人机工程学第10章+人机系统设计与分析评价.ppt

1、第10章 人机系统设计与分析评价,10.1 人机系统设计 10.2 连接分析 10.3 作业分析 10.4 人机系统评价 10.5 人机系统安全分析,10.1 人机系统设计,10.1.1 人机系统设计基本思想及要求人机系统设计是一个广义的概念， 可以说， 凡是包括人和机相结合的设计， 小至一个按钮、 开关， 一件手工工具， 大至一个大型复杂的生产过程、 一个现代化系统(如宇宙飞船)的设计， 均为人机系统设计。 它不仅包括某个系统的具体设计， 而且也包括作业及作业辅助设计、 人员培训和维修等。,计、 人员培训和维修等。 人机系统的设计思想在不断改变。 原始的设计思想是首先确定机器， 然后根据机器

2、的操作要求选拔人员、 训练操作者。 随着机器运行速度的提高， 也要求操作者的反应速度必须提高， 而人的能力与机器对操作者的要求相差越来越大， 因此产生了人机界面设计问题。,对人机系统的设计要求如下： 1) 能达到预定目标， 完成预定的任务。 2) 人与机都能充分发挥各自的作用和协调地工作。 3) 人机系统接受输入和输出的功能， 都必须符合设计的能力。 4) 人机系统要考虑环境因素的影响， 这些因素包括厂房建筑结构、 照明、 噪声、 温湿度等。 5) 人机系统应有一个完善的反馈闭环回路。,图10-1 人机系统设计模型,10.1.2 人机系统设计的一般程序1. 人机系统的目标建立与功能分析每个系统

3、都有自己的客观目标。 系统的目标的确定对于以后的设计至关重要。 因此首先要确定包含人在内的全系统应具有什么样的目标， 并详细填写系统目标说明书。 在确定系统目标时， 要对系统目标进行技术上的可行性、 制造成本和用户要求等方面的比较。,然后再详细讨论并确定为实现该目标的手段， 亦即确定应给予系统的功能是什么。 此时可能有多个可行方案， 可行方案越多， 选择的余地越大， 从而在一定的限制条件下选出较好的方案。 若想获得许多可行方案， 目标不应是局部、 具体而狭小的， 而应从广阔的视野多层次上设定， 其方法是功能设计展开法。图10 - 2所示为功能设计展开法的关连树图， 图中的每一等级， 上位是目标

4、， 下位是功能。 各等级的目标和相应的功能之间， 从目标找功能时应问“怎么办”， 从功能找目标时则问“为什么”。,图10-2 关连树图,2. 人机功能分配功能分配是指为了使系统达到最佳匹配， 在研究分析人和机器特性的基础上， 充分发挥人和机器的潜能， 合理地将系统各项功能分配给人和机器的过程。 功能分配的任务是决定系统的哪一部分功能由人完成， 哪一部分功能由机器完成。 因此， 必须对人和机器的特性充分分析比较， 见表10-1。,表10-1 人与机器的特性比较,功能分配也称划定人机界限， 通常应考虑： 1) 人与机器的性能、 负荷能力、 潜力及局限性； 2) 人进行规定操作所需的训练时间和精力限

5、度； 3) 对异常情况的适应性和反应能力的人机对比； 4) 人的个体差异的统计； 5) 机器代替人的效果和成本等。,一般认为， 用机器代替人， 在等效等质条件下， 符合下列公式才是经济可行的： 设备原值(折旧率大修率)设备能耗+设备维修保养费+设备原值的银行利率人工工资+工资附加费+社会保险费人机功能分配的结果形成了由人、 机共同作用而实现的人机系统功能。 在现代， 人机系统的功能包括信息接受、 贮存、 处理、 反馈和输入输出以及执行等。,3. 人员开发人员开发包括作业描述和作业规范， 它为人机系统的运行提供了合适的操作人员。 功能分配完成以后， 应进行作业描述， 通过作业描述可以考查功能分配

6、是否合适， 是否与人的能力、 特性相适应。 作业描述可以通过对一个或多个活动的分析来完成。,4. 界面设计人机界面是人和机在信息交换上和功能上接触的或相互影响的领域。 人机联系的重要途径是显示器和控制器。 人机界面设计主要是指显示器、 控制器以及它们之间关系的设计。 作业空间分析也是人机界面的内容。 人机界面设计必须解决好两个主要问题： 人控制机器和人接受信息。 前者主要是指控制器要适合于人的操作， 应考虑人进行操作时的空间与控制器的配置。,显示器和控制器的布置必须符合两个原则： 1) 以人为中心的原则。 设计显示器与控制器时， 必须研究人的生理、 心理特点， 了解感觉器官功能的限度和能力以及

