安全人机工程学第9章 人机系统安全评价

1第9章人机系统平安评价

9.1人机系统分析方法9.2

人机系统的可靠性分析9.3人机系统评价掌握连接分析法、作业分析法等人机系统分析方法的步骤及应用；充分理解人机系统可靠性的内涵及人机系统可靠度的计算与评价方法；掌握常用的人机系统评价方法，并能应用于实践。2学习目标39.1人机系统分析方法1.连接的类型连接形式有：人-机连接、机-机连接和人-人连接。人-机连接是指作业者通过感觉器官接受机器发出的信息或作业者对机器实施控制操作而产生的作用关系；机-机连接是指机械装置之间所存在的依次控制关系；人-人连接是指作业者之间通过信息联络，协调系统正常运行而产生的作用关系。连接分析是指综合运用感知类型(视、听、触觉等)、使用频率、作用负荷和适应性，分析评价信息传递的方法。连接分析涉及到人机系统中各子系统的相对位置、排列方法和交往次数。因此，按连接的性质，人机系统的连接方式主要有对应连接和逐次连接两种。41〕对应连接对应连接是指作业者通过感觉器官接受他人或机器发出的信息或作业者根据获得的信息进行操作而形成的作用关系。对应连接有显示指示型和反响动作型两种。以视觉、听觉或触觉来接受指示形成的对应连接成为显示指示型连接。例如，操作人员观察显示器后，进行相应操作。即人的视觉与显示信号形成一个连接。操作人员得到信息后，以各种反响动作来操纵各种控制装置而形成的连接称为反响动作型对应连接。2〕逐次连接人在进行某一作用过程中，往往不是一次动作便能到达目的，而需要屡次逐个的连续动作。这种逐次动作到达一个目的而形成的连接称为逐次连接。52.连接分析法的步骤连接分析可分为绘制连接关系图和调整连接关系两步。1〕绘制连接关系图连接分析通过连接关系图进行。将人机系统中操作者和机器设备的分布位置绘制成平面布置图，人机系统中的各种要素均用符号表示，各种要素之间的对应关系根据不同连接形式用不同的线型表示，连接关系图中的要素符号、线型的含义如表9-1所示。672〕调整连接关系为了使各子系统之间到达相对位置最优化，在调整连接关系时常使用以下三个优化原那么。〔1〕减少交叉。为了使连接不交叉或减少交叉环节，通过调整人机关系及其相对位置来实现。图9-3〔a〕为某人机系统的初步配置方案，图9-3〔b〕为修改后的方案。修改后交叉点消失，显然〔b〕方案比〔a〕方案合理。这样经过屡次作用分析，直至取得简单、合理的配置为止。8〔2〕综合评价。对于较为复杂的人机系统，仅使用上述图解很难到达理想的效果。必须同时引入系统的“重要程度〞和“使用频率〞两个因素进行分析优化。确定链的形态、重要度和频率，求出每一个链的链值。每一链的链值为链的重要度分值与频率分值的乘积，系统的链值等于各个链值之和。①相对重要性。请有经验的人员确定连接的重要程度，根据“重要就近〞原那么进行配置。②使用频率。按使用频率的大小对连接进行评价。③综合评价。将相对重要性和使用频率两者相对值之乘积的大小作为综合评价值，进行优化配置。9分值4321重要程度极重要重要一般重要不重要使用频率频率很高频率高一般频率频率低10〔3〕运用感觉特性配置系统的连接。从显示器获得信息或操纵控制器时，人与显示器或人与控制器之间形成视觉连接、听觉连接或触觉连接〔控制、操纵连接〕。视觉连接或触觉连接应配置在人的前面，这由人的感觉特性所决定。而听觉信号即使不来自人的前面也能被感知。因此，连接分析还应考虑运用感觉特性配置系统的连接方式。111〕对应连接分析减少交叉和缩短行走距离。123.连接分析法的应用2〕逐次连接分析连接分析可用于控制盘的布置。在实际控制过程中，某项作业的完成需对一系列控制器进行操纵才能完成。这些操纵动作往住按照一定的逻辑顺序进行，如果各控制器安排不当，各动作执行路线交叉太多，会影响控制的效率和准确性。运用逐次连接分析优化控制盘布局，可使各控制器的位置得到合理安排，减少动作线路的交叉及控制动作所经过的距离。1314159.1.2作业分析法〔一〕方法研究定义在一定条件下，运用系统分析，研究资源的合理运用，把作业中的不合理、浪费、混乱的因素排除，寻求一种最经济有效的工作方法。即：对旧的和新的作业方法加以分析和检验，去除不必要的作业动作和作业时间，只保存必要的功能，按此原那么进行作业的组合。〔吉尔伯雷斯：将18个动作简化为5个，速度由120提高到350块/小时〕类型过程分析作业分析动作分析

16考查点分析现状提出问题改进建议第一次提问第二次提问第三次提问目的地点时间人员方法做什么何处做何时做何人做如何做为何需要做为何需此处做为何需此时做为何需此人做为何需如此做有无其它方法代替有无其它更合适的地点有无其它更合适的时间有无其它更合适的人员有无其它更合适的方法17考查提问表〔4W1H)类别名称特点与目的

