人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算修訂版

1、 J :e-jilllll 尹 人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算 集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)化小組：VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN 人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算 【大綱考試內(nèi)容要求】： 1、熟悉人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算； 2、掌握人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)原則。 【教材內(nèi)容】： 四、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算 ()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，稱為人的基本可靠度，用r衣示。人在進(jìn)行作業(yè)操作時(shí)的 基本可靠度可用下式衣示： r = ala2a3 (410)

2、式中al輸入可靠度，考慮感知信號(hào)及其意義，時(shí)有失誤； a2一一判斷可靠度，考慮進(jìn)行判斷時(shí)失謀： a3一輸出可靠度，考慮輸出信息時(shí)運(yùn)動(dòng)器官執(zhí)行失謀，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。al, a2, a3,各值如農(nóng)4一3所示。 衣4 一 3可靠度計(jì)算 作業(yè)類別 內(nèi)容 簡(jiǎn)單 變量在矗個(gè)以下，己考慮人機(jī)工程學(xué)原則 0 99950 9999 0. 999 一股 變星在10個(gè)以下 0 99900 9995 0 995 復(fù)雜 變疑在10個(gè)以上，考慮人機(jī)工程學(xué)不充分 0 990-0 999 0 990 人的作業(yè)方式可分為兩種情況，種是在工作時(shí)間內(nèi)連續(xù)性作業(yè)，另種是間歇性作業(yè)。下而分別說(shuō)明這兩

3、種作業(yè) 人的可靠度的確宦方法。 (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)稱為連續(xù)作業(yè)，例如控制人員連續(xù)觀察儀農(nóng)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)衣示如下： r(t)=exp / 0+l(t)dt (411) 式中r(t)連續(xù)性操作人的基本可靠度; t一一連續(xù)工作時(shí)間： l(t)t時(shí)間內(nèi)人的差錯(cuò)率。 (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)，稱為間就性作業(yè)，例如，汽車(chē)司機(jī)觀察汽車(chē)上的儀衣，換 擋、制動(dòng)等。對(duì)間歇性作業(yè)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 = l p(n /N) (412) 式中N總

4、動(dòng)作次數(shù)； n一一失敗動(dòng)作次數(shù)； P一一概率符號(hào)。 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=1bl b2 b3 b4 bs(lr) (4 - 13) 式中bl作業(yè)時(shí)間系數(shù)； b2一一作業(yè)操作頻率系數(shù)： b3一一作業(yè)危險(xiǎn)度系數(shù)： b4一一作業(yè)生理和心理?xiàng)l件系數(shù)： b5一一作業(yè)環(huán)境條件系數(shù)： (1-r)一一作業(yè)的基本失效概率或基本不可靠度。 r可根據(jù)衣44及式(410)求出。blb5；可根據(jù)農(nóng)44來(lái)確定。 衣4-4可靠度RH的系數(shù)(blb5) 系數(shù) 作業(yè)時(shí)間系數(shù)bl 操作頻率系數(shù)b2 危險(xiǎn)度系數(shù)b? 生理心理?xiàng)l件 系數(shù)b4 環(huán)境條件系數(shù) 1 . 0 寬余時(shí)間充分 適當(dāng)

5、人身安全 良好 良好 1030 寬余時(shí)間不充分 繼續(xù)進(jìn)行 有人身危險(xiǎn) 不好T 不好 3. CMCI. 0 無(wú)寬余時(shí)間 極少逬行 可造戚重大惡性爭(zhēng)敬 非常不好 非常不好 (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)可按下式衣達(dá): Rs=RH RM (414) 式中Rs一人機(jī)系統(tǒng)可靠度： RH一一人的操作可靠度： RM一機(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)捉高。常用的并聯(lián)方法有并行工作冗余法和后備兀余法。并行工作冗余法是同時(shí)使 用兩個(gè)以上和同單元來(lái)完成同系統(tǒng)任務(wù)，當(dāng)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)完成同系統(tǒng)的并聯(lián)系統(tǒng)。它與并行工作

6、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。 1. 兩人監(jiān)控人機(jī)系統(tǒng)的可靠度 當(dāng)系統(tǒng)由兩人監(jiān)控時(shí)，控制如圖4一8所示。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。 (3) (1) 異常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人并聯(lián)，可靠度比人控制的系統(tǒng)增人了，這時(shí)操作者切斷電源的可靠度為RHb(正確操 作的概率)： RHb = l-(l-Rl) (1-R2) (415) (2) 正常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人串聯(lián)，可靠度比人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的槪率增人了，操作者不切斷 電源的可靠度為RHc (不產(chǎn)生謀動(dòng)作的概率)： RHc = Rl R2 (416) 從監(jiān)視的角度考慮，

