胶管扣压过程的人机安全评价和人为失误控制研究文献综述VIP

胶管扣压过程的人机安全评价和人为失误控制研究文献综述1.前言随着液压技术、气动技术的迅猛发展，以高压胶管为主的各种材质的短管已经普及到飞机、汽车、工程机械、特种产业车辆、液压机床、船舶、塑料加工机械、机器人等各个领域。近年来我国对液压胶管的需求日益提高。我国胶管行业县市级以上的生产厂家有10863家，大批量的胶管扣压生产加工已称为趋势。据国内外大量的统计表明,有近80%的事故是由于人为失误而发生的。因此，事故及其预防的研究，既是机械安全设计的立足点，也是其根本目的，即应研究产生事故的各种人的因素、人的操作失误分析与预防措施等。在人机工程学的理论体系下，既可以充分感知设备在加工过程中所暴露的问题，操作界面的不适性和不可控性，同时能够针对操作人员给予安全操作行为分析以及失误行为的控制对策。在理论基础上将人机安全评价结果及人为控制对策应用于扣压设备的使用过程中，以优化液压设备操作界面从而达到人机交互最佳状态。目前基于人机安全提出失误行为控制的研究并不多，对于人为失误的控制对策的研究大多基于对人的可靠性分析和机械可靠性分析从而对人机系统进行安全分析，大致步骤为进行人机安全评价、人机安全预测、提出安全对策。2.国内外研究现状20世纪末国外就已经进行了一系列的扣压机械设备人机工程学研究，并将人机工程学评价结果作为扣压设备能否投入胶管加工安全生产的主要指标。国外的扣压产品的设计逐步实现高精度化、高质量化、高性能化[1]，并且在外观上开始注重人机工程学的理论，造型的设计注重整体性的同时，操作界面的设计中，提高了操纵装置的集约化程度，采用封闭性罩[2]，改善了工人的加工环境。应用人机工程学的研究成果，设计过程中更加注重对操作者个体的研究，充分考虑工人的生理及心理极限。合理设计扣压设备的操作面板，功能分区明显可见，色彩材质均考虑到操作者的心理感受。针对胶管扣压过程中的人为失误行为，国外论文主要从人为决策和人的心理因素两方面对液压机械等设备的使用过程中的人为失误进行分析，认为导致人为失误的根源主要集中在人的心理、生理、知识与技能缺陷、设备设施隐患、物料存放不当等方面。如何有效预防和控制人为失误现象，诸多学者均从技术和管理方面提出了一些方法。近年来，人因可靠性分析方法发展迅速，种类也越来越丰富，其中许多方法已经在人因可靠性分析中得到普遍推广和应用，

该方法已经被美国、日本等许多发达国家应用在核电、石油化工、大型武器的风险评价中。由于该方法人因分析者统筹了大量用于确定人员操作失误的数据，因此该方法对评价人员操作失误比较方便。但是由于这些数据参杂了人因分析者的主观选择，所以结果有其不确定的因素。人因失误率预测技术有其不足之处，但是其操作性较强，是比较成熟、普遍的人因可靠性分析方法。此方法的优点是对人因失误率预测技术提供了数据库并且提供基本事件数，可以根据THERP模式查表量化人为失误，进一步对系统运行状态进行分析过程进行了解。另外，概率危险安全评价能够全面地分析事故发生的全部过程，它既可以确定各种始发事件的事故序列，还能够根据实际情况系统地确定事故发生的后果以及发生频率。上述两种评价方法，均在煤矿安全人机评价中具有广阔的发展前景。在国内，对于液压胶管扣压设备人机系统安全评价的研究刚刚起步，且多以人的主观感受对液压胶管扣压设备的人机安全进行评价，国内液压胶管扣压设备的操作界面的设计只重视功能和工艺的实现，缺乏对扣压设备系统性的设计。由于对于操作者的研究很少，片面的认为只要操作者习惯了就可以提高工作效率，忽视了人机统一性的研究。这种人机系统的规划不合理，会导致扣压过程中人为失误对操作者造成一定的危险伤害。中南大学研究生杨超对胶管总成的力学模型和其连接质量进行了详细的分析[3]。