过程分析生产流程分析应用国际通用的工业工程分析符号描述生产系统全部概况及加工工序之间的相互关系，分析研究生产性和非生产性活动改进的可能性。工艺流程分析在生产流程分析的基础上以部件或零件为分析对象，作进一步的详细分析，研究工艺流程的合理性。加工路线分析以作业现场为对象，对现场平面布置及物料和作业人员的实际移动路线进行分析，研究改进平面布置和缩短移动路线的可能性。作业分析双手作业分析以单人作业为对象，分析双手作业内容，研究改进工作地布置和作业方法的可能性。人-机作业分析以单人单机或多人单机的作业为对象，分析人与机器设备的相互配合，研究提高人-机作业效率的可能性。联合作业分析以多人或多人单机的联合作业为对象，分析各作业间的协调配合，研究提高多人联合作业效率的可能性。动作分析动作要素分析以组成作业的一系列动作为对象，记录动作的最基本单位-动素，分析研究简化动素-动作的可能性，以达到提高作业效率的目的。微细动作分析以摄影、摄相机为工具，记录作业的操作活动，分析操作的合理性并加以改进。符号名称符号符号含义加工（操作）○使加工对象发生物理或化学性质的变化，以增加其价值的活动。

搬运

移动加工对象所进行的活动检验数量检验□进行数量检验的活动质量检验

进行质量检验的活动停滞停放

加工对象在生产过程中的暂时停放储存▽加工对象在生产过程中有计划的存放过程分析记录符号20生产流程程序分析对生产现场的整个制作过程做详细的记录，以便对整个制造过程中的“操作〞、“检验〞、“搬运〞、“等待〞等做详细的研究与分析。1.流程分析2122

