安全人機(jī)工程學(xué)-人機(jī)系統(tǒng)事故分析及安全設(shè)計(jì)

8.1人機(jī)系統(tǒng)事故成因分析8.2事故發(fā)生規(guī)律模型8.3人機(jī)系統(tǒng)事故控制基本策略8.4人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)事故分析及安全設(shè)計(jì)

8.1人機(jī)系統(tǒng)事故成因分析

8.1.1事故致因的邏輯

引發(fā)事故的原因非常復(fù)雜，但依據(jù)安全人機(jī)工程學(xué)理論，從事故原因的角度可將事故的基本成因歸納為人的原因、物的原因、環(huán)境條件的原因這三大因素的多元函數(shù)，當(dāng)然，系統(tǒng)安全管理、事故發(fā)生機(jī)理也構(gòu)成事故發(fā)生與否的關(guān)鍵因素。由此觀點(diǎn)得出的事故致因邏輯關(guān)系，如圖8-1所示。圖8-1事故致因邏輯關(guān)系圖8-2事故原因綜合分析思路8.1.2人的不安全行為

1.人的失誤行為

人的行為是指人在社會(huì)活動(dòng)、生產(chǎn)勞動(dòng)和日常生活中所表現(xiàn)的一切動(dòng)作。人的一切行為都是由人腦神經(jīng)輻射，產(chǎn)生思想意識(shí)并表現(xiàn)于動(dòng)作。圖8-3人的失誤行為發(fā)生過(guò)程

2.人失誤的主要原因

按人機(jī)系統(tǒng)形成的階段，人的失誤可能發(fā)生在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、維修和操作等各個(gè)階段。但是，設(shè)計(jì)不良

和操作不當(dāng)往往是引發(fā)人失誤的主要原因，可由表8-1加以

說(shuō)明。8.1.3物的不安全狀態(tài)

生產(chǎn)過(guò)程中涉及的物質(zhì)包括原料、燃料、動(dòng)力、設(shè)備、設(shè)施、產(chǎn)品及其他非生產(chǎn)性的物質(zhì)。這些物質(zhì)的本身固有屬性及其潛在的破壞能力構(gòu)成的不安全因素，是誘發(fā)事故的物質(zhì)基礎(chǔ)，因而物的不安全狀態(tài)是事故發(fā)生的客觀原因。8.1.4管理失誤

1.管理失誤的主要內(nèi)容

(1)技術(shù)管理缺陷。

(2)人員管理缺陷。

(3)勞動(dòng)組織不合理。

(4)安全監(jiān)察、檢查和事故防范措施等方面存在問(wèn)題。

2.管理失誤的事故模式

圖8-4所示為以管理失誤為主因的事故模式，它描述了事故發(fā)生的本質(zhì)原因與社會(huì)、環(huán)境、人的不安全行為及物的不安全狀態(tài)等各原因的邏輯關(guān)系。管理失誤事故的發(fā)生，是因?yàn)榭陀^上存在不安全因素和眾多的社會(huì)因素和環(huán)境條件。人的不安全行為可促成物的不安全狀態(tài)；而物的不安全狀態(tài)又是誘發(fā)人的不安全行為的背景因素。圖8-4管理失誤的事故模式

8.2事故發(fā)生規(guī)律模型

8.2.1以人失誤為主因的事故模型

1.人失誤一般模型

研究認(rèn)為，從初始原因開始到最后結(jié)果為止的事故動(dòng)態(tài)過(guò)程中，將所有因素聯(lián)系在一起的理論體系或模型具有很大的實(shí)用價(jià)值。圖8-5經(jīng)典的以人失誤為主因的事故模型

2.人失誤擴(kuò)展模型

根據(jù)該模型得出事故的發(fā)生主要原因?yàn)槿耸д`的產(chǎn)生，進(jìn)而才導(dǎo)致了事故的發(fā)生，因此為了預(yù)防事故，應(yīng)從防止人失誤方面考慮。

防止人失誤取決于以下三個(gè)方面：

(1)人機(jī)功能的合理分配(職業(yè)適應(yīng)、機(jī)代人、冗余系統(tǒng)、耐失誤設(shè)計(jì))。

(2)安全、友好的人機(jī)界面(容易、省力、方便、警示)。

(3)有效的安全教育與技能培訓(xùn)。圖8-6以人失誤為主因的事故改進(jìn)模型

3.人機(jī)工程學(xué)與防止人失誤的關(guān)系

在對(duì)事故原因深入剖析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步歸納、整理可得到防止人失誤與人機(jī)工程學(xué)理論的關(guān)系，如表8-4所示。