7、首耍問(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 不謀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 (417) 正常情況時(shí)， Rsr =RHc RM=R1 R2 RM (4 2多人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可鉅度 上述兩人監(jiān)控作業(yè)昱單純的并聯(lián)系統(tǒng).所以正常操作和誤操作兩種槻率都?jí)埣恿素擅麛?shù)人表決的人機(jī)系 統(tǒng)就可以避免這種時(shí)呪。若由幾個(gè)人構(gòu)成控制茶統(tǒng)，當(dāng)苴中工個(gè)人的控制工作同時(shí)失俱時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)失敗.我們 稱這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)

8、每個(gè)人的可靠度均為R,則茶統(tǒng)全體人崗的操作可館度Rm為： RH3u= Z；C；(1 尺)寂7(419) 式中Ct-n個(gè)人中有i個(gè)人同意時(shí)爭(zhēng)件數(shù) C；二nW i! -(n-i)!,且規(guī)定C；二h 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 i R.i=工 7 (1盼少勺 Rm(4-20) 2-0 九控制器監(jiān)控的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度 設(shè)監(jiān)控器的可靠度為及in,則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度兄助； 瓦尸1-(1-Rmi Rh)(1-Rh)1 Rm(4-21) 4自動(dòng)控制冗余人機(jī)系筑可靠度 設(shè)目動(dòng)控制殺統(tǒng)的可靠度為艮血，則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度瓦跡: 18) 瓦尸ldR血 RH)(1RmJ - Rm(4-22)

9、 LS人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)基木原則 五、人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)訃基木原則 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)器的功能分配，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)器的可繾性商于人的可崟性，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)境中解脫岀來(lái).從根本上提高了人機(jī)系統(tǒng)可靠性。 2. 高可靠性組成取元要素原則 系統(tǒng)要采用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的、島可靠性單元要素來(lái)進(jìn)行設(shè)汁。 3. 具有安全系數(shù)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，所以可靠性也是隨時(shí)間變化的函數(shù)，并且隨時(shí)間的増加.可靠性 在降低閃此.設(shè)訃的可靠性和有關(guān)參數(shù)應(yīng)具有一定的安全系數(shù)。 4. 高

10、可靠性方式原則 為提商可釜性宜采用冗余設(shè)計(jì)、故障安全裝宜、自動(dòng)保險(xiǎn)裝迓等髙可靠度結(jié)構(gòu)組合方式。 (1) 系統(tǒng)“自動(dòng)保險(xiǎn)”裝宜。自動(dòng)保險(xiǎn)，就是即使是外行不懂業(yè)務(wù)的人或不熟練的人 進(jìn)行操作.也能保證安全，不受傷害或不出故障。 這是機(jī)器設(shè)備設(shè)計(jì)和裝宜設(shè)汁的根木性捋導(dǎo)思想.是木質(zhì)安全化追求的目標(biāo)。婆通過(guò)不斷完善結(jié)構(gòu)，盡可 能地接近這個(gè)目標(biāo)。 (2) 系統(tǒng)“故障安全”結(jié)構(gòu)。故障安全.就是U卩使個(gè)別零部件發(fā)生故障或失效，系統(tǒng)性能不變?nèi)阅芸煽?工作。 系統(tǒng)安全常常是以正常的準(zhǔn)確的完成規(guī)定功能為前提。可是，由于組成零件產(chǎn)生故障而引起誤動(dòng)作，常常 導(dǎo)致重大事故發(fā)生。為達(dá)到功能準(zhǔn)確性，采用保險(xiǎn)結(jié)構(gòu)方法可保證系統(tǒng)的

