第六章-人機(jī)系統(tǒng)的可靠性

第六章人機(jī)系統(tǒng)的可靠性第一節(jié)人機(jī)系統(tǒng)人機(jī)系統(tǒng)作為一個完整的概念，表達(dá)了人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的對象和范圍，從而建立解決勞動主體和勞動工具之間矛盾的理論和方法。系統(tǒng)中的人是主要研究對象，但又并非孤立地研究人，它同時研究系統(tǒng)的其他組成部分，并根據(jù)人的特性和能力來設(shè)計和改造系統(tǒng)。狹義人機(jī)系統(tǒng)：僅指人與機(jī)器組成的共同體系。廣義人機(jī)系統(tǒng)：是指人為了達(dá)到某種預(yù)定目標(biāo)，針對某些特定條件，利用已經(jīng)掌握的科學(xué)技術(shù)，組成人、機(jī)、環(huán)境共存的體系。也稱為人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)。機(jī)環(huán)境人1.人機(jī)系統(tǒng)的概念2.人機(jī)系統(tǒng)的組成

在一定的環(huán)境條件下，人機(jī)系統(tǒng)包括人和機(jī)兩個基本組成部分，它們互相聯(lián)系構(gòu)成一個整體。圖6－1為人機(jī)系統(tǒng)的模型。該圖表明，人機(jī)之間存在著信息環(huán)路，人機(jī)互相聯(lián)系。這個系統(tǒng)能否正常工作，取決于信息傳遞過程能否持續(xù)有效地進(jìn)行。圖6－1人機(jī)系統(tǒng)模型

在人機(jī)系統(tǒng)中，人起著主導(dǎo)作用。這主要反映在人的決策功能上，因為人的決策錯誤是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因之一。

第二節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性在現(xiàn)實生活和生產(chǎn)工作中，每時每刻都在發(fā)生各式各樣的事故，以致奪走大批的生命。這主要歸結(jié)于人、機(jī)、環(huán)境之間關(guān)系不相協(xié)調(diào)的結(jié)果。于是，以減少事故、提高系統(tǒng)安全性為目的的人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)的可靠性研究，日益被人們所重視。

1.人的可靠性2.機(jī)器的可靠性3.環(huán)境因素1.人的可靠性人的行為的可靠性是一個非常復(fù)雜的問題。一個活生生的人本身就是一個隨時隨地都在變化著的巨大系統(tǒng)。這樣一個巨系統(tǒng)被大量的、多維的自身變量制約著，同時又受到系統(tǒng)中機(jī)器與環(huán)境方面的無數(shù)變量的牽涉和影響，因此，在研究人的行為的可靠性時，采用概率的方法和因果的方法進(jìn)行定量和定性的研究。1.1概率和因果的方法介紹(a)概率的方法是借助工程可靠性的概率研究來解決人的行為的可靠性定量化問題。這種方法便于和機(jī)器可靠性進(jìn)行綜合，從而獲得系統(tǒng)的總的可靠性量值。但有時對人過于硬件化的描述，會造成一定程度的不準(zhǔn)確性。

1.1概率和因果的方法介紹(b)因果的方法的立足點是人的行為不是隨機(jī)的，而是由一定原因引起的。只要系統(tǒng)地分析產(chǎn)生某種人的行為的內(nèi)部和外部原因，采取相應(yīng)的措施解決它們，人的差錯就會消除或減少，就會提高人的可靠性。因此，這種方法對于評價和修正人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計及改進(jìn)作業(yè)人員的選拔和訓(xùn)練都是十分有益的。1.2人為失誤

l)人為失誤

人為失誤是人為的使系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)生機(jī)能不良事件，是違背設(shè)計和操作規(guī)程的錯誤行為。

實踐證明，由于人的失誤導(dǎo)致災(zāi)害事故占有相當(dāng)大的比例（有的占70%-80%）。因此，必須重視和認(rèn)真研究人在作業(yè)中容易發(fā)生差錯的原因，從而找出防止失誤的措施，提高人機(jī)系統(tǒng)的安全性。1.2.1在作業(yè)當(dāng)中人的作用主要在作業(yè)當(dāng)中，人的作用主要有三個方面：

①通過感覺器官（視覺、聽覺、觸覺等）接受信息，感知系統(tǒng)的作業(yè)情況和機(jī)器的狀態(tài)；

②將接受的信息和已儲存在大腦中的經(jīng)驗和知識信息進(jìn)行比較分析后，作出決定，如作出繼續(xù)、停止或改變操作的決定；

③根據(jù)決定采取相應(yīng)的行動，如開關(guān)機(jī)器或增減其速度等。1.2.2介紹S－O－R(a)