长沙建设机械研究院的周日平运用弹性力学原理和塑性力学理论，对液压胶管扣压机设计时扣压力的计算进行了分析，并得出了扣压力计算的方法，为液压胶管扣压机的扣压力计算提供了依据[4]。辽宁工程技术大学软件学院的曲长波等人利用组态控制技术开发了扣压机扣压量的自动控制系统[5]。学者张力、刘燕子[6]利用了一种人误因素辨识多视图法建立了详细的因素辨识表，在辨识系统各个状态下的影响因素的基础上，构建了人的决策失误模型。学者孙志强、史秀建[7]在前人对人误分析方法研究的的基础上，指出之前的研究在分析差错成因的过程中缺乏条理性和层次性。所以他们在对失误的成因进行分析中设计了一种新的框架，并从操作者、系统、环境、任务和组织因素的角度进行分析，最后总结出了34种差错成因。学者魏红州[8]研究了人因事故机理，并归纳出了人的生理与心理因素、人的素质、环境因素、机械设备、教育培训因素和管理因素六种人为失误的原因。

目前较为广泛运用的安全人机评价模式为：第一步为指数评价，第二步为事故树评价，第三步为人机安全预测，第四步为人机安全控制对策。通过重点对安全人机评价中的指数评价法，事故树评价法、人机安全预测进行分析，帮助企业为安全生产制定安全对策及技术方案。在此基础上，本论文将对高压胶管的扣压过程中扣压设备、人的不安全行为以及人机交互界面进行安全分析，以三种因素分析的结果和可靠性为基础进行量化的安全评价，从而对胶管扣压过程中的失误行为提出预防措施和控制对策。3总结目前关于扣压机的研究并不是很深，且大部分是关于橡胶软管总成的研究，在2017年中国扣压机行业分析及未来发展趋势研究报告中论述了当前扣压机存在的问题和扣压机的未来发展预测分析，并指出国内外扣压机的发展主要体现在材质、生产工艺和控制系统方面。随着微电子技术的飞速发展，为改进扣压机的性能、提高扣压机的稳定性和压管机加工效率等方面提供了可能。一些研究的方法是通过构建涵盖高压软管扣压过程的硬件人机界面、软件人机界面、控制台的安全评价指标体系并确定各评价指标所占的权重从而提出客观指标的量化方法。该方法可避免传统以人的经验为主的量化方法的随机性，改进了主观指标的量化方法，可以克服传统的主观量化方法易受个人经验和偏好影响的缺点。因此，采用国内指数评价法进行对扣压过程的人机安全评价并加以FTA量化分析更适合胶管扣压产业的人机安全分析并且可以提出更加有效的人为失误对策措施。2.3发展趋势扣压机大的发展方向主要是智能化和高速化，主要表现在以下几个方面：扣压机的设备重量、体积等方面逐渐减小，向小型化方向发展，如便携式手动扣压机，其体积重量较小便于携带；扣压机向自动化方向发展，自动化和电子化是机械行业发展的方向，扣压机必然朝着自动化方向发展；扣压机的材料向多样化发展，如法国手持便携式手动扣压机的机型外壳材料不是钢材而是采用铝合金；扣压机的种类向多样化方向发展，目前扣压机有卧式或立式扣压机、侧开口式扣压机、手动或电动扣压机和智能型扣压机等；扣压机向多功能化方向发展，通过与各种工程机械结合，形成具有多功能的设备，如冯永宝等人根据工程机械现场维修的需要，设计了集压力机、扣压机和液压元件等多种设备于一体的车载式多用途小型液压工作台。该工作台集扣压机、压力机及液压元件实验等多功能于一体，可现场解决维修过程遇到的难题，进一步提高人机系统中扣压机器的可靠性。针对研究现状对人机交互过程中人为失误的层次分析和控制失误对策等方面的忽视，本论文将运用作业条件分析法和层次分析法综合人、机、人机交互界面的安全分析结果建立评价指标体系，确定各评价指标，提出客观指标的量化方法进行胶管扣压过程的人机安全评价。并以安全评价的结果为依据按照人机系统不同阶段的人为失误特点，从安全人机学角度分析人的失误行为，并依据操作人员的行为特征分析结果提出相应的人为失误管理对策，即从基于设备的人为失误控制、基于人的行为的人为失误控制、基于人机界面的人为失误控制提出人为失误行为控制对策，从而防范和遏制安全事故发生。