安全人機(jī)工程

會(huì)計(jì)學(xué)1安全人機(jī)工程

第一節(jié)安全人機(jī)學(xué)一、了解安全人機(jī)學(xué)的主要內(nèi)容，人機(jī)系統(tǒng)的類(lèi)型；二、熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)本質(zhì)安全要求。

第1頁(yè)/共131頁(yè)第一節(jié)安全人機(jī)工程基本知識(shí)一、安全人機(jī)工程的概念、內(nèi)容及其分類(lèi)（了解）

（一）安全人機(jī)工程的定義研究人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的安全本質(zhì)，并使三者在安全上達(dá)到最佳匹配，以確保系統(tǒng)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一門(mén)應(yīng)用科學(xué)。

第2頁(yè)/共131頁(yè)（二）安全人機(jī)工程的主要研究?jī)?nèi)容主要內(nèi)容包括如下四個(gè)方面：（1）分析機(jī)械設(shè)備及設(shè)施在生產(chǎn)過(guò)程中的不安全因素，并進(jìn)行針對(duì)性的可靠性設(shè)計(jì)和維修性設(shè)計(jì)、安全裝置設(shè)計(jì)、安全啟動(dòng)和安全操作設(shè)計(jì)及安全維修設(shè)計(jì)等。（2）研究人的生理和心理特性，分析研究人和機(jī)器各自的功能特點(diǎn)，進(jìn)行合理的功能分配以構(gòu)成不同類(lèi)型的最佳人機(jī)系統(tǒng)。（3）研究人與機(jī)器相互接觸、相互聯(lián)系的人機(jī)界面中信息傳遞的安全問(wèn)題。（4）分析人機(jī)系統(tǒng)的可靠性，建立人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)原則，據(jù)此設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、合理以及可靠性高的人機(jī)系統(tǒng)。第3頁(yè)/共131頁(yè)在人機(jī)系統(tǒng)中人始終起著核心和主導(dǎo)作用，機(jī)器起著安全可靠的保證作用。解決安全問(wèn)題的根本方向是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化，讓工業(yè)機(jī)器人代替人的部分危險(xiǎn)操作，從根本上將人從危險(xiǎn)作業(yè)和危險(xiǎn)環(huán)境中徹底解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（三）人機(jī)系統(tǒng)的類(lèi)型

人機(jī)系統(tǒng)主要有兩類(lèi)：機(jī)械化、半機(jī)械化控制的人機(jī)系統(tǒng)全自動(dòng)化控制的人機(jī)系統(tǒng)第4頁(yè)/共131頁(yè)

人機(jī)共體，或機(jī)為主體，系統(tǒng)的動(dòng)力源由機(jī)器提供，人在系統(tǒng)中主要充當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程的操作者與控制者，即控制器主要由人來(lái)操作。在控制系統(tǒng)中設(shè)置監(jiān)控裝置，如果人操作失誤，機(jī)器會(huì)拒絕執(zhí)行或提出警告。

機(jī)械化、半機(jī)械化控制的人機(jī)系統(tǒng)

現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用最多的人機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)的安全性主要取決于人機(jī)功能分配的合理性、機(jī)器的本質(zhì)安全性及人為失誤。

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以機(jī)為主體，機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)完全依賴于閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)器自身的控制，人只是一個(gè)監(jiān)視者和管理者，監(jiān)視自動(dòng)化機(jī)器的工作。只有在自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，人才進(jìn)行干預(yù)，采取相應(yīng)的措施。

全自動(dòng)化控制的人機(jī)系統(tǒng)

系統(tǒng)的安全性主要取決于機(jī)器的本質(zhì)安全性、機(jī)器的冗余系統(tǒng)失靈以及人處于低負(fù)荷時(shí)應(yīng)急反應(yīng)變差等。第6頁(yè)/共131頁(yè)二、機(jī)械設(shè)計(jì)本質(zhì)安全（熟悉）

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)本質(zhì)安全的定義

指機(jī)械的設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)階段采取措施來(lái)消除機(jī)械危險(xiǎn)的一種機(jī)械安全方法。包括：在設(shè)計(jì)中消除危險(xiǎn)部件，減少或避免在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)處理工作需求，提供自動(dòng)反饋設(shè)備并使運(yùn)動(dòng)的部件處于密封狀態(tài)之中等。

主要要求包括如下三個(gè)方面：機(jī)械失效安全。機(jī)械定位安全。機(jī)器安全布置。第7頁(yè)/共131頁(yè)（二）機(jī)械失效安全機(jī)械設(shè)計(jì)者應(yīng)該保證當(dāng)事故發(fā)生故障時(shí)不出危險(xiǎn)。這一類(lèi)裝置包括操作限制開(kāi)關(guān)，限制不應(yīng)該發(fā)生的沖擊及運(yùn)動(dòng)的預(yù)設(shè)制動(dòng)裝置，設(shè)置把手和預(yù)防下落的裝置，失效安全的限電開(kāi)關(guān)等。

第8頁(yè)/共131頁(yè)（三）機(jī)械定位安全把機(jī)械的部件安置到不可能觸及的地點(diǎn)，通過(guò)定位達(dá)到安全的目的。設(shè)計(jì)者必須考慮到在正常情況下不會(huì)觸及到部件，而在某些情況下可能會(huì)接觸到，例如登著梯子對(duì)機(jī)械進(jìn)行維修等情況。

第9頁(yè)/共131頁(yè)（四）機(jī)器安全布置在車(chē)間內(nèi)對(duì)機(jī)器進(jìn)行合理的安全布局，可以使事故明顯減少。安全布局時(shí)要考慮如下因素：空間：便于操作、管理、維護(hù)、調(diào)試和清潔。照明：包括工作場(chǎng)所的通用照明（自然光及人工，但要防止炫目）和為操作機(jī)器而需的照明照明。管、線布置：不要妨礙在機(jī)器附近的安全出入，避免磕絆，有足夠的上部空間。機(jī)械維修時(shí)的出入安全。第10頁(yè)/共131頁(yè)第二節(jié)人的特性一、了解人的感官與器官、視覺(jué)損傷、疲勞、聽(tīng)覺(jué)特性；二、熟悉人的感覺(jué)反應(yīng)，人體特性參數(shù)及人的心理因素。第11頁(yè)/共131頁(yè)第二節(jié)人的特性

一、人的生理因素與安全的關(guān)系

（了解）人的感覺(jué)與感覺(jué)器官有：視覺(jué)眼睛；聽(tīng)覺(jué)耳朵；嗅覺(jué)鼻子；味覺(jué)舌頭；觸覺(jué)身體。第12頁(yè)/共131頁(yè)1.視覺(jué)1）暗適應(yīng)與明適應(yīng)能力。人眼對(duì)光亮度變化的順應(yīng)性，稱(chēng)為適應(yīng)，適應(yīng)有明適應(yīng)和暗適應(yīng)兩種。

暗適應(yīng)。暗適應(yīng)是指人從光亮處進(jìn)入黑暗處，開(kāi)始時(shí)一切都看不見(jiàn)，需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間以后才能逐漸看清被視物的輪廓。暗適應(yīng)的過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)，約需要30min才能完全適應(yīng)。

明適應(yīng)。明適應(yīng)是指人從暗處進(jìn)入亮處時(shí)，能夠看清視物的適應(yīng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)渡時(shí)間很短，約需lmin，明適應(yīng)過(guò)程即趨于完成。

人在明暗急劇變化的環(huán)境中工作，會(huì)因受適應(yīng)性的限制，使視力出現(xiàn)短暫的下降，若頻繁地出現(xiàn)這種情況，會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，并容易引起事故發(fā)生。為此，在需要頻繁改變光亮度的場(chǎng)所，應(yīng)采用緩和照明，避免光亮度的急劇變化。(1)常見(jiàn)的幾種視覺(jué)現(xiàn)象第13頁(yè)/共131頁(yè)2）眩光。當(dāng)人的視野中有極強(qiáng)的亮度對(duì)比時(shí)，由光源直射或由光滑表面的反射出的刺激或耀眼的強(qiáng)烈光線，稱(chēng)為眩光。

眩光可使人眼感到不舒服，使可見(jiàn)度下降，并引起視力的明顯下降。眩光造成的有害影響主要有：使暗適應(yīng)破壞，產(chǎn)生視覺(jué)后象；降低視網(wǎng)膜上的照度；減弱觀察物體與背景的對(duì)比度；觀察物體時(shí)產(chǎn)生模糊感覺(jué)等，這些都將影響操作者的正常作業(yè)。

例：當(dāng)人的視野中有極強(qiáng)的亮度對(duì)比時(shí)，由光源直射或由光滑表面的反射出的刺激或耀眼的強(qiáng)烈光線，稱(chēng)為（）。A：暗適應(yīng)；B：明適應(yīng)；C：眩光；D：視錯(cuò)覺(jué)第14頁(yè)/共131頁(yè)3）視錯(cuò)覺(jué)。人在觀察物體時(shí)，由于視網(wǎng)膜受到光線的刺激，光線不僅使神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生反應(yīng)，而且會(huì)在橫向產(chǎn)生擴(kuò)大范圍的影響，使得視覺(jué)印象與物體的實(shí)際大小、形狀存在差異，這種現(xiàn)象稱(chēng)為視錯(cuò)覺(jué)。視錯(cuò)覺(jué)是普遍存在的現(xiàn)象，其主要類(lèi)型有形狀錯(cuò)覺(jué)、色彩錯(cuò)覺(jué)及物體運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺(jué)等。其中常見(jiàn)的形狀錯(cuò)覺(jué)有長(zhǎng)短錯(cuò)覺(jué)、方向錯(cuò)覺(jué)、對(duì)比錯(cuò)覺(jué)、大小錯(cuò)覺(jué)、遠(yuǎn)近錯(cuò)覺(jué)及透視錯(cuò)覺(jué)等。色彩錯(cuò)覺(jué)有對(duì)比錯(cuò)覺(jué)、大小錯(cuò)覺(jué)、溫度錯(cuò)覺(jué)、距離錯(cuò)覺(jué)及疲勞錯(cuò)覺(jué)等。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，為使設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的效果，應(yīng)考慮視錯(cuò)覺(jué)的影響。

