第六章安全人机功能匹配

1、第六章第六章 安全人机功能匹配安全人机功能匹配6.1 6.1 人机功能匹配人机功能匹配6.2 6.2 人机系统安全性评价指标与标准人机系统安全性评价指标与标准6.3 6.3 人机系统的安全可靠性人机系统的安全可靠性 （1 1） 简单人简单人- -机机- -环境系统环境系统 在这种系统中，一名或几名操作人员使用一台机器在特定在这种系统中，一名或几名操作人员使用一台机器在特定环境中工作。现行的汽车、火车、飞机等属于这类系统。环境中工作。现行的汽车、火车、飞机等属于这类系统。（2 2） 复杂人复杂人- -机机- -环境系统环境系统 这类系统的特点是，一名操作人员可以操作两台以上的机这类系统的特点是，

2、一名操作人员可以操作两台以上的机器，或者是一台或多台机器同时可以被几名操作人员使用。器，或者是一台或多台机器同时可以被几名操作人员使用。目前许多工业生产机器的操作目前许多工业生产机器的操作( (如一名纺织工人操作十几如一名纺织工人操作十几台织布机等，都类似于此。台织布机等，都类似于此。（3 3） 广义广义( (或大规模或大规模) )人人- -机机- -环境系统环境系统 这类系统广泛存在于各种生产部门。各生产部门的最高决这类系统广泛存在于各种生产部门。各生产部门的最高决策者通过一套指挥策者通过一套指挥/ /控制系统，对下属各基层单位的生间控制系统，对下属各基层单位的生间状况实施统一的管理和调度，

3、这是一种典型的广义人状况实施统一的管理和调度，这是一种典型的广义人- -机机- -环境系统。环境系统。 6.1 6.1 人机功能匹配人机功能匹配人机系统是为了实现人类的目的而设计的、也由于能满足人人机系统是为了实现人类的目的而设计的、也由于能满足人类的需要而存在。所谓的人机系统，乃至系统内的组成单类的需要而存在。所谓的人机系统，乃至系统内的组成单元，都不过是元，都不过是人类某种能力的扩大人类某种能力的扩大，或是依据人类的指示或是依据人类的指示而执行一定的功能或机能。而执行一定的功能或机能。在人机系统中，人和机械各自担负着不同的功能，在某些人在人机系统中，人和机械各自担负着不同的功能，在某些人机

4、系统中还通过控制器和显示器联系起来，共同完成系统机系统中还通过控制器和显示器联系起来，共同完成系统所担负的任务。所担负的任务。为了使整个人机系统为了使整个人机系统高效、可靠、安全以及操纵方便高效、可靠、安全以及操纵方便，就必，就必须了解人和机的功能特点、长处和短处，使须了解人和机的功能特点、长处和短处，使系统中的人与系统中的人与机之间达到最佳配合机之间达到最佳配合，即，即！主要内容主要内容 6.1.1 6.1.1 人的主要功能人的主要功能 6.1.2 6.1.2 机的主要功能机的主要功能 6.1.3 6.1.3 人机特性比较人机特性比较 6.1.4 6.1.4 人机功能匹配人机功能匹配 6.1

5、.1 6.1.1 人的主要功能人的主要功能人在人机系统的操纵过程中所起的作用，可通过心理学提出人在人机系统的操纵过程中所起的作用，可通过心理学提出的带有普通意义的公式：的带有普通意义的公式：刺激刺激(S)-(S)-意识意识(O)-(O)-反应反应(R)(R)来加来加以描述，即在以描述，即在信息输入信息输入、信息处理信息处理和和行为输出行为输出三个过程中三个过程中体现出人在操作活动中的基本功能。体现出人在操作活动中的基本功能。l l、人的第一种功能、人的第一种功能传感器传感器 通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统的作业情况和机器

6、的状态。的作业情况和机器的状态。 2 2、人的第二种功能、人的第二种功能信息处理器信息处理器 将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定。分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定。 3 3、人的第三种功能、人的第三种功能操纵器操纵器 根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等。根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等。在人机系统中，控制器的作用被认为是对能得到的刺激的一种反应。任何显在人机系统中，控制器的作用被认为是对能得到的刺激的一种反应。任何显示反应，如果要求

7、违反原有的习惯，很可能出现差错。不论在什么特殊示反应，如果要求违反原有的习惯，很可能出现差错。不论在什么特殊情况下，设计人员总要求操作者改变其已成为习惯的行为方式，都是错情况下，设计人员总要求操作者改变其已成为习惯的行为方式，都是错误的。误的。6.1.2 6.1.2 机的主要功能机的主要功能这里所指的机是这里所指的机是广义广义的，但为了说明问题，此处的的，但为了说明问题，此处的机侧重于机侧重于机器机器。机器是按人的某种目的和要求而设计的，机器虽然机器是按人的某种目的和要求而设计的，机器虽然与人相比有具不同的特征。但在人机系统工作中与人相比有具不同的特征。但在人机系统工作中所表观的功能都是类似的

8、，尤其是自功化的机器所表观的功能都是类似的，尤其是自功化的机器更是如此，具有以下功能：更是如此，具有以下功能： l l、接受信息、接受信息 2 2、储存信息、储存信息 3 3、处理信息、处理信息 4 4、执行功能、执行功能 6.1.3 6.1.3 人机特性比较人机特性比较对于人机共存的人机系统来说，设计的主要困难已不在于产品本身，而在于对于人机共存的人机系统来说，设计的主要困难已不在于产品本身，而在于: :是否能找出人与技术之间最适宜的相互联系的途径与手段是否能找出人与技术之间最适宜的相互联系的途径与手段; ;是否能全面考虑到操作者在人机系统中的功能作用特点和机器与人的特性相是否能全面考虑到操