4参考文献[1]王旭东,陈海花,王卫东.液压软管选型设计与故障分析[J].中国高新科技,2019(17):102-104.[2]陈玉,颜声远.基于人机工程的煤矿机械人机界面安全评价[J].黑龙江科技大学学报,2015,25(06):692-696.[3]杨超.高压胶管总成力学模型及其扣压过程控制系统研究[D].中南大学,2003[4]周日平.液压胶管扣压机扣压力的计算方法[J].建设机械技术与管理,1999(05):16-17.[5]曲长波,李连伟,张佳.扣管机扣压量的组态控制[J].工业控制计算机,2005(06):72-73.[6]张力,刘燕子,王以群.人误因素树构建技术[J].人类工效学,2006,(4):27-30.[8]魏红州.煤矿事故人因失误因素的灰色模糊分析与研究[D].太原理工大学,2007.[9]朱虹,李妍,王云颂.人机工程技术在机械安全设计的应用[J].林业劳动安全,2007(04):34-35+43.[10]廉士乾,张力,王以群,宋洪涛.人因失误机理及原因因素研究[J].工业安全与环保,2007,(11):46-48.[11]张晶,张力.复杂系统中人误的组织因素交互影响分析[J].管理观察,2008,(20):18-21.[12]刘燕子.基于认知行为分析的人误因素辫识技术研究[D].南华大学,2006.[13]王以群,李鹏程,张力.复杂社会-技术系统中人误演变过程[J].人类工效学,2008,(1):38-41.[14]耿晓伟,王文岩,刘利剑.人因失误及其可靠性分析[J].辽宁工程技术大学学报,2003,(S1):83-84.[15]李敏,陈学仁,孙玉岗,肖亚北,杨洋.新型薄板扣压机优势多[J].中国有色金属,2014(05):66-67.[16]史逸飞.基于人机工程学数控机床操作界面的功能合理性规划与设计研究[D].河北工业大学,2016.[17]王建香.环绳专用扣压机机构研究及可装配性分析[D].山东理工大学,2012.[18]迟明,张宗政,王少鹏,白勇.基于有限元的海洋柔性管管接头扣压方式的研究[J].化工设备与管道,2017,54(06):60-63.[19]高启明,夏乡灵,周文嵩.胶管扣压机特殊扣压模具的设计制作及应用[J].武汉工程职业技术学院学报,2011,23(03):42-44.[20]王坤,牛茂洋,孙震.高压胶管总成力学模型及其扣压过程控制系统研究[J].信息记录材料,2019,20(08):31-32.[21]孙志强,史秀建,刘凤强,谢红卫.人为差错成因分析方法研究[J].中国安全科学学报,2008,(6):21-26.[22]康迈液压C型大规格侧开口扣压机填补国内空白[J].工程机械,2012,43(12):91.[23]孙宝银.标准与安全、作业标准化和标准化作业[J].航天标准化,2019(03):50-52.[24]杨利金.矿用软管总成生产质量过程管控[J].内蒙古煤炭经济,2019(01):89-90+70.[25]李金花.大流量液压支架用三系列胶管锁管机的研制[J].同煤科技,2003(04):34-35.[26]刘洋.侧开口式扣压机结构优化及系列化设计研究[D].中南大学,2008.[27]NewMilwaukee15TCrimperisDesignedtoReducePeakMuscleEffort[J].Transmission&DistributionWorld,2019.