第15頁(yè)/共131頁(yè)(2)視覺(jué)損傷與視覺(jué)疲勞1）視覺(jué)損傷。在生產(chǎn)過(guò)程中，除切屑顆粒、火花、飛沫、熱氣流、煙霧、化學(xué)物質(zhì)等有形物質(zhì)會(huì)造成對(duì)眼的傷害之外，強(qiáng)光或有害光也會(huì)造成對(duì)眼的傷害。眼睛能承受的可見(jiàn)光的最大亮度值約為106cd／m2。如越過(guò)此值，人眼視網(wǎng)膜就會(huì)受到損傷。300mm以下的短波紫外線可引起紫外線眼炎。紫外線照射4～5小時(shí)后眼睛便會(huì)充血，10～12h后會(huì)使眼睛劇痛而不能睜眼，這一般是暫時(shí)性癥狀，大多可以治愈。常受紅外線照射可引起白內(nèi)障。直視高亮度光源（如激光、太陽(yáng)光等），會(huì)引起黃斑燒傷，有可能造成無(wú)法恢復(fù)的視力減退。低照度或低質(zhì)量的光環(huán)境，會(huì)引起各種眼的折光缺陷或提早形成老花。眩光或照度劇烈而頻繁變化的光可引起視覺(jué)機(jī)能的降低。第16頁(yè)/共131頁(yè)2）視覺(jué)疲勞。長(zhǎng)期從事近距離工作和精細(xì)作業(yè)的工作者，由于長(zhǎng)時(shí)間看近物或細(xì)小物體，睫狀肌必須持續(xù)地收縮以增加晶狀體的白度。這將引起視覺(jué)疲勞，甚至導(dǎo)致睫狀肌萎縮，使其調(diào)節(jié)能力降低。長(zhǎng)期在劣質(zhì)光照環(huán)境下工作，會(huì)引起眼睛局部疲勞和全身性疲勞。全身性疲勞表現(xiàn)為疲倦、食欲下降、肩上肌肉僵硬發(fā)麻等自律神經(jīng)失調(diào)癥狀；眼部疲勞表現(xiàn)為眼病、頭痛、視力下降等癥狀。此外，作為眼睛調(diào)節(jié)筋的睫狀肌的疲勞，還可能形成近視。

第17頁(yè)/共131頁(yè)(3)視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1）眼睛的水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)快，即先看到水平方向的東西，后看到垂直方向的東西。所以，一般機(jī)器的外形常設(shè)計(jì)成橫向長(zhǎng)方形。2）視線運(yùn)動(dòng)的順序習(xí)慣于從左到右，從上到下，順時(shí)針進(jìn)行。3）對(duì)物體尺寸和比例的估計(jì)，水平方向比垂直方向準(zhǔn)確、迅速，且不易疲勞。4）當(dāng)眼睛偏離視中心時(shí)，在偏離距離相同的情況下，觀察率優(yōu)先的順序是左上、右上、左下、右下。第18頁(yè)/共131頁(yè)5）在視線突然轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，約有3％的視覺(jué)能看清目標(biāo)，其余97％的視覺(jué)都是不真實(shí)的，所以在工作時(shí)，不應(yīng)有突然轉(zhuǎn)移視線的要求，否則會(huì)降低視覺(jué)的準(zhǔn)確性。如需要人的視線突然轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也應(yīng)要求慢一些才能引起視覺(jué)注意。為此，應(yīng)給出一定標(biāo)志，如利用箭頭或顏色預(yù)先引起人的注意，以便把視線轉(zhuǎn)移放慢?；蛘卟捎糜泄?jié)奏的結(jié)構(gòu)。6）對(duì)于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，只有當(dāng)角速度大于1′/s～2′/s時(shí)，且雙眼的焦點(diǎn)同時(shí)集中在同一個(gè)目標(biāo)上，才能鑒別出其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。7）人眼看一個(gè)目標(biāo)要得到視覺(jué)印象，最短的注視時(shí)間為0.07s。第19頁(yè)/共131頁(yè)2.聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué)的功能有分辨聲音的高低和強(qiáng)弱，還可以判斷環(huán)境中聲源的方向和遠(yuǎn)近。1）聽(tīng)覺(jué)絕對(duì)閥限。聽(tīng)覺(jué)的絕對(duì)閥限是人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)感受到最弱聲音和痛覺(jué)聲音的強(qiáng)度。它與頻率和聲壓有關(guān)。在閥限以外的聲音，人耳感受性降低，以至不能產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。聲波刺激作用的時(shí)間對(duì)聽(tīng)覺(jué)閥值有重要的影響，一般識(shí)別聲音所需要的最短持續(xù)時(shí)間為20～50ms。聽(tīng)覺(jué)的絕對(duì)閥限包括頻率閥限、聲壓閥限和聲強(qiáng)閥限。聲強(qiáng)是指在垂直于聲波傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的平均聲能，單位為W/m2。頻率20Hz、聲壓2×10-5Pa、聲強(qiáng)10-12W/m2的為聽(tīng)閥。低于這些值的聲音不能產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。

(1)聽(tīng)覺(jué)特性第20頁(yè)/共131頁(yè)2）聽(tīng)覺(jué)的辨別閥限。人耳具有區(qū)分不同頻率和不同強(qiáng)度聲音的能力。辨別閥限是指聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)能分辯出兩個(gè)聲音的最小差異。辨別閥限與聲音的頻率和強(qiáng)度都有關(guān)系。人耳對(duì)頻率的感覺(jué)最靈敏，常常能感覺(jué)出頻率微小的變化，而對(duì)強(qiáng)度的感覺(jué)次之，不如對(duì)頻率的感覺(jué)靈敏。不過(guò)二者都是在低頻、低強(qiáng)度時(shí)，辨別閥值較高。

第21頁(yè)/共131頁(yè)3）聲音的方向和距離。在正常情況下，人的兩耳的聽(tīng)力是一致的。因此，根據(jù)聲音到達(dá)兩耳的強(qiáng)度和時(shí)間先后之差可以判斷聲源的方向。例如，聲源在右側(cè)時(shí)，距左耳稍遠(yuǎn)，聲波到達(dá)左耳所需時(shí)間就稍長(zhǎng)。聲源與兩耳間的距離每相差1cm，傳播時(shí)間就相差0.029ms。這個(gè)時(shí)間差足以給判斷聲源的方位提供有效的信息。另外，由于頭部的屏蔽作用及距離之差會(huì)使兩耳感受到聲強(qiáng)的差別，因此，同樣可以判斷聲源的方位。以上這兩種判斷方法，只有聲源恰好在聽(tīng)者的左方或右方時(shí)，才能確切判斷聲源的方位。如果聲源在聽(tīng)者的上、下方或前、后方，就較難確定其方位。這時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)達(dá)頭部，以獲得較明顯的時(shí)差及聲強(qiáng)差，加之頭部轉(zhuǎn)過(guò)的角度可判斷其方位，在危險(xiǎn)情況下，除了聽(tīng)到警戒聲之外，如能識(shí)別出聲源的方向，往往會(huì)避免事故的發(fā)生。判斷聲源的距離主要依靠聲壓和主觀經(jīng)驗(yàn)。一般在自由空間，距離每增加一倍，聲壓級(jí)將減少6dB。

第22頁(yè)/共131頁(yè)（2）聽(tīng)覺(jué)的掩蔽

當(dāng)幾種聲強(qiáng)不同的聲音傳到人耳時(shí)，只能聽(tīng)到最強(qiáng)的聲音，而較弱的聲音就聽(tīng)不到了，即弱聲被掩蓋了。這種一個(gè)聲音被其它聲音的干擾而聽(tīng)覺(jué)發(fā)生困難，只有提高該聲音的強(qiáng)度才能產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為聲音的掩蔽。被掩蔽聲音的聽(tīng)閥提高的現(xiàn)象，稱(chēng)為掩蔽效應(yīng)。第23頁(yè)/共131頁(yè)3.人的感覺(jué)反應(yīng)人們?cè)诓倏v機(jī)械或觀察識(shí)別事物時(shí)，從開(kāi)始操縱、觀察、識(shí)別到采取動(dòng)作，存在一個(gè)感知時(shí)間過(guò)程，即存在一個(gè)反應(yīng)時(shí)間問(wèn)題。第24頁(yè)/共131頁(yè)(1)反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間是指人從機(jī)器或外界獲得信息，經(jīng)過(guò)大腦加工分析發(fā)出指令到運(yùn)動(dòng)器官開(kāi)始執(zhí)行動(dòng)作所需的時(shí)間。即反應(yīng)時(shí)間包括感覺(jué)反應(yīng)時(shí)間（從信息開(kāi)始刺激到感覺(jué)器官有感覺(jué)所用時(shí)間）到開(kāi)始動(dòng)作所用時(shí)間（信息加工、決策、發(fā)令開(kāi)始執(zhí)行所用時(shí)間）之和。由于人的生理心理因素的限制，人對(duì)刺激的反應(yīng)速度是有限的。一般條件下，反應(yīng)時(shí)間約為0.1s～0.5s。對(duì)于復(fù)雜的選擇性反應(yīng)時(shí)間達(dá)1s～3s，要進(jìn)行復(fù)雜判斷和認(rèn)識(shí)的反應(yīng)時(shí)間平均達(dá)3s～5s。為了保證安全作業(yè)，一方面在機(jī)器設(shè)計(jì)中，應(yīng)使操縱速度低于人的反應(yīng)速度。另一方面應(yīng)設(shè)法提高人的反應(yīng)速度。第25頁(yè)/共131頁(yè)(2)減少反應(yīng)時(shí)間的途徑

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器設(shè)備的情況、信息的強(qiáng)弱和信息狀況等外界條件是影響反映時(shí)間的重要因素；而機(jī)器的外觀造型和操縱機(jī)構(gòu)是否適宜于人的操作要求，以及操作者的生物力學(xué)特性等，則是直接影響動(dòng)作時(shí)間的重要因素。1）合理的選擇感知類(lèi)型。比較各類(lèi)感覺(jué)的反應(yīng)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)聽(tīng)覺(jué)的知覺(jué)反應(yīng)時(shí)間最短，約0.1～0.2s，其次是觸覺(jué)和視覺(jué)。所以在設(shè)計(jì)各類(lèi)機(jī)器時(shí)，應(yīng)根據(jù)操縱控制情況，合理選擇感覺(jué)通道，盡量選用反應(yīng)時(shí)間短的通道去控制和調(diào)節(jié)機(jī)器。2）適合人的生理心理要求，按人機(jī)工程學(xué)原則設(shè)計(jì)機(jī)器。3）熟練的操作技術(shù)操作者操作技術(shù)的熟練程度直接影響反應(yīng)速度，應(yīng)通過(guò)訓(xùn)練來(lái)提高人的反應(yīng)速度。