為了考察系統(tǒng)中人為失誤的發(fā)生過程，就根據(jù)人的作用建立了一個S—O—R（刺激一機(jī)體一反應(yīng)）行動模型。它是用于研究人和機(jī)器相互作用和相互協(xié)調(diào)的一個模式，在這個模型中存在著涉及人和機(jī)器的兩個聯(lián)接點。第一個是S—O聯(lián)接點，在這個聯(lián)點上人必須識別刺激井作出判斷；第二個是O—R聯(lián)接點，在這個聯(lián)接點上，人必須作出反應(yīng)和行動。通過S-O—R的行動模型可以看出，人為失誤主要表現(xiàn)在下三個方面。1.2.2介紹S－O－R(b)

1)S（刺激）方面

由信號源的刺激能力低所造成，其中包括人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計不合理及外部環(huán)境干擾，使作業(yè)者對輸人刺激S的反應(yīng)下降。

2)O（機(jī)體）方面

即人本身的生理和心理原因?qū)π畔⒌恼`判斷所致，如人的年齡、體力、精神狀態(tài)、作業(yè)技能等，都會影響到對信息的處理能力。

3)R（反應(yīng)）方面

即輸出行動的錯誤所造成的失誤，其中包括人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計不合理、違章操作、環(huán)境干擾等因素。1.2.3人為失誤的定量分析(a)

人為失誤的定量分析可以用人的失誤率來表示：

F＝l－R

（6－l）

式中：F——人的失誤率；

R——人的行為可靠度。1.2.3人為失誤的定量分析(b)可靠度是指系統(tǒng)中的研究對象人或機(jī)器在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)能正常工作的概率。

當(dāng)一組作業(yè)序中有多個作業(yè)單元時，其可靠度為每個作業(yè)單元可靠度的乘積，即

R=R1R2R3…Ri

（6－2）

1.2.3人為失誤的定量分析(c)例如讀電流表，人的可靠度為0.9945，而把讀數(shù)記錄下可靠度為0.9966。若一個作業(yè)序中只有這兩個作業(yè)，那么這個作業(yè)序的可靠度。

R＝0.9945×0.9966

這時人的失誤率

F＝l－（0.9945×0.9966）＝0.00888

這里每一個作業(yè)單元的可靠度數(shù)值，是需要大量試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)的。1.2.3人為失誤的定量分析(d)從以上例子可以看出，一個作業(yè)序中作業(yè)單元越多，其可靠度就越低，也即人的失誤率也就越大。在連續(xù)作業(yè)的情況下，人為失誤是隨時間變化的，所以瞬時失誤率可表示為

（6-3）1.2.4人為失誤的定性分析人為失誤的定性分析是利用因果分析方法，重點研究系統(tǒng)運行中人為失誤的各種可能的原因及類型。主要包括以下幾方面。

1）信息感知

2）信息處理

3）操作實施1.2.4.1信息感知(a)

l）信息感知

在人機(jī)系統(tǒng)中，人要接受機(jī)器和環(huán)境各方面的信息，如視覺信息、聽覺信息、觸覺信息等。當(dāng)規(guī)定信息缺乏、不明確、不及時等，人的感知能力就會下降而犯錯誤，造成事故。如果信息量過大，超過人對信息接受能力的限度，也會造成感知上的失誤。1.2.4.1信息感知(b)如在某些典型的核電站控制室內(nèi)有1200到1500個信號器，控制室的水損失事故的模擬顯示中，第一分鐘內(nèi)有500個警告燈亮，第二分鐘內(nèi)有800個燈亮。這樣多的信息無助于作業(yè)者很好地接受信息并作出正確的判斷，這是造成美國三哩島核電站事故的原因之一。1.2.4.1信息感知(c)環(huán)境因素，如噪聲、振動、超重、失重、高低溫、照明不足等也都會引起人不能正確地感知信息。1.2.4.2信息處理(a)

2）信息處理

在信息處理方面的人為失誤，主要取決于人的生理特點、心理狀態(tài)以及人對信息處理和加工的技能。1.2.4.2信息處理(b)人對信息的處理受人的信號決定通道的限制。研究表明，人只有一個單一的決定通道，所有信息都按次序通過這個通道，當(dāng)兩個信息同時傳向大腦時，其中一個必須等另一個放人工作記憶中之后，再執(zhí)行處理和決定。這就是為什么人在同一時刻只能注意一件事情的原因。當(dāng)人長期從事某項工作時，會產(chǎn)生疲勞，這時人的神經(jīng)活動的協(xié)調(diào)性遭到破壞，思維準(zhǔn)確性下降，感知系統(tǒng)的機(jī)能下降，記憶力減退，從而影響了對信息處理的能力。1.2.4.2信息處理(c)人在工作時的心理狀態(tài)直接關(guān)系到人對信息處理的可靠性。如生活上的壓力、工作態(tài)度和責(zé)任心不強(qiáng)、感情的不穩(wěn)定性等，都會造成工作時的精力不集中而引起失誤。經(jīng)過訓(xùn)練和培養(yǎng)的作業(yè)人員可以在大腦中存貯和長期記憶許多正確的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗越多，人在處理信息時就會從記憶中提取正確的決定方式。否則在處理信息當(dāng)中，由于經(jīng)驗不足、能力低，就會造成誤處理，尤其對于一些復(fù)雜信息的處理。1.2.4.3操作實施