7、使用时可能出现的疲劳程度， 以最大限度地发挥人的潜能， 达到人机之间的最佳协调。,2) 就近布置的原则。 人机界面上可能有许多显示器、 控制器， 但它们的重要性不同。 重要性既可以是使用观察的频率， 也可以是操作错误产生的后果。,5. 系统的评价和发展系统评价是系统发展的基础， 系统评价是一个连续不断的过程。 只有正确地分析评价现实系统， 才能提出对系统的改进设计。 如果认为系统运行以后设计任务就结束了， 则系统得不到进一步的改进和完善。 因此， 系统设计将是一个设计评价再设计再评价， 不断发展的过程。,人机工程学中有关系统分析评价的方法很多。 定性分析方法有： 人的失误分析法， 操作顺序图法

8、， 时间线图法， 连接分析法， 功能流程图法等。 定量分析方法有： 功能分析法， 人机可靠性分析法， 环境指数评价法， 人机系统信息传递法， 人机安全性分析法等。 还有些评价法是定性与定量相结合的方法， 如人的因素评价法(主观评价法、 生理和心理指数评价法等)。,图10-3 人在闭环人机系统中的信息处理模型,10.1.3 人机系统分析设计的主要内容人在人机系统中， 无论是起重机的操作员， 还是火车司机或轮船的操作员， 都可以看成一个封闭控制系统的元件， 都是这一封闭系统的有机组成部分， 如图10-3所示。 将这一概念进一步加深， 可以画出如图10-4所示的简单方框图， 该图示出了操作者的工作过

9、程。 这个系统中的三个主要子系统， 即感知子系统、 信息处理子系统和人的反应子系统， 是人机系统分析设计的主要内容。,图 10-4 人的操作过程的信息处理系统,10.1.4 人机系统的设计步骤人机系统的设计步骤如表10-2所示。 首先设定一系统， 然后分析研究该系统的目标和功能， 必要的和制约的条件， 然后， 进行系统的分析和规划。 这里主要是指系统的功能分析、 人的时间和动作分析， 工序分析、 职务分析等， 其中包括提供人进行作业的必要条件和必须的信息， 分析人的判断和操纵动作。,表10-2 人机系统的设计步骤,10.2 连接分析,10.2.1 连接及其表示方法连接是指人机系统中， 人与机、

10、 机与机、 人与人之间的相互作用关系。 因此相应的连接形式有： 人机连接、 机机连接和人人连接。 人机连接是指作业者通过感觉器官接受机器发出的信息或作业者对机器实施控制操作而产生的作用关系； 机机连接是指机械装置之间所存在的依次控制关系； 人人连接是指作业者之间通过信息联络， 协调系统正常运行而产生的作用关系。,1. 对应连接对应连接是指作业者通过感觉器官接受他人或机器发出的信息或作业者根据获得的信息进行操作而形成的作用关系。,2. 逐次连接人在进行某一作业过程中， 往往不是一次动作便能达到目的， 而需要多次逐个的连续动作。 这种由逐次动作达到一个目的而形成的连接称为逐次连接。 如内燃机车司机

11、启动列车的操作过程： 确认信号(信号机的灯光显示与车长的发车指令)司机与副司机呼唤应答(人与人连接)手操纵列车制动器缓解鸣笛缓解机车制动器置换向控制手柄于前进位提主控手柄打开撒砂开关提主控手柄关撒砂开关置主控手柄于运转的合适位置。 这一复杂操作过程为一典型的逐次连接。,连接由连接关系图表示。 连接分析通过连接关系图进行。 人机系统中的各种要素均用符号表示， 各种要素之间的对应关系根据不同连接形式用不同的线型表示， 如表10-3所示。 ,表10-3 连接关系图中的要素符号、 线型的含义,10.2.2 连接分析的目的连接分析的目的有： 根据视看频率、 重要程度， 运用连接分析合理配置显示器与操作者

12、的相对位置， 以求达到视距适当、 视线通畅， 便于观察； 根据作业者对控制器的操作频率、 重要程度， 通过连接分析将控制器布置在适当的区域内， 以便于操作， 提高操作准确性；连接分析还可以帮助设计者合理配置机器之间的位置， 降低物流指数。,10.2.3 连接分析的步骤连接分析可分为绘制连接、 调整连接两步。 1. 绘制连接关系图根据人机系统， 列出系统的主要要素， 并用相应符号绘制连接关系图。 例如图10 -5所示的控制系统设计中， 作业者3、 1、 4分别对显示器和控制装置C、 A、 D进行监视和控制， 作业者2对显示器C、 A、 B的显示内容进行监视， 并对作业者3、 1、 4发布指示，

13、其连接关系如图10-6所示。,图10-5 控制系统设计,图10-6 控制系统设计中的连接分析图,2. 调整连接关系为了使各子系统之间达到相对位置最优化， 在调整连接关系时常使用以下三个优化原则。 1) 减少交叉。 为了使连接不交叉或减少交叉环节， 通过调整人机关系及其相对位置来实现。 图10 - 7(a)为某人机系统的初步配置方案， 图10-7(b)为修改后方案。 修改后交叉点消失， 显然(b)方案比(a)方案合理。 这样经过多次作图分析， 直至取得简单、 合理的配置为止。,图10-7 连接方案的优化 (a) 初步方案；(b) 修改后方案,2) 综合评价。 对于较为复杂的人机系统， 仅使用上述