第26頁(yè)/共131頁(yè)（二）人體的特性參數(shù)(熟悉)1.人體特性參數(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和操縱機(jī)器有關(guān)的人體特性參數(shù)很多，歸納起來(lái)有如下四類(lèi)：（1）靜態(tài)參數(shù)：靜態(tài)參數(shù)是指人體在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)得的形態(tài)參數(shù)，也稱(chēng)人體的基本尺度，如人體高度及各部分長(zhǎng)度尺寸。（2）動(dòng)態(tài)參數(shù)：動(dòng)態(tài)參數(shù)是指在人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，人體的動(dòng)作范圍，主要包括肢體的活動(dòng)角度和肢體所能達(dá)到的距離這兩方面的參數(shù)。如手臂、腿腳活動(dòng)時(shí)測(cè)得的參數(shù)。（3）生理學(xué)參數(shù)：生理學(xué)參數(shù)主要是指有關(guān)人體的各種活動(dòng)和工作引起的生理變化，反映人在活動(dòng)和工作時(shí)負(fù)荷大小的參數(shù)，包括人體耗氧量、心臟跳動(dòng)頻率、呼吸頻率及人體表面積和體積等。（4）生物力學(xué)參數(shù)：生物力學(xué)參數(shù)主要指人體各部分（如手掌、前臂、上臂、軀干（包括頭、頸）、大腿和小腿、腳等）出力大小的參數(shù)，如握力、拉力、推力、推舉力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。第27頁(yè)/共131頁(yè)（1）能量代謝率能量代謝率=勞動(dòng)代謝率/基礎(chǔ)代謝率基礎(chǔ)代謝率是指勞動(dòng)者在絕對(duì)安靜橫臥狀態(tài)下，為維持生命，在單位時(shí)間內(nèi)所需的最低能量消耗量。勞動(dòng)代謝率是指勞動(dòng)者在勞動(dòng)時(shí)的能量消耗量與安靜時(shí)的能量消耗量之差除以勞動(dòng)時(shí)間。

安靜時(shí)的能量消耗量大體為基礎(chǔ)代謝量的120%。能量消耗量可通過(guò)測(cè)定勞動(dòng)時(shí)呼出氣中的O2及CO2的比例，算出勞動(dòng)者O2的消耗量折算得到。

2.人體勞動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)第28頁(yè)/共131頁(yè)（2）耗氧量

人在作業(yè)時(shí)每分鐘的需氧量稱(chēng)為耗氧量。

人在作業(yè)時(shí)因耗能量增加，需氧量也必增多。人體每分鐘內(nèi)能供應(yīng)的最大氧量稱(chēng)為最大耗氧量。正常成人一般不超過(guò)3L，常鍛煉者可達(dá)到4L以上。人的最大耗氧量：Omax=（56.592-0.398A）W×10-3

（L/min）

可作允許最大體力消耗的標(biāo)志2.人體勞動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)第29頁(yè)/共131頁(yè)（3）心率F心跳速率簡(jiǎn)稱(chēng)心率，指每分鐘心臟跳動(dòng)的次數(shù)。在其它條件相同時(shí)，有時(shí)也用心率的變化來(lái)評(píng)價(jià)勞動(dòng)強(qiáng)度。人的最大心跳速率為

Fmax=209.2-0.94A3

（1/min）。2.人體勞動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)第30頁(yè)/共131頁(yè)（4）勞動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)I勞動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)I是區(qū)分體力勞動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，指數(shù)大反映勞動(dòng)強(qiáng)度大，指數(shù)小反映勞動(dòng)強(qiáng)度小。體力勞動(dòng)強(qiáng)度按I大小分為四級(jí)：

Ⅰ級(jí)（I≤15）為輕勞動(dòng)；

Ⅱ級(jí)（I＝15～20）為中等強(qiáng)度勞動(dòng)；

Ⅲ級(jí)（I＝20～25）為重強(qiáng)度勞動(dòng)；

Ⅳ級(jí)（I＞25）為“很重”體力勞動(dòng)。2.人體勞動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)第31頁(yè)/共131頁(yè)I的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式

I＝3T＋7M

T——?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間率=工作日凈勞動(dòng)時(shí)間（min）/工作日總工時(shí)（min）（%）；M——8小時(shí)工作日能量代謝率；3——?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間的計(jì)算系數(shù)；7——能量代謝率的計(jì)算系數(shù)。2.人體勞動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)第32頁(yè)/共131頁(yè)（三）疲勞1.疲勞的定義：肌肉疲勞是指過(guò)度緊張的肌肉局部出現(xiàn)酸痛現(xiàn)象，一般只涉及大腦皮層的局部區(qū)域。疲勞的分類(lèi)：疲勞分為肌肉疲勞（或稱(chēng)體力疲勞）和精神疲勞（或稱(chēng)腦力疲勞）兩種。精神疲勞則與中樞神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)，它是一種彌散的、不愿意再作任何活動(dòng)和懶惰的感覺(jué)，意味著肌體迫切需要休息。第33頁(yè)/共131頁(yè)2.產(chǎn)生疲勞的原因及消除途經(jīng)（1）疲勞的原因：超過(guò)生理負(fù)荷的激烈動(dòng)作；持久的體力或腦力勞動(dòng)；作業(yè)環(huán)境不良；單調(diào)乏味的工作；不良的精神因素；肌體狀況不良；長(zhǎng)期勞逸安排不當(dāng)；機(jī)器未按人機(jī)工程學(xué)理論設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不周。第34頁(yè)/共131頁(yè)（2）消除疲勞的途徑：在進(jìn)行顯示器和控制器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮人的生理心理因素；通過(guò)改變操作內(nèi)容、播放音樂(lè)等手段克服單調(diào)乏味的作業(yè)；改善工作環(huán)境，科學(xué)地安排環(huán)境色彩、環(huán)境裝飾及作業(yè)場(chǎng)所布局、合理的溫濕度、充足的光照等；避免超負(fù)荷的體力或腦力勞動(dòng)，合理安排作息時(shí)間，注意勞逸結(jié)合等。第35頁(yè)/共131頁(yè)（3）疲勞的測(cè)定：1）主觀感覺(jué)調(diào)查表法；2）分析腦電圖；3）測(cè)定閃頻值（CFF）；4）智能測(cè)驗(yàn)；5）精神測(cè)驗(yàn)；6）連續(xù)拍攝人體動(dòng)作的變化。第36頁(yè)/共131頁(yè)二、人的心理因素(熟悉)

據(jù)事故統(tǒng)計(jì)資料表明，由人的心里因素而發(fā)生的事故約占70%～75%，或者更多。（1）能力；（2）性格；（3）氣質(zhì)；（4）需要與動(dòng)機(jī)；（5）情緒與情感；（6）意志。第37頁(yè)/共131頁(yè)（一）能力

能力是指一個(gè)人完成一定任務(wù)的本領(lǐng)，或者說(shuō)，能力是人們順利完成某種任務(wù)的心理特征。

能力標(biāo)志著人的認(rèn)識(shí)活動(dòng)在反映外界事物時(shí)所達(dá)到的水平。影響能力的因素：感覺(jué)；知覺(jué)；觀察力；注意力；記憶力；思維想象力；操作能力等。第38頁(yè)/共131頁(yè)1.感覺(jué)、知覺(jué)和觀察力

感覺(jué)是大腦對(duì)直接作用于感覺(jué)器官的客觀事物個(gè)別屬性的反映。

知覺(jué)則是大腦對(duì)感覺(jué)的客觀事物的整體反映，即對(duì)感覺(jué)到的客觀事物所做出的反應(yīng)。

觀察是有目的、有計(jì)劃，比較持久地認(rèn)識(shí)某種對(duì)象的知覺(jué)過(guò)程，是一個(gè)知覺(jué)、思維、言語(yǔ)等綜合作用的智力活動(dòng)過(guò)程，它在感知中占有很重要的地位。

人們?nèi)?、深入、正確地觀察事物的能力，叫做觀察力。

觀察力是智力結(jié)構(gòu)的重要組成因素之一。在工業(yè)生產(chǎn)和科研等活動(dòng)中，要求安全監(jiān)察員具有敏銳的觀察力，善于及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不安全因素和潛在的事故隱患，以便采取相應(yīng)措施減少或避免事故發(fā)生。第39頁(yè)/共131頁(yè)2.注意

注意是指心理活動(dòng)對(duì)一定事物或活動(dòng)的指向或集中。注意能保證人及時(shí)反映客觀事物及其變化，使人更好地適應(yīng)環(huán)境，“注意”在安全生產(chǎn)中有著特別重要的意義。工人在操作機(jī)器時(shí)集中注意力，是減少誤操作、避免事故發(fā)生的重要保證。3.記憶

記憶是大腦經(jīng)歷過(guò)的事物的反應(yīng)，是過(guò)去感知過(guò)的事物在大腦中留下的痕跡。記憶是從認(rèn)識(shí)開(kāi)始的，并將感知的知識(shí)保持下來(lái)。根據(jù)保持的程度，分為永久性記憶和暫時(shí)性記憶。記憶的特征有：持久性、敏捷性、精確性、準(zhǔn)確性等。在安全生產(chǎn)中記憶力強(qiáng)弱也是影響事故發(fā)生的因素之一。第40頁(yè)/共131頁(yè)4.思維

思維就是以已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為中心，對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的概括和間接的反應(yīng)。思維是通過(guò)分析、綜合、概括、抽象、比較、具體化和系統(tǒng)化等一系列過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)感性材料進(jìn)行加工并轉(zhuǎn)化為理性知識(shí)和解決具體問(wèn)題的過(guò)程。思維的基本形式是概括、判斷和推理。思維的主要特征有廣闊性、批判性、深刻性、靈活性、邏輯性和敏捷性等。思維能力的強(qiáng)弱與人的閱歷（包括知識(shí)的深淺）、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的豐富程度有密切關(guān)系，閱歷越深，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)越豐富，思維能力越強(qiáng)。5.操作能力

操作是人通過(guò)運(yùn)動(dòng)器官執(zhí)行大腦的指令對(duì)機(jī)器進(jìn)行操縱控制的過(guò)程，操作能力水平的高低對(duì)安全監(jiān)察人員及工人搞好本職工作極為重要，它將直接影響人身和設(shè)備的安全。

第41頁(yè)/共131頁(yè)（二）性格

性格是人們?cè)趯?duì)待客觀事物的態(tài)度和社會(huì)行為方式中區(qū)別于他人所表現(xiàn)出來(lái)的那些比較穩(wěn)定的心理特征的總和。道德品質(zhì)和意志特點(diǎn)是構(gòu)成性格的基礎(chǔ)。性格主要表現(xiàn)形式：冷靜型；活潑型；急躁型；輕浮型；遲鈍型。在安全生產(chǎn)中，有不少人就是由于魯莽、高傲、懶惰、過(guò)分自信等不良性格促成了不安全行為而導(dǎo)致傷亡事故的。