3）操作實施

由于信息感知和信息處理所造成的失誤，都會歸結(jié)到操作失誤上。除此之外，操作環(huán)節(jié)本身發(fā)生的失誤也與許多因素有關(guān)。

違反操作規(guī)程而造成的失誤是屢見不鮮的；這主要是對作業(yè)安全性重視不夠引起的。

遺漏操作，即某些操作程序和步驟遺漏了，從而導(dǎo)致失誤。

改變操作程序后，操縱者不熟悉、不習(xí)慣，而在新的操作中，采用了大腦保留的原操作程序，因此造成失誤。1.3人的不安全行為分析人的不安全行為分析:是從人的行為、動機(jī)和心理狀態(tài)開始，研究產(chǎn)生人為失誤造成不安全動作的主要原因。1.3.1產(chǎn)生不安全動作的原因(a)

1）產(chǎn)生不安全動作的原因有：①缺乏對危險性的認(rèn)識，由于安全教育訓(xùn)練不夠，不懂危險，從而進(jìn)行不安全作業(yè)；②在操作方法上不合理、不均衡或做無用功；③準(zhǔn)備不充分、安排不周密就開始業(yè)，因倉促而導(dǎo)致危險作業(yè)；1.3.1產(chǎn)生不安全動作的原因(b)④作業(yè)程序不當(dāng)，監(jiān)督不嚴(yán)格，致使違章作業(yè)自由泛濫；⑤取下安全裝置，使機(jī)器、設(shè)備處于不安全狀態(tài)；⑥走捷徑，圖方便，忽略了安全程序；1.3.1產(chǎn)生不安全動作的原因(c)⑦不安全地放置物件，使工作環(huán)境存在不安全因素；⑧在運行的機(jī)器和設(shè)備上檢修、清掃、注油等；⑨接近危險場所時無防護(hù)裝置。1.3.1產(chǎn)生不安全動作的原因(d)人為失誤而產(chǎn)生的不安全后果，除與操作人員本身的因素有關(guān)之外，指揮不利或違章指揮也是重要的有關(guān)因素，并且在大多數(shù)情況下是引起不安全后果的基本原因。因此，在安全生產(chǎn)中，除建立嚴(yán)格的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，還需加強(qiáng)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的安全管理水平。1.3.2不安全行為分析

2）不安全行為分析

由于千差萬別的個性，人的自由度比機(jī)器大得多。每個人的心理特征和心理狀態(tài)要在人機(jī)系統(tǒng)中得到協(xié)調(diào)一致，是一個非常復(fù)雜的問題。為此，要根據(jù)人的共性和人的信息特征來深入研究和分析操作人員容易產(chǎn)生不安全行為的基本原因以及事故發(fā)生的一般規(guī)律，從而采取必要措施來減少人為失誤，保證安全生產(chǎn)。1.3.2.1分析1(a)

因循守舊，棄難就易圖省力、走捷徑而造成違章作業(yè)。通常由于系統(tǒng)的變化和更新改變了作業(yè)工序。工人對已經(jīng)掌握的操作方法和工藝流程已形成習(xí)慣。因為人長期工作，運用自如的操作已經(jīng)通過信息輸人一判斷一功率輸出的全過程滲透于腦、其他神經(jīng)、肌肉和四肢，形成了一套成熟的人機(jī)程序。1.3.2.1分析1(b)因此人們對新的安全裝置、新的工藝和工具設(shè)備就會感到不太得心應(yīng)手，有些人便采取走捷徑找竅門的辦法，不執(zhí)行新工藝，不用新工具，而且一經(jīng)試行，取得一點甜頭就會長此以往，重復(fù)照干、相互感染，成為惡習(xí)，而有意漏掉了安全工序，為整個系統(tǒng)埋下了不安全因素。1.3.2.1分析1(c)例如：某熱軋車間，一掛吊工與吊車司機(jī)配合進(jìn)行鋼管的包裝作業(yè)，即將已捆扎后的鋼管吊運到小車上。這是一個較簡單的作業(yè)且長時間形成了一種習(xí)慣性的配合作業(yè)。一次，掛吊工在完成掛吊之后，突然發(fā)現(xiàn)小車上的隔杠竄動，他即上小車拔隔杠，這時司機(jī)將剛掛吊完的一捆鋼管吊起，恰好落在掛吊工的后背上，掛吊工被重壓而死。1.3.2.1分析1(d)本例中，司機(jī)與掛吊工都是受習(xí)慣作業(yè)的影響，司機(jī)沒有認(rèn)真了望和確認(rèn)被吊物下是否有人就盲目落鉤，掛吊工認(rèn)為人在小車上，司機(jī)不能落鉤，也沒有進(jìn)行正常的聯(lián)系。同時，掛吊工與司機(jī)都疏漏了安全工序。因為吊車司機(jī)應(yīng)服從掛吊工的指揮，而掛吊工必須正確地發(fā)出信號。1.3.2.2分析2(a)忘記、看錯、念錯、想錯造成記憶與判斷的失誤。

