人机系统安全与事故控制课件

第11章人机系统安全与事故控制11.1人的可靠性11.2人的失误11.3事故成因分析11.4典型事故模型11.5事故控制策略分析11.6事故控制关键策略11.1人的可靠性11.1.1人机系统可靠性人机系统的可靠性由该系统中人的可靠性和机械的可靠性所决定，对人的可靠性很难下定义。在此，我们暂且定义为“人们正确地从事规定的工作的概率”。设人的可靠性为RH，机械的可靠性为RM，整个系统的可靠性RS为:RS=RH·RM。它们三者的关系可用图11-1表示。下一页返回11.1人的可靠性11.1.2人的可靠性分析1.影响人的可靠性的内在因素人的内在状态可以用意识水平或大脑觉醒水平来衡量。日本的桥本邦卫将人的大脑的觉醒水平分为五个等级，如表11-1所示。由表可知，人处于不同觉醒水平时，其行为的可靠性是有很大差别的。2.影响人的可靠性的外部因素影响人的可靠性的一个极为重要的方面是人所承受的压力。压力是人在某种条件刺激物(机体内部或外部的)的作用下，所产生的生理变化和情绪波动，使人在心理上所体验到的一种压迫感或威胁感。上一页下一页返回11.1人的可靠性工作中造成人的压力的原因通常有以下4个方面:(1)工作的负荷如果工作负荷过重，工作要求超过了人满足这些要求的能力，会给人造成很大的心理压力，而工作负荷过轻，缺乏有意义的刺激;例如不需动脑的工作，重复性的或单调的工作，无法施展个人才华或能力的工作等，同样也会给人造成消极的心理压力。(2)工作的变动例如机构的改组、职务的变迁、工作的重新安排等，破坏了人的行为、心理和认识的功能模式。(3)工作中的挫折例如任务不明确、官僚主义造成的困难，职业培训指导不够等，阻碍了人达到预定的目标。上一页下一页返回11.1人的可靠性(4)不良的环境例如噪声太大，光线太强或太暗，气温太高或太低以及不良的人际关系等。在作业过程中，由于超过操作者的能力限度而给操作者造成的压力以及其他方面给人增加的压力，其表现特征如表11-2所示。11.1.3影响人的操作可靠性的综合因素影响人的可靠性的因索极为复杂，但人为失误总是人的内在状态与外部因索相互作用的结果。影响人的操作可靠性的因索列于表11-3中。上一页返回11.2人的失误11.2.1人的失误行为人的行为是指人在社会活动、生产劳动和日常生活中所表现的一切动作。人的一切行为都是由人脑神经辐射产生思想意识并表现于动作。人的不安全行为则是指造成事故的人的失误(差错)行为。在人因工程领域，对人的不安全行为曾做过大量研究。较新的研究成果提出，人的失误行为发生过程如图11-2所示。由图11-2可知，人的失误行为发生既有外部环境因索，也有人体内在因索。为了减少系统中人的失误行为的发生，必须对内、外两种因索的相关性进行分析。下一页返回11.2人的失误11.2.2人的失误的主要原因根据人机系统形成的阶段，人的失误可能发生在设计、制造、检验、安装、维修和操作等各个阶段。但是，设计不良和操作不当往往是引发人的失误的主要原因，可由表11-4加以说明。在进行人机系统设计时，若设计者对表11-4中的“举例”进行仔细的分析，可获得有益的启示，如使系统优化，将使诱发人的失误行为的外部环境因索得到控制，从而减少人的不安全行为。至于诱发人的失误行为的人体内在因索极为复杂，现仅将其主要诱因归纳于表11-5。上一页下一页返回11.2人的失误11.2.3人的失误弓}发的后果1.人的失误引发事故损失惨重美国宾夕法尼亚州三里岛原子能发电站2号炉(TMI一2)，于1979年3月28日凌晨4点发生放射性物质外泄事故，综合损失达30亿美元。据调查得知，事故原因在于人一机界面问题，具体是:(1)显示器和控制器配置不全(2)显示器和控制器布局不合理(3)在训练操作者时，没有培训操作者具备按程序排除故障的能力(4)管理制度不健全上一页下一页返回11.2人的失误2.人的失误引发事故类型人的失误是人所具有的一种复杂特性，它与人机系统的安全密切相关。因此，如何避免人为差错对于提高系统的可靠性具有十分重要的意义。人的失误可定义为人未能实现规定的任务，从而可能导致中断计划运行或引起财产和设备的损坏。人的失误发生的方式有5种，即人没有实现某一必要的功能任务;实现了某一不应该实现的任务;对某一任务作出了不适当的决策;对某一意外事故的反应迟钝和笨拙;没有觉察到某一危险情况。