安全人機工程學(xué)-人機系統(tǒng)事故分析及安全設(shè)計

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

8.1人機系統(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)生機理也構(gòu)成事故發(fā)生與否的關(guān)鍵因素。由此觀點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活動、生產(chǎn)勞動和日常生活中所表現(xiàn)的一切動作。人的一切行為都是由人腦神經(jīng)輻射，產(chǎn)生思想意識并表現(xiàn)于動作。圖8-3人的失誤行為發(fā)生過程

2.人失誤的主要原因

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

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

說明。8.1.3物的不安全狀態(tài)

生產(chǎn)過程中涉及的物質(zhì)包括原料、燃料、動力、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、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，是因為客觀上存在不安全因素和眾多的社會因素和環(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)果為止的事故動態(tài)過程中，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用價值。圖8-5經(jīng)典的以人失誤為主因的事故模型

2.人失誤擴展模型

根據(jù)該模型得出事故的發(fā)生主要原因為人失誤的產(chǎn)生，進而才導(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方面：

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

(2)安全、友好的人機界面(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模型

3.人機工程學(xué)與防止人失誤的關(guān)系

在對事故原因深入剖析的基礎(chǔ)上，進一步歸納、整理可得到防止人失誤與人機工程學(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。

(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人體機能變化與錯誤率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。該模型把事故過程劃分為幾個階段，在每個階段，如果運用正確的能力與方式進行解決，則會減少事故發(fā)生的機會，并且過渡到下一個防避階段。如果作業(yè)者按圖示步驟作出相應(yīng)反應(yīng)的話，雖然不能肯定會完全避免事故的發(fā)生，但至少會大大減少事故發(fā)生的概率；如不采取相應(yīng)的措施，則事故發(fā)生的概率必會大大增加。圖8-8事故發(fā)生階段順序圖

8.3人機系統(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，總是先分析事故成因。依據(jù)設(shè)計的安全標(biāo)準(zhǔn)，從分析事故直接原因入手，進而尋找事故間接原因，然后找出基礎(chǔ)原因。對照事故發(fā)生規(guī)律的典型模型，進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)，對人、機、環(huán)境、管理四大控制措施進一步細(xì)化，可總結(jié)出事故控制方法要點，如表8-5所示。8.3.3事故控制基本對策

1.?3E原則

1)技術(shù)對策

技術(shù)對策是保障安全的首要措施之一。當(dāng)設(shè)計機械裝置或工程項目以及工廠時，要認(rèn)真地研究、分析潛在危險，對可能發(fā)生的各種危險進行預(yù)測，從技術(shù)上解決防止這些危險的對策。進行這種分析應(yīng)當(dāng)和技術(shù)設(shè)計結(jié)合起來，即進行技術(shù)設(shè)計時就應(yīng)當(dāng)考慮安全性，兩者是不可分割的。

2)教育對策

教育對策主要是指在產(chǎn)業(yè)部門的各個方面進行具體的安全教育和訓(xùn)練，教會如何對各種危險進行預(yù)測和預(yù)防。其次是指在教育機關(guān)組織的各種學(xué)校，同樣有必要實施安全教育和訓(xùn)練。教育的目的是保持和強化在學(xué)校或進廠學(xué)習(xí)期間就懂得安全知識和養(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。

3)法制對策

法制對策是從屬于各種標(biāo)準(zhǔn)的，作為標(biāo)準(zhǔn)，除了國家法律規(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合。

2.?4M法

1)在人方面的主要對策

生產(chǎn)活動中的人指車間里除本人之外的其他人，包括作業(yè)伙伴或上級與下級等。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)在機械方面的主要對策

(1)對于重要的機械，可以使用聯(lián)鎖裝置及故障安全裝置。

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

(3)要有合理的機械形狀和配置，操作裝置應(yīng)是適當(dāng)?shù)?，同時要有合理的作業(yè)條件，恰當(dāng)?shù)男畔⒅噶睿约傲己玫沫h(huán)境條件。