通常人們在應(yīng)急的瞬間忘記了危險。1.3.2.2分析2(b)例如有一伏案設(shè)計的電氣工程師，突然想起要測一下變電站電機(jī)的某一尺寸。在這種情況下沒有換工作服，而穿著寬松的長袖衫到低矮的變電間屈身去實測。正當(dāng)測量之時長袖衫脫卷，它下意識地舉起右手，并用左手去卷右衣袖，結(jié)果右手指尖接觸電線，觸電死亡。這就是在完全應(yīng)急的情況下忘憶了危險的不安全行為。防止的辦法就是采用連鎖斷電或根本禁止進(jìn)人這種帶電場所。1.3.2.2分析2(c)也有正在作業(yè)之時，突然外來干擾（如叫聽電話、別人召喚、環(huán)境吸引）使作業(yè)中斷，等到繼續(xù)作業(yè)時忘記了應(yīng)注意的安全問題。對信息看錯、念錯、想錯的原因通常有：信號顯示不夠完善，人機(jī)界面設(shè)計不合理；存在環(huán)境干擾，致使輸人信息紊亂；人本身的感知性能低下；在先人感的強(qiáng)烈影響下發(fā)生錯覺。

1.3.2.3分析3

選錯操縱裝置、記錯操縱方向和錯誤調(diào)整而引起操作失誤。選錯操縱裝置的原因有：操縱器的各種編碼不明顯以及操作人員對各種操縱器不深入了解和掌握所致。失去方向性，搞錯開關(guān)的正反方向，如要“前進(jìn)”卻按了“后退”鈕，致使井下巷道裝巖機(jī)司機(jī)將自己擠壓于巖壁而死亡。有的設(shè)備運行方向與人的習(xí)慣方向相反，也易引起誤操作。此外由于技術(shù)不熟練，對復(fù)雜操作產(chǎn)生調(diào)整錯誤。1.3.2.4分析4(a)

體力不支、疲勞和異常狀態(tài)下也易發(fā)生事故。

年齡高、身體動作遲緩、反應(yīng)遲鈍的老工人，在礦山露天開采作業(yè)中遭受滾石傷害的概率，要比身輕敏捷的年輕工人的大，這是實踐中人所共知的。人在疲勞時對輸人信息的判斷能力下降，輸出動作缺乏準(zhǔn)確性，容易產(chǎn)生不安全行為。所以人在連續(xù)勞動、加班加點或激烈運動之后不易正確控制自己的動作，應(yīng)在工間稍加休息。1.3.2.4分析4(b)人在異常狀態(tài)下，特別是當(dāng)發(fā)生意外事件、生命攸關(guān)之際，接受信息的瞬間十分緊張而引起沖動，對信息的方向性不能選擇和過濾，只能將注意集中于眼前的事物之一而無暇它顧，產(chǎn)生行為失誤，造成危險。1.3.2.4分析4(c)某礦兩工人在獨頭巷道中點地未完而礦燈熄滅，由于緊張和摸黑向外跑，結(jié)果迷失了方向，又摸回了掌子頭，炮響而導(dǎo)致一死一傷。某工人在巷道中坐在空車道上等礦車，突然來了重車，該工人由于睡眼朦朧竟向重車迎面跑去，致使被壓身亡。這些都是在異常狀態(tài)下的不安全行為所致。

1）影響人的可靠性因素造成人失誤的原因很多，概括起來是由于人的機(jī)能的不確定性與機(jī)器或環(huán)境等因素相作用而產(chǎn)生的，從人機(jī)工程角度可歸納為：內(nèi)在因素與外部因素。（1）內(nèi)在因素（2）外部因素

1.4小結(jié)

（1）

人失誤的內(nèi)在因素由于操作者本身的因素，使之不能與機(jī)器系統(tǒng)相協(xié)調(diào)而導(dǎo)致失誤。受人的生理、心理特點的制約，人的能力是有限度的，并往往帶有隨機(jī)性。能導(dǎo)致人失誤的內(nèi)在因素有：

a)生理因素：人體尺度、體力、耐力、視覺、聽覺、運動機(jī)能、體質(zhì)、疲勞等；

b)心理因素：信息傳遞與接受能力、記憶、注意、意志、情緒、覺醒程度、性格、氣質(zhì)、心理壓力、心理疲勞、錯覺等；

c）個體因素：年齡、文化、訓(xùn)練程度、經(jīng)驗、技術(shù)能力、應(yīng)變能力、責(zé)任心、個性、動機(jī)等；

d)病理因素：各類慢性病、疾病初起、服藥反應(yīng)等。

（2）

人失誤的外部因素外部因素是指，在系統(tǒng)設(shè)計（人機(jī)界面、工作環(huán)境、組織管理等）時，未很好地運用人機(jī)工程準(zhǔn)則，致使系統(tǒng)設(shè)計本身潛伏著操作者失誤的可能性。從人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)著眼，影響人失誤的外部因素有：

