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文檔簡介
1、第十七講人機系統(tǒng)的可靠性和平安性通過本章的學(xué)習(xí),應(yīng)能夠:1 .描述人機系統(tǒng)的可靠性、可靠度;2 .掌握人、人機系統(tǒng)的可靠度計算方法;3 .說明人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計的要求;4 .運用故障樹對人機系統(tǒng)得平安性進行描述和分析.一、根本概念1 .可靠性定義:可靠性是指研究對象在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)功能的水平.研究對象:指系統(tǒng)、機器、部件或人員.本學(xué)科只研究人的操作可靠性,即以引起系統(tǒng)故障或失效的人為因素為研究對象.可靠性上下與研究對象所處的規(guī)定條件和規(guī)定時間有密切關(guān)系.研究對象所處的條件包括溫度、濕度、振動、沖擊、負荷、壓力等,還包括維護方法、自動操作還是人工操作、作業(yè)人員的技術(shù)水平等廣義的環(huán)境條件.
2、規(guī)定的時間一般指通常的時間概念,根據(jù)研究對象的不同也使用周期、距離、次數(shù)等相當(dāng)于時間指標(biāo)的量.研究對象的功能:是指對象的某些特定的技術(shù)指標(biāo).2 .可靠度定義:可靠度R是指在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內(nèi),完成規(guī)定功能的概率.不可靠度或失效概率F:研究對象在規(guī)定的條件下、規(guī)定時間內(nèi)喪失規(guī)定的功能的概率.R十F=1或R=lF可靠度的獲得:研究對象的不可靠度可以通過大量的統(tǒng)計實驗得出.3 .人的操作可靠度定義:作業(yè)者在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)正確完成操作的概率,用Rh表示.人的操作不可靠度(人體過失率)Fh,Rh+Fh=1.人的操作可靠度計算:人的行動過程包括:信息接受過程、信息判斷加工過程、信息處理過程
3、.人的可靠性也包活人的信息接受的可靠性、信息判斷的可靠性、信息處理的可靠性.這三個過程的可靠性就表達了人的操作可靠性.(1)間歇性操作的操作可靠度計算.間歇性操作的特點是在作業(yè)活動中,作業(yè)者進行不連續(xù)的間斷操作.例如,汽車換擋、制動等均屬間歇性操作.這種操作可能是有規(guī)律的,有時也可能是隨機的.因此,對于這種操作不宜用時間來表達其可靠度,一般用次數(shù)、距離、周期等來描述其可靠度.假設(shè)某人執(zhí)行某項操作N次,其中操作失敗n次,那么當(dāng)N足夠大時,那么此人的操作不可靠度為:Fh=n/N人在執(zhí)行此項操作中,其操作可靠度為:Rh=1Fh=1n/N例如,汽車司機操縱剎車5000次,其中有1次失誤項操作的可靠度為
4、:Rh=11/5000=0.99982連續(xù)性操作的操作可靠度計算.連續(xù)性操作是在作業(yè)活動過程中,作業(yè)者在作業(yè)時間里進行連續(xù)的操作活動.例如對運行儀表的全過程監(jiān)視,汽車司機開車活動中方向盤的操縱,對道路情況的監(jiān)視等.連續(xù)性操作可直接用時間進行描述.對連續(xù)性操作的操作可靠度,可用人的操作可靠性模型來描述.RHte式中t連續(xù)工作時間;入tt時間內(nèi)人的過失率.例如,汽車司機操縱方向盤的恒定過失率為入t=0.00001,假設(shè)果個司機駕車300小時,其可靠度為:OOOldf說明:入t是隨時間變化的函數(shù);對于同一個人,在不同的時間內(nèi),其過失率入t是不同的,對于不同的人,其過失率入t也是不同的;因此,在計算連
5、續(xù)性操作可靠度時,一般是根據(jù)不同的人、不同的時間、進行同一操作的過失率的平均值計算的.4 .人機系統(tǒng)的可靠度定義:人機系統(tǒng)在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)正確完成操作的概率,用Rs表示.說明:人機系統(tǒng)可靠度是評價人機系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容.為了獲得人機系統(tǒng)的最正確效能,除了機器本身可靠度指標(biāo)要高外,還要求操作者的操作可靠度指標(biāo)也要高.可靠度計算:把一個系統(tǒng)的可靠度設(shè)為Rs(t),構(gòu)成系統(tǒng)的各要素的可靠度設(shè)為Ri(t)(i=1,2,3,n),根據(jù)各要素的連接方式,系統(tǒng)可靠度計算方法如下:(1)串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)構(gòu)成如圖20.2所示,n個具有獨立功能的要素構(gòu)成串聯(lián)配置,串聯(lián)配置的含義是:一個系統(tǒng)各要素都正常時系統(tǒng)才