安全心理學(xué)的任務(wù)，就是要深入挖掘和發(fā)展勞動(dòng)者的一絲不茍、踏實(shí)細(xì)致、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，提倡勞動(dòng)者養(yǎng)成原則性、紀(jì)律性、自覺(jué)性、謙虛、克己、自制等良好性格；克服和制止粗枝大葉、得過(guò)且過(guò)、懈怠、消極、狂妄、利己、自滿、任性、優(yōu)柔寡斷等這些易于肇事的不良性格。第42頁(yè)/共131頁(yè)（三）氣質(zhì)氣質(zhì)的表現(xiàn)特征有以下四種：精力旺盛、熱情直率、剛毅不屈的人也往往易于性情急躁、主觀任性；靈活機(jī)智、活潑好動(dòng)、善于交際、性格開(kāi)朗的人也往往易于情緒多變、生活散漫、輕舉妄動(dòng)；安靜、穩(wěn)定、情緒不外漏、沉著踏實(shí)、從容不迫、耐心謹(jǐn)慎的人也往往易于因循守舊、動(dòng)作緩慢、沉默寡言；孤僻寡言、心緒消沉、行動(dòng)遲緩、自卑退讓的人也往往會(huì)平易近人、容易相處、謙虛謹(jǐn)慎。在安全生產(chǎn)工作中合理地選擇不同氣質(zhì)的人擔(dān)任不同的工作，以便充分發(fā)揮其所長(zhǎng)，以利于完成任務(wù)，可減少事故的發(fā)生。在進(jìn)行安全教育時(shí)，必須從認(rèn)得氣質(zhì)出發(fā)，使用不同的教育手段；否則，不但達(dá)不到教育的目的，而且往往會(huì)產(chǎn)生副作用。

第43頁(yè)/共131頁(yè)（四）需要與動(dòng)機(jī)

動(dòng)機(jī)是由需要產(chǎn)生的，合理的需要能推動(dòng)人以一定的方式，在一定的方面去進(jìn)行積極的活動(dòng)，達(dá)到有益的效果。隨著社會(huì)的發(fā)展，人為了個(gè)體和社會(huì)的生存，對(duì)安全、教育、勞動(dòng)、交往的需要比對(duì)衣、食、住、行的需要更為強(qiáng)烈。其中對(duì)安全的需要（免除災(zāi)害、意外事故、疾病等安全需要）更為突出。安全是每個(gè)人的需要，也是家庭、社會(huì)、工廠和國(guó)家的需要，只有將安全意識(shí)提高到這個(gè)水平，安全管理人員才能各盡其責(zé)，操作人員才能自覺(jué)地遵守安全操作規(guī)程，才能杜絕重復(fù)事故的發(fā)生，達(dá)到滿足安全需要的目的。第44頁(yè)/共131頁(yè)（五）情緒與情感

情緒是由肌體生理需要是否得到滿足而產(chǎn)生的體驗(yàn)，屬于人和動(dòng)物共有的；而情感則是人的社會(huì)性需要是否得到滿足而產(chǎn)生的體驗(yàn)，屬于人類(lèi)特有。情緒帶有沖動(dòng)性和明顯的外部表現(xiàn)，而情感則很少有沖動(dòng)性，其外部表現(xiàn)也能加以控制。情緒帶有情境性，它由一定的情境引起，并隨情境的改變而消失，而情感則既有情境性，又有穩(wěn)定性和長(zhǎng)期性。第45頁(yè)/共131頁(yè)（五）情緒與情感在生產(chǎn)實(shí)踐中常會(huì)出現(xiàn)以下幾種不安全情緒：急躁情緒。急躁情緒的表現(xiàn)特征是干活利索但毛躁，求成心切但不謹(jǐn)慎，工作不仔細(xì)，有章不循，手與心不一致等。煩躁情緒。煩躁情緒的特征表現(xiàn)為沉悶、不愉快、精神不集中，嚴(yán)重時(shí)自身的生理器官往往不能很好地協(xié)調(diào)，更談不上與外界條件協(xié)調(diào)一致。以上不良情緒發(fā)展到一定程度能夠主宰人的身體及活動(dòng)情況，使人的意識(shí)范圍變得狹窄，判斷力降低，失去理智和自制力。帶著這種情緒操縱機(jī)器極易導(dǎo)致不安全行為的發(fā)生。第46頁(yè)/共131頁(yè)（六）意志意志就是人自覺(jué)地確定目標(biāo)，并調(diào)節(jié)自己的行動(dòng)克服困難，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的心理過(guò)程，它是意識(shí)的能動(dòng)作用表現(xiàn)。人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ髦?，尤其是在惡劣環(huán)境中工作，必須有意志活動(dòng)的參與，才能順利地完成任務(wù)，所謂有志者事竟成，就是這個(gè)道理。第47頁(yè)/共131頁(yè)第三節(jié)機(jī)械安全的特性及機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)一、了解機(jī)械安全的特性：二、掌握人機(jī)系統(tǒng)常見(jiàn)的事故及其原因；三、熟悉機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)。．第48頁(yè)/共131頁(yè)第三節(jié)機(jī)械的安全特性及故障診斷技術(shù)一、機(jī)械安全的定義及特性(了解)

（一）機(jī)械安全定義：

機(jī)械安全是指機(jī)器在按使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定的預(yù)定使用條件下，執(zhí)行其功能和在對(duì)其進(jìn)行運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維修、拆卸和處理時(shí)對(duì)操作者不發(fā)生損傷或危害其健康的能力。它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：（1）在機(jī)械產(chǎn)品預(yù)定使用期間執(zhí)行預(yù)定功能和在可預(yù)見(jiàn)的誤用時(shí)，不會(huì)給人身帶來(lái)傷害；（2）機(jī)械產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期內(nèi)，發(fā)生可預(yù)見(jiàn)的非正常情況下任何風(fēng)險(xiǎn)事故時(shí)機(jī)器是安全的。第49頁(yè)/共131頁(yè)（二）機(jī)械安全的特性：

（1）系統(tǒng)性現(xiàn)代機(jī)械的安全應(yīng)建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、環(huán)境學(xué)、勞動(dòng)衛(wèi)生、計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上，并綜合與系統(tǒng)地運(yùn)用這些科學(xué)技術(shù)。（2）防護(hù)性通過(guò)對(duì)機(jī)械危險(xiǎn)的智能化設(shè)計(jì)，應(yīng)使機(jī)器在整個(gè)壽命周期內(nèi)發(fā)揮預(yù)定功能，包括誤操作時(shí)，其機(jī)器和人身均是安全的，使人對(duì)勞動(dòng)環(huán)境、勞動(dòng)內(nèi)容和主動(dòng)地位的提高得到不斷改善。

（3）友善性機(jī)械安全設(shè)計(jì)涉及到人和人所控制的機(jī)器，它在人與機(jī)器之間建立起一套滿足人的生理特性、心理特性，充分發(fā)揮人的功能的、提高人機(jī)系統(tǒng)效率的安全系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中通過(guò)減少操作者的緊張和體力來(lái)提高安全性，并以此改善機(jī)器的操作性能和提高其可靠性。

（4）整體性現(xiàn)代機(jī)械的安全設(shè)計(jì)必須全面、系統(tǒng)地對(duì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的因素進(jìn)行定性、定量分析和評(píng)價(jià)，整體尋求降低風(fēng)險(xiǎn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。第50頁(yè)/共131頁(yè)

二、人機(jī)系統(tǒng)常見(jiàn)的事故及其原因(掌握)

（一）常見(jiàn)的事故

（1）卷入和擠壓這種傷害主要來(lái)自旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)零部件，即兩旋轉(zhuǎn)件之間，旋轉(zhuǎn)件與固定件之間將人體某一部分咬入或擠壓。這種傷害是造成機(jī)械事故的主要原因，其發(fā)生的頻率最高，約占機(jī)械傷害事故的47.7％。

（2）碰撞和撞擊這種傷害主要來(lái)自直線運(yùn)動(dòng)的零部件和飛來(lái)物或墜落物。例如，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)或滑枕等執(zhí)行件撞擊人體；人在行走時(shí)碰到靜止的物體；高速旋轉(zhuǎn)的工具、工件及碎片等擊準(zhǔn)人體；起重作業(yè)中起吊物的墜落傷人、高層建筑物的墜落傷人或人從高層建筑上墜落跌傷等。

（3）接觸傷害接觸傷害主要是指人體某一部分接觸到運(yùn)動(dòng)或靜止機(jī)械的尖角、棱角、銳邊、粗糙表面等發(fā)生的劃傷或割傷的機(jī)械傷害和接觸到過(guò)冷過(guò)熱及絕緣不良的導(dǎo)電體而發(fā)生凍傷、燙傷及觸電等傷害事故。第51頁(yè)/共131頁(yè)（二）事故原因

（1）機(jī)械設(shè)備先天性潛在危險(xiǎn)。屬于這一類(lèi)的潛在危險(xiǎn)涉及面很廣，從設(shè)計(jì)到制造諸如零件材料缺陷及材料選擇不當(dāng)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)、強(qiáng)度計(jì)算不準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、操縱控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、顯示裝置設(shè)置不當(dāng)、無(wú)安全防護(hù)裝置以及制造中的加工裝配不當(dāng)?shù)鹊取?/p>

（2）設(shè)備磨損或惡化。使用過(guò)程中由于磨損、老化降低了設(shè)備的可靠性而產(chǎn)生新的潛在危險(xiǎn)因素，如裂紋、腐蝕等缺陷，但由于未被發(fā)現(xiàn)而“帶病”運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）人的不安全行為。有的是由于安全意識(shí)差而做的有意的行為或錯(cuò)誤的行為，有的則是由于人的大腦對(duì)信息處理不當(dāng)而所做的無(wú)意行為，如誤操作或誤動(dòng)作。人的任何一種不安全行為都可能導(dǎo)致事故發(fā)生。絕大多數(shù)人機(jī)事故是可以采取故障診斷等預(yù)先識(shí)別技術(shù)加以防范的。

第52頁(yè)/共131頁(yè)三、機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)(熟悉)

（一）機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷模型故障診斷是研究機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化的信息，進(jìn)而識(shí)別、預(yù)測(cè)和監(jiān)視機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)方法。第53頁(yè)/共131頁(yè)