9、作者在人机系统中的功能作用特点和机器与人的特性相吻合的程度吻合的程度。因此，设计者对人机特性比较的重视是至关重要的。因此，设计者对人机特性比较的重视是至关重要的。在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，和机器的不安全状态，做到安全生产。做到

10、安全生产。人和机各有自己的能力和长处，归纳起来各表现在四个方面：人和机各有自己的能力和长处，归纳起来各表现在四个方面： 人的功能的限度人的功能的限度是准确性、体力、速度和知觉能力；是准确性、体力、速度和知觉能力； 机器功能的限度机器功能的限度是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。 表表6 61 1 人与机的优缺点比较人与机的优缺点比较项项 目目机机 器器人人速速 度度占优势占优势时间延时为时间延时为1s逻辑逻辑推理推理擅长于演绎而不易改变其演绎程序擅长于演绎而不易改变其演绎程序擅长于归纳，容易改变其推理程序擅长于归纳，容易改变其

11、推理程序计计 算算快且精确，但不善于修正误差快且精确，但不善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差可可 靠靠 性性按照恰当设计制造的机器，在完成按照恰当设计制造的机器，在完成规定的作业中可靠性很高，而且保规定的作业中可靠性很高，而且保持恒定，不能处理意外的事态。在持恒定，不能处理意外的事态。在超负荷条件下可靠性突降超负荷条件下可靠性突降人脑可靠性远超过机械，但极度疲劳与紧急人脑可靠性远超过机械，但极度疲劳与紧急事态下很可能变成极不可靠，人的技术水平、事态下很可能变成极不可靠，人的技术水平、经验以及生理和心里状况对可靠性很有影响，经验以及生理和心里状况对可靠性很有

12、影响，可处理意外紧急事态可处理意外紧急事态连连 续续 性性能长期连续工作，适应单调专业，能长期连续工作，适应单调专业，需要适当维护需要适当维护容易疲劳，不能长时间连续工作，且受性别、容易疲劳，不能长时间连续工作，且受性别、年龄和健康状态等影响，不适应单调作业年龄和健康状态等影响，不适应单调作业灵灵 活活 性性如果是专用机械，不经调整则不能如果是专用机械，不经调整则不能改作其它用途改作其它用途通过教育训练，可具有多方面的适应能力通过教育训练，可具有多方面的适应能力表表6 61 1 人与机的优缺点比较（续）人与机的优缺点比较（续）项项 目目机机 器器人人输输 入入灵敏度灵敏度具有某些超人的感觉，如

13、有感具有某些超人的感觉，如有感觉电离辐射的能力觉电离辐射的能力在较宽的能量范围内承受刺激因素，支在较宽的能量范围内承受刺激因素，支配感受器适应刺激因素的变化，如眼睛配感受器适应刺激因素的变化，如眼睛能感受各种位置、运动和颜色，善于鉴能感受各种位置、运动和颜色，善于鉴别图象，能够从高噪声中分辨信号，易别图象，能够从高噪声中分辨信号，易受（超过规定限度的）热、冷、噪声和受（超过规定限度的）热、冷、噪声和振动的影响振动的影响智智 力力无无 （智能机例外）（智能机例外）能应付意外事件和不可能预测事件，并能应付意外事件和不可能预测事件，并能采取预防措施能采取预防措施操作处操作处理能力理能力操纵力、速度精

14、密度、操作量、操纵力、速度精密度、操作量、操作范围等均优于人的能力。操作范围等均优于人的能力。在处理液体、气体、粉体方面在处理液体、气体、粉体方面比人强，但对柔软物体的处理比人强，但对柔软物体的处理能力比人差能力比人差可进行各种控制，手具有非常大的自由可进行各种控制，手具有非常大的自由度，能极巧妙地进行各种操作。从视觉、度，能极巧妙地进行各种操作。从视觉、听觉、变位和重量感觉上得到的信息可听觉、变位和重量感觉上得到的信息可以完全反馈给控制器以完全反馈给控制器表表6 61 1 人与机的优缺点比较（续）人与机的优缺点比较（续）项项 目目机机 器器人人功率输功率输出出恒定恒定不论大的，固定的或标不论

15、大的，固定的或标准的准的1471KW的功率输出只能维持的功率输出只能维持10s，367.75KW的功率输出可维持几分钟，的功率输出可维持几分钟，150KW以下的功率输出能持续一天以下的功率输出能持续一天综合能综合能力力多种途径多种途径单一手段单一手段记记 忆忆最适用于文字的再现和长期存储最适用于文字的再现和长期存储可存储大量信息，并进行多种途径的存取，可存储大量信息，并进行多种途径的存取，擅长于对原则和策略的记忆擅长于对原则和策略的记忆6.1.4 6.1.4 人机功能匹配人机功能匹配 1 1、人机匹配含义、人机匹配含义 2 2、人机功能匹配的一般原则、人机功能匹配的一般原则 3 3、人机功能匹

