安全人機系統(tǒng)的設計與評價.ppt

1、2020/8/13,楊立全,第七章 安全人機系統(tǒng)設計與評價,第一節(jié) 人機系統(tǒng)的設計 第二節(jié) 人機系統(tǒng)的可靠性與維修性 第三節(jié) 人機系統(tǒng)的安全性分析,化學工業(yè)出版社,2020/8/13,楊立全,第一節(jié) 人機系統(tǒng)的設計,一、人機系統(tǒng)設計的重要性 1.系統(tǒng)設計在工程設計中的地位 一般工程設計，大都可分為六個設計階段： (1)原理設計，主要解決功能問題； (2)初步設計或叫概略設計，具有總體設計性質(zhì)； (3)人機系統(tǒng)的設計，主要是解決人機關系的一些問題； (4)結構設計，解決結構形狀、尺寸和工藝問題； (5)造型設計，主要是整體外觀造型的美觀設計問題； (6)完成階段，包括施工圖設計和試制問題。,20

2、20/8/13,楊立全,2.人機系統(tǒng)設計的要求,(1)能達到預定的功能目標，完成預定的任務； (2)在系統(tǒng)中人與機都能發(fā)揮各自的作用并協(xié)調(diào)地工作； (3)系統(tǒng)接受輸入和做出輸出的功能，都必須符合設計的能力； (4)系統(tǒng)要考慮環(huán)境因素的影響； (5)系統(tǒng)應有完善的反饋信息回路。,2020/8/13,楊立全,二、人機系統(tǒng)設計的評價分析,1.鏈的概念 (1)對應鏈 在生產(chǎn)作業(yè)過程中，人體部位與機械部位的關聯(lián)，這種關聯(lián)叫對應鏈。 (2)逐次連結鏈 人在操作某一作業(yè)過程中，往往不是一次動作便能達到目的，而是需要多次逐個的連續(xù)動作，這種由逐次動作達到一個目的而形成的鏈關系叫逐次連結鏈。,2020/8/13

3、,楊立全,2.鏈的分析程序,（1）確定鏈的要素 （2）確定鏈的形態(tài) （3）計算鏈值 （4）檢核結果,2020/8/13,楊立全,3.對應鏈分析法,在人與設備的連接圖上標明鏈的連接形式、頻率和重要程度，然后進行鏈連接關系值分析比較。,圖7-1對應連接分析圖,2020/8/13,楊立全,4.鏈式作圖分析法,分析步驟如下： (1)系統(tǒng)中的人用圓圈表示， 使用的裝置用方框表示，在其上也標上規(guī)定的文字或符號。 (2)在人與機器之間，以及有直接聯(lián)系的人與人之間畫上連接線，這樣的圖形叫鏈式分析圖。,2020/8/13,楊立全,(3)再對鏈式分析圖進行修改，調(diào)整人與機器或人與人之間的相對位置關系，才能減少作業(yè)

4、時的交叉環(huán)節(jié)和不合理的關系。,圖7-2鏈式作圖分析法 （a）-初步方案 （b）-修改后的方案,2020/8/13,楊立全,5.按“重要程度”和“使用頻率”的作圖分析法,綜合分析“重要程度”和“使用頻率”得出綜合后的數(shù)值，然后標在連線上。這時要使高值環(huán)節(jié)之間比低值環(huán)節(jié)之間的連接線短。,2020/8/13,楊立全,圖7-3按重要性和頻率的鏈式作圖分析,2020/8/13,楊立全,第二節(jié)人機系統(tǒng)的可靠性與維修性,一、可靠性定義及其度量指標 1.可靠性定義：所謂可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 2.可靠性度量指標： （1）可靠度 (2)故障率(或失效率) （3）平均

5、壽命(或平均無故障工作時間) （4）維修度 （5）有效度,2020/8/13,楊立全,二、人機系統(tǒng)可靠度及系統(tǒng)效能可靠度,1.人機系統(tǒng)的可靠度：除了機器本身的可靠度指標要高以外，人的操作可靠度指標也要高。機器的可靠度在機械產(chǎn)品設計制造時就已確定了的， 所以，人機系統(tǒng)的可靠度隨人的操作可靠度的變化而變化。,2020/8/13,楊立全,2.系統(tǒng)效能可靠度,一個系統(tǒng)由二個或二個以上的部件組成，系統(tǒng)的可靠度與各個部件在系統(tǒng)中的組合形式有關。 （1）“串聯(lián)”系統(tǒng)的可靠度 式中 串聯(lián)系統(tǒng)效能可靠度； 單個串聯(lián)部件的可靠度。,2020/8/13,楊立全,（2）“并聯(lián)”系統(tǒng)的可靠度,式中 并聯(lián)系統(tǒng)效能可靠度，