11、可靠性。 從系統(tǒng)控制的功能方面來(lái)看.故障安全結(jié)構(gòu)有以下幾種： 消極被動(dòng)式。組成訊元發(fā)生故障時(shí)機(jī)器變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài) 積極主動(dòng)式。組成訊元發(fā)生故障時(shí)機(jī)器一面報(bào)警，一面還能短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。 運(yùn)行操作式。即使組成爪元發(fā)生故障，機(jī)器也能運(yùn)行到下次的定期檢査。 通常在產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中.大多為消極被動(dòng)式結(jié)構(gòu)。 5. 標(biāo)準(zhǔn)化原則 為減少故障環(huán)節(jié)，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和方式。 6. 髙維修度原則 為便于檢修故障，且在發(fā)生故障時(shí)易于快速修復(fù).同時(shí)為考慮經(jīng)濟(jì)性和備用方便，應(yīng)采用零件標(biāo)準(zhǔn)化、部 件通用化.設(shè)備系列化的產(chǎn)品。 7. 爭(zhēng)先進(jìn)行試驗(yàn)和進(jìn)行評(píng)價(jià)的原則 對(duì)于缺乏實(shí)踐考驗(yàn)和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)的材料和方法，必須事先進(jìn)行試驗(yàn)

12、和科學(xué)評(píng)價(jià)，然后再根據(jù)其可靠性和安全 性而選用。 8. 預(yù)測(cè)和預(yù)防的原則 要爭(zhēng)先對(duì)系統(tǒng)及其組成要素的可釜性和安全性進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題加以必婆的改善，對(duì)易于發(fā)生故 障或爭(zhēng)故的薄弱環(huán)節(jié)和部位也要事先制定預(yù)防措施和應(yīng)變措施。 9. 人機(jī)工程學(xué)原則 從正確處理人一機(jī)一環(huán)境的合理關(guān)系出發(fā).采用人類易于使用并且差錯(cuò)較少的方式。 10技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則 不僅要考康可靠性和安全性.還必須考慮系統(tǒng)的質(zhì)雖因素和輸出功能指標(biāo)。其中還包括技術(shù)功能和經(jīng)濟(jì)成 木。 11審査原則 既要進(jìn)行可靠性設(shè)汁，又要對(duì)設(shè)訃進(jìn)行可靠性審査和其他專業(yè)審査，也就是要重中和貫徹符專業(yè)各行業(yè)提 出的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 12整理準(zhǔn)備資料和交流信息原則

13、為便于設(shè)訃工作者進(jìn)行分析、設(shè)訃和評(píng)價(jià).應(yīng)充分收集和整理設(shè)訃者所需要的數(shù)據(jù)和各種資料，以有效地 利用已有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 13信息反饋原則 應(yīng)對(duì)實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析之后，將分析結(jié)果反饋給有關(guān)部門(mén)。 14設(shè)立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu) 為實(shí)現(xiàn)舟可靠性和祐安全性的目的，應(yīng)建立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu).以便有力推進(jìn)綜合管埋和技術(shù)開(kāi)發(fā)。 【例題】人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)汁基木原則包括：() A、系統(tǒng)的整體可靠性原則 B、高可靠性方式原則 C、商維修度原則 D、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則 E、標(biāo)準(zhǔn)化原則 【答案】ABCDE 一、單選題： 1、即使是外行不懂業(yè)務(wù)的人或不熟練的人進(jìn)行操作.也能保證安全，不受傷吿或不出故障.這是采用了 () A. “自動(dòng)保

14、險(xiǎn)”裝宜 B. “故障安全”結(jié)構(gòu) C. 標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu) D. 預(yù)測(cè)和預(yù)防的原則 A B C D 你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：a 木題分?jǐn)?shù)： 分你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分 解 析： 2、即使個(gè)別零部件發(fā)生故障或失效，系統(tǒng)性能不變，仍能可靠工作.這是采用了 O o A. “自動(dòng)保險(xiǎn)”裝宜 B. “故障安全”結(jié)構(gòu) C. 標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu) D. 預(yù)測(cè)和預(yù)防的原則 A B C D 你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：b 木題分?jǐn)?shù)： 分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分 解 析： 3、某人機(jī)系統(tǒng)采用“故障安全”結(jié)構(gòu)設(shè)ih、“I組成爪元發(fā)生故障時(shí)，機(jī)器一面報(bào)警.一面還能短時(shí)運(yùn) 轉(zhuǎn)，這是（）。 A. 消極被動(dòng)式 B. 積極主動(dòng)式 C. 運(yùn)行自檢式 D. 運(yùn)行操作式 A B C D 你的答案：標(biāo)準(zhǔn)答案：b 木題分?jǐn)?shù)：分，你答題的情況為錯(cuò)誤所以你的得分為0分 解 析： 二、箏選題: 4