[28]AHuman-machineInterfaceEvaluationMethodBasedonBalancingPrinciples[J]\o"Gototableofcontentsforthisvolume/issue"Volume69,2014,Pages13-19[29]Science;StudiesfromInternationalBusinessMachinesCorporationintheAreaofSciencePublished(Programmablehydraulicresistorformicrofluidicchipsusingelectrogatearrays)[J].ScienceLetter,2019.[30]J.W.Garrett,JochenTeizer.HumanFactorsAnalysisClassificationSystemRelatingtoHumanErrorAwarenessTaxonomyinConstructionSafety.JournalOfConstructionEngineeringAndManagement.2009,754-763.第4章基于安全人机的人为失误控制对策4.1基于“机”的人为失误控制对策4.1.1建立“以人为本”的安全管理机制坚持以人为根本出发点，充分调动组织内部人员的主观能动性和创造性，在制定各种管理措施时，重点将人的因素放在首位，实现从重点管物向重点管人转变。在充分合理地使用、调遣、审核员工的前提下，也应该充分关心、信任、尊重组织内的每个成员，同时积极组织员工参加各项安全管理工作，并鼓励职工提出新的安全建议和改进措施。1）增强职工安全意识，保持职工安全生产积极性，增强对扣压设备的熟悉程度。2）加强职工操作规范化，提高操作技能，规范模具更换时的操作流程，在扣压时注意扣压设备的模具装配情况。3）加强过程管理，实行过程安全化管理。以“人防”为中心，组建安全工作队，主要任务：一是巡查设备运行状况及员工岗位情况；二是检查设备安全装置；三是对特殊作业进行全程跟踪；四是组织解决突发设备事故；五是规范员工的不安全工作行为。此外，还可以开展岗位理论知识培训、开展岗位责任心教育、开展岗位技能竞赛。4.1.2提高机的可靠性提高机器设备可靠性有两个目的：一个是延长机器设备的用寿命；另一个是保证人机系统的安全性。以FX-140K为例，用下面几种方法可减少机器故障：（1）利用可靠性高的元件。（2）利用备用系统。（3）采用平行的并联配置系统，当其中一个部件出现故障时，机器设备仍能正常工作。（4）对处于恶劣环境下的运行设备应采取一定的保护措施，如通过温度、湿度和风速的控制来改善设备周围的条件，对有些机器设备以至零部件要采用防振、防侵蚀、防辐射等相应措施。（5）降低系统的复杂程度，因为增加机器设备的复杂程度就意味着其可靠性降低，同时机器设备的复杂操作也容易引起，人为失误，增高故障率。（6）加强预防性维修。预防性检查和维修是排除事故隐患、消除机器设备潜在危险、提高机器设备可靠性的重要手段。通过检修查明，有的部件仍可继续使用；有的部件已达到使用寿命的耗损阶段，必须进行更换，否则会因为存在隐患而导致更严重的事故发生。4.2基于人的人为失误控制对策4.2.1人因失误控制对策在人员方面，其主要是对所有生产作业人员的人因因素进行全面的了解，例如年龄、工龄、文化程度、身体素质等；对企业所有人员进行关于本企业的安全文化知识、工作熟练程度、个人心理因素等的考核与评定；对员工常见人因失误进行的预测分析以及对整个工厂胶管扣压岗位的组织进行评测等。对于企业的组织评测主要包括企业安全文化对员工的影响程度测评：各种安全设计与安全措施的审查、组织机构及责任的确定是否明确合理；安全管理支持系统是否完善等，以此来评定企业组织的整体水平，同时进一步查明企业内胶管扣压过程中一切潜在的人因失效模式及影响因素。在机器与环境方面，主要包括充分地掌握扣压设备机械条件、机械自动化程度；有效制定各种作业安全措施、防灾处理计划、避灾路线以及对作业车间进行全面的风险评估等。