故障診斷的基本模型如上圖所示。圖中St（f）是載荷或應(yīng)力向量，M（f）是故障機(jī)理傳遞函數(shù)，E（f）是異常模式（模型）向量，X（f）是設(shè)備狀態(tài)向量，H（f）是E（f）和X（f）之間的傳遞函數(shù)。機(jī)器或設(shè)備在正常工作時(shí)[M（f）=1]。其狀態(tài)向量X（f）是由外因St（f）和內(nèi)因H（f）共同決定的，當(dāng)出現(xiàn)異?；蚬收蟍既M（f）不為1或St（f）超過(guò)正常值。前者稱(chēng)為結(jié)構(gòu)異常，后者稱(chēng)為偏離操作規(guī)范]之后，X（f）除與外因。St（f）和內(nèi)因H（f）有關(guān)外，還與載荷超差及故障機(jī)理傳遞函數(shù)M（f）有關(guān)。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中，設(shè)備的狀態(tài)向量是設(shè)備異常或故障信息的重要載體，是設(shè)備故障診斷的客觀依據(jù)，所以及時(shí)而正確地掌握狀態(tài)向量是進(jìn)行診斷的先決條件，為此就要用傳感器或其他檢測(cè)手段進(jìn)行狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)測(cè)。第54頁(yè)/共131頁(yè)（二）故障診斷的基本流程及實(shí)施步驟

故障診斷的基本工藝流程如下圖所示，它包括診斷文檔建立和診斷實(shí)施兩大部分。

圖4-6

故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法

第55頁(yè)/共131頁(yè)診斷實(shí)施過(guò)程的基本步驟：

（1）信號(hào)檢測(cè)：按不同診斷目的選擇最能表征設(shè)備狀態(tài)的信號(hào)，對(duì)該類(lèi)信號(hào)進(jìn)行全面地檢測(cè)，并將其匯集在一起，形成一個(gè)設(shè)備工作狀態(tài)信號(hào)子集，該子集稱(chēng)為初始模式向量。

（2）特征提取（或稱(chēng)信號(hào)處理）：將初始模式向量進(jìn)行維數(shù)變換、形式變換，去掉冗余信息，提取故障特征，形成待檢模式。

（3）狀態(tài)識(shí)別：將待檢模式與樣板模式（故障檔案）對(duì)比，進(jìn)行狀態(tài)分類(lèi)。

（4）診斷決策：根據(jù)判別結(jié)果采取相應(yīng)的對(duì)策。對(duì)策主要是指對(duì)設(shè)備及其工作進(jìn)行必要時(shí)預(yù)測(cè)和干預(yù)。第56頁(yè)/共131頁(yè)（三）故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)

故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)如圖所示廣義故障診斷中不可分割的兩個(gè)有機(jī)組成部分。嚴(yán)格地講，狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是兩個(gè)不同的概念范疇。狀態(tài)監(jiān)測(cè)一般由現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行。第57頁(yè)/共131頁(yè)

故障診斷則一般由專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行，他們只是在已經(jīng)確定設(shè)備已發(fā)生異常的基礎(chǔ)上對(duì)異常設(shè)備進(jìn)行處理，提取故障特征，識(shí)別設(shè)備狀態(tài)并提出診斷決策。雖然理論上兩者是有根本差異的，但實(shí)際中由于兩者的密切相關(guān)性，往往把狀態(tài)監(jiān)測(cè)也劃歸在故障診斷的研究范疇中，統(tǒng)稱(chēng)為設(shè)備的故障診斷與監(jiān)測(cè)或簡(jiǎn)稱(chēng)為故障診斷。由于狀態(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷的前提，因此有時(shí)也把狀態(tài)監(jiān)測(cè)稱(chēng)為故障診斷實(shí)施的第一階段，而把狹義故障診斷稱(chēng)為故障診斷實(shí)施的第二階段。第58頁(yè)/共131頁(yè)（四）振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

（1）振動(dòng)定義

物體圍繞其平衡位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為振動(dòng)。從頻率范圍振動(dòng)可分為低頻振動(dòng)（f<1kHz）高頻振動(dòng)（f>10kHz）。從振動(dòng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征可分為穩(wěn)態(tài)振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。

（2）振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)與分析振動(dòng)信號(hào)一般用位移、速度或加速度傳感器來(lái)測(cè)量。

傳感器應(yīng)盡量安裝在診斷對(duì)象的振動(dòng)敏感點(diǎn)或離核心部位最近的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于低頻振動(dòng)，一般要從三個(gè)互相垂直的方向上進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于高頻振動(dòng)，通常只從一個(gè)方向上進(jìn)行檢測(cè)。

（3）振動(dòng)診斷中的故障判別標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備種類(lèi)繁多，故障類(lèi)型、失效形式及振動(dòng)方式各異，因此很難提出統(tǒng)一的故障判別準(zhǔn)則及故障模式。為研究設(shè)備的老化狀態(tài)、危險(xiǎn)程度、重要程度等，必須按照設(shè)備各自的情況來(lái)確定標(biāo)準(zhǔn)。第59頁(yè)/共131頁(yè)（五）其他故障診斷技術(shù)

1.油液分析技術(shù)油液分析中，目前應(yīng)用較多的有光譜油液分析和鐵譜油液分析兩種。

(1）光譜分析

光譜油液分析方法是利用原子吸收光譜來(lái)分析潤(rùn)滑油中金屬的成分和含量，進(jìn)而判斷零件磨損程度的方法。物質(zhì)的原子有其特定的吸收光譜譜線，利用元素的特征吸收光譜譜線及其強(qiáng)度可以分析潤(rùn)滑油中特定金屬元素的含量。

(2）鐵譜分析

鐵譜分析是通過(guò)檢查潤(rùn)滑油或液壓系統(tǒng)的油液中所含磁性金屬磨屑的成分、形態(tài)、大小及濃度來(lái)判斷和預(yù)測(cè)機(jī)器系統(tǒng)中零件的磨損情況。第60頁(yè)/共131頁(yè)2.溫度檢測(cè)及紅外線監(jiān)測(cè)技術(shù)（1）溫度檢測(cè)

溫度是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的熱工參數(shù)之一。一方面許多生產(chǎn)過(guò)程中在工藝上要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，另一方面，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行是否正常往往在溫度上會(huì)有所反映，根據(jù)溫度變化特征可以了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此，生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到溫度測(cè)量的問(wèn)題。（2）紅外線監(jiān)測(cè)

物體表面發(fā)射的紅外線與其溫度有關(guān)。紅外線測(cè)溫的原理是利用紅外線探測(cè)器將紅外線輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)和光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成人們能識(shí)別的信號(hào)。常用的探測(cè)器有熱電探測(cè)器、熱敏探測(cè)器和光子探測(cè)器等，相關(guān)的儀器有紅外測(cè)溫儀、紅外成像儀和紅外攝影機(jī)等。第61頁(yè)/共131頁(yè)3.超聲探傷技術(shù)超聲波是比聲波振動(dòng)頻率更高的波，檢測(cè)中常用的是1~5MHz的超聲波。與聲波相比，超聲波具有方向性好、波長(zhǎng)短、在高密度固體中損失小及在不同密度介質(zhì)的界面上反射大等特點(diǎn)。因此，利用超聲波可以對(duì)所有固體材料進(jìn)行探傷和檢測(cè)。它常用來(lái)檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裂紋、搭接、夾雜物、焊接不良的焊縫、鍛造裂紋、腐蝕坑以及加工不適當(dāng)?shù)乃芰蠅簩拥?。還可以檢查管道中流體的流量、流速以及泄露等。第62頁(yè)/共131頁(yè)4.表面缺陷探傷技術(shù)

（1）磁粉探傷：磁粉探傷的原理是利用鐵磁性試件的導(dǎo)磁性實(shí)現(xiàn)的。鐵磁性物質(zhì)的導(dǎo)磁性要比空氣的導(dǎo)磁性強(qiáng)得多，因此表面缺陷處磁阻大，易產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸引磁粉，形成磁粉堆積。通過(guò)觀察磁粉聚集情況就可以確定被探測(cè)工件的表面缺陷或近表面缺陷。

（2）滲透探傷：透探傷的依據(jù)是物理化學(xué)中的液體對(duì)固體的潤(rùn)濕能力和毛細(xì)現(xiàn)象（滲透和上升）。首先將被探傷工件的表面涂上具有高度滲透能力的滲透液，滲透液由于潤(rùn)濕作用及毛細(xì)現(xiàn)象而進(jìn)入工件的表面缺陷中，然后將工件表面多余的滲透液清洗干凈，再涂一層親和力強(qiáng)的顯像劑，將滲入裂紋中的滲透液吸出來(lái)，在顯像劑上便顯現(xiàn)出缺陷的形狀和位置的鮮明圖案。

（3）渦流探傷：當(dāng)通電線圈接近被測(cè)表面時(shí)，導(dǎo)電的試件表面層將產(chǎn)生渦電流（簡(jiǎn)稱(chēng)渦流），渦流又會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該交變磁場(chǎng)又會(huì)在激勵(lì)線圈中感應(yīng)出電流。由于渦流與表面狀態(tài)有關(guān)，感應(yīng)電流的大小、方向及相位等就會(huì)反映出表面缺陷的信息。渦流探傷就是利用這種信息來(lái)檢測(cè)表面缺陷的。第63頁(yè)/共131頁(yè)

第四節(jié)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)與維修性設(shè)計(jì)一、了解機(jī)械失效三個(gè)階段和維修度、有效度、平均無(wú)故障工作時(shí)間：二、熟悉可靠性、故障率、可靠性預(yù)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第64頁(yè)/共131頁(yè)第四節(jié)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)與維修性設(shè)計(jì)一、可靠性定義及其度量指標(biāo)（一）可靠性定義（熟悉）所謂可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。

規(guī)定條件包括產(chǎn)品所處的環(huán)境條件（溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、沖擊、塵埃、雨淋、日曬等）、使用條件（載荷大小和性質(zhì)、操作著的技術(shù)水平等）、維修條件（維修方法、手段、設(shè)備和技術(shù)水平等）。在不同規(guī)定條件下，產(chǎn)品的可靠性是不同的。

規(guī)定時(shí)間是指產(chǎn)品的可靠性與使用時(shí)間的長(zhǎng)短有密切關(guān)系，產(chǎn)品隨著使用時(shí)間或儲(chǔ)存時(shí)間的推移，性能逐漸劣化，可靠性降低。所以，可靠性是時(shí)間的函數(shù)。這里所規(guī)定的時(shí)間是廣義的，可以是時(shí)間，也可以用距離或循環(huán)次數(shù)等表示。第65頁(yè)/共131頁(yè)（二）可靠性度量指標(biāo)

1.可靠度可靠度是可靠性的量化指標(biāo)，即系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率?？煽慷仁菚r(shí)間的函數(shù)，常用R（t）表示，稱(chēng)為可靠度函數(shù)。