6、 r單個部件的可靠度， m并聯(lián)部件數(shù)， n系統(tǒng)的功能數(shù)。,2020/8/13,楊立全,顯然，一個可靠度相同(如0.92)的部件，由于在系統(tǒng)中的組合形式不同，其系統(tǒng)效能的可靠度也不同。用于串聯(lián)時，系統(tǒng)效能的可靠度下降；用于并聯(lián)時，系統(tǒng)效能可靠度可以獲得提高。所以，即使單個部件的可靠度比較低，但多用幾個部件并聯(lián)，卻可得到較高的可靠度。,2020/8/13,楊立全,三、人的可靠性及機械的可靠性,（一）、人的可靠性分析 1.人的不穩(wěn)定因素 （1）生理因素 （2）心理因素 （3）管理因素 (4)環(huán)境因素 (5)個人素質(zhì) (6)社會因素 (7)操作因素,2020/8/13,楊立全,2.人的不安全行為,（1

7、）操作錯誤、忽視安全、忽視警告 （2）私自拆除安全裝置 （3）使用不安全設備 （4）手代替工具操作 （5）物體（指成品、半成品、材料、工具、切屑、生產(chǎn)用品等）存放不當。 （6）冒險進入危險場所 （7）在起吊物下作業(yè)、停留 （8）機器運轉時進行加油、修理、檢查、調(diào)整、測量、焊接、清掃等工作。 （9）沒有按規(guī)定使用個人防護用品,2020/8/13,楊立全,3.人的失誤及其防止措施,（1）人的失誤及其分析 （2）造成人失誤的后果 （3）人產(chǎn)生失誤的原因 （4）防止人失誤的措施,2020/8/13,楊立全,（二）機械的可靠性設計,1.確定零件合理的安全系數(shù),確定安全系數(shù)時應考慮以下幾個因素： （1）環(huán)

8、境條件的作用如溫度、濕度、沖擊、振動等； (2)使用中發(fā)生超負荷或誤操作時的后果； (3)為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟代價是否合算等。,2020/8/13,楊立全,2.貯備設計(冗余設計),貯備設計應考慮如下幾方面的問題： （1）在產(chǎn)品尺寸或重量嚴格限制的場合； (2)絕對避免將可靠性差的零組部件用于冗余部分； (3)不能降低貯備部分的分配負荷； (4)貯備裝置必須經(jīng)常處于可工作狀態(tài)。,2020/8/13,楊立全,3.耐環(huán)境設計,產(chǎn)品設計時要考慮環(huán)境條件的影響，應進行耐機械應力的設計，抗氣候條件設計，為此，在設計、試制階段要進行實驗室模擬或現(xiàn)場作預測環(huán)境條件下的可靠性試驗，如耐久性試驗，壽命試驗

9、，環(huán)境試驗，可靠性測定和可靠性驗證等試驗。,2020/8/13,楊立全,4.簡單化和標準化設計,產(chǎn)品零組部件標準化有如下幾個優(yōu)點： （1）標準零部件由專門生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，生產(chǎn)率高且能保證質(zhì)量； (2)可減少零組部件的種類，從而減少了測量工具和測量儀器的品種、規(guī)格和數(shù)量； (3)能保證供應，減少備件的貯備和資金積壓； (4)提高了零件的互換性、更換性和易校性，即提高了維修性 。,2020/8/13,楊立全,5.提高結合部的可靠性 6.結構安全設計 7.設置齊全的安全裝置 8.人機界面設計,2020/8/13,楊立全,四、維修性設計,1.維修及維修性 為保持或恢復產(chǎn)品規(guī)定功能采取的技術措施叫做維修。

10、 維修性是指對故障產(chǎn)品修復的難易程度，即產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成維修任務的能力。,2020/8/13,楊立全,2.產(chǎn)品結構的維修性設計,（1）可達性 安裝場所的可達性 設備外部的可達性 設備內(nèi)部的可達性 （2）零組部件的標準化與互換性 （3）維修人員的安全,2020/8/13,楊立全,3.可靠性設計與維修性設計的關系,2020/8/13,楊立全,第三節(jié) 人機系統(tǒng)的安全性分析,一、人機系統(tǒng)的安全評價分析 1. 人機系統(tǒng)的安全評價分析 （1）、預先危險分析:預先危險安全分析方法是用來識別系統(tǒng)中的主要危險，并對其嚴重性及產(chǎn)生的可能性進行分析，從而提出改進系統(tǒng)的建議。,2020/8/13,楊立全