2.动作分析动素分析美国机械工程师学会〔ASME〕第一类〔1-8〕是完成作业所必须的根本动素。对这类动素改进的重点是取消不必要的动作，可通过工位器具的设计、调整工件的摆放位置等进行研究改进。第二类〔9-14〕是为完成第一类动素作准备的辅助动素。对于这类动素通常可以采用改进工作地的布置来减少或取消。第三类〔15-18〕是与工作无关或无益的动素。这类动素是动作分析的重点，可以采用设计简单的夹具、调整操作的顺序等措施加以改进，对于休息应制定合理的标准。动作分析与研究的任务是：在构成操作的动素系例中尽可能把第二、第三类根本动素取消掉，并把第一类动素合理配成系列，使操作合理高效。23动作经济原那么根本思想是：以尽可能减少工人的疲劳、能发挥工人最高效率为准那么制定操作方法，再配备有效的加工工具、机械设备和合理的工作地布置。吉尔布雷斯首创了动作经济与效率法那么〔Rulesformotioneconomyandefficiency〕，后经加州大学巴恩斯〔RalphM·Barnes〕综合为22项，称为动作经济原那么〔ThePrinciplesofmotioneconomy〕。这些原那么包括与人体动作、工作地布置和工具设备有关的三大类。24与人体动作有关的原那么双手应同时开始并同时结束动作；除规定的休息时间外，双手不应同时空闲；两臂的动作应对称、反向并同时进行；手的动作应尽可能用最低等级且又能获得满意结果的动作来完成；应尽可能利用动力来完成作业。如果必须用体力时，那么应将其减少到最低限度；手的动作以圆滑连续的曲线运动为好，防止采用折线或直线、突然或急剧改变方向的运动；自然带弧线的运动比受限制或受约束的运动更轻快和准确；动作应尽可能具有轻松自然的节奏性，以使动作流畅和协调。25与工作地布置有关的原那么工具、物料应放置于固定的场所；工具、物料及操作装置应布置在工作者前方的近处；零件、物料应尽量利用其重量〔重力〕送到靠近用料的地方；尽可能采用下滑式运送装置；工具、物料应按操作顺序放置；应有适当的照明设备，使视觉舒服；工作台和椅子的高度应使工作者坐、立方便适宜；工作椅的形状和高度应使工作者保持良好姿势。26与工具设备有关的原那么尽量解除手的工作负担，代之以夹具或脚踏装置进行工作；尽可能用两个或两个以上功能的组合工具；工具和物料应尽可能预放在工作位置；手指分别工作时，各指的负荷应按照其固有能力分配；手柄的设计，应尽可能扩大它与手的接触面；机器的手柄、手轮及操纵杆应安置在很少转动身体就能进行操作的位置，且能得到最大的机械效率。27系统的可靠性研究对象即为人、机器、环境三方面。如果人在规定的时间内和规定的条件下没有完成规定的任务，就称为人为过失，相应地用人的过失率来度量。机器在规定时间和规定的条件下丧失功能，就称为故障，相应地用机器的故障率来度量。环境如果没有到达规定的指标要求，就称为环境故障，相应地用环境故障率来度量。289.2人机系统的可靠性分析人的可靠性人的可靠性可定义为：在规定条件下，在最短的时间内，由人成功地完成作业任务且能实现人机系统合理有效运行功能的能力。1.人的失误2.人的可靠性分析3.人的操作可靠度人的操作可靠度是指作业者在规定条件下、规定时间内正确完成操作的概率，用RH表示。人的操作不可靠度〔人体过失率〕用FH表示，两者关系：(9-1)29人的可靠性也包括人的信息接受的可靠性、信息判断的可靠性、信息处理的可靠性。〔1〕间歇性操作的操作可靠度计算间歇性操作的特点是在作业活动中，作业者进行不这种操作可能是有规律的，有时也可能是随机的。因此，对于这种操作不宜用时间来表达其可靠度，一般用次数、距离、周期等来描述其可靠度。假设某人执行某项操作N次，其中操作失败n次，那么当N足够大时，那么此人的操作不可靠度为：人在执行此项操作中，其操作可靠度为：〔9-3〕30(9-2)〔2〕连续性操作的操作可靠度计算连续性操作是在作业活动过程中，作业者在作业时间里进行连续的操作活动。连续性操作可直接用时间进行描述。对连续性操作的操作可靠度，可用人的操作可靠性模型来描述，即：〔9-4〕式中：t——连续工作时间；λ(t)——t时间内人的过失率。319.2.2机的可靠性就机器设备而言，可靠性是指机器、部件、零件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定条件包括使用条件、维护条件、环境条件、贮存条件和工作方式等。设备规定的工作可靠时间依据不同对象和工作目的而异。规定功能是指机器设备本身的性能指标和包括人能方便、平安、舒适地操纵机器的使用功能。32度量可靠性指标的特征量称为可靠度。可靠度是在规定时间内，机器设备或部件完成规定功能的概率。假设把它视为时间的函数，就称为可靠度函数。设可靠度为R(t)，不可靠度为F(t)，那么：R(t)=1-F(t)(9-5)假设F(t)对时间微分，即可得函数f(t)，称为故障密度函数，即：(9-6)33341.机器故障〔1〕初期故障，发生于机器试制或投产早期的试运转期间。〔2〕随机故障，是在机器处于正常工作状态下的偶发故障。〔3〕耗损故障，也即后期磨损故障。随着时间的增长．故降率迅速增加。图9-17故障率与时间的关系352.机器的可靠性分桥〔1〕串联配置方式如图9-18所示，系统能量的输入按顺序依次通过功能上独立的单元，然后才输出。36对于重要的和可靠性要求高的系统，应力求防止采用串联配置方式。〔2〕并联配置方式如图9-19所示，它是由一系列平行工作的单元组成系统。该系统中只要不是全部单元发生故障，系统仍可以正常工作。37并联配量方式运行的可靠性比串联方式高得多，但经济性差。3.提高机器的可靠性有两个目的：一是延长机器设备的使用寿命，另一个是保证人机系统的平安性。用下面几种方法减少机器故障：〔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，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。〔5〕降低系统的复杂程度。〔6〕加强预防性维修。389.2.3环境因素就人、机、环境的总系统而言，人与环境、机与环境可以作为子系统来对待。1.提高人-环境系统的可靠性温度、湿度：高温防护的措施可以采用通风降温、空调装置、防护服装等方式。低温防护主要是保持工作环境的温度，通常用加温设备即可做到。照明度：尽量设法利用日光。以作业特点和作业环境舒适和减少事故为原那么。环境噪声：降低源噪声，包括更换装置，改善噪声源；控制有源噪声，包括隔声、吸声、消声、减振等；调整总体布局；加强个人防噪措施等，将噪声控制在国家规定的标准以内。环境污染：通风、除尘和净化392.提高机-环境系统的可靠性温度利用传导散热、对流散热、辐射散热的主要措施。在机器设备升温过高的工作环境里，需采取降温通风措施，如强迫通风、液体冷却、蒸气冷却以及半导体致冷等。腐蚀〔1〕为了防潮，可以将金属件电镀和外表涂覆；〔2〕为了防霉，可以选用不生霉和经防霉处理的材料，机器设备还须经常维修清理以保证枯燥和清洁；〔3〕为防止不同金属接触而造成电化腐蚀，要采用金属外表保护措施，如烧蓝和煮黑等工艺；〔4〕当使用环境恶劣时，要求高的产品应采用密封和灌封结构，以防止环境中腐蚀性气体的影响。404142人机系统总体平安可靠度分析43O型密封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，因其截面为O型，故称其为O型密封圈。是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种。通常在台企、日企叫做ORing。441、简单的人机系统可靠度

假设环境的可靠度为1，简单人机是串联的形式2、两人监控人机系统的可靠度〔出现异常切断电源〕45系统有两种控制情形：1)异常状况时，相当于两人并联，即两人都不发现异常状况才出现人机系统故障，操作者切断电源的可靠度(正确操作的可靠度)比一人控制的系统增加了。462)正常状况时，相当于两人串联，即一人出现误操作即〔当系统正常时，其中一人错误切断电源出现人机系统故障就发生人机系统故障