產(chǎn)品出故障的概率是通過(guò)多次試驗(yàn)中該產(chǎn)品發(fā)生故障的頻率來(lái)估計(jì)的。例如，取N個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，若在規(guī)定時(shí)間t內(nèi)共有Nf（t）個(gè)產(chǎn)品出故障，則該產(chǎn)品可靠度的觀測(cè)值可用下式近似表示：

R（t）≈[N-Nf（t）]/N第66頁(yè)/共131頁(yè)

不可靠度：是系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成規(guī)定功能的概率，即發(fā)生故障的概率，所以也稱(chēng)累積故障概率。

不可靠度也是時(shí)間的函數(shù)，常用F（t）表示。同樣對(duì)N個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)到t瞬間的故障數(shù)為Nf（t），則當(dāng)N足夠大時(shí)，產(chǎn)品工作到t瞬間的不可靠度的觀測(cè)值（即累積故障概率）可近似表示為：

F（t）≈Nf（t）/N

可靠度數(shù)值應(yīng)根據(jù)具體產(chǎn)品的要求來(lái)確定，一般原則是根據(jù)故障發(fā)生后導(dǎo)致事故的后果和經(jīng)濟(jì)損失而定。第67頁(yè)/共131頁(yè)2.故障率（或失效率）（熟悉）

故障率是指工作到t時(shí)刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障率也是時(shí)間的函數(shù)，記為λ（t），稱(chēng)為故障率函數(shù)。故障率的觀測(cè)值等于N個(gè)產(chǎn)品在t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù)ΔNf（t）/Δt與在t時(shí)刻還能正常工作的產(chǎn)品數(shù)Ns（t）之比，即

λ（t）=ΔNf（t）/[Ns（t）?Δt]

故障率（失效率）的常用單位為（1／l06h）。

第68頁(yè)/共131頁(yè)

產(chǎn)品在其整個(gè)壽命期間內(nèi)各個(gè)時(shí)期的故障率是不同的，其故障率隨時(shí)間變化的曲線稱(chēng)為壽命的曲線，也稱(chēng)浴盆曲線，如下圖所示。由圖可見(jiàn)，產(chǎn)品的失效過(guò)程可分為以下三個(gè)階段（了解）：

1）早期故障期

2）偶發(fā)故障期

3）磨損故障期

1-早期故障期

2-偶發(fā)故障期

3-磨損故障期第69頁(yè)/共131頁(yè)

3.平均壽命（或平均無(wú)故障工作時(shí)間）（了解）

對(duì)非維修產(chǎn)品稱(chēng)平均壽命，其觀測(cè)值為產(chǎn)品發(fā)生失效前的平均工作時(shí)間，或所有試驗(yàn)產(chǎn)品都觀察到壽命終了時(shí)，它們壽命的算術(shù)平均值；對(duì)于維修產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，稱(chēng)平均無(wú)故障工作時(shí)間或平均故障間隔時(shí)間，其觀測(cè)值等于在使用壽命周期內(nèi)的某段觀察期間累積工作時(shí)間與發(fā)生故障次數(shù)之比。

3.維修度（了解）維修度是指維修產(chǎn)品發(fā)生故障后，在規(guī)定條件（備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術(shù)水平等）和規(guī)定時(shí)間內(nèi)能修復(fù)的概率，它是維修時(shí)間τ的函數(shù)，用M（τ）表示，稱(chēng)為維修度函數(shù)。

4.有效度（了解）狹義可靠度R（t）與維修度M（τ）的綜合稱(chēng)為有效度，也稱(chēng)廣義可靠度。其定義為：對(duì)維修產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下使用，在規(guī)定維修條件下修理，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率。

第70頁(yè)/共131頁(yè)二、系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)（熟悉）產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)是根據(jù)零組部件的可靠性數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，如可靠度、故障率或平均壽命等?？煽啃灶A(yù)計(jì)的目的是為可靠性設(shè)計(jì)選擇最佳設(shè)計(jì)方案提供可靠依據(jù)，且在產(chǎn)品定型投產(chǎn)之前就可以對(duì)新產(chǎn)品的可靠性做出估計(jì)，若達(dá)不到預(yù)定指標(biāo)，就可以針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而取得事半功倍的效果。第71頁(yè)/共131頁(yè)（一）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性表示系統(tǒng)中所有單元均正常時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作。串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性有如下特點(diǎn)：（1）串聯(lián)系統(tǒng)中單元數(shù)越多，則系統(tǒng)的可靠性越低；各單元本身的可靠性越低，則系統(tǒng)的可靠性越低。（2）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性Rs（t）總是小于系統(tǒng)中可靠度最低單元的可靠性Rimin，而且其壽命取決于該單元的壽命。第72頁(yè)/共131頁(yè)（二）并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)并聯(lián)系統(tǒng)可靠性表示系統(tǒng)中只要有一個(gè)單元能正常工作，系統(tǒng)就能正常工作。并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度好像鋼絲繩的可靠性，只有當(dāng)所有鋼絲繩均斷裂，鋼絲繩才能完全斷開(kāi)。當(dāng)然，當(dāng)斷絲數(shù)達(dá)到一定數(shù)量就得降級(jí)使用或報(bào)廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長(zhǎng)的那股鋼絲決定的，故并聯(lián)系統(tǒng)又稱(chēng)繩索模型。

第73頁(yè)/共131頁(yè)（三）串-并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)任何一個(gè)串-并聯(lián)系統(tǒng)總可以看成是由一些串聯(lián)式和并聯(lián)式子系統(tǒng)組合而成。在進(jìn)行串-并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)時(shí)，只要用上述方法分別求出各子系統(tǒng)的可靠度，就可以使系統(tǒng)可靠性框圖逐步簡(jiǎn)化，最后總可以簡(jiǎn)化成一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)，于是可求出整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。

第74頁(yè)/共131頁(yè)三、機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn)（熟悉）（一）確定零件合理的安全系數(shù)安全系數(shù)是指零件在理論上計(jì)算的承載能力與實(shí)際所能承擔(dān)的負(fù)荷之比值。確定安全系數(shù)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：（1）環(huán)境條件的作用如溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)等；（2）使用中發(fā)生超負(fù)荷或誤操作時(shí)的后果；（3）為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)是否合算等。安全系數(shù)的提高應(yīng)通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到，而不是簡(jiǎn)單地通過(guò)增加構(gòu)件尺寸、增加重量或增加費(fèi)用等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第75頁(yè)/共131頁(yè)（二）貯備設(shè)計(jì)（冗余設(shè)計(jì)）貯備設(shè)計(jì)是指將若干功能相同的零組部件作為備用機(jī)構(gòu)，當(dāng)其中某個(gè)零組部件出現(xiàn)故障時(shí)，備用機(jī)構(gòu)馬上啟動(dòng)工作，使機(jī)器仍能保持正常工作。例如，滾動(dòng)軸承中的雙排滾珠，當(dāng)其中一排損壞時(shí)，另一排仍可以維持正常工作。采用貯備設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，一般是有劇毒的化工設(shè)備、故障率較高的設(shè)備、流水生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備或一旦出現(xiàn)事故損失較大的設(shè)備。貯備設(shè)計(jì)的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或設(shè)計(jì)不當(dāng)將會(huì)因增加體積、重量和費(fèi)用而導(dǎo)致相反的效果。第76頁(yè)/共131頁(yè)（三）耐環(huán)境設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮環(huán)境條件的影響，應(yīng)進(jìn)行耐機(jī)械應(yīng)力（振動(dòng)、沖擊等）設(shè)計(jì)和抗氣候條件（高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風(fēng)化、腐蝕等）設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)預(yù)計(jì)產(chǎn)品實(shí)際使用的環(huán)境條件，并采取相應(yīng)的耐環(huán)境措施。為此，在設(shè)計(jì)、試制階段要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬或現(xiàn)場(chǎng)作預(yù)計(jì)環(huán)境條件下的可靠性試驗(yàn)，如耐久性試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、可靠性測(cè)定和可靠性驗(yàn)證等試驗(yàn)。

第77頁(yè)/共131頁(yè)（四）簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化是提高可靠性的關(guān)鍵，即產(chǎn)品在滿足功能要求的前提下，其結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，因?yàn)檫@時(shí)零件數(shù)少了，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)就少了。在簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

（l）應(yīng)避免單純追求高水平及復(fù)雜化而對(duì)選用標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)生厭倦情緒。

（2）要處理好極限設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮并保證產(chǎn)品在各種惡劣條件下工作的可靠性，可以通過(guò)保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)等安全裝置或安全措施來(lái)解決。

第78頁(yè)/共131頁(yè)（五）提高結(jié)合部的可靠性

機(jī)械產(chǎn)品都是由若干零組部件組成，故零組部間的結(jié)合部位很多。結(jié)合部位的配合性質(zhì)有相對(duì)靜止的，也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，還有要求密封的，所以相應(yīng)的有各種聯(lián)接方式，如有螺栓螺母聯(lián)接、焊接聯(lián)接、銷(xiāo)子或鍵聯(lián)接、齒輪齒條聯(lián)結(jié)、滑板與導(dǎo)軌聯(lián)接或主軸與軸承聯(lián)接以及法蘭、密封圈與轉(zhuǎn)軸或箱體聯(lián)接等。這些結(jié)合部位的故障率一般都比較高，所以極易誘發(fā)其它故障的發(fā)生。為此，在可靠性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意設(shè)法提高結(jié)合部位的可靠度，即保證結(jié)合部的聯(lián)接強(qiáng)度、剛度及配合精度和密封要求等。

第79頁(yè)/共131頁(yè)（六）結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要做到結(jié)構(gòu)合理，從根本上消除危險(xiǎn)與有害因素，使操作者徹底從危險(xiǎn)部位或危險(xiǎn)狀態(tài)下解脫出來(lái)，這是提高產(chǎn)品可靠性和安全性的根本出路。例如，鐵路上兩節(jié)車(chē)箱之間的聯(lián)接器，傳統(tǒng)的方法用的是連桿插銷(xiāo)聯(lián)接器，工人在脫開(kāi)或連接兩節(jié)車(chē)箱時(shí)，必須接近兩節(jié)車(chē)箱之間進(jìn)行撥出或插入銷(xiāo)子的操作，這時(shí)工人就處于可能被兩節(jié)車(chē)箱撞擊或擠傷的危險(xiǎn)部位中，隨時(shí)都可能被撞傷。而現(xiàn)在使用的車(chē)輛自動(dòng)聯(lián)接器，不需工人到兩節(jié)車(chē)箱之間直接操作，而是利用低速相碰觸自動(dòng)聯(lián)接。因?yàn)楦宋ｋU(xiǎn)因素，當(dāng)然也就不會(huì)發(fā)生被車(chē)箱撞傷的事故了。