4.內(nèi)在因素分析

1)行為因素分析

(1)訓(xùn)練與技能。

(2)記憶疏漏。

(3)年齡和經(jīng)驗(yàn)。

(4)生活壓力。

2)生理與心理因素分析

(1)性格。

(2)生理節(jié)律。

(3)作業(yè)疲勞。圖8-7人體機(jī)能變化與錯(cuò)誤率8.2.2事故發(fā)生順序模型

事故發(fā)生順序模型如圖8-8所示。該模型把事故過(guò)程劃分為幾個(gè)階段，在每個(gè)階段，如果運(yùn)用正確的能力與方式進(jìn)行解決，則會(huì)減少事故發(fā)生的機(jī)會(huì)，并且過(guò)渡到下一個(gè)防避階段。如果作業(yè)者按圖示步驟作出相應(yīng)反應(yīng)的話，雖然不能肯定會(huì)完全避免事故的發(fā)生，但至少會(huì)大大減少事故發(fā)生的概率；如不采取相應(yīng)的措施，則事故發(fā)生的概率必會(huì)大大增加。圖8-8事故發(fā)生階段順序圖

8.3人機(jī)系統(tǒng)事故控制基本策略

8.3.1事故控制基本思路

事故控制是安全決策的核心問(wèn)題。由于事故與成因之間存在著一定的因果關(guān)系，因而在確定事故控制的方針時(shí)，總是先分析事故成因。依據(jù)設(shè)計(jì)的安全標(biāo)準(zhǔn)，從分析事故直接原因入手，進(jìn)而尋找事故間接原因，然后找出基礎(chǔ)原因。對(duì)照事故發(fā)生規(guī)律的典型模型，進(jìn)而可提出事故控制的主要措施，這是事故控制的基本思路。圖8-9事故控制圖8.3.2事故控制主要方法

由圖8-9中提出的事故控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)人、機(jī)、環(huán)境、管理四大控制措施進(jìn)一步細(xì)化，可總結(jié)出事故控制方法要點(diǎn)，如表8-5所示。8.3.3事故控制基本對(duì)策

1.?3E原則

1)技術(shù)對(duì)策

技術(shù)對(duì)策是保障安全的首要措施之一。當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械裝置或工程項(xiàng)目以及工廠時(shí)，要認(rèn)真地研究、分析潛在危險(xiǎn)，對(duì)可能發(fā)生的各種危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從技術(shù)上解決防止這些危險(xiǎn)的對(duì)策。進(jìn)行這種分析應(yīng)當(dāng)和技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，即進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮安全性，兩者是不可分割的。

2)教育對(duì)策

教育對(duì)策主要是指在產(chǎn)業(yè)部門的各個(gè)方面進(jìn)行具體的安全教育和訓(xùn)練，教會(huì)如何對(duì)各種危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)防。其次是指在教育機(jī)關(guān)組織的各種學(xué)校，同樣有必要實(shí)施安全教育和訓(xùn)練。教育的目的是保持和強(qiáng)化在學(xué)?；蜻M(jìn)廠學(xué)習(xí)期間就懂得安全知識(shí)和養(yǎng)成良好的安全習(xí)慣，從而在工作中自覺地培養(yǎng)安全意識(shí)。

3)法制對(duì)策

法制對(duì)策是從屬于各種標(biāo)準(zhǔn)的，作為標(biāo)準(zhǔn)，除了國(guó)家法律規(guī)定的以外，還有如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、安全指導(dǎo)方針、工廠內(nèi)部的工作標(biāo)準(zhǔn)等。制定有關(guān)安全的各類法規(guī)是為了有效地防止事故、保障安全。因此，法規(guī)必須具有強(qiáng)制性，但是法規(guī)又必須具有適用性，應(yīng)使最低標(biāo)準(zhǔn)的法規(guī)可以適用于所有的場(chǎng)合。

2.?4M法

1)在人方面的主要對(duì)策

生產(chǎn)活動(dòng)中的人指車間里除本人之外的其他人，包括作業(yè)伙伴或上級(jí)與下級(jí)等。沒有同心協(xié)力的關(guān)系和互助，就難以執(zhí)行命令、指揮或指示與聯(lián)絡(luò)動(dòng)作。因此，人們的橫向和縱向的人事關(guān)系是很重要的。

2)在機(jī)械方面的主要對(duì)策

(1)對(duì)于重要的機(jī)械，可以使用聯(lián)鎖裝置及故障安全裝置。

(2)設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)，要貫徹“單一最好”(SimpleIsBest)原則。

(3)要有合理的機(jī)械形狀和配置，操作裝置應(yīng)是適當(dāng)?shù)?，同時(shí)要有合理的作業(yè)條件，恰當(dāng)?shù)男畔⒅噶?，以及良好的環(huán)境條件。