16、配对人机系统的影响、人机功能匹配对人机系统的影响 4 4、人机功能匹配不合理的表现、人机功能匹配不合理的表现 5 5、人机功能匹配应注意的问题、人机功能匹配应注意的问题 6 6、人机系统安全传递信息的基本原则、人机系统安全传递信息的基本原则1 1、人机匹配含义、人机匹配含义 对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人或机，称为分配给人或机，称为人机的功能分配人机的功能分配。 人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为：人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为：劳动者劳动者- -工具工具；操作者操作者- -机器机器；监控者监控者-

17、-自动化机器自动化机器；监督者监督者- -智能智能机器机器等几种。等几种。 机器的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因而对操纵者机器的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因而对操纵者提出了严格要求，同时操纵者的功能限制也对机器设计提提出了严格要求，同时操纵者的功能限制也对机器设计提出特殊要求。出特殊要求。 人机结合的原则改变了传统的人机结合的原则改变了传统的只考虑机器设计的思想只考虑机器设计的思想，提，提出了出了同时考虑人与机器两方面因素同时考虑人与机器两方面因素，即，即在机器设计的同时在机器设计的同时把人看成是有知觉有技术的控制机、能量转换机、信息处把人看成是有知觉有技术的控制机、能量转换机、信息

18、处理机。理机。 最佳效果的设计思想：最佳效果的设计思想： 凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够间歇时间；凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够间歇时间； 机器设计中，要使操纵要求低于人的反应速度。机器设计中，要使操纵要求低于人的反应速度。 人机匹配除合理进行人机功能分配外，人机匹配除合理进行人机功能分配外，实现人和机的相互实现人和机的相互配合配合也是很重要的。也是很重要的。一方面需要人监控机器，一方面需要人监控机器，即使是完全自动化的人机系统也必须有人监视，即使是完全自动化的人机系统也必须有人监视，如高速火车的中央控制系统，在异常情况出现时必须由人做出判断，如高速火车的中央控制系统，在异常情

19、况出现时必须由人做出判断，下达指令，使系统恢复正常；下达指令，使系统恢复正常；另一方面另一方面，需要机器监督人需要机器监督人，以防止人为失误时导致整个系统发生故障，以防止人为失误时导致整个系统发生故障，人易产生失误，在系统中设置相应的安全装置非常必要，如火车的自人易产生失误，在系统中设置相应的安全装置非常必要，如火车的自动停车装置等。动停车装置等。 人机匹配的具体内容很多，包括：人机匹配的具体内容很多，包括： a a、显示器与人的信息感觉通道特性的匹配；、显示器与人的信息感觉通道特性的匹配； b b、控制器与人体运动反应特性的匹配；、控制器与人体运动反应特性的匹配； c c、显示器与控制器之间

20、的匹配；、显示器与控制器之间的匹配； d d、环境条件与人的生理、心理及生物力学特性的匹配等等。、环境条件与人的生理、心理及生物力学特性的匹配等等。随着电子计算机和自动化的不断发展，可设计制造出具有特殊功能的智能随着电子计算机和自动化的不断发展，可设计制造出具有特殊功能的智能机，这种机所具备的功能成为机，这种机所具备的功能成为人的功能的延伸人的功能的延伸。尤其是随着生物工程。尤其是随着生物工程与生命科学的发展，人本身也会发生较大改变，因此将形成新的人机与生命科学的发展，人本身也会发生较大改变，因此将形成新的人机关系，使人机匹配进入新阶段，人也将在新形式的人机系统中处于新关系，使人机匹配进入新阶

21、段，人也将在新形式的人机系统中处于新的地位。的地位。2 2、人机功能匹配的一般原则、人机功能匹配的一般原则 人能完成并能胜过机器的工作：人能完成并能胜过机器的工作：发觉微量的光和声，接受发觉微量的光和声，接受和组织声、光的型式，随机应变和应变程度，长时间大量和组织声、光的型式，随机应变和应变程度，长时间大量储存信息并能回忆有关的情节，进行归纳推理和判断并形储存信息并能回忆有关的情节，进行归纳推理和判断并形成概念和创造方法等。成概念和创造方法等。 目前机器能完成并胜过人的工作：目前机器能完成并胜过人的工作：对控制信号迅速作出反对控制信号迅速作出反应，平稳而准确地产生应，平稳而准确地产生“巨大力量

22、，做重复的和规律性的巨大力量，做重复的和规律性的工作，短暂地储存信息然后废除这些信息，快速运算，同工作，短暂地储存信息然后废除这些信息，快速运算，同一时间执行多种不同的功能。一时间执行多种不同的功能。 表表6 62 2 采用人机时有利点采用人机时有利点 采用机器时的有利点采用机器时的有利点采用人时的有利点采用人时的有利点1、重复性的操作、计算，大量的情报资料存储1、由于各种干扰，需要判断信息时2、迅速施加大的物理力时2、在图形变化情况下，要求判断图形时3、大量的数据处理3、要求判断各种各样的输入时4、根据某一特定范围，多次重复作出判断4、对发生频率非常低时的事态需要进行判断时5、由于环境约束，

23、对人有危险或操作容易犯错误时5、解决问题需要归纳、判断时6、当调节、操作速度非常重要，具有决定意义时6、预测不测事件的发生时7、控制力的施加要求非常严格时 8、必须长时间地施加控制力时 分配给机器承担的：分配给机器承担的： 笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及人不能识别的物理信号的作业；及人不能识别的物理信号的作业； 分配给人承担的：分配给人承担的： 指令和程序安排，图形的辨认或多种信息输入时；指令和程序安排，图形的辨认或多种信息