第80頁(yè)/共131頁(yè)（七）設(shè)置齊全的安全裝置

作為可靠性較高的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，已具備也必須具備必要的安全裝置，以便用來(lái)防止超載、超行程、超溫、超壓、誤操作、誤接觸、外部環(huán)境突變（如停電、停氣等）而引起的事故以及限制事故的擴(kuò)大。一般都是通過(guò)在線監(jiān)測(cè)儀器及時(shí)捕捉異常信號(hào)的變化，當(dāng)超限時(shí)立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)或故障顯示或自動(dòng)停機(jī)等。這是設(shè)計(jì)、制造部門(mén)應(yīng)完成的任務(wù)，絕不應(yīng)把危險(xiǎn)與有害因素等事故隱患留給用戶。

第81頁(yè)/共131頁(yè)（八）人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面是人與機(jī)器交換信息的環(huán)節(jié)，如果人機(jī)界面設(shè)計(jì)不當(dāng)，人與機(jī)器相接觸造成能量逸出，將直接會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。所以在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)，即人機(jī)工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機(jī)協(xié)調(diào)關(guān)系。如人的正常生理能力和允許限度。要求所設(shè)計(jì)的顯示器，長(zhǎng)時(shí)間觀察或監(jiān)聽(tīng)而不易疲勞；操縱機(jī)構(gòu)在操作時(shí)操作力應(yīng)做到有“手感”而不沉重；控制器和顯示器應(yīng)盡量少而集中，配置合理，避免操作失誤；且設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置，做到即使誤操作某一控制器也不會(huì)引起事故。

第82頁(yè)/共131頁(yè)四、維修性設(shè)計(jì)（熟悉）（一）維修及維修性

所謂維修是指使產(chǎn)品保持在正常使用和運(yùn)行狀態(tài)，以及為排除故障或缺陷所采取的一切措施和活動(dòng)，包括設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷以及故障檢修、調(diào)整和最后的驗(yàn)收試驗(yàn)等直至恢復(fù)正常運(yùn)行等一系列工作。簡(jiǎn)言之，為保持或恢復(fù)產(chǎn)品規(guī)定功能采取的技術(shù)措施叫做維修。

維修性是指對(duì)故障產(chǎn)品修復(fù)的難易程度，即產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成維修任務(wù)的能力。

第83頁(yè)/共131頁(yè)（二）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的維修性設(shè)計(jì)維修性設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)從維修的觀點(diǎn)出發(fā)，保證當(dāng)產(chǎn)品一旦出故障，能易發(fā)現(xiàn)故障、易拆、易檢修、易安裝，即維修度要高。維修度是產(chǎn)品的固有性質(zhì)，它屬于產(chǎn)品固有可靠性的指標(biāo)之一。維修度的高低直接影響產(chǎn)品的維修工時(shí)、維修費(fèi)用，影響產(chǎn)品的利用率。

1.可達(dá)性所謂可達(dá)性是指檢修人員接近產(chǎn)品故障部位進(jìn)行檢查、修理操作、插入工具和更換零件等維修作業(yè)的難易程度?？蛇_(dá)性設(shè)計(jì)應(yīng)從以下三方面考慮：

第84頁(yè)/共131頁(yè)可達(dá)性考慮的內(nèi)容：

（1）安裝場(chǎng)所的可達(dá)性

檢修人員在從事檢修作業(yè)時(shí)，如拆裝故障零件時(shí)，需要有一個(gè)足夠的檢修活動(dòng)空間，使維修人員能夠在舒服的姿態(tài)下進(jìn)行維修作業(yè)，如“坐”、“蹲”、“跪”、“躺”等作業(yè)姿勢(shì)。

（2）設(shè)備外部的可達(dá)性

復(fù)雜產(chǎn)品往往是由幾個(gè)部件或單元組成，而這些部件或單元裝在一個(gè)箱體或殼體內(nèi)，為了裝入或取出這些部件或單元，或檢查及觀察它們的工作狀況需要在箱體或殼體壁上開(kāi)口，設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮開(kāi)口部分的結(jié)構(gòu)（有面板、蓋或門(mén)）及其固定方式，做到既可靠，又易打開(kāi)。

（3）設(shè)備內(nèi)部的可達(dá)性從易檢查易維修的角度出發(fā)，在設(shè)計(jì)內(nèi)部零件時(shí)，要考慮其結(jié)構(gòu)形狀，考慮各零組部件之間的合理布局和安裝空間等。

第85頁(yè)/共131頁(yè)2.零組部件的標(biāo)準(zhǔn)化與互換性產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求選用標(biāo)準(zhǔn)件，以提高互換性，這將會(huì)給產(chǎn)品的使用維修帶來(lái)很大方便。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化零件質(zhì)量有保證，品種和規(guī)格大大減少，于是就可以減少備件庫(kù)存和資金積壓，既能保證供應(yīng)，又簡(jiǎn)化管理。

3.

維修人員的安全

產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除考慮操作工人的安全外，還必須考慮維修人員的安全，而這后—項(xiàng)工作往往最容易被人們忽視。第86頁(yè)/共131頁(yè)（三）

可靠性設(shè)計(jì)與維修性設(shè)計(jì)的關(guān)系

可靠性設(shè)計(jì)和維修性設(shè)計(jì)是從不同的角度來(lái)保證產(chǎn)品的可靠性。前者著重從保證產(chǎn)品的工作性能出發(fā)，力求不出故障或少出故障，是解決本質(zhì)安全問(wèn)題，在方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就設(shè)法消除危險(xiǎn)與有害因素；后者則是從維修的角度考慮，一旦產(chǎn)品發(fā)生故障，其本身就能自動(dòng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并且顯示故障或發(fā)出警報(bào)信號(hào)，并能自動(dòng)排除故障或中止故障的擴(kuò)展。

第87頁(yè)/共131頁(yè)第五節(jié)人機(jī)系統(tǒng)一、了解人機(jī)信息與能量交換系統(tǒng)模型，人的可靠性分析；二、熟悉人機(jī)系統(tǒng)、人機(jī)功能分配、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算；三、掌握人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)原則。第88頁(yè)/共131頁(yè)第五節(jié)人機(jī)系統(tǒng)一、人機(jī)信息及能量交換系統(tǒng)模型（了解）人機(jī)系統(tǒng)的任何活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是信息及能量的傳遞和交換。人機(jī)之間在進(jìn)行信息及能量的傳遞和交換中，首先是人的感覺(jué)器官（眼、耳等）從顯示裝置上感受到機(jī)器及環(huán)境作用于人的信息，

經(jīng)大腦中樞神經(jīng)的綜合、分析、判斷做出決策，然后命令運(yùn)動(dòng)器官（手或腳）向機(jī)器的控制器發(fā)出控制信息，即操縱機(jī)器相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手柄或按鈕等）完成各種相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能（移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)），且將控制的效果反映在顯示器上，構(gòu)成一個(gè)信息及能量傳遞的閉環(huán)系統(tǒng)。到此，人機(jī)系統(tǒng)完成了一次功能循環(huán)，如圖所示。第89頁(yè)/共131頁(yè)

在這個(gè)循環(huán)過(guò)程中，人機(jī)系統(tǒng)完成了人所希望的功能，達(dá)到人的預(yù)期目的。人機(jī)系統(tǒng)模型第90頁(yè)/共131頁(yè)二、人機(jī)系統(tǒng)（熟悉）在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)器為完成一定功能，各自發(fā)揮自己的作用，又必須相互聯(lián)系，相互配合，二者之間有著相互依存、相互影響、又相互制約的關(guān)系，而且這些關(guān)系隨系統(tǒng)自動(dòng)化程度的變化而變化。為了取得人機(jī)系統(tǒng)的最佳效果，對(duì)人和機(jī)分別提出“人適應(yīng)于機(jī)”、“機(jī)適宜于人”的不同要求，即“人適機(jī)”與“機(jī)宜人”。

第91頁(yè)/共131頁(yè)

機(jī)宜人是指機(jī)器作為人從事生產(chǎn)和生活活動(dòng)的工具，要求設(shè)計(jì)、制造出來(lái)的機(jī)器應(yīng)盡量滿足使用者的體格、生理、心理等條件的要求，做到顯示的信息便于接受、判斷，控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式等均應(yīng)適合操作者的生理要求，工具、器具及用品等的使用得心應(yīng)手，人所處的作業(yè)空間安全舒適，達(dá)到有利于人的身心健康，有利于發(fā)揮勞動(dòng)者的效能和效率。人適機(jī)是指使人去適應(yīng)機(jī)器的要求。機(jī)器的結(jié)構(gòu)決定了其客觀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其操作環(huán)境也會(huì)因各種因素在時(shí)間和空間上受到某種限制，如經(jīng)濟(jì)上的可行性、技術(shù)上的可能性、機(jī)器本身性能要求的條件以及使用機(jī)器時(shí)的外界環(huán)境條件（如高溫、高壓作業(yè)）等。為了適應(yīng)機(jī)器的這些情況，就需要對(duì)人的因素予以限制，對(duì)人進(jìn)行教育、訓(xùn)練，并且盡量發(fā)揮人的因素有一定可塑性這一特點(diǎn)。第92頁(yè)/共131頁(yè)

在人機(jī)系統(tǒng)中，機(jī)宜人與人適機(jī)是相對(duì)的。機(jī)適宜于人是以人的因素為條件的，而人的因素是比較復(fù)雜的，而且是變化的，有的是隨時(shí)代的進(jìn)步而變化，有的是因時(shí)、因地、因性別、因年齡等不同而變化；人的因素有的可量化，有的則難以準(zhǔn)確量化。機(jī)器本身也在不斷發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，控制系統(tǒng)智能化，所以機(jī)適宜于人的程度也在不斷提高。而人適應(yīng)于機(jī)的程度是有限的，因?yàn)楸M管人的因素有一定的可塑性，但是畢竟有一定的限度。解決的辦法是通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，提高人的文化和技術(shù)素質(zhì)，或采取必要的輔助措施（如使用勞保用品等）去適應(yīng)機(jī)器的要求。第93頁(yè)/共131頁(yè)三、人機(jī)功能分配（熟悉）

在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)完成各自的功能，只有二者合理配合，協(xié)調(diào)一致，才能使人機(jī)系統(tǒng)達(dá)到最佳效果。為此，需要深入了解和研究人機(jī)各自的特征，進(jìn)行比較，楊長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮各自的特長(zhǎng)。