11、,預先危險分析可分為三個步驟： 第一步 首先調(diào)查危險因素存在于那個子系統(tǒng)中，其方法可采用檢查一覽表、經(jīng)驗法和以技術判斷為基礎的方法等； 第二步 識別危險因素變成危險狀態(tài)的觸發(fā)條件，研究其危險狀態(tài)轉變?yōu)闈撛跒暮Φ谋匾獥l件，并且進一步謀求防止?jié)撛跒暮Πl(fā)生的辦法和研究這些辦法的效果。 第三步 把預測到的潛在災害劃分成危險等級。,2020/8/13,楊立全,（2）故障樹分析,故障樹分析(ETA)是一種常用的危險分析方法。它采用演繹推理的方法，把可能發(fā)生的事故與導致它們發(fā)生的各層原因之間的邏輯關系用一種稱為故障樹ETA的樹形圖表示出來，這種圖就構成了“模型”。然后對模型進行定性定量分析，從而可以把事故與

12、原因之間的關系直觀明顯地表示出來(定性分析)，并且可以找出主要原因和計算出事故發(fā)生的概率(定量分析)。,2020/8/13,楊立全,2.人機系統(tǒng)安全評價分析的新概念,（1）現(xiàn)代人機系統(tǒng)的新特點 系統(tǒng)的分析與設計必須按照人的認知與心理活動進行。 現(xiàn)代的大規(guī)模工業(yè)系統(tǒng)的危險分析與評價，必須充分考慮人在系統(tǒng)運行和維護中的作用。 現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)趨向大規(guī)模、集中化，人的因素問題，應用傳統(tǒng)的學科領域知識，對人機系統(tǒng)的安全設計和安全控制，提供的理論是不夠的。,2020/8/13,楊立全,（2）認知工程方法 人機系統(tǒng)的安全分析與設計，必須依據(jù)與心理活動行為有關的認知能力與限度。這樣，對人機系統(tǒng)的研究自然要采用問

13、題驅(qū)動(或概念驅(qū)動)的方法。我們稱為認知工程。,2020/8/13,楊立全,安全分析方面認知工程的研究內(nèi)容主要有： 對各種工作來說，有效的操作者心理模型是什么？什么樣的心理模型可作為顯示形式設計的基礎？ 當用專家系統(tǒng)支持操作者在極大的危險情況下工作時要求的專家系統(tǒng)應該是什么樣的。 在人的失誤背后，基本的心理學機制是什么? 在正常工作條件及少見的、異常工作情況下，為保證檢查到失誤，并使失誤獲得恢復需要什么樣的信息？ 在系統(tǒng)控制過程中， 需要計算機系統(tǒng)幫助操作者決策和判斷。為協(xié)調(diào)人計算機之間的相互作用，必須知道人解決問題的策略與限度的模型。 專家解決問題與非專家解決問題有什么不同？,2020/8/

14、13,楊立全,二、設計錯誤和操作錯誤分析,（一）設計錯誤分析 機器設計不當和設計出現(xiàn)差錯叫設計錯誤。 具體說來有如下幾個方面： 1.功能分配錯誤 (1)給人分配了無法順利執(zhí)行的功能； (2)可以由人很好執(zhí)行的功能分配給了機器； (3)人與機器之間的功能分配，有一部分是受功能性質(zhì)所限制。,2020/8/13,楊立全,2.人的工程設計錯誤 一般表現(xiàn)在： （1）對控制顯示裝置或其它部件，沒有按照操作人員能迅速準確操作的原則加以配置。 (2)沒有根據(jù)人機系統(tǒng)的特征選擇最適當?shù)目刂?、顯示裝置或其它部件。 (3)沒有提供操作人員執(zhí)行某種功能的必要條件。,2020/8/13,楊立全,（二）操作錯誤分析,操作

15、錯誤主要表現(xiàn)在如下幾個方面： 1.失職的錯誤 2.工作的錯誤 3.錯誤的危害性,2020/8/13,楊立全,（三）、容易誘發(fā)誤操作的因素,歸納起來主要有如下幾點： 1.環(huán)境條件的影響 2.機具設計不良的影響 3.人的生理節(jié)律變化的影響 4.人的意識狀態(tài)差別的影響,2020/8/13,楊立全,（四）、防止誤操作的措施,1.改善人機界面的條件； 2.注意人的意識狀態(tài)； 3.注意環(huán)境條件； 4.設計要合理。 5.提高協(xié)作精神 6.建立培訓制度,2020/8/13,楊立全,課堂討論題,1.人機系統(tǒng)的重要性可以從哪幾方面理解? 2.你認為人機系統(tǒng)設計評價分析的核心是什么？鏈式分析法有哪些優(yōu)缺點？ 3.人機系統(tǒng)可靠性的實質(zhì)是什么？可以用那些指標量度，不同量度指標的