a)人—機(jī)接口：人機(jī)功能分配、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和工作站等的設(shè)計，對人生理、心理特點的適應(yīng)性；b)人—環(huán)境接口：物理環(huán)境（例如，微氣候環(huán)境、照明環(huán)境、聲環(huán)境、空氣品質(zhì)、振動、粉塵，以及作業(yè)空間等）設(shè)計，對人和作業(yè)的適應(yīng)程度；c)人—人接口：指系統(tǒng)的組織管理工作設(shè)計。例如，作業(yè)時間、安排輪班作業(yè)、班組結(jié)構(gòu)、工作流程、群體協(xié)同作業(yè)、操作規(guī)程、安全法規(guī)、技術(shù)培訓(xùn)、人際關(guān)系、企業(yè)文化、社會環(huán)境等，對人的作業(yè)的影響。2.機(jī)器的可靠性在人機(jī)系統(tǒng)中，由于機(jī)器設(shè)備本身的故障以及人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的協(xié)調(diào)性差而導(dǎo)致了許多事故的發(fā)生。因此，人們就要對機(jī)器設(shè)備的安全性進(jìn)行預(yù)測，并運用已有的經(jīng)驗和知識，及時調(diào)整和更正事先的預(yù)測，使預(yù)測的準(zhǔn)確性達(dá)到最優(yōu)。由此所決定的人的行動和機(jī)器性能方面的預(yù)測在實際工作中與最初設(shè)想達(dá)到一致的程度就是可靠性。2.1機(jī)器設(shè)備的可靠性(a)就機(jī)器設(shè)備而言，可靠性是指機(jī)器、部件、零件在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。規(guī)定條件包括使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件、貯存條件和工作方式等。某些電子元器件在實驗室中使用和在火箭上使用，其可靠性就可以相差幾個數(shù)量級。機(jī)器在超負(fù)荷下使用和連續(xù)不斷工作都會使可靠性降低。相反，產(chǎn)品在減負(fù)荷（低于使用負(fù)荷）下使用，可靠性提高。2.1機(jī)器設(shè)備的可靠性(b)規(guī)定功能是指機(jī)器設(shè)備本身的性能指標(biāo)和包括人方便、安全、舒適地操縱機(jī)器的使用功能。當(dāng)機(jī)器和設(shè)備達(dá)到規(guī)定功能，則可靠；當(dāng)產(chǎn)品喪失規(guī)定功能，則稱其發(fā)生故障、失效或不可靠。

2.2可靠度(a)

度量可靠性指標(biāo)的特征量稱為可靠度?？煽慷仁窃谝?guī)定時間內(nèi)，機(jī)器設(shè)備或部件能完成規(guī)定功能的概率。若把它視為時間的函數(shù)，就稱為可靠度函數(shù)。就概率而言，可靠度是累積分布函數(shù)，它表示在該時間內(nèi)成功完成功能的機(jī)器或部件占全部工作的機(jī)器或部件的百分率。2.2可靠度(b)可靠度為R（t），不可靠度為F（t），則

R（t）＝1－F（t）

（6-5）若F（t）對時間微分，即可得函數(shù)f（t），稱為故障密度函數(shù)，即

f(t)＝dF(t)/dt＝－dR(t)/dt

（6-6）2.2可靠度(c)λ（t）＝f(t)/R(t)＝－dR(t)/R(t)dt

（6-7）

如λ（t）已知，可將上式變?yōu)榉e分形式，即可求得λ（t）與R（t）的關(guān)系：（6-8）

圖6－6機(jī)器的可靠度與時間的關(guān)系2.3機(jī)器故障機(jī)器或部件的故障率λ（t）是隨使用時間的遞增按不同使用階段變化。通?？煞譃槿齻€階段。