24、输入时； 机械系统的监控、维修、设计、制造；机械系统的监控、维修、设计、制造； 故障处理及应付突然事件等工作。故障处理及应付突然事件等工作。3 3、人机功能匹配对人机系统的影响、人机功能匹配对人机系统的影响 过去，由于过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使机的设计与人不明人与机的匹配关系特性，使机的设计与人的功能不适应而造成的失误很多的功能不适应而造成的失误很多，如作战飞机的高度计等，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因。仪表的设计与人的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因。 在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激反应（即生理在工作负荷过高的情况下，人往往出现应

25、激反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。紧张），导致重大事故的发生。 进行进行合理的人机功能分配，合理的人机功能分配，也就是使也就是使人机结合面布置得恰人机结合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点出发当，从安全人机工程学的观点出发，分析人机结合面失调，分析人机结合面失调导致工伤事故，进而采取改进对策。导致工伤事故，进而采取改进对策。图图4 45 5 设备设计中的人因工程设备设计中的人因工程4 4、人机功能匹配不合理的表现、人机功能匹配不合理的表现 可以由人很好执行的功能可以由人很好执行的功能分配分配给机器，而把设备能更有效给机器，而把设备能更有效地执行的功能分配给人。地执行的功能分配给人。

26、不能根据不能根据人执行功能的特点人执行功能的特点而找出人机之间最适宜的相互而找出人机之间最适宜的相互联系的途径与手段。联系的途径与手段。 让人承担超过其能力所能承担的让人承担超过其能力所能承担的负荷或速度负荷或速度。5 5、人机功能匹配应注意的问题、人机功能匹配应注意的问题(1) (1) 信息由机器的显示器传递到人，信息由机器的显示器传递到人，选择适宜的信息通道，选择适宜的信息通道，避免信息通避免信息通道过载而失误，以及显示器的设计应符合安全人机工程的原则。道过载而失误，以及显示器的设计应符合安全人机工程的原则。(2) (2) 信息从人的运动器官传递给机器，应考虑信息从人的运动器官传递给机器，

27、应考虑人的权限能力和操作范围，人的权限能力和操作范围，控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。(3) (3) 充分适用人和机的充分适用人和机的各自优势各自优势。(4) (4) 使人机结合面的使人机结合面的信息通道数和传递频率不超过人的能力信息通道数和传递频率不超过人的能力，以及机适，以及机适合大多数人的应用。合大多数人的应用。(5)(5)一定要考虑到一定要考虑到机器发生故障的可能性，机器发生故障的可能性，以及简单排除故障的方法和使以及简单排除故障的方法和使用的工具。用的工具。(6) (6) 要考虑到要考虑到小概率事件的处理，小概率事件的处理，有些偶发性事件如果对

28、系统无明显影有些偶发性事件如果对系统无明显影响，可以不必考虑，但有的事件一旦发生就会造成功能的破坏，对这响，可以不必考虑，但有的事件一旦发生就会造成功能的破坏，对这种事件就要事先安排监督和控制方法。种事件就要事先安排监督和控制方法。 6 6、人机系统安全传递信息的基本原则、人机系统安全传递信息的基本原则 1 1）信息的可靠性）信息的可靠性 2 2）信息的有用性）信息的有用性 3 3）信息适时性）信息适时性 4 4）信息易于区别性）信息易于区别性 5 5）信息要使用适当的感觉机能）信息要使用适当的感觉机能 6 6）计量仪表和控制装置配备要适当）计量仪表和控制装置配备要适当 7 7）负担分配要适当

29、）负担分配要适当 8 8）信息与控制有对应性）信息与控制有对应性6.2 6.2 人机系统安全性评价指标与标准人机系统安全性评价指标与标准 6.2.1 6.2.1 使用标准的意义使用标准的意义 6.2.2 6.2.2 标准的类型标准的类型6.2.1 6.2.1 使用标准的意义使用标准的意义 所谓所谓标准或指标标准或指标，是根据需要和可能而规定的用来作为设，是根据需要和可能而规定的用来作为设计、评价和检查某种事物的依据、基础、目标或界限。计、评价和检查某种事物的依据、基础、目标或界限。 例如评价汽车性能的一个重要指标是百公里耗油量；例如评价汽车性能的一个重要指标是百公里耗油量； 钢的机械性能指标有

30、强度极限和屈服极限等；钢的机械性能指标有强度极限和屈服极限等； 标准滚动轴承的可靠度应达到标准滚动轴承的可靠度应达到0.90.9，等等。，等等。 由此可见，标准或指标有三种作用：由此可见，标准或指标有三种作用： 一是设计新的人机系统的一是设计新的人机系统的依据依据； 二是评价现有人机系统的二是评价现有人机系统的指标指标； 三是有些标准和指标既可用来评价系统三是有些标准和指标既可用来评价系统整体整体，又可作为评价，又可作为评价系统系统局部的尺度局部的尺度。6.2.2 6.2.2 标准的类型标准的类型对于任何系统来说（人工系统），都有特定的功能和目的。所对于任何系统来说（人工系统），都有特定的功能

