安全人机工程学第四章人机功能匹配.ppt

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1,第四章人机功能匹配,2,第一节人机功能匹配第二节人机系统的安全可靠性,3,第一节人机功能匹配,人的功能机的功能与人机特性比较人机功能匹配,4,一、人的主要功能l、人的第一种功能传感器通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统的作业情况和机器的状态2、人的第二种功能信息处理器将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定3、人的第三种功能操纵器根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等,图45人在操作活动中的基本功能示意图,6,7,表41人与机的优缺点比较,8,表41人与机的优缺点比较（续）,9,表41人与机的优缺点比较（续）,10,三、人机功能匹配,含义：

对人和机的特性进行权衡分析，将系统不同功能恰当地分配给人或机，称为人机功能分配。

11,人机匹配的内容,人机相互配合显示器与人的信息感觉通道特性的匹配控制器与人体运动反应特性的匹配显示器与控制器之间的匹配环境条件和人的生理、心理及生物力学特性的匹配其他,12,人机功能分配的一般原则笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，分配给机器承担指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担,13,3、人机功能匹配对人机系统的影响过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使机的设计与人的功能不适应而造成的失误很多，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因（见图4-5）进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点出发，分析人机结合面失调导致工伤事故，进而采取改进对策。

14,图45设备设计中人的因素工程,15,人机功能匹配不合理的表现：

可以由人很好执行的功能分配给机器让人承担的负荷或速度超过其能力极限（让司机记下汽车行驶的公里数）人机结合面设计不佳（伤手机器）,16,人机匹配应注意问题信息由机器传给人，选择适宜的信息通道，避免造成失误信息由人传给机器，考虑人的能力和活动范围。

充分利用人和机器的各自优势使机器适合大部分人的使用一定要考虑到机器发生故障的可能性，及简单排除方法。

要考虑小概率事件的处理,17,第二节人机系统的安全可靠性,可靠性人的可靠性机的可靠性人机系统的可靠度计算提高人机系统安全可靠性的途径,18,可靠性的定义及其度量l、可靠性的定义可靠性是指研究对象在规定条件下、规定时间内、完成规定功能的能力。

2、可靠性度量指标可靠性度量指标是指对系统或产品的可靠程度作出定量表示。

常用的基本度量指标有可靠度R（t）、不可靠度F（t）（或累积故障概率）、故障率（或失效率）（t）、平均无故障工作时间（或平均寿命）、维修度、有效度等。

19,可靠性特征量之间的关系:

可靠度与不可靠度的关系：

F（t）+R（t）=1可靠度和不可靠度与故障概率函数的关系：

f（t）dF（t）/dtdR（t）/dt可靠度与故障率的关系：

20,人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素管理因素环境因素个人素质社会因素操作因素,21,

（1）生理因素。

如体力、耐久力、疾病、饥渴、对环境因素承受能力的限度等。

（2）心理因素。

因感觉灵敏度变化引起反应速度变化，因某种刺激导致心理特性波动，如情绪低落，发呆或惊慌失措等觉醒水平变化。

（3）管理因素。

如不正确的指令，不恰当的指导，人际关系不融洽，工作岗位不称心等。

22,（4）环境因素。

对新环境和作业不适应，由于温度、气压、供氧、照明等环境条件的变化不符合要求，以及振动和噪声的影响，引起操作者生理、心理上的不舒适。

（5）个人素质。

训练程度、经验多少、操作熟练程度、技术水平高低、责任心强弱等。

23,（6）社会因素。

家庭不和、人际关系不协调。

（7）操作因素。

操作的连续性、操作的反复性、操作时问的长短、操作速度、频率及灵活性等。

24,人为差错,环境的,技术的,机械的,管理的,人的,25,人的,正常状态,错觉差错,不稳定状态,正常人的偶发过失,生理因素,人际关系不良,心理因素,紧张、疲劳、体弱、疾病、残疾,心理紧张、注意力降低、心理疲劳、情绪失常、心理幻觉等,视错觉、听错觉、触错觉、本体错觉、嗅错觉,26,环境的,不良环境,紧急事态,非正规作业,异常心理状态,空间、照明、温度、湿度、噪声、粉尘、毒物,发呆、恐惧、惊慌失措等,27,技术的,判断差错,操作差错,信息加工差错（分析、记忆、比较、判断、决策）,人员选择不当,技术培训不力,人机工程设计错误,经验不足,经验不足,人机工程设计错误,技术培训不力,人员选择不当,28,机械的,功能、结构、形式设计不良,人机工程设计错误,控制装置差错（灵敏度不够、调节困难、操作不便等）,信息显示装置差错（信号太弱、太乱、显示不正确、显示不全等）,29,管理的,监督检查要求不当,计划不周，劳动组织不严密，法规制度不健全,信息传递错误、决策错误,30,2、人因失误/事故的危害性和严重性人作为人机系统中的要素之一，经统计分析，在人机系统失效中人因失误约占80。