（一）人在人機(jī)系統(tǒng)中的主要功能（1）傳感功能（2）信息處理功能（3）操縱功能

第94頁(yè)/共131頁(yè)（二）人機(jī)特性的比較人體本身就是一部復(fù)雜的、特殊的機(jī)器。人與機(jī)器的特性包括許多內(nèi)容，但就從人機(jī)系統(tǒng)中信息及能量的接受、傳遞、轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)講，我們可以歸納為以下四個(gè)方面來(lái)比較，即信息感受、信息處理和決策、操作反應(yīng)、工作能力等。

人優(yōu)于機(jī)器的能力主要有：信號(hào)檢測(cè)、圖象識(shí)別、靈活性、隨機(jī)應(yīng)變、歸納、推理、判斷、創(chuàng)造性等；機(jī)器優(yōu)于人的能力主要有：反應(yīng)、操作速度快、精確性高、輸出功率大、且耐久力強(qiáng)、重復(fù)性好、短期記憶、能同時(shí)完成多種操作、演繹推理以及能在惡劣環(huán)境下工作等。

第95頁(yè)/共131頁(yè)（三）人機(jī)功能分配原則根據(jù)人機(jī)特性的比較，為了充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，人機(jī)功能合理分配的原則應(yīng)該是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、規(guī)律性的、單調(diào)的、高價(jià)運(yùn)算的、操作復(fù)雜的、環(huán)境條件差的工作，適合于機(jī)器來(lái)做；而研究、創(chuàng)造、決策、指令和程序的編排、檢查、維修、故障處理及應(yīng)付不測(cè)等工作，適合于人來(lái)承擔(dān)。第96頁(yè)/共131頁(yè)四、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算（熟悉）（一）系統(tǒng)中人的可靠度計(jì)算由于人機(jī)系統(tǒng)中人的可靠性的因素眾多且隨機(jī)變化，因此人的可靠性是不穩(wěn)定的。人的可靠度計(jì)算（定量計(jì)算）也是很困難的。

1.人的基本可靠度系統(tǒng)不因人體差錯(cuò)發(fā)生功能降低和故障時(shí)人的成功概率，稱(chēng)為人的基本可靠度，用r表示。第97頁(yè)/共131頁(yè)

人在進(jìn)行作業(yè)操作時(shí)的基本可靠度可用下式表示：

r＝a1.a2.a3

式中：

a1——輸入可靠度，考慮感知信號(hào)及其意義，時(shí)有失誤；

a2——判斷可靠度，考慮進(jìn)行判斷時(shí)失誤；

a3——輸出可靠度，考慮輸出信息時(shí)運(yùn)動(dòng)器官執(zhí)行失誤，如按錯(cuò)開(kāi)關(guān)。上式是外部環(huán)境在理想狀態(tài)下的可靠度值。a1、a2、a3各值如下表所示。第98頁(yè)/共131頁(yè)

人的作業(yè)方式可分為兩種情況，一種是在工作時(shí)間內(nèi)連續(xù)性作業(yè)，另一種是間歇性作業(yè)。下面分別說(shuō)明這兩種作業(yè)人的可靠度的確定方法。

作業(yè)類(lèi)別

內(nèi)

容

a1.a3

a2

簡(jiǎn)單一般復(fù)雜

變量在六個(gè)以下，已考慮人機(jī)工程學(xué)原則變量在10個(gè)以下變量在10個(gè)以上，考慮人機(jī)工程學(xué)不充分

0.9995～0.99990.9990～0.99950.990～0.9990.9990.9950.990第99頁(yè)/共131頁(yè)

（1）連續(xù)作業(yè)在作業(yè)時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行監(jiān)視和操縱的作業(yè)稱(chēng)為連續(xù)作業(yè)，例如控制人員連續(xù)觀察儀表并連續(xù)調(diào)節(jié)流量；汽車(chē)司機(jī)連續(xù)觀察線路并連續(xù)操縱方向盤(pán)等。連續(xù)操作的人的基本可靠度可以用時(shí)間函數(shù)表示如下：

r（t）=exp[-∫0+∞l（t）dt]式中：r（t）——連續(xù)性操作人的基本可靠度；

t——連續(xù)工作時(shí)間；

l（t）——t時(shí)間內(nèi)人的差錯(cuò)率。第100頁(yè)/共131頁(yè)

（2）間歇性作業(yè)在作業(yè)時(shí)間內(nèi)不連續(xù)地觀察和作業(yè)，稱(chēng)為間歇性操作，例如，汽車(chē)司機(jī)觀察汽車(chē)上的儀表。換檔、制動(dòng)等。對(duì)間歇性作業(yè)一般采用失敗動(dòng)作的次數(shù)來(lái)描述可靠度，其計(jì)算公式為；

r=1-p（n/N）式中：N——總動(dòng)作次數(shù)；

n——失敗動(dòng)作次數(shù)；

p——概率符號(hào)。第101頁(yè)/共131頁(yè)2.人的作業(yè)可靠度考慮了外部環(huán)境因素的人的可靠度RH為：

RH=1-b1.b2.b3.b4.b5（1-r）式中：b1——作業(yè)時(shí)間系數(shù)；

b2——作業(yè)操作頻率系數(shù)；

b3——作業(yè)危險(xiǎn)度系數(shù)；

b4——作業(yè)生理和心理?xiàng)l件系數(shù)；

b5——作業(yè)環(huán)境條件系數(shù)；（1-r）——作業(yè)的基本失效概率或基本不可靠度。

r可根據(jù)表4-3及式（4-10）求出。b1～b5可根據(jù)表4-4來(lái)確定。

第102頁(yè)/共131頁(yè)表4-4可靠度RH的系數(shù)（b1～b5）系數(shù)

作業(yè)時(shí)間系數(shù)b1

操作頻率系數(shù)b2

危險(xiǎn)度系數(shù)b3

生理心理?xiàng)l件系數(shù)b4

環(huán)境條件系數(shù)b5

1.01.0～3.03.0～10.0寬余時(shí)間充分寬余時(shí)間不充分無(wú)寬余時(shí)間

適當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行極少進(jìn)行

人身安全有人身危險(xiǎn)可造成重大惡性事故

良好不好非常不好

良好不好非常不好

第103頁(yè)/共131頁(yè)(二）人機(jī)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算人機(jī)系統(tǒng)組成的串聯(lián)系統(tǒng)可按下式表達(dá)：

RS＝RH.RM

（4-14）式中：RS——人機(jī)系統(tǒng)可靠度；RH——人的操作可靠度；

RM——機(jī)器設(shè)備可靠度。人機(jī)系統(tǒng)可靠度采用并聯(lián)方法來(lái)提高。常用的并聯(lián)方法有并行工作冗余法和后備冗余法。并行工作冗余法是同時(shí)使用兩個(gè)以上相同單元來(lái)完成同一系統(tǒng)任務(wù)，當(dāng)一個(gè)單元失效時(shí)，其余單元仍能完成工作的并聯(lián)系統(tǒng)。后備冗余法也是配備兩個(gè)以上相同單元來(lái)完成同一系統(tǒng)的并聯(lián)系統(tǒng)。它與并行工作冗余法不同之處在于后備冗余法有備用單元，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，才啟用備用單元。

第104頁(yè)/共131頁(yè)

1.二人監(jiān)控人機(jī)系統(tǒng)的可靠度

當(dāng)系統(tǒng)由二人監(jiān)控時(shí)，控制如圖4-8所示。一旦發(fā)生異常情況應(yīng)立即切斷電源。該系統(tǒng)有以下兩種控制情形。

（a）a——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（b）b——系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖4-8二人監(jiān)視系統(tǒng)第105頁(yè)/共131頁(yè)

（l）異常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人并聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)增大了，這時(shí)操作者切斷電源的可靠度為RHb（正確操作的概率）：

RHb=1-（1-R1）（1-R2）

（4-15）

（2）正常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人串聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc（不產(chǎn)生誤動(dòng)作的概率）：

RHc=R1.R2

（4-16）第106頁(yè)/共131頁(yè)

從監(jiān)視的角度考慮，首要問(wèn)題是避免異常狀況時(shí)的危險(xiǎn)，即保證異常狀況時(shí)切斷電源的可靠度，而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的，因此這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。所以兩人監(jiān)控的人機(jī)系統(tǒng)的可靠度度Rsr為：

異常情況時(shí)，Rsr′=RHb.RM=[1-（1-R1）（1-R2）]RM

（4-20）

正常情況時(shí)，Rsr″=RHc.RM=R1.R2.RM

（4-21）第107頁(yè)/共131頁(yè)

2.多人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度上述二人監(jiān)控作業(yè)是單純的并聯(lián)系統(tǒng)，所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了，而由多數(shù)人表決的人機(jī)系統(tǒng)就可以避免這種情況。若由幾個(gè)人構(gòu)成控制系統(tǒng)，當(dāng)其中r個(gè)人的控制工作同時(shí)失誤時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)失敗，我們稱(chēng)這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)每個(gè)人的可靠度均為R，則系統(tǒng)全體人員的操作可靠度RHn為：

r-1RHn=∑Cin（1-R）iR（n-1）（4-19）

i=0第108頁(yè)/共131頁(yè)

多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度的計(jì)算公式為：

r-1

Rsd=[∑Cin（1-R）iR（n-i）].RM

（4-20）

i=03.控制器監(jiān)控的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度設(shè)監(jiān)控器的可靠度為RMk，則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度Rsk為：

RMk=[1-（1-RMk.RH）（1-RH）].RM

（4-24）

4.自動(dòng)控制冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠度為RMz，則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度Rsz為：

Rsz=[1-（1-RMz.RH）（1-RMz）].RM

（4-25）第109頁(yè)/共131頁(yè)五、人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)基本原則（掌握）

（1）系統(tǒng)的整體可靠性原則從人機(jī)系統(tǒng)的整體可靠性出發(fā)，合理確定人與機(jī)械的功能分配，從而設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)可靠的人機(jī)系統(tǒng)。一般情況下，機(jī)械的可靠性高于人的可靠性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，就可將人從機(jī)器的危險(xiǎn)點(diǎn)和危險(xiǎn)環(huán)境中解脫出來(lái)，從根本上提高了人機(jī)系統(tǒng)可靠性。

（2）高可靠性組成單元要素原則系統(tǒng)要采用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的、高可靠性單元要素來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）具有安全余度的設(shè)計(jì)原則由于負(fù)荷條件和環(huán)境因素隨時(shí)間而變化，所以可靠度也是隨時(shí)間變化的函數(shù)，并且隨時(shí)間的增加，可靠度在降低。因此。設(shè)計(jì)的可靠度和有關(guān)參數(shù)應(yīng)具有一定的安全余量。

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（4）高可靠性方式原則