31、和目的。所以，检查或评价一个系统的最好的尺度标准，显然应该是以，检查或评价一个系统的最好的尺度标准，显然应该是既能既能抽象概括，又能具体用数字抽象概括，又能具体用数字来表达两种形式：来表达两种形式： 定性评价尺度和定量评价尺度。定性评价尺度和定量评价尺度。但根据需要和可能的情况不同，有时采用其中之一，有时两者皆用。但根据需要和可能的情况不同，有时采用其中之一，有时两者皆用。 1 1系统的作业指标与标准系统的作业指标与标准 2 2人的标准人的标准 （1 1）人的作业尺度）人的作业尺度 （2 2）生理标准）生理标准 3 3安全性评价指标安全性评价指标（1 1）安全度与事故率）安全度与事故率安全度，

32、也可以叫安全率，简单说就是不发生人身事故的概率。安全度，也可以叫安全率，简单说就是不发生人身事故的概率。反之，把发生事故的概率叫做事故度或事故率。若以反之，把发生事故的概率叫做事故度或事故率。若以S S表示安表示安全度，以全度，以F F表示事故率，则表示事故率，则S+F=1S+F=1。也就是安全度与事故率是。也就是安全度与事故率是在在0-10-1之间的值。之间的值。概率论的偶然独立性法则概率论的偶然独立性法则认为：认为：“在本质上极难发生的事件，在本质上极难发生的事件，作为实际问题就等于在现实不发生作为实际问题就等于在现实不发生”。所以：。所以： 一方面从严格意义上讲不能使用一方面从严格意义上

33、讲不能使用“绝对安全绝对安全”的语言，并要为此不断开的语言，并要为此不断开展安全工作；展安全工作； 另一方面从系统安全性设计与评价的角度来看，可以考虑一个另一方面从系统安全性设计与评价的角度来看，可以考虑一个“能够允能够允许的危险概率许的危险概率”的临界值。在这方面有所谓埃米尔的临界值。在这方面有所谓埃米尔. .鲍雷尔的主张，即把鲍雷尔的主张，即把所谓所谓“能够允许的危险概率能够允许的危险概率”的临界值就作为的临界值就作为零概率零概率看待，并提出如下看待，并提出如下数据：作为个人安全尺度的可以忽视的概率为数据：作为个人安全尺度的可以忽视的概率为1010-6-6；作为地球安全尺度的；作为地球安全

34、尺度的可忽视概率为可忽视概率为1010-15-15；作为宇宙安全尺度的可忽视概率为；作为宇宙安全尺度的可忽视概率为1010-30-30。当然，作为一种标准和指标，这个当然，作为一种标准和指标，这个“可忽视的概率可忽视的概率”也是在一定社会历史条也是在一定社会历史条件下，根据需要和可能提出来的。应该强调指出的是，件下，根据需要和可能提出来的。应该强调指出的是，在现代生产过在现代生产过程中所发生的人身事故远远超过上述个人安全尺度的可忽视程中所发生的人身事故远远超过上述个人安全尺度的可忽视概率。即使为达到这样的安全程度，也需要开展大量的艰苦概率。即使为达到这样的安全程度，也需要开展大量的艰苦细致的安

35、全工作，还要走过一段很长的路程。细致的安全工作，还要走过一段很长的路程。（2 2）事故频度率（）事故频度率（Frequency RateFrequency Rate）所谓所谓频度率频度率，就是累计劳动时间为，就是累计劳动时间为100100万小时的单位时间（每万小时的单位时间（每小时）事故发生的件数。小时）事故发生的件数。它是表示事故发生频率的数值。它是表示事故发生频率的数值。这个值可以用来进行年度之间、国家之间、行业之间或实际这个值可以用来进行年度之间、国家之间、行业之间或实际情况与监察机构规定的标准之间进行比较和评价，也可以情况与监察机构规定的标准之间进行比较和评价，也可以用来评价一定的人机

36、系统。用来评价一定的人机系统。当所统计的操作人数过少时，上述结果无可靠性当所统计的操作人数过少时，上述结果无可靠性。所以，从。所以，从概率论观点出发，用累计劳动时间概率论观点出发，用累计劳动时间100100万小时作统计，即乘万小时作统计，即乘上上10106 6。610同一时期累计劳动时间一定期间的事故件数RF（3 3）事故强度率（）事故强度率（Severity RateSeverity Rate）所谓所谓强度率强度率，就是累计劳动时间，就是累计劳动时间10001000小时的单位时间（每小小时的单位时间（每小时）损失劳动天数，它表示事故的大小。时）损失劳动天数，它表示事故的大小。用这个数值可以进

37、行各种比较。用这个数值可以进行各种比较。这个数值与伤害程度成正比。也可以评价系统。这个数值与伤害程度成正比。也可以评价系统。这一项评价，是第六届国际劳动统计学家会议规定的方法。这一项评价，是第六届国际劳动统计学家会议规定的方法。美国标准协会（美国标准协会（ASAASA）在使用这个公式时，即式中）在使用这个公式时，即式中10103 3换成换成10106 6，也就是，也就是每每100100万小时的单位时间损失劳动天数。万小时的单位时间损失劳动天数。上述与两数值皆与操作者的工龄和年龄结构有关。上述与两数值皆与操作者的工龄和年龄结构有关。310累计劳动时间损失劳动天数RS（4 4）年千人率）年千人率所