(4)為了易于識(shí)別而能有效地防止誤操作，對(duì)于緊急操縱部件涂裝熒光或醒目色彩。

(5)重視大量危險(xiǎn)物的處理，尤其應(yīng)設(shè)有防止傷人的保護(hù)裝置。

(6)維修作業(yè)應(yīng)當(dāng)作為危險(xiǎn)作業(yè)來(lái)對(duì)待。

3)媒體或環(huán)境對(duì)策

除了作業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)符合人機(jī)工程學(xué)要求以外，還應(yīng)該做到：

(1)用無(wú)線電對(duì)講機(jī)進(jìn)行通話時(shí)，必須認(rèn)真研究緊急通話的有效方式。

(2)對(duì)于非正常作業(yè)，要事先制定作業(yè)指示書。

(3)對(duì)使人感到有危險(xiǎn)的地方采用紅色的標(biāo)志。在要引起人們注意的地方，盡可能排除系統(tǒng)以外的各種不利因素的干擾。

4)管理方面的對(duì)策

應(yīng)健全系統(tǒng)安全管理體制，強(qiáng)化人的安全意識(shí)，以進(jìn)一步挖掘潛力，調(diào)動(dòng)人的積極性，把提高人的自覺性、主動(dòng)性與實(shí)施強(qiáng)制性的行政法律措施結(jié)合起來(lái)，以便在人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全、高效、合理的群體和個(gè)體行為。

8.4人機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

8.4.1人機(jī)功能分配設(shè)計(jì)

1.人機(jī)功能合理分配要點(diǎn)分析

人機(jī)功能分配，在人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是指為了使人機(jī)系統(tǒng)達(dá)到最佳的匹配，在研究分析人和機(jī)器特性的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮人和機(jī)器的潛能，將系統(tǒng)各項(xiàng)功能按照一定的分配原則，合理地分配給人和機(jī)器的過(guò)程。功能分配的合理與否直接關(guān)系著整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。人機(jī)功能分配應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面考慮：

(1)人機(jī)特性研究：人和機(jī)器的性能、特點(diǎn)、負(fù)荷能力、潛在能力以及各種限度。

(2)人適應(yīng)機(jī)器所需的選拔條件和培訓(xùn)時(shí)間。

(3)人的個(gè)體差異和群體差異。

(4)人和機(jī)器對(duì)突然事件應(yīng)激反應(yīng)能力的差異和對(duì)比。

(5)用機(jī)器代替人的效果，以及可行性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面的對(duì)比分析。

2.人機(jī)功能分配設(shè)計(jì)方法舉例

1)模糊層次分析法

層次分析法(AHP)是將與總決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。運(yùn)用FAHP解決問(wèn)題，大體可以分為五個(gè)步驟：

(1)明確問(wèn)題，建立一個(gè)多層次的遞階結(jié)構(gòu)模型。

(2)構(gòu)造模糊互補(bǔ)矩陣。

(3)一致性檢驗(yàn)。

(4)計(jì)算單一準(zhǔn)則下方案的優(yōu)度值。

(5)總排序。

2)具體實(shí)例分析

為了說(shuō)明FAHP這一方法在人機(jī)系統(tǒng)功能分配中的應(yīng)用，我們以載人航天器復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)座艙內(nèi)裝置、儀器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視這一較細(xì)層次上的操作為例進(jìn)行功能分配實(shí)例分析，確定其功能分配的最優(yōu)方案。

(1)確定指標(biāo)因素，建立層次遞階結(jié)構(gòu)模型。圖8-10多層次的遞階結(jié)構(gòu)模型

(2)模糊互補(bǔ)矩陣的建立。模糊互補(bǔ)矩陣R表示針對(duì)上一層次某元素，本層次與之有關(guān)的元素之間相對(duì)優(yōu)度的比較。假定上層次的元素B同下一層次中的元素C1，C2，…，Cn有聯(lián)系，則模糊互補(bǔ)矩陣可表示為根據(jù)上面的數(shù)量標(biāo)度理論，方案層元素Ci相對(duì)于準(zhǔn)則層

元素Bk重要程度進(jìn)行兩兩比較，可得到模糊互補(bǔ)矩陣R1～R6

如下：準(zhǔn)則層元素Bk相對(duì)于目標(biāo)層元素A重要程度進(jìn)行兩兩比較，得模糊互補(bǔ)矩陣R：

(3)模糊互補(bǔ)矩陣一致性檢驗(yàn)。這里由于研究問(wèn)題的復(fù)雜性和人們認(rèn)識(shí)上可能產(chǎn)生的片面性，使構(gòu)造出來(lái)的模糊互補(bǔ)矩陣往往不具有一致性。這時(shí)可應(yīng)用模糊一致矩陣的充要條件進(jìn)行調(diào)整。

(4)單一準(zhǔn)則下方案的優(yōu)度值。根據(jù)模糊一致判斷矩陣的元素與權(quán)重的關(guān)系式給出的排序方法，即

i=1，2，…，n，k=1，2，…，m(8-1)