人的失误所造成的后果随人为差错程度的不同以及机械安全设施的不同而不问，一般可归纳为4种类型:第一种类型，由于及时纠正了人为差错，且设备有较完善的安全设施，故对设备未造成损坏，对系统运行没有影响;上一页下一页返回11.2人的失误第二种类型，暂时中断了计划运行，延迟了任务的完成，但设备略加修复，工作顺序略加修正，系统即可正常运行;第三种类型，中断了计划运行，造成了设备的损坏和人员的伤亡，但系统仍可修复;第四种类型，导致设备严重损坏，人员有较大伤亡，使系统完全失效。自动化给生产系统带来了巨大效益，但同时也给系统中的人带来了大量的隐患。高度的自动化、大量的信息降低了人的可认知性绩效，并隐藏了产生人误的机会。应急状态下一项任务中的微小疏忽，对于一项警告信号的忽视，一个短小的过程细节的跳跃，或者一项指令的错误理解，都有可能产生严重的后果，甚至导致付出许多生命的惨重代价。上一页返回11.3事故成因分析11.3.1事故致因逻辑关系虽然引发事故的原因非常复杂，但依据人因工程学理论，从控制事故原因的角度来分析，可将事故的基本成因总结为人的原因、物的原因和环境条件三大因索的多元函数，而系统安全管理、事故发生机理也构成事故发生与否的关键因索。由此观点得出的事故致因逻辑关系可用图11-3表示。11.3.2事故原因综合分析从事故致因逻辑关系可知，事故原因有人、物、环境和管理4个方面，而事故机理是触发因索。从寻求事故对策的角度来分析，一般又将上述4个方面的原因分为直接原因、间接原因和基础原因。下一页返回11.3事故成因分析如果将环境条件归人物的原因，则人机系统中事故的直接原因是人的不安全行为和物的不安全状态;间接原因就是管理失误;而基础原因一般是指社会因索。所谓事故就是社会因索、管理因索和系统中存在的事故隐患被某一偶然事件触发所造成的结果，轻则造成产量、质量的降低，重则造成物的损坏或人的伤害。图11-4表示了事故原因综合分析的思路。11.3.3事故的直接原因分析统计数字表明，大多数工业伤害事故的发生，既由于人的不安全行为，也由于物的不安全状态，它们是事故发生的直接原因。上一页下一页返回11.3事故成因分析对人和物两种因索在事故致因中地位认识的变化，一方面是由于生产技术进步的同时，生产装置、生产条件不安全的问题越发引起了人们的重视;另一方面是人们对人的因索研究的深入，能够正确地区分人的不安全行为和物的不安全状态。这两种因索的具体分析方法见图11-5。11.3.4事故的客观原因分析由图11-5分析可知，一起工业事故的发生，除了前述人的不安全行为外，一定存在着物的不安全状态等客观原因。生产过程中涉及的物质，包括原料、燃料、动力、设备、设施、产品及其他非生产性的物质。这些物质的本身固有属性及其潜在的破坏能力构成的不安全因索，是诱发事故的物质基础，因而物的不安全状态是事故发生的客观原因。上一页下一页返回11.3事故成因分析生产中存在的可能导致事故的物质因索称为事故的固有危险源。固有危险源是处于不安全状态的物质因索，按其性质可分为化学、电气、机械(含土木)、辐射和其他危险源共五大类，各大类中所包含的具体内容见表11-6。11.3.5事故的间接原因分析管理失误是指由于管理方面的缺陷和责任，造成了事故的发生。虽然管理失误是事故的间接原因，但它却是背景原因，而且是事故发生的本质原因。上一页下一页返回11.3事故成因分析1.管理失误的主要内容(1)技术管理缺陷对工业建筑物、机械设备和仪器仪表等生产设备的技术、设计和结构上存在的问题管理不善;作业环境的安排设置不合理，对缺少可靠的防护装置等问题未给予足够的重视。(2)人员管理缺陷对作业者缺乏必要的选拔、教育和培训，对作业任务和作业人员的安排等方面存在缺陷。(3)劳动组织不合理在作业程序、劳动组织形式和工艺过程等方面存在管理缺陷。(4)安全监察不到位检查和事故防范措施等方面存在问题。上一页下一页返回11.3事故成因分析2.管理失误的事故模式图11-6表示以管理失误为主因的事故模式，它描述了事故发生的本质原因与社会、环境、人的不安全行为及物的不安全状态等各原因的逻辑关系。管理失误事故的发生，是因为客观上存在不安全因索和众多的社会因索和环境条件。人的不安全行为可造成物的不安全状态;而物的不安全状态又是诱发人的不安全行为的背景因索。隐患是由物的不安全状态和管理失误共同祸合形成的，当客观上出现事故隐患，主观上表现不安全行为时，必然导致事故的发生。上一页返回11.4典型事故模型11.4.1人的行为因素模型事故发生的原因，很大程度上取决于人的行为性质。人的行为因索模型如图11-7所示，包含S-O-R行为的第一组问题是反映了危险的构成，以及与此危险相关的感觉、认识和行为响应。