38、谓所谓年千人率年千人率，是在一年时间内每，是在一年时间内每10001000工人中发生的事故件数。工人中发生的事故件数。这个数值也可以用来进行比较，但因为对事故的统计与分析不这个数值也可以用来进行比较，但因为对事故的统计与分析不大精确，所以作为统计量不被重视。大精确，所以作为统计量不被重视。（5 5）工作条件的要求）工作条件的要求 作为安全卫生标准的还有工作条件的要求，包括声、光、振作为安全卫生标准的还有工作条件的要求，包括声、光、振动、冲击波、动、冲击波、COCO2 2、换气量、温度、湿度、压力、加速度、电、换气量、温度、湿度、压力、加速度、电压、放射线等物理与化学因素的规定。压、放射线等物理

39、与化学因素的规定。310一年内工人平均人数一年内事故件数年千人率（6 6）其它安全评价指标）其它安全评价指标 事故损失系数：事故损失系数：每每10001000小时中单位劳动时间赔偿与医疗费小时中单位劳动时间赔偿与医疗费用：用： 单位公里或单位产量的事故率。单位公里或单位产量的事故率。每生产每生产100100吨物质时每吨吨物质时每吨事故率如下：事故率如下：而每行走而每行走10104 4公里时每公里事故率为：公里时每公里事故率为：1000劳动时间事故损失费用事故损失系数100生产吨数事故件数10000行走公里事故件数4 4经济损失评价指标及严重程度分级经济损失评价指标及严重程度分级我国在这方面已提

40、出我国在这方面已提出 企业职工伤亡事故经济损失统计标准企业职工伤亡事故经济损失统计标准（GB6721-86GB6721-86）。）。国外有所谓海因里希的事故损失计算法，以及西蒙兹的事故损失计算法等。国外有所谓海因里希的事故损失计算法，以及西蒙兹的事故损失计算法等。此外我国此外我国19861986年还公布了伤亡事故管理方面的另外两个国家标准，即年还公布了伤亡事故管理方面的另外两个国家标准，即 企业职工伤亡事故分类标准企业职工伤亡事故分类标准（GB6442-86GB6442-86） 企业职工伤亡事故调查分析规则企业职工伤亡事故调查分析规则（GB6442-86GB6442-86）。）。6.3 6.3

41、 人机系统的安全可靠性人机系统的安全可靠性 6.3.1 6.3.1 概述概述 4.3.1.1 4.3.1.1 可靠性的有关概念可靠性的有关概念 4.3.1.2 4.3.1.2 系统中人的可靠性系统中人的可靠性 6.3.2 6.3.2 人机系统可靠性计算人机系统可靠性计算 4.3.2.1 4.3.2.1 系统中人的可靠度计算系统中人的可靠度计算 4.3.2.2 4.3.2.2 人机系统的可靠度计算人机系统的可靠度计算 6.3.3 6.3.3 系统可靠性设计基本方针系统可靠性设计基本方针6.3.1 6.3.1 概述概述6.3.1.1 6.3.1.1 可靠性的有关概念可靠性的有关概念1 1可靠性与可

42、靠度可靠性与可靠度可靠性与可靠度英文是同一个词，可靠性与可靠度均用可靠性与可靠度英文是同一个词，可靠性与可靠度均用“Reliability”Reliability”。日文用日文用“信赖性信赖性”和和“信赖度信赖度”。我国对可靠性与可靠度也做。我国对可靠性与可靠度也做了区分。了区分。可靠性可靠性：“系统、机器或零件等，在规定的工作条件下，规定系统、机器或零件等，在规定的工作条件下，规定的时间内，保持规定功能的能力的时间内，保持规定功能的能力”。可靠是用可靠度来度量。可靠是用可靠度来度量。可靠度可靠度：“系统、机器或零件等，在规定的工作条件下，规定系统、机器或零件等，在规定的工作条件下，规定的时间

43、内，保持规定功能的概率的时间内，保持规定功能的概率”。可靠度通常用可靠度通常用R R表示。表示。从定义可以看出，可靠度有以下从定义可以看出，可靠度有以下五项因素五项因素： 对象：对象：系统，机器，零部件；硬件，软件；人为因素等。系统，机器，零部件；硬件，软件；人为因素等。 条件：条件：使用，环境，维修保养等。使用，环境，维修保养等。 时间：时间：寿命，期限，时间，距离，循环次数等。寿命，期限，时间，距离，循环次数等。 性能：性能：正常工作。能工作不一定正常，能工作不一定无故障。正常工作。能工作不一定正常，能工作不一定无故障。 概率：概率：特定事件出现的可能性（正常工作、安全工作等），特定事件出

44、现的可能性（正常工作、安全工作等），可用分数或百分数表示。可用分数或百分数表示。设有一批零件（或事件）个（次），在规定的条件下失效数为设有一批零件（或事件）个（次），在规定的条件下失效数为个（次），剩下个（次）尚能继续正常工作，则个（次），剩下个（次）尚能继续正常工作，则可靠度可靠度为：为：式中，令式中，令 ，称做，称做“失效概率失效概率”或或“不可靠度不可靠度”（Probability of failure Probability of failure 或或UnreliabilityUnreliability），），TfTfTTSNNNNNNNR1TfNNQ QR11QR2 2可维修度可维修