4.2.2违章操作行为控制根据前文FTA评价可知，违章操作可引发顶上事件的结构重要度较大，因此要对操作人员的行为进行规范。通过扣压模具轧压伤人事故树事故的事前控制阶段后，便可以制定一系列注意事项防止特定失误，减少人因事故或弱化其后果的短期和长期的策略以及相应的应急预案措施。在这些策略中包含有技术、管理、组织、文化等手段，既有软件措施，又有硬件建设，其主要目的是进一步预防人因事故发生的可能性，并当人因事故一旦发生时，能尽最大可能地将事故的灾害程度降低到最低。4.3基于人机界面的人为失误控制对策4.3.1

显示装置的人机工程设计企业胶管总成生产的过程中，胶管扣压设备都是由显示装置将各种信息传递给作业人员的，然后通过作业人员对信息的反馈处理来对机械设备加以操控。因此，应该充分考虑到操作车间的光照条件，显示器信息的可辨性、可察觉性，信息内容的准确性和辨识性以保证作业人员能够迅速、有效地感知和确认信息。4.3.2控制装置的人机工程设计控制装置是联系机械和操作人员的重要部件，是控制机械设备正常运行的重要装置，其设计的合理与否，将直接影响到操作者操作的准确性和可操作性，从而影响到所控设备整体的安全性。在胶管总成生产过程中，其控制装置不但要能够正确的将操作者的意图反馈到机械装置，同时，其设计也应该尽量符合人体工程学的设计要求，以减少操控机械过程中人为失误的发生。4.3.3人机功能匹配根据前文安全人机评价表可知，人机功能的匹配度的安全度值相对较高，人机功能的匹配对操作人员的失误行为有一定影响，所以要对扣压设备的人机功能匹配提出对策。首先，扣压作业职工的作业空间应该充分考虑到职工在作业过程中的心理特性和行动空间，工作在狭小的空间内易使人员产生压迫感，影响工作效率。其次，系统运行时应该设置纠错设备以及安全保护装置，防止错误操作使人员受到伤害。4.4本章小结本章依据FTA定量分析的结果对导致人为失误的主要原因如人的操作技能、心理因素、工龄经验、设备维修方面提出对策。根据评价的人、机、人机界面三方面，提出人为失误的控制对策，包括提高企业组织管理能力，加强员工技能培训、违章操作行为控制、优化人机界面和功能等。第5章结论及展望5.1结论本文结合扣压机械设备的特性和胶管扣压过程中操作人员的操作习惯，对上海芬德扣压机械制造厂的胶管扣压过程进行了人机安全评价，结合上海芬德企业的实际情况选择了相对适用的人机安全评价方法，对可能发生的人为失误造成的危险进行分析，参照评价结果对胶管扣压过程中人为失误提失误控制对策。现将本文的主要结论概括如下：本文阐述了人、机、人机系统在胶管扣压过程的人机安全评价中的关系，根据人的可靠性、扣压设备的可靠性、以及人机系统的可靠性三者的关系选择了指数评价法。根据指数评价法结合芬德扣压机械厂的情况编制了安全人机评价表并对安全度值做了权衡，在此基础上算出了机械设备作为安全人机评价项目的危险指数Wr为按照指数评价法的步骤对Ⅱ级危险指数项目建立扣压模具轧压伤人事故树，对基本事件的结构重要度进行了计算，发现导致事故的原因主要在于人的操作技能、心理因素、工龄经验、设备维修方面。最后依据评价的人、机、人机界面三方面的结论，提出人为失误的控制对策，包括提高企业组织管理能力，加强员工技能培训、违章操作行为控制、优化人机界面和功能等。5.2展望随着液压技术、气动技术的迅猛发展，以高压胶管为主的各种材质的短管已经普及到飞机、汽车、工程机械、特种产业车辆、液压机床、船舶、塑料加工机械、机器人等各个领域。近年来我国对液压胶管的需求日益提高。我国胶管行业县市级以上的生产厂家有10863家，大批量的胶管扣压生产加工已成为趋势。在大批量生产的趋势下，胶管扣压的安全问题就应该被逐渐重视起来，希望本文能够给胶管扣压操作过程的规范化、安全化提供一些参考与借鉴。