，Rn，则系统的的可度Rs（t）=R1R2R3…Rn(9-12)(9-13)2.3.4.1串串联配置方方式(c)在计算可靠靠度时，要要注意系统统类型的复复杂性。例例如电子计计算机系统统在整个运运算过程中中，不是所所有元件都都投人运行行，所以还还须注意这这种因素，，以免可靠靠度的计算算结果偏低低。另一方方面，还要要注意使用用条件，因因为相同的的元件在不不同的环境境下使用，，其故障率率或寿命也也是不相同同的。2.3.4.2并联配配置方式(a)2）并联配置置方式如如图9-9所示，它是是由一系列平平行工作的单单元组成系统统。该系统中中只要不是全全部单元发生生故障，系统统仍可以正常常工作。因为为系统中没有有发生故障的的单元照样保保持能量的输输人和输出。。实际上所有单单元同时发生生故障的概率率极低，所以以并联配置方方式保持系统统正常，运行行的可靠性比比串联方式高高得多，但经经济性差，因因此选择并联联配置方式时时要根据系统统的重要程度度而定。图9－9并并联配置系统统2.3.4.2并联配配置方式(b)并联配置方式式的系统可靠靠性按概率公公式可表示为为Rs（t）＝＝1－（1－－R1）(1－R2)……(1－Rn)或(9-14)2.3.5提提高机器的的可靠性(a)提高机器设备备可靠性的目目的有二：一一是延长机器器设备的使用用寿命，另一一是保证人机机系统的安全全性。可靠性高的产产品，使用效效率就高，使使用寿命就长长，甚至一个个产品能顶几几个用。在现现代设计中，，一个元件不不可靠，影响响的不是元件件本身，而是是一台设备、、一条生产线线以至整个生生产系统。2.3.5提提高机器的的可靠性(b)机器设备可靠靠性高，就会会使人操作起起来感到安全全，减少失误误，避免伤亡亡事故的发生生和经济损失失，相应地人人机系统的可可靠性就会提提高。提提高机器设设备可靠性的的方法从两方方面考虑：减减少机器本身身故障，延长长使用寿命；；提高使用安安全性。2.3.5.1减少机机器故障的方方法11）减少机器器故障的方法法

(1)利用可可靠性高的元元件。机器设设备的可靠性性取决于组成成件或零件的的可靠性。因因此必须加强强原材料、部部件及仪表等等的质量控制制，提高零部部件的加工工工艺水平和装装配质量。2.3.5.1减少机机器故障的方方法2（2）利用备备用系统。在在一定质量条条件下增加备备用量，尤其其是厂矿的关关键性设备，，如电源、通通风机、水泵泵等都应有备备用的。再如如矿井的主扇扇、连接电机机及电源都应应有备用品，，以使井下通通风不致因偶偶然事件而中中断。2.3.5.1减少少机器故故障的方方法3（3）采采用平行行的并联联配置系系统，当当其中一一个部件件出现故故障，机机器设备备仍能正正常工作作。如果果两个单单元并联联系统中中的一个个单元发发生故障障，则系系统的可可靠性