表43是美国各类系统人因失误造成系统失效的统计数据。

31,表43人因失误造成系统失效的统计,32,人为失误分析：

没有执行分配给他的功能执行了没有分配给他的功能错误地执行了分配给他的功能按错误的程序或错误的时间执行分配给他的任务,33,人误的种类:

设计失误制造失误组装失误检验失误设备的维修保养不正确操作失误管理失误,34,人为差错的分类,设计差错,制造差错,检验差错,安装差错,维修差错,操作差错,由于设计人员设计不当造成的,指产品没有按照设计图样进行加工和装配,检验手段不正确，放宽了标准，没有完成检验项目，未发现产品的缺陷等,指未按照设计图样和说明书进行安装调试,对设备未能进行定期维修或设备出现异常时，没能及时维修和更换零件,操作人员错误地操纵机器和设备,35,人误的原因:

机器设计时，对人机结合面设计没有很好地进行安全人机工程研究，致使机器系统本身潜在着操作失误的可能由于操作者本身的因素，使之不能与机器系统协调而导致失误安全管理方面的缺陷,36,人的可靠性分析方法最主要的有：

人的差错概率预测方法（THERP）人的认知可靠性模型（HCR）操作员动作树分析法（OAT）通用失误模型系统（GEMS）,37,

（1）人的差错概率预测技术（THERP）主要用于评估与某些因素有关的人为差错引起系统变坏的结果。

如人的动作、操作程序和设备的可靠性。

基本量度方法一个差错或一组差错所引起的系统故障的概率和一种操作引起的高级差错的概率。

38,基本步骤调查被分析的系统和操作程序；研究人员可能导致差错的事件；把整个操作程序分解成各个操作步骤和单个动作；建造人的可靠性分析事件树；根据经验或实验得出每个动作的可靠度；求出各个动作和各个操作步骤的可靠度，如果每个动作中事件相容，则按概率计算；求出这个操作程序的不可靠度，即人的差错概率。

39,

（2）人的认知可靠性模型（HCR）人的认知过程是人脑反映客观事物的特性与联系，并揭示事物对人的意义与作用的复杂的心理活动。

人的认知可靠性模型在分析人的可靠性时，以认知心理学为基础，着重研究人在应激情景下的动态认知过程，包括探查、诊断、决策等意向行为，探究人的失误机理并建立模型。

人的认知可靠性模型是由Hannaman等人提出的，主要用于时间紧迫的应急条件下操作者不反应概率的定量评价。

HCR模型是在Rasmussen提出的行为的三种类型的假定基础上形成的，即技能型、规则型和知识型。

（见表44）,40,表4-4人的行为类型分类,41,对应于上述三种类型，根据核电厂模拟机实验的结果可以得到相应的三条时间人员不反应概率曲线，如图48所示。

图4-8HCR模型曲线,42,机械的可靠性,产品寿命曲线1-早期故障率2-偶发故障率3-磨损故障率,43,指数分布是可靠性技术中最常用的分布之一,它描述故障率为常数的故障分布规律,即描述产品寿命曲线中的偶发故障期。

而多数机械产品、电子元器件及连续运行的复杂系统都是在偶发故障期正常工作的，所以用指数分布函数描述机械、电子产品在正常工作期的故障或失效规律是比较符合工程实际情况的。

因此，指数分布在机械、电子产品的可靠性研究及计算中得到广泛应用。

44,正态分布研究在测量中许多偶然因素所引起的误差而得到的一种分布。

机械中常遇到的零件尺寸、材料强度、金属磨损、作用载荷等许多微小且相互独立的偶然因素引起的随机变量都服从正态分布，所以，在可靠性技术中常用正态分布来描述机械产品由于磨损或退化而发生故障或失效的规律。

45,威布尔分布威布尔分布是可靠性技术中一种比较复杂的分布，含有3个参数，适应性强，对产品寿命曲线中的三个失效期都可以适应。

其中参数m1不同取值的故障率曲线分别相当于产品寿命曲线中的早期故障率、偶发故障率和磨损故障率。

46,四、人机系统的可靠度计算,人机系统的可靠度是由人的可靠度和机的可靠度组成的。

机的可靠度可以通过大量统计学数据得到。

人的可靠度的确定包括人的信息接受的可靠度、信息判断的可靠度和信息处理的可靠度,47,构成系统的各单元之间通常可归结为串联配置方式和并联配置方式两类：

1）串联配置方式系统能量的输入按顺序依次通过功能上独立的单元Ai=l，2，3，n，然后才输出。

如果系统中的任一个单元发生故障，就会导致整个系统发生故障。

48,如果每个单元的可靠度为R1，R2，R3，Rn，则系统的可靠度Rs（t）=R1R2R3Rn重要的和可靠性要求高的系统，应力求避免采用串联配置方式。

49,2）并联配置方式并联配置方式的系统可靠性为Rs（t）1（1R1）（1R2）（1Rn）,50,从人机系统考虑，若将环境作为干扰因素，而且此处假设环境是符合指标要求的，设其可靠度为1，则人机系统的可靠度为：