本文是在现有的胶管扣压条件下进行的人机安全评价并且针对目前的扣压设备和扣压操作过程提出了人为失误的控制对策，没有对扣压设备人机设计的优化和改进提出对策，之后的相关研究可以对模具对人为失误的影响入手进行扣压设备人机优化设计。参考文献[1]王旭东,陈海花,王卫东.液压软管选型设计与故障分析[J].中国高新科技,2019(17):102-104.[2]陈玉,颜声远.基于人机工程的煤矿机械人机界面安全评价[J].黑龙江科技大学学报,2015,25(06):692-696.[3]杨超.高压胶管总成力学模型及其扣压过程控制系统研究[D].中南大学,2003[4]周日平.液压胶管扣压机扣压力的计算方法[J].建设机械技术与管理,1999(05):16-17.[5]曲长波,李连伟,张佳.扣管机扣压量的组态控制[J].工业控制计算机,2005(06):72-73.[6]张力,刘燕子,王以群.人误因素树构建技术[J].人类工效学,2006,(4):27-30.[8]魏红州.煤矿事故人因失误因素的灰色模糊分析与研究[D].太原理工大学,2007.[9]朱虹,李妍,王云颂.人机工程技术在机械安全设计的应用[J].林业劳动安全,2007(04):34-35+43.[10]廉士乾,张力,王以群,宋洪涛.人因失误机理及原因因素研究[J].工业安全与环保,2007,(11):46-48.[11]张晶,张力.复杂系统中人误的组织因素交互影响分析[J].管理观察,2008,(20):18-21.[12]刘燕子.基于认知行为分析的人误因素辫识技术研究[D].南华大学,2006.[13]王以群,李鹏程,张力.复杂社会-技术系统中人误演变过程[J].人类工效学,2008,(1):38-41.[14]耿晓伟,王文岩,刘利剑.人因失误及其可靠性分析[J].辽宁工程技术大学学报,2003,(S1):83-84.[15]李敏,陈学仁,孙玉岗,肖亚北,杨洋.新型薄板扣压机优势多[J].中国有色金属,2014(05):66-67.[16]史逸飞.基于人机工程学数控机床操作界面的功能合理性规划与设计研究[D].河北工业大学,2016.[17]王建香.环绳专用扣压机机构研究及可装配性分析[D].山东理工大学,2012.[18]迟明,张宗政,王少鹏,白勇.基于有限元的海洋柔性管管接头扣压方式的研究[J].化工设备与管道,2017,54(06):60-63.[19]高启明,夏乡灵,周文嵩.胶管扣压机特殊扣压模具的设计制作及应用[J].武汉工程职业技术学院学报,2011,23(03):42-44.[20]王坤,牛茂洋,孙震.高压胶管总成力学模型及其扣压过程控制系统研究[J].信息记录材料,2019,20(08):31-32.[21]孙志强,史秀建,刘凤强,谢红卫.人为差错成因分析方法研究[J].中国安全科学学报,2008,(6):21-26.[22]康迈液压C型大规格侧开口扣压机填补国内空白[J].工程机械,2012,43(12):91.[23]孙宝银.标准与安全、作业标准化和标准化作业[J].航天标准化,2019(03):50-52.[24]杨利金.矿用软管总成生产质量过程管控[J].内蒙古煤炭经济,2019(01):89-90+70.[25]李金花.大流量液压支架用三系列胶管锁管机的研制[J].同煤科技,2003(04):34-35.[26]刘洋.侧开口式扣压机结构优化及系列化设计研究[D].中南大学,2008.[27]NewMilwaukee15TCrimperisDesignedtoReducePeakMuscleEffort[J].Transmission&DistributionWorld,2019.[28]AHuma