（1）初期故障（2）隨機(jī)故障（3）耗損故障2.3.1初期故障

(1)初期故障，發(fā)生于機(jī)器試制或投產(chǎn)早期的試運轉(zhuǎn)期間。主要原因是由于設(shè)計或生產(chǎn)加工中潛在的缺點所致。潛伏未被發(fā)現(xiàn)的錯誤、制造工藝不良、材料和原器件的缺陷，在使用初期暴露出來，就呈現(xiàn)為故障。例如螺釘、螺栓免不了有次品，焊接有可能假焊等等。為了盡早發(fā)現(xiàn)這些缺陷，就要對材料、原器件進(jìn)行認(rèn)真的篩選、試驗、改進(jìn)制造工藝，以及對成品做延時、老化處理、人機(jī)系統(tǒng)的安全性試驗等，以提高機(jī)器在使用初期的可靠性。2.3.2隨機(jī)故障（2）隨機(jī)故障，是在機(jī)器處于正常工作狀態(tài)下的偶發(fā)故障。這期間，故障率較低且穩(wěn)定，稱為恒定故障期。這期間的故障不是通過檢修等方法可以避免的。這些故障原因常由于超過原器件設(shè)計強(qiáng)度和應(yīng)力過于集中所致。偶發(fā)故障是隨機(jī)的，既無規(guī)律又不易預(yù)測。但是對一般機(jī)器都可規(guī)定一個允許的故障率，而把相應(yīng)于這個故障率的壽命稱為耐用壽命，或有效工期。在一定條件下耐用壽命越長越好。2.3.3耗損故障（3）耗損故障，也即后期磨損故障。隨著時間的增長，故障率迅速增加。這一時期的故障原因主要是由于長期磨損，機(jī)器或部件老化、疲勞、腐蝕或類似的原因所致。在研究機(jī)器耗損故障之后，就可以制定出一套預(yù)防檢修和更換部分元件的方法，使耗損故障期延遲到來，以延長有效工作期。圖6－7故障率與時間的關(guān)系機(jī)器或部件的以上三個階段的故障率與時間的關(guān)系見圖6－7。浴盆曲線2.3.4機(jī)器的可靠性分析(a)可靠性是機(jī)器或部件的重要指標(biāo)之一。在制定設(shè)計方案時，就需要考慮可靠性的估計問題，對機(jī)器或部件進(jìn)行可靠性的定量分析。定量分析的方法是根據(jù)故障率來計算機(jī)器或部件可能達(dá)到的可靠度或計算在實際應(yīng)用中符合性能要求的概率。2.3.4機(jī)器的可靠性分析(b)一臺機(jī)器由許多部件組成，一個生產(chǎn)單元又由許多機(jī)器或設(shè)備組成，進(jìn)而，許多生產(chǎn)單元組成了整個生產(chǎn)系統(tǒng)。無論是組成機(jī)器或設(shè)備的許多部件或零件之間，還是組成生產(chǎn)單元和生產(chǎn)系統(tǒng)的眾多機(jī)器設(shè)備之間，在完成規(guī)定功能和保障系統(tǒng)正常運動時，都是按一定連接方式進(jìn)行配置的。構(gòu)成系統(tǒng)的各單元之間通常可歸結(jié)為串聯(lián)配置方式和并聯(lián)配置方式兩類。2.3.4.1串聯(lián)配置方式(a)

1）串聯(lián)配置方式

如圖6-8所示，系統(tǒng)能量的輸人按順序依次通過功能上獨立的單元Ai=l，2，3，…，n，然后才輸出。串聯(lián)配置的時候，欲使整個系統(tǒng)正常工作，必須使所有單元都不發(fā)生故障。如果系統(tǒng)中的任一個單元發(fā)生故障，就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生故障。因此對于重要的和可靠性要求高的系統(tǒng)，應(yīng)力求避免采用串聯(lián)配置方式。圖6－8串聯(lián)配置系統(tǒng)2.3.4.1串聯(lián)配置方式(b)如果每個單元的可靠度為R1，R2，R3，…，Rn

，則系統(tǒng)的可靠度

Rs（t）=R1R2R3…Rn

(6-12)

(6-13)2.3.4.1串聯(lián)配置方式(c)在計算可靠度時，要注意系統(tǒng)類型的復(fù)雜性。例如電子計算機(jī)系統(tǒng)在整個運算過程中，不是所有元件都投人運行，所以還須注意這種因素，以免可靠度的計算結(jié)果偏低。另一方面，還要注意使用條件，因為相同的元件在不同的環(huán)境下使用，其故障率或壽命也是不相同的。2.3.4.2并聯(lián)配置方式(a)

2）并聯(lián)配置方式

如圖6-9所示，它是由一系列平行工作的單元組成系統(tǒng)。該系統(tǒng)中只要不是全部單元發(fā)生故障，系統(tǒng)仍可以正常工作。因為系統(tǒng)中沒有發(fā)生故障的單元照樣保持能量的輸人和輸出。實際上所有單元同時發(fā)生故障的概率極低，所以并聯(lián)配置方式保持系統(tǒng)正常，運行的可靠性比串聯(lián)方式高得多，但經(jīng)濟(jì)性差，因此選擇并聯(lián)配置方式時要根據(jù)系統(tǒng)的重要程度而定。圖6－9并聯(lián)配置系統(tǒng)2.3.4.2并聯(lián)配置方式(b)并聯(lián)配置方式的系統(tǒng)可靠性按概率公式可表示為

Rs（t）＝1－（1－R1）(1－R2)…(1－Rn)

或

(6-14)

2.3.5提高機(jī)器的可靠性(a)提高機(jī)器設(shè)備可靠性的目的有二：一是延長機(jī)器設(shè)備的使用壽命，另一是保證人機(jī)系統(tǒng)的安全性?？煽啃愿叩漠a(chǎn)品，使用效率就高，使用壽命就長，甚至一個產(chǎn)品能頂幾個用。在現(xiàn)代設(shè)計中，一個元件不可靠，影響的不是元件本身，而是一臺設(shè)備、一條生產(chǎn)線以至整個生產(chǎn)系統(tǒng)。2.3.5提高機(jī)器的可靠性(b)機(jī)器設(shè)備可靠性高，就會使人操作起來感到安全，減少失誤，避免傷亡事故的發(fā)生和經(jīng)濟(jì)損失，相應(yīng)地人機(jī)系統(tǒng)的可靠性就會提高。