人机系统的可靠度据不同的系统模型来求出，通常情况下可看成串联系统。

51,l、简单人机系统的可靠度计算（20150513到此）简单人机系统的可靠度Rs=RMRHRM可通过上面所述的可靠度函数求出，亦可通过大量统计数据得出。

RHlbcdef（lr）r=rlr2r3信息输入、信息处理、信息输出三个阶段的基本可靠度rl、r2和r3，作业时间b、操作频率c、危险程度d、生理心里因素e和环境条件f（取值见表46、47）,52,表46基本可靠度rl、r2、r3的取值,53,表4-7影响因素修正系数,54,2、二人监控人机系统的可靠度两人监控的人机系统的可靠度Rsr为：

正常状况，Rsr=RHbRM=R1R2RM异常状况，RsrRHbRM=1-（1R1）（1R2）RM,正常状况时，只要有一个人切断电源，就是误操作，两个人就增加了误操作的概率，可靠度比一人控制的系统减少了，相当于两人并联，即产生误操作的概率增大了，操作者不切断电源的可靠度为（不产生误动作的概率）：

RHb=R1.R2异常状况时，只要有一个人切断电源，就是正确操作，两个人就增加了正确操作的概率，可靠度比一人控制的系统增大了，相当于两人串联，这时操作者切断电源的可靠度为RHb（正确操作的概率）：

RHb=1-（1-R1）（1-R2）,55,3、多人表决的冗余人机系统可靠度上述二人监控作业是单纯的并联系统，所以正常操作和误操作两种概率都增加了，而由多数人表决的人机系统就可以避免这种情况。

若由几人构成控制系统，当其中个人的控制工作同时失误时，系统才会失败，我们称这样的系统为多数人表决的冗余人机系统。

设每个人的可靠度均为R，则系统全体人员的操作可靠度RHn为：

56,例如，由三人监视作业时，有两人以上同意才能切断电源，n3，r2，则其可靠度为:

若每人正确操作的概率为R0.90，误操作的概率为F0.15，则在三人监视二人表决的系统中，正确操作的概率RH3及误操作的概率FH3分别为：

RH33R2-2R3=0.972R=0.9FH33F2-2F3=0.06075F=0.15,57,4、控制器监控的冗余人机系统可靠度设监控器的可靠度为Rmk，则人机系统的可靠度Rsk为：

Rsk=1-（1-RmkRH）（1-RH）Rm5、自动控制冗余人机系统可靠度设自动控制系统的可靠度为Rmz，则人机系统的可靠度Rsz为：

Rsz=1-（1-RmzRH）（1-Rmz）Rm,58,五、提高人机系统安全可靠性的途径,1、合理进行人机功能分配，建立高效可靠的人机系统2、减少人的失误3、对机械产品进行可靠性设计4、加强机械设备的维护保养5、改善作业环境,59,1、合理进行人机功能分配，建立高效可靠的人机系统

（1）对于部件等系统宜选用并联组装；

（2）形成冗余的人机系统：

系统在运行中应让其有充足的多余时间，不能使系统无暇顾及运行中的错误情形。

杜绝其失误运行；（3）系统运行时其运行频率应适度；（4）系统运行时应设置纠错装置，当操作者出现误操作时，也不能酿成系统事故。

例如，电脑中的纠错系统等；（5）经过上岗前严格培训与考核，允许具有进入“稳定工作期”可靠度的人上岗操作。

60,2、减少人的失误主要有以下几种措施

（1）使操纵意识始终处于最佳意识状态。

（2）建立合理的安全规章制度、规范，并严格执行，以约束不按操作规程操作的人员的行为。

（3）安全教育和安全训练。

（4）按照人的生理特点安排工作。

（5）减少单调作业，克服单调作业导致人的失误。

61,3、对机械产品进行可靠性设计（l）确定零部件合理的安全系数

（2）进行合理的冗余设计（3）耐环境设计（4）简单化和标准化设计（5）结构安全设计（6）安全装置设计（7）结合部的可靠性及其结合面的设计（8）维修性设计,62,4、加强机械设备的维护保养

（1）机械设备的维护保养要做到制度化、规范化，不能头痛医头，脚痛医脚。

（2）维护保养要分级分类进行。

操作者、班组、车间、厂部应分级分工负责，各尽其职。

（3）机械设备在达到原设计规定使用期时，即接近或达到固有寿命期，应予以更换，不得让设备超期带病“服役”。

63,5、改善作业环境

（1）安全设施与环境保护措施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。

从本质上做到安全可靠，环境优良。

改善作业环境应像重视安全生产一样列入议事日程。

（2）环境的好坏，不仅影响人们的身心健康，而且还影响产品质量，腐蚀损坏设备，还会诱发事故。

因此对作业环境有害物应定期检测，及时治理，特别是随着高科技的发展，带来许多新的危害因素，这些危害更要及时治理。

64,小结,人的功能？

机的功能？

理解人机特性的比较？

人机匹配的内容？

可靠性定义理解？

人机可靠度计算？

如何提高人机系统安全可靠性？

65,ThankYou!