45、度在英文，在英文，maintainabilitymaintainabilitymaintainmaintain（正常）（正常）abilityability（能力）。（能力）。可维修度：可维修系统、机器或零部件，在规定的维修条件下，用规定的可维修度：可维修系统、机器或零部件，在规定的维修条件下，用规定的时间完成维修的概率，通常用时间完成维修的概率，通常用M M表示。表示。不出现故障最好，但这是不可能的，所以，如果出现故障，能较快按时修不出现故障最好，但这是不可能的，所以，如果出现故障，能较快按时修理好也是很好的。理好也是很好的。可靠度与可维修度的区别在于：可靠度与可维修度的区别在于：R R：把无

46、故障的概率叫可靠度，也就是不易发生故障的程度。：把无故障的概率叫可靠度，也就是不易发生故障的程度。M M：把出故障后在规定时间和规定条件下能修复的概率叫可维修度。：把出故障后在规定时间和规定条件下能修复的概率叫可维修度。3 3广义可靠度广义可靠度可利用度把可靠度与可维修度结合起来，叫可利用度把可靠度与可维修度结合起来，叫做可利用度做可利用度availabilityavailability或有效率。或有效率。R R无故障概率。无故障概率。M M即使有故障能修复的概率。即使有故障能修复的概率。可利用度可用下式表示：可利用度可用下式表示：故障（停止）时间可使用时间可使用时间A6.3.1.2 6.3.

47、1.2 系统中人的可靠性系统中人的可靠性1 1人机系统可靠性的特点人机系统可靠性的特点（1 1）系统安全性与系统可靠性相联系。）系统安全性与系统可靠性相联系。（2 2）人机系统可靠性取决于人的可靠性和机械的可靠性两方面的综合。）人机系统可靠性取决于人的可靠性和机械的可靠性两方面的综合。（3 3）机器可靠性可以通过可靠性设计和正确制造和科学使用维护而大大提）机器可靠性可以通过可靠性设计和正确制造和科学使用维护而大大提高可靠度，并且在设计制造阶段时就己基本确定，可以看成是系统的较高可靠度，并且在设计制造阶段时就己基本确定，可以看成是系统的较稳定的不变量。稳定的不变量。（4 4）人体差错影响因素中，

48、既有较稳定的、有一定变化规律和节律的因素，）人体差错影响因素中，既有较稳定的、有一定变化规律和节律的因素，又有众多的体内外随机因素，因此人的可靠性不仅比机器低，而且比机又有众多的体内外随机因素，因此人的可靠性不仅比机器低，而且比机器不稳定。器不稳定。（5 5）人机系统可靠度，在很大程度上取决于人的可靠度，随人的可靠度而）人机系统可靠度，在很大程度上取决于人的可靠度，随人的可靠度而改变，这就是为什么改变，这就是为什么80%80%以上的事故致因是人的不安全行为。以上的事故致因是人的不安全行为。（6 6）至今人体差错概率（不可靠度）虽然有人提出推算方法，但总的说还）至今人体差错概率（不可靠度）虽然有

49、人提出推算方法，但总的说还是在探索中，至今是人机系统可靠性。安全性评价的空白点是在探索中，至今是人机系统可靠性。安全性评价的空白点。2 2影响系统中人的可靠性的因素影响系统中人的可靠性的因素（1 1）人的生理特性所显示的规律和限度）人的生理特性所显示的规律和限度 人体功能系统（呼吸、消化、循环、神经、泌尿、生殖、骨骼肌肉系统）人体功能系统（呼吸、消化、循环、神经、泌尿、生殖、骨骼肌肉系统） 人体机能器官（感觉器官、运动器官）人体机能器官（感觉器官、运动器官） 人体形态特性和机能特性人体形态特性和机能特性 人体疲劳人体疲劳 人体生物节律人体生物节律 人体大脑意识活动规律人体大脑意识活动规律（2

50、2）人的心理特性影响）人的心理特性影响 感觉、知觉、观察、感知；注意；动机；需要；态度；情绪、情感；性感觉、知觉、观察、感知；注意；动机；需要；态度；情绪、情感；性格、意志；气质；生物节律。格、意志；气质；生物节律。（3 3）管理因素与作业环境状况因素）管理因素与作业环境状况因素 物理化学环境条件、作业方法和作业时间物理化学环境条件、作业方法和作业时间 管理因素：人、财、物、信息、机构、制度、法规。管理因素：人、财、物、信息、机构、制度、法规。 人际关系和组织行为特点人际关系和组织行为特点 本质安全化程度本质安全化程度6.3.2 6.3.2 人机系统可靠性计算人机系统可靠性计算6.3.2.1

51、6.3.2.1 系统中人的可靠度计算系统中人的可靠度计算由于人机系统中人的可靠仕的因素众多且随机变化，因此人的可靠性是不由于人机系统中人的可靠仕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。稳定的。人的可靠度计算定量计算也是很困难的。1 1人的基本可靠度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，用靠度，用r r表示。人在进行作业操作时的基本可靠度可用下式表示：表示。人在进行作业操作时的基本可靠度可用下式表示： （6-16-1）式中式中 a1 a1 输入

52、可靠度，考虑感知信号及其意义，时有失误；输入可靠度，考虑感知信号及其意义，时有失误； a2a2判断可靠度，考虑进行判断时失误；判断可靠度，考虑进行判断时失误； a3a3输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关。输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关。上式是外部环境在理想状态下的可靠度值上式是外部环境在理想状态下的可靠度值a1a1、a2a2、a3a3各值如表各值如表6-16-1所示。所示。表表6-16-1基本可靠度参数表基本可靠度参数表321aaar2 2人的作业可靠度人的作业可靠度考虑了外部环境因素的人的可靠度为考虑了外部环境因素的人的可靠度为R RH H: :式