提高機(jī)器設(shè)備可靠性的方法從兩方面考慮：

減少機(jī)器本身故障，延長使用壽命；

提高使用安全性。

2.3.5.1減少機(jī)器故障的方法1

1）減少機(jī)器故障的方法

(1)利用可靠性高的元件。機(jī)器設(shè)備的可靠性取決于組成件或零件的可靠性。因此必須加強(qiáng)原材料、部件及儀表等的質(zhì)量控制，提高零部件的加工工藝水平和裝配質(zhì)量。

2.3.5.1減少機(jī)器故障的方法2（2）利用備用系統(tǒng)。在一定質(zhì)量條件下增加備用量，尤其是廠礦的關(guān)鍵性設(shè)備，如電源、通風(fēng)機(jī)、水泵等都應(yīng)有備用的。再如礦井的主扇、連接電機(jī)及電源都應(yīng)有備用品，以使井下通風(fēng)不致因偶然事件而中斷。2.3.5.1減少機(jī)器故障的方法3（3）采用平行的并聯(lián)配置系統(tǒng)，當(dāng)其中一個部件出現(xiàn)故障，機(jī)器設(shè)備仍能正常工作。如果兩個單元并聯(lián)系統(tǒng)中的一個單元發(fā)生故障，則系統(tǒng)的可靠性就降低到只有一個單元的水平。所以為保持高可靠性，必須及時察覺故障，并能迅速更換和調(diào)整。2.3.5.1減少機(jī)器故障的方法4、5（4）對處于惡劣環(huán)境下的運行設(shè)備應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，如通過溫度、濕度和風(fēng)速的控制來改善設(shè)備周圍的條件；對有些機(jī)器設(shè)備以致零部件要采用防振、防浸蝕、防輻射等相應(yīng)措施。

（5）降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，因為增加機(jī)器設(shè)備的復(fù)雜程度就意味著其可靠性降低，同時機(jī)器設(shè)備的復(fù)雜操作也容易引起人為失誤，增高故障率。2.3.5.1減少機(jī)器故障的方法6（6）加強(qiáng)預(yù)防性維修。預(yù)防性檢查和維修是排除事故隱患，消除機(jī)器設(shè)備潛在危險，提高機(jī)器設(shè)備可靠性的重要手段。通過檢修查明，有的部件仍可繼續(xù)使用；有的部件已達(dá)到使用壽命的耗損階段，必須進(jìn)行更換，否則會因為存在隱患而導(dǎo)致更嚴(yán)重的事故發(fā)生。2.3.5.2提高使用安全性提高機(jī)器設(shè)備使用安全性的方法，主要是加強(qiáng)安全裝置的設(shè)計，即在機(jī)器設(shè)備上配以適當(dāng)?shù)陌踩b置，盡量減少事故的損失，避免對人體的傷害；同時，一旦機(jī)器設(shè)備發(fā)生故障，可以起到終止事故，加強(qiáng)防護(hù)的作用。3.環(huán)境因素(a)

環(huán)境條件是影響安全人機(jī)系統(tǒng)可靠性的重要因素。人使用和操縱機(jī)器設(shè)備都是在一定的空間環(huán)境里進(jìn)行的。在正常條件下，人、機(jī)、環(huán)境之間互相制約而保持平衡，且隨時間的推移而不斷調(diào)節(jié)這種平衡關(guān)系，以保證整個系統(tǒng)的可靠性。一旦人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)中的某一因素出現(xiàn)異常，使系統(tǒng)的平衡遭到破壞，就會發(fā)生事故和財產(chǎn)損失。3.環(huán)境因素(b)因環(huán)境因素而造成事故的例子也是很多的。不同的環(huán)境條件對人、對機(jī)器設(shè)備都會有不同程度的影響。優(yōu)良、舒適。合理的環(huán)境條件可使作業(yè)人員減輕疲勞、心情舒暢、減少失誤；可以提高機(jī)器設(shè)備、元器件的使用壽命，降低故障率。反之，惡劣的環(huán)境條件，給人和機(jī)器設(shè)備帶來不利影響，降低了系統(tǒng)的可靠性。就人、機(jī)、環(huán)境的總系統(tǒng)而言，人與環(huán)境、機(jī)與環(huán)境可以作為子系統(tǒng)來對待。下面對這兩個子系統(tǒng)分別進(jìn)行討論。3.1提高人一環(huán)境系統(tǒng)的可靠性