若第一组中的任何一个问题处理失败，就会导致危险，造成损失或伤害;如每一个问题的处理都成功，第一组的危险就不可能构成，也不会发生第二组的危险爆发。同样包含S-O-R行为的第二组问题是危险的显现，即使第一组问题处理失败，只要危险显现时处理得当，也不会造成损失和伤害;如果不能避免危险，则造成损失和伤害的事故必将爆发。下一页返回11.4典型事故模型11.4.2事故发生顺序模型事故发生顺序模型见图11-8。该模型把事故过程划分为几大阶段。在每个阶段，如果运用正确的能力与方式进行解决，则会减少事故发生的机会，并且过渡到下一个防避阶段。如果作业者按图示步骤作出相应反应的话，虽然不能肯定会完全避免事故的发生，但至少能大大减少事故发生的概率;而如不采取相应的措施，则事故发生的概率必将大大增加。按图11-8所示的模式，为了避免事故，在考虑人因工程学原理时，重点可放在以下几方面:上一页下一页返回11.4典型事故模型①准确、及时、充分地传示与危险有关的信息(如显示设计);②有助于避免事故的要索(如控制装置、作业空间等);③作业人员培训，使他能面对可能出现的事故，采取适当的措施。研究的结果表明，按照事故的行为顺序模式，不同阶段的失误造成的比例如下:对将要发生的事故没有感知 36%已感知，但低估了发生的可能性 25%已感知，但没能作出反应 17%感知并作出反应，但无力防避 14%上一页返回11.5事故控制策略分析11.5.1事故控制关键环节事故控制是安全决策的核心问题。由于事故与成因之间存在着一定的因果关系，因而在确定事故控制的方针时，总是先分析事故成因。依据设计的安全标准，从分析事故直接原因入手，进而寻找事故的间接原因，然后找出基础原因。对照事故发生规律的典型模型，进而可提出事故控制的主要措施，这是事故控制的基本思路。生产活动过程是巨大的人-机-环境系统循环过程，而且系统中的事故是由人、机、环境和管理等因索的不协调而引发的，显然，事故控制的关键环节就是在人、机、环境和管理等方面制订有效的措施。根据事故控制的基本思路和事故控制的关键环节给出了事故控制图。下一页返回11.5事故控制策略分析11.5.2事故控制主要方法由图11-9中提出的事故控制关键环节，对人、机、环境和管理四大控制措施进一步细化，总结出事故控制方法要点，见表11-7。11.5.3事故控制的具体分析方法缺陷树分析是由美国贝尔研究所的H·A·沃森发明，美国航空和宇宙行局(NASA)发展起来的，经多年使用，现在还广泛应用于系统的安全问题上。该分析方法的具体步骤如图11-10所示，首先假设一事故，围绕该事故收集有关资料和数据。上一页下一页返回11.5事故控制策略分析对资料和数据进行分析后，找出事故与机械故障、事故与人为失误之间的关系建立模型，最后做成缺陷树，第二步从缺陷树中抽出发生事故的主要路径，计算出重要度和临界度，并最后计算事故发生概率。第三步是在探讨和改进系统的安全性时，根据成本、空间、时间等制约条件，选择最佳方法。最后制定出防止事故的对策。上一页返回11.6事故控制关键策略一个系统的安全设计不良，系统属于“先天不足”，将给以后的系统管理带来诸多麻烦，常常发生“头痛医头，脚痛医脚”的状况，无法达到系统的本质安全性。为使系统处于良好的运行状态，事故控制必须从系统安全设计开始。1.安全冗余系统采用冗余系统是提高系统可靠性的有效措施，也是提高人的可靠性、防止人失误的有效措施。冗余是把若干元素附加于系统基本元素之上来提高系统可靠性的方法。附加上去的元素称作冗余元素;含有冗余元素的系统称作冗余系统。冗余系统的特征是，只有一个或几个而不是所有的元素发生故障或失误，系统仍然能够正常工作。用于防止人失误的冗余系统主要是并联方式工作的系统。下一页返回11.6事故控制关键策略(1)二人操作本来由一个人可以完成的操作，由两个人来完成。