53、中式中 b1 b1 作业时间系数；作业时间系数； b2b2作业操作频率系数；作业操作频率系数； b3b3作业危险度系数；作业危险度系数； b4b4作业生理和心理条件系数：作业生理和心理条件系数： b5b5作业环境条件系数；作业环境条件系数； （1-r1-r）作业的基本失效概率或基本不可靠度。作业的基本失效概率或基本不可靠度。可根据表可根据表6.16.1及式（及式（6-16-1）求出。可根据表）求出。可根据表6.26.2来确定。来确定。表表6.2 6.2 可靠度的系数（可靠度的系数（ ）)1 (154321rbbbbbRH51 bb6.3.2.2 6.3.2.2 人机系统的可靠度计算人机系统的可

54、靠度计算一个系统（设备、机械、部件）由许多单元（机械、部件、一个系统（设备、机械、部件）由许多单元（机械、部件、零件）组成。零件）组成。根据系统特性、系统复杂程度不同，在进行系统可靠性计算根据系统特性、系统复杂程度不同，在进行系统可靠性计算或可靠性预测时，所用的方法不同，一般有数学模型法、或可靠性预测时，所用的方法不同，一般有数学模型法、布尔真值表法、上下限法等。数学模型法应用最为普遍。布尔真值表法、上下限法等。数学模型法应用最为普遍。数学模型法一般都是先把系统分成若干子系统，分别计算出数学模型法一般都是先把系统分成若干子系统，分别计算出各子系统的可靠度，然后根据子系统和母系统的功能关系，各子

55、系统的可靠度，然后根据子系统和母系统的功能关系，通过子系统的可靠度来求算整个系统的可靠度。通过子系统的可靠度来求算整个系统的可靠度。根据系统和各要素之间的功能关系可分为根据系统和各要素之间的功能关系可分为串联系统、并联系串联系统、并联系统和混联系统（串、并联系统）。统和混联系统（串、并联系统）。1 1串联系统串联系统串联系统逻辑图如图串联系统逻辑图如图6-16-1所示。所示。串联系统中任何一个组成单元要素失效，整个系统就失效。这种逻辑关系，串联系统中任何一个组成单元要素失效，整个系统就失效。这种逻辑关系，根据概率论乘法定理，两独立事件同时发生之概率等于它们单独发生概根据概率论乘法定理，两独立事

56、件同时发生之概率等于它们单独发生概率之乘积。因此，系统可靠度等于各子系统或组成单元可靠度之乘积：率之乘积。因此，系统可靠度等于各子系统或组成单元可靠度之乘积：式中式中 RsRs系统可靠度；系统可靠度； RiRi系统内各组成要素可靠度（系统内各组成要素可靠度（ ）。）。绝大多数机器设备都是串联系统。人机系统组成的串联系统可按下式表达：绝大多数机器设备都是串联系统。人机系统组成的串联系统可按下式表达： 式中式中 RsRs 人机系统可靠度；人机系统可靠度； R RH H 人的操作可靠度；人的操作可靠度； R RM M 机器设备可靠度。机器设备可靠度。nnSRRRRRR 1321niiSRR1ni,

57、3 , 2 , 1MHSRRR在串联系统中，系统的可靠度总是小于系统中最不可靠单元的可靠度在串联系统中，系统的可靠度总是小于系统中最不可靠单元的可靠度（ ）。）。例如，机器可靠度（理想状态），人的操作可靠度，则：例如，机器可靠度（理想状态），人的操作可靠度，则：根据根据计算结果可以看出，一个可靠度较高的机器，但由于根据根据计算结果可以看出，一个可靠度较高的机器，但由于操作者的可靠度极低，而使人机系统可靠度大大降低。因此，操作者的可靠度极低，而使人机系统可靠度大大降低。因此，对串联系统应有如下要求：对串联系统应有如下要求： 串联系统若无特殊需要，不允许有薄弱环节，理论上应由串联系统若无特殊需要，

58、不允许有薄弱环节，理论上应由“等强度等强度”、“等可靠度等可靠度”单元组成才是最经济的和最安全单元组成才是最经济的和最安全的。的。如链条、螺拴设计的如链条、螺拴设计的“等强度等强度”原则：原则： （6-3a6-3a） 式中式中 R0R0每个组成单元的可靠度；每个组成单元的可靠度； n n 单元数量。单元数量。 在特殊情况下，为了保护整个系统而特意设立薄弱环节，如在特殊情况下，为了保护整个系统而特意设立薄弱环节，如设保险丝，以保护电路上各元件不损坏。设保险丝，以保护电路上各元件不损坏。 在串联系统中，组成单元越多，系统可靠度越低。欲提高系统可靠度，在串联系统中，组成单元越多，系统可靠度越低。欲提高系统可靠度，或增加系统组成单元的可靠度，或减少系统组成单元的数目。或增加系统组成单元的可靠度，或减少系统组成单元的数目。minRRRiS%40%40%100MHSRRRnSRR02 2并联系统并联系统为了提高系统的可靠度，可采用所谓冗余法（储备法为了提高系统的可靠度，可采用所谓冗余法（储备法redundancyredundancy），常用），常用冗余法有并行工作冗余法（冗余法有并行工作冗余法（ParallaParalla redundancy redundancy）和