1．提高人一環(huán)境系統(tǒng)的可靠性

1）溫度、濕度

在作業(yè)環(huán)境中溫度和濕度的變化，除來自機(jī)器、裝置和人的熱能通過傳導(dǎo)、對流和輻射產(chǎn)生影響外，主要是季節(jié)變化帶來的影響。3.1.1溫度、濕度(a)夏天環(huán)境溫度高，濕度大；而冬天溫度低，濕度小。高溫高濕的環(huán)境使人感到不舒適、心情煩躁、疲憊、頭暈，增加了操作人員生理上的疲勞和懈怠，反應(yīng)遲鈍，操作能力降低，容易產(chǎn)生人為失誤，使人一環(huán)境系統(tǒng)的可靠性降低。低溫條件會影響人手腳動作的靈活性，尤其對于用手指進(jìn)行的精細(xì)操作，溫度過低會使手指的靈活性降低，手肌力和動感覺能力都明顯變差，以致發(fā)生凍傷和無法工作。3.1.1溫度、濕度(b)要使作業(yè)人員舒適、安全和高效率的工作，就要為生產(chǎn)工作場所創(chuàng)造適宜的氣候環(huán)境，即適宜的溫度、濕度及合適的風(fēng)速。

高溫防護(hù)的措施可以采用通風(fēng)降溫、空調(diào)裝置、防護(hù)服裝等方式。低溫防護(hù)主要是保持工作環(huán)境的溫度，通常以加溫設(shè)備即可做到。3.1.2照明度(a)

2）照明度

人在作業(yè)場所從事的各種生產(chǎn)活動，是通過光來觀察環(huán)境并做出判斷而進(jìn)行的。然而，如果作業(yè)環(huán)境的光照條件不好，作業(yè)人員就不能清晰地識別物體，從而容易接受錯誤信息，產(chǎn)生行動失誤，導(dǎo)致事故發(fā)生。同時，因照明度不足，作業(yè)人員在識別顯示裝置和操縱裝置的過程中，就會產(chǎn)生疲勞，引起心理上的變化，使思考能力和判斷能力遲緩，也增加了發(fā)生事故的潛在危險。因此，保證作業(yè)環(huán)境的良好光照度，對于減少事故，提高系統(tǒng)的可靠性具有非常重要的意義。3.1.2照明度(b)為了減少由于光照不足帶來的事故；作業(yè)場所應(yīng)盡量設(shè)法利用日光來達(dá)到作業(yè)照明度的要求，如采用大面積玻璃鋼窗；在可能的條件下，機(jī)器設(shè)備的色調(diào)應(yīng)明快、干凈，避免使用灰暗色調(diào)。在需要人工照明的情況下，應(yīng)盡量使光線不要太暗，但也不要大亮。大亮的光線易產(chǎn)生明暗對比很強(qiáng)的陰影，會造成作業(yè)人員的視覺疲勞。作業(yè)照明的選擇和確定，要根據(jù)作業(yè)特點和作業(yè)環(huán)境、舒適和減少事故為原則。3.1.3環(huán)境噪聲(a)

3）環(huán)境噪聲

噪聲是人們不需要的聲音，是一種公害。在工業(yè)生產(chǎn)中，各種機(jī)器和裝置由于振動、沖擊、摩擦而產(chǎn)生的各種雜亂頻率交織在一起的聲波，就形成作業(yè)環(huán)境的噪聲。隨著噪聲的升高，會給人的各種生理機(jī)能帶來危害。在噪聲環(huán)境下，語言的清晰度降低，影響正常的交談和思維能力。短時間暴露在噪聲下，會引起聽覺疲勞，使聽力減退；暴露時間過長會引起永久性耳聾，甚至還會引起多種疾病、更主要的是在某些重要場合，由于噪聲掩蓋音響報警信號而引起傷亡事故。3.1.3環(huán)境噪聲(b)此外，噪聲對人的心理影響也是生產(chǎn)操作中不安全的一個重要因素。噪聲的聲壓升高，人的交感神經(jīng)就會緊張，引起心情煩躁，注意力不集中，這樣就容易發(fā)生人為失誤，而使事故增多。所以，在安全生產(chǎn)中，必須采取積極的防護(hù)措施，盡量減少噪聲對人的生理和心理的不良影響。防止噪聲的主要途徑是：降低源噪聲，包括更換裝置，改善噪聲源；控制有源噪聲，包括隔聲、吸聲、消聲、減振等；調(diào)整總體布局；加強(qiáng)個人防噪措施等，將噪聲控制在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以下。3.1.4環(huán)境污染(a)

4）環(huán)境污染

目前，有害氣體、蒸氣和粉塵等所造成的污染最為普遍。人們長期處在這種環(huán)境中，日積月累，各種有害物質(zhì)必將對人體產(chǎn)生不良的生理效應(yīng)，輕則引起精神不快，感官受刺激，工作效率降低；重則造成職業(yè)病及生產(chǎn)事故，甚至危及生命。所以環(huán)境污染，越來越受到人們的重視。3.1.4環(huán)境污染(b)控制環(huán)境污染，要根據(jù)污染的性質(zhì)采取不同的措施。例如，對空氣污染，可采取通風(fēng)、除塵和凈化空氣的方法；對污水要采用污水凈化處理器進(jìn)行凈化處理；對其他有害物質(zhì)，要盡量提高設(shè)備與裝置的安全性；防止有害物質(zhì)的泄漏，并設(shè)置有效的吸收、