6、正常.其系統(tǒng)的可靠度等于每個要素可靠度之積,如表達式(20-1)01汗J1*TkQ圉Z4LH系銃串聯(lián)絡(luò)粗(20-1)(2)并聯(lián)構(gòu)成一個人機系統(tǒng)假設(shè)至少有一個子系統(tǒng)(要素)正常,系統(tǒng)即正常,或各子系統(tǒng)(要素)20.3,并聯(lián)系統(tǒng)的可都不正常,系統(tǒng)才不正常稱之為并聯(lián)系統(tǒng).并聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成如圖靠度如表達式20-2.圖拗,3并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)F(20-2)Rs(t)=(R.)n;并聯(lián)左寫=1-11I-R.1-如果各要素的可靠度為等值R0,在串聯(lián)時系統(tǒng)可靠度為時系統(tǒng)可靠度Rs(t)=1-(1-R0)n.(3)串聯(lián)和并聯(lián)混合構(gòu)成當(dāng)有n個串聯(lián)系統(tǒng)包括在m個并聯(lián)系統(tǒng)中,那么系統(tǒng)可靠度為Rs=1-(1-Rn)m.當(dāng)m個并聯(lián)
7、系統(tǒng)構(gòu)成n個串聯(lián)系統(tǒng)時,那么系統(tǒng)可靠度為Rs=1-(1-R)mn例:圖20.4中,(a)為2組3個要素串聯(lián)構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng);(b)為3組兩個要素并聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng).如果各個要素可靠度皆為80%,那么(a)圖中可靠度為:I-li-=76%(b)圖中可靠度為:-(1-R)23=l-(1-0.8)23-88.5%可以看出:(1):(b)系統(tǒng)的可靠度比(a)系統(tǒng)的可靠度高,而且(b)系統(tǒng)的可靠度還高于構(gòu)成系統(tǒng)的各個要素的可靠度.(2):構(gòu)成系統(tǒng)的要素相同,如果連接配置的方式不同,那么系統(tǒng)的可靠度可能不同.(3):在人機系統(tǒng)中,由于人的可靠度不可能期待有大的提升,但是通過設(shè)計適宜的系統(tǒng)構(gòu)成,可以進一步提升
8、系統(tǒng)的可靠度.(a)r-Tp;卜.Jo(b)圖zfl.l展奇枚I成例圖二、人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計人機系統(tǒng)的可靠性與工程可靠性的差異在于:人機系統(tǒng)的可靠性要把涉及到人的各種問題以及環(huán)境因素的限制問題納入到可靠性內(nèi)容當(dāng)中.對人、機、環(huán)境三者及三者之間的相互配合、功能分配、可靠度分配等必須予以認真分析、研究,方可保證人機系統(tǒng)的整體可靠性要求.1 .人機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計程序(1)制定為到達系統(tǒng)可靠性總體指標(biāo)的各種設(shè)計方案;(2)分析設(shè)計方案的可靠性,選擇可靠性設(shè)計方案;(3)人、機器、環(huán)境功能分配與可靠度分配;(4)繪制人機系統(tǒng)圖及說明書;(5)試驗、試制、檢驗方案的編制;(6)確認試驗、改善設(shè)計;(7)
9、完成最終設(shè)計、提出保證可靠性等要求的設(shè)計書.2 .人機系統(tǒng)的可靠性分配(1)根本原那么:機器與人之間的配合,要盡量使人操作簡便省力,盡量減少作業(yè)者在短時間內(nèi)完成許多不同的操作,使作業(yè)者的操作在其水平范圍之內(nèi).在人與機器的功能分配上,要了解人、機器各自的功能特征,并進行分析比擬.充分發(fā)揮人、機潛能,從而使人機系統(tǒng)的整體功能到達最正確狀態(tài).(2)人、機的根本限度:人的根本限度:正確度的限度、體力的限度、行動速度的限度、知覺水平的限度.機器的根本限度:機械性能維持水平的限度、機器正常動作的限度、機械判斷水平的限度、費用的限度.3 .人機環(huán)境各因素的可靠性設(shè)計分析(1)人的操作可靠性設(shè)計,包括:人的任