(2)人机并行由人员和机器共同操作组成的人机并联系统，人的缺点由机器来弥补，机器发生故障时由人员发现故障并采取适当措施来克服。目前许多重要系统的运转都采用了自动控制系统与人员共同操作的方式。2.安全防失误设计防失误设计(Foolproof)是通过精心地设计使得人员不能发生失误或者发生失误了也不会带来事故等严重后果的设计。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略防失误设计一般采用如下几种方式:(1)用不同的形状或尺寸防止安装、连接操作失误(2)采用连锁装置防止人员误操作①紧急停车装置。②设置自动停车装置。③采取强制措施迫使人员不能发生操作失误。3.安全防护设计安全防护装置是通过物体障碍方式防止人或人体部分进人危险区。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略关于安全防护设计的具体要求，我国已颁布了相关标准，目前主要有下列三项标准。①GB1226s.1-1997为防止上肢触及危险区的安全距离。②GB1226s.2-2000为防止下肢触及危险区的安全距离。③GB1226s.3-1997为避免人体各部位挤压的最小间距。4.安全信息设计(1)人的失误最小化(2)安全信息的类型安全信息的种类很多，常用的各种安全信息及其特点归纳于表11-8。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略5.失效-安全设计失效-安全准则是指“在系统内出现失效情况时，系统处于安全状态”，它是与失效-危险相反的一种概念。失效-安全准则要求一旦系统内发生失效或故障时，设计上应保证系统过渡到一种无损害或安全的状态中去。失效-安全的概念不同于冗余的概念，冗余指重复使用部件，只有当所有的冗余部件都失效后，整个系统才失效，才有可能造成系统危险。许多铁路设施、核电站的控制系统都是依据失效-安全原则进行设计的。相同的原则也用于飞机起落架的设计:如果液压系统发生故障，起落架的轮子将落下并在着陆位置锁住。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略11.6.2事故控制施于系统管理人机系统安全设计良好，是系统安全的先决条件，但是要最有效控制事故发生率，还必须将各项控制对策实施于系统管理之中。1.3E原则(1)技术的对策是保障安全的首要措施之一当设计机械装置或工程项目，以及工厂时，要认真地研究、分析潜在危险之所在，对可能发生的各种危险进行预测，从技术上解决防止这些危险的对策。进行这种分析应当和技术设计结合起来，即进行技术设计时就应当考虑安全性，两者是不可分割的。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略安全性一般包括功能性安全和操作性安全。功能安全与机器有关;而操作安全则与操作者有关，并取决于技术上、组织上和人的行为上的因索。如机械安全性较高，则通过提高生产组织水平，掌握所有有关的化学物质、材料、机械装置和设施，了解其危险性质、构造及控制的具体方法，从而可获得较高程度的系统安全性。(2)教育对策主要指在产业部门的各个方面进行具体的安全教育和训练，教会操作者如何对各种危险进行预测和预防。其次是指在教育机关组织的各种学校，同样有必要实施安全教育和训练。教育的目的是保持和强化在学校或进厂学习期间，使操作者就懂得安全的必要知识和养成良好的安全习惯，从而在工作中自觉地培养安全意识。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略(3)法制的对策是从属于各种标准的作为标准，除了国家法律规定的以外，还有如工业标准、安全指导方针和工厂内部的工作标准等。制定有关安全的各类法规是为了有效地防止事故，保障安全。因此，法规必须具有强制性，但是法规又必须具有适用性，应使最低标准的法规可以适用于所有的场合。2.4M法(1)生产活动中的人这是指车间里除本人之外的其他人，即作业伙伴或上级与下级等。没有同心协力的关系和互助，就难以执行命令和指挥，或指示与联络动作。因此，人们的横向和纵向的人事关系是很重要的。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略至于在确定人的对策方面，关键是要形成一种和睦、严肃的车间气氛;使人认识到由于危险物而导致事故的严重性，从而在思想上引起重视，在行为上能够慎重，并能认真遵守安全规程;提高操作者在危险作业时的大脑意识水平和提高预知危险的能力;在进行危险作业时，要防止由于意外事件的插人而产生差错;对于非常事件，应预先设定实际对策，包括实施内容、方法和顺序，并进行反复的训练，以防止人在紧张状态下因思维能力下降产生误操作，而引发的人为失误型事故。(2)在机械方面的主要对策有:①对于重要的机械，可以使用连锁装置及故障安全装置。②设计设备时，要贯彻“单纯最好”(Simpleisbest)原则。对于紧急操作设防，应采用“一触即发”的结构方式。上一页下一页返回11.6事故控制关键策略③要有合理的机械形状和