①計(jì)算方案Ci在目標(biāo)準(zhǔn)則Bk下的優(yōu)度值wik：

式(8-1)中α?=

(3?-?1)/2?=?1，則

②計(jì)算因素Bk在目標(biāo)層A下的優(yōu)度值wk：

式(8-1)中α?=?(6?-?1)/2?=?5/2，則

wk

=(0.18，0.14，0.26，0.1，0.22，0.1)

(5)層次總優(yōu)度排序。在單一準(zhǔn)則優(yōu)度值排序的基礎(chǔ)上，計(jì)算諸方案的總體優(yōu)度值Ti：

(8-2)

按Ti的大小可對(duì)諸方案進(jìn)行總優(yōu)度排序，即若T1≥T2≥…≥Tn，則方案從優(yōu)到劣的次序?yàn)?/p>

C1≥C2≥…≥Cn

計(jì)算結(jié)果如表8-7所示。8.4.2人機(jī)界面匹配設(shè)計(jì)

1.人機(jī)界面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

既然人與機(jī)器在完成系統(tǒng)目標(biāo)上有合理分工，那么隨之而來(lái)的問(wèn)題便是人機(jī)界面合理設(shè)計(jì)問(wèn)題—主要解決人與機(jī)之間的信息交換問(wèn)題。在人機(jī)系統(tǒng)模型中，人與機(jī)之間存在一個(gè)相互作用的“面”，稱之為人機(jī)界面。人與機(jī)之間的信息交換和決策后的控制活動(dòng)都發(fā)生在人機(jī)界面上，機(jī)的各種顯示都“作用”于人，實(shí)現(xiàn)機(jī)—人的信息傳遞；人通過(guò)視覺和聽覺等感官接收來(lái)自機(jī)的信息，經(jīng)過(guò)人腦的加工、決策，然后做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人—機(jī)的信息傳遞。

2.人機(jī)界面合理性評(píng)估

考慮到外界因素影響可能引起人機(jī)界面設(shè)計(jì)失誤，應(yīng)該對(duì)人機(jī)界面的合理性進(jìn)行有效的評(píng)估。8.4.3機(jī)的本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)

1.安全防護(hù)裝置概述

1)安全防護(hù)裝置的作用

安全防護(hù)裝置的作用是杜絕或減少機(jī)械設(shè)備在正?；蚬收蠣顟B(tài)，甚至在操作者失誤情況下發(fā)生人身或設(shè)備事故。

2)安全防護(hù)裝置的分類

(1)當(dāng)操作者處于危險(xiǎn)區(qū)或設(shè)備處于不安全狀態(tài)時(shí)，安全防護(hù)裝置能直接起安全保護(hù)作用，因此可以分為以下幾類：

①隔離防護(hù)裝置。

②連鎖控制防護(hù)裝置。

③超限保險(xiǎn)裝置。

④緊急制動(dòng)裝置。

⑤報(bào)警裝置。

(2)當(dāng)操作者一旦進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，則安全防護(hù)裝置可以使機(jī)械不能啟動(dòng)或自動(dòng)停止，或?qū)⑷藦奈ｋU(xiǎn)區(qū)排出，控制人體不能進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，此類安全防護(hù)裝置稱為安全防護(hù)控制裝置，它對(duì)人身安全起間接防護(hù)作用。這種裝置有雙手按鈕式開關(guān)、光電式安全防護(hù)裝置等。

2.安全防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原則

安全防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

(1)堅(jiān)持以人為本的設(shè)計(jì)原則。

(2)安全防護(hù)裝置必須遵循安全、可靠的原則。

(3)與機(jī)械裝備配套設(shè)計(jì)的原則。

(4)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、方便的原則。

(5)自組織的設(shè)計(jì)原則。

3.典型設(shè)計(jì)舉例

1)隔離防護(hù)安全裝置的設(shè)計(jì)

保證人的安全是解決人機(jī)系統(tǒng)安全的首要問(wèn)題。

(1)防護(hù)罩。

①固定式防護(hù)罩。

②可動(dòng)式防護(hù)罩。

③聯(lián)鎖式防護(hù)罩。

(2)防護(hù)屏及防護(hù)柵欄。

2)聯(lián)鎖控制防護(hù)安全裝置的設(shè)計(jì)

連鎖防護(hù)安全裝置的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在“連鎖”兩字上，它表示既有聯(lián)系，又相互制約(互鎖)的兩種運(yùn)動(dòng)或兩種操作動(dòng)作的協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全控制。

(1)機(jī)械式聯(lián)鎖裝置。

(2)電氣聯(lián)鎖線路：

①順序聯(lián)鎖。

②按鈕控制的正、反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖線路。

③欠電壓、