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

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

(6)維修作業(yè)應(yīng)當(dāng)作為危險作業(yè)來對待。

3)媒體或環(huán)境對策

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

(1)用無線電對講機進行通話時，必須認(rèn)真研究緊急通話的有效方式。

(2)對于非正常作業(yè)，要事先制定作業(yè)指示書。

(3)對使人感到有危險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)管理方面的對策

應(yīng)健全系統(tǒng)安全管理體制，強化人的安全意識，以進一步挖掘潛力，調(diào)動人的積極性，把提高人的自覺性、主動性與實施強制性的行政法律措施結(jié)合起來，以便在人—機—環(huán)境系統(tǒng)實現(xiàn)安全、高效、合理的群體和個體行為。

8.4人機系統(tǒng)安全設(shè)計

8.4.1人機功能分配設(shè)計

1.人機功能合理分配要點分析

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

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

(2)人適應(yīng)機器所需的選拔條件和培訓(xùn)時間。

(3)人的個體差異和群體差異。

(4)人和機器對突然事件應(yīng)激反應(yīng)能力的差異和對比。

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

2.人機功能分配設(shè)計方法舉例

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)之上進行定性和定量分析的決策方法。運用FAHP解決問題，大體可以分為五個步驟：

(1)明確問題，建立一個多層次的遞階結(jié)構(gòu)模型。

(2)構(gòu)造模糊互補矩陣。

(3)一致性檢驗。

(4)計算單一準(zhǔn)則下方案的優(yōu)度值。

(5)總排序。

2)具體實例分析

為了說明FAHP這一方法在人機系統(tǒng)功能分配中的應(yīng)用，我們以載人航天器復(fù)雜人機系統(tǒng)座艙內(nèi)裝置、儀器運行狀態(tài)的監(jiān)視這一較細(xì)層次上的操作為例進行功能分配實例分析，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)模糊互補矩陣的建立。模糊互補矩陣R表示針對上一層次某元素，本層次與之有關(guān)的元素之間相對優(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相對于準(zhǔn)則層

元素Bk重要程度進行兩兩比較，可得到模糊互補矩陣R1～R6

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

(3)模糊互補矩陣一致性檢驗。這里由于研究問題的復(fù)雜性和人們認(rèn)識上可能產(chǎn)生的片面性，使構(gòu)造出來的模糊互補矩陣往往不具有一致性。這時可應(yīng)用模糊一致矩陣的充要條件進行調(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，計算諸方案的總體優(yōu)度值Ti：

(8-2)

按Ti的大小可對諸方案進行總優(yōu)度排序，即若T1≥T2≥…≥Tn，則方案從優(yōu)到劣的次序為

C1≥C2≥…≥Cn

計算結(jié)果如表8-7所示。8.4.2人機界面匹配設(shè)計

1.人機界面設(shè)計要點分析

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

2.人機界面合理性評估

考慮到外界因素影響可能引起人機界面設(shè)計失誤，應(yīng)該對人機界面的合理性進行有效的評估。8.4.3機的本質(zhì)安全化設(shè)計

1.安全防護裝置概述

1)安全防護裝置的作用

安全防護裝置的作用是杜絕或減少機械設(shè)備在正常或故障狀態(tài)，甚至在操作者失誤情況下發(fā)生人身或設(shè)備事故。

2)安全防護裝置的分類

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

①隔離防護裝置。

②連鎖控制防護裝置。

③超限保險裝置。

④緊急制動裝置。

⑤報警裝置。

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

2.安全防護裝置的設(shè)計原則

安全防護裝置的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

(1)堅持以人為本的設(shè)計原則。

(2)安全防護裝置必須遵循安全、可靠的原則。

(3)與機械裝備配套設(shè)計的原則。

(4)簡單、經(jīng)濟、方便的原則。

(5)自組織的設(shè)計原則。

3.典型設(shè)計舉例

1)隔離防護安全裝置的設(shè)計

保證人的安全是解決人機系統(tǒng)安全的首要問題。

(1)防護罩。

①固定式防護罩。

②可動式防護罩。

③聯(lián)鎖式防護罩。

(2)防護屏及防護柵欄。

2)聯(lián)鎖控制防護安全裝置的設(shè)計

連鎖防護安全裝置的特點主要體現(xiàn)在“連鎖”兩字上，它表示既有聯(lián)系，又相互制約(互鎖)的兩種運動或兩種操作動作的協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)安全控制。

(1)機械式聯(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、