10、務(wù)分析,根據(jù)總?cè)蝿?wù)要求和人、機、環(huán)境功能分析與分配,找出人要完成的所有任務(wù),并將其分解為具體操作;人員配置及人與人之間的分工;人完成任務(wù)時發(fā)生過失的可能性分橋;顯示、限制裝置設(shè)置對人操作影響分析;環(huán)境因素對人的影響;對人員的心理和生理要求、選拔人員的條件與練習(xí)要求;對人員的生活、休息、醫(yī)務(wù)保證等舉措的安排與執(zhí)行.(2)機器的可靠性設(shè)計,包括:平安系數(shù)的選擇、靜強度、疲勞強度及概率斷裂力學(xué)設(shè)計;冗余設(shè)計;容錯設(shè)計、失效保護設(shè)計、故障自動診斷和恢復(fù)水平;維修性設(shè)計;人機界面與接口設(shè)計;耐環(huán)境設(shè)計;降額使用.(3)環(huán)境的可靠性設(shè)計,包括:各種環(huán)境條件的分析判斷及其準確性;環(huán)境條件標(biāo)準的降額;機器所需
11、要的人造環(huán)境條件;人員對環(huán)境條件和生理衛(wèi)生要求及環(huán)境限制、生命保證系統(tǒng)和個人裝備設(shè)計.4 .人機系統(tǒng)設(shè)計考前須知(1)明確人機系統(tǒng)的目的及實現(xiàn)目的的制約條件,例如地理、環(huán)境、人力、財力、技術(shù)裝備、技術(shù)水平等,必須具體分析,確定人機系統(tǒng)的類型.(2)提升系統(tǒng)的功能與可靠性,并不是孤立地依靠某子系統(tǒng)的功能和可靠性的改善及提升,而是力求各子系統(tǒng)、單元間的相互匹配,使整體優(yōu)化.(3)盡量將生產(chǎn)過程變?yōu)楹唵尾僮?且各種操作對作業(yè)人員不帶有危險性.盡量采用坐姿作業(yè)方式,并且不促使作業(yè)者采取不當(dāng)?shù)淖藙?(4)最重要的顯示器和限制器應(yīng)當(dāng)安排在最適宜的位置.并按功能或系統(tǒng)分組.有關(guān)聯(lián)的顯示器和限制器要呈對應(yīng)關(guān)系
12、排列.(5)要充分考慮人的心理因素與生理條件.(6)要考慮人和機器問的相互監(jiān)督作用.要做到,即使是人發(fā)生誤動作,也不致造成事故,且還要讓人知道動作的錯誤所在,這就是由機器監(jiān)督人.另一方面,當(dāng)機器出現(xiàn)異常時.人應(yīng)能準確判斷異常原因,有時進行調(diào)整,使之恢復(fù)正常,這便是由人監(jiān)督機器.(7)人機系統(tǒng)的分析評價是對整體系統(tǒng)的可靠性、平安性、舒適性以及作業(yè)效率等進行綜合分析與評價.三、人機系統(tǒng)的平安性分析:找出設(shè)盤的乖欣.I一:息、效繁痂1作成故款樹如理分析一I.I.:企性分析1._I,I制定預(yù)防事故萬靠1圖2.片故聯(lián)樹法的步驟1 .人機系統(tǒng)平安性分析方法一一故障樹法從系統(tǒng)設(shè)計初期階段開始,就應(yīng)該把握住影
13、響系統(tǒng)平安的問題,努力加以改良.最常用的分析評價系統(tǒng)平安性的方法是故障樹法,即FTA(FaultTreeAnalysis)法.FTA:把故障、事故發(fā)生的系統(tǒng)加以模型化,把作為對象的因果關(guān)系根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)分析以樹狀圖表示,可以推斷故障、事故的發(fā)生頻度,找出發(fā)生的經(jīng)路.2 .故障樹法的步驟(見圖20.6)3 .故障樹的制作(1)故障樹常用符號故障事件根本領(lǐng)件不揮找出原因的事件可以進一步分折,限現(xiàn)時可以省略或?;牡挠罴且话愕拈L障事件與門工運用機.當(dāng)M個并巴都發(fā)生時.某個事IT才蒯維生或門上邏闞和.當(dāng)啟個事PT中有個發(fā)生忖,蛾能四起某個事件掂生國工.,M故修捌的根本并號(2)故障樹繪制要點:從故障或事故開始,逐層向下分析;為分析需要,圖中使用與門和或門來表示;要明確各層的相互關(guān)系和各種現(xiàn)象的因果關(guān)系;樹形圖的樹枝不宜分得過細.煤氣爆炸媒氣泄漏發(fā)火圖20.10燥,爆蚱事故故障樹圖4 .故障樹法的優(yōu)點故障樹法是評價系統(tǒng)平安性或分析事故原因的有效方法.這種方法的優(yōu)點是:對事故原因的全貌,可以用視覺很容易地交換信息;現(xiàn)場的各種問題,用圖形表示容易理解,并且可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題;可以發(fā)現(xiàn)新的因素;可以定量地進行改良方案的比擬,并可以附加位置方面的因素;適用范圍廣.四、系統(tǒng)的平安性評價系統(tǒng)的平安性主要從兩個方面評價,一是發(fā)生故障、事故的頻度;二是對系統(tǒng)的各組成局部從工效學(xué)角度進行檢查
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