14、图解很难达到理想的效果。 必须同时引入系统的“重要程度“和“使用频率”两个因素进行分析优化。 相对重要性。 请有经验的人员确定连接的重要程度， 根据“重要就近”原则进行配置。 使用频率。 按使用频率的大小对连接进行评价。, 综合评价。 将相对重要性和使用频率两者相对值之乘积的大小作为综合评价值， 进行优化配置。 图10-8(a)是某连接图， 连线上所标的数值是重要性和使用频率的乘积值， 即综合评价值。 在进行方案分析中， 既考虑减少交叉点数， 又考虑综合评价值， 将方案(a)调整为方案(b)(如图10-8(b)所示)， 与改进前相比， 连接变得流畅且易使用。,图10-8 采用综合评价的连接分析

15、(a)初始方案； (b) 改进后方案, 运用感觉特性配置系统的连接。 从显示器获得信息或操纵控制器时， 人与显示器或人与控制器之间形成视觉连接、 听觉连接或触觉连接(控制、 操纵连接)。 视觉连接或触觉连接应配置在人的前面， 这由人的感觉特性所决定。 而听觉信号即使不来自人的前面也能被感知。 因此， 连接分析还应考虑运用感觉特性配置系统的连接方式。 图10-9描述了3人操作5台机器的连接， 小圆圈中的数值表示连接综合评价值。 图10-9(a)为改进前的配置， 图10-9(b)为改进后的配置。 视觉、 触觉连接配置在人的前方， 听觉连接配置在人的两侧。,图10-9运用感觉特性配置系统连接(a)

16、初始方案； (b) 改进后方案,图10-9运用感觉特性配置系统连接(a) 初始方案； (b) 改进后方案,10.2.4 连接分析法的应用1. 对应连接分析图10-10(a)为某雷达室的初始平面图。 为了减少交叉和缩短行走距离， 运用连接分析法优化雷达室内的人机间的连接。 利用连接图将图(a)简化为图(b)。 图(c)所示为改进方案的连接图， 改进方案的人机间连接关系与旧方案完全相同， 但平面布置不同。 改进方案的平面布置见图(d)。,图10-10 雷达室平面布置设计 (a) 初始平面图； (b) 初始连接图； (c) 改进连接图； (d) 改进平面图,2. 逐次连接分析连接分析可用于控制盘的布

17、置。 在实际控制过程中， 某项作业的完成需对一系列控制器操纵才能完成。 这些操纵动作往往按照一定的逻辑顺序进行， 如果各控制器安排不当， 各动作执行路线交叉太多， 会影响控制的效率和准确性。 运用逐次连接分析优化控制盘布置， 可使各控制器的位置得到合理安排， 减少动作线路的交叉及控制动作所经过的距离。 图10-11是机载雷达的控制盘示意图， 标有数字的线是控制动作的正常连贯顺序。,图10-11 机载雷达的控制盘示意图 (a) 初始方案连接图； (b)改进后方案连接图,10.3 作业分析,10.3.1 方法研究方法研究是对现行的或拟议的工作方法进行系统地记录、 严格地考查和进而分析改进的技术。

18、方法研究的目的在于改进工艺和程序， 改进工厂、 车间和工作场所的平面布置， 改进整个工厂和设备的设计， 改进物料、 机器和人力的利用， 经济地使用人力， 减少不必要的疲劳以改善工作环境。,图10-12 作业分析,1. 方法研究的步骤方法研究的步骤及实施， 见表10-4。 2. 程序图程序图是在方法研究中， 用于观察记录与现行作业方法有关的全部事实的一组图表。 通过这些图表所记录的整个生产过程中的各个程序， 可以分析研究生产系统和生产子系统中的各种关系。,目前国际上通用的程序图有6种： 操作程序图、 流程程序图、 流程线图、 人机程序图、 工组程序图和双手操作程序图。 绘制程序图时， 通常用一套

19、符号记录生产过程中的全部事件。 常用的基本符号如表10-5所示。,表10-4 方法研究的步骤及其实施内容,表10-5 绘制程序图的5种通用符号,3. 考查和开发用提问的方法对程序图所记录的全部事实作进一步分析， 称为考查。 考查清楚基本情况之后， 即可精化现行方案， 开发新的方法。 此时， 可用ECSIRR法， 它是删减(Elimination)、 合并(Combination)、 简化(Simplification)、 改进(Improvement)、 替换(Replacement)、 重排(Rearangement)等6种方法的统称。,10.3.2 程序分析程序分析从宏观出发， 对整个生产

20、过程进行全面地观察记录和总体分析。 程序分析的范围包括三个方面， 即产品的生产过程、 生产服务过程和管理活动过程。 程序分析常用的分析工具为操作程序图、 流程程序图、 流程线图。,1. 操作程序图操作程序图是以图表形式表示从原料投入生产直至加工成零件或装配成产品为止所经历的各种操作及检验。 该图只反映操作和检验两种活动， 运输、 等待、 储存在图中不作记录。 图中竖线表示操作程序的流程， 横线表示物料的投入。 图10-13为摇杆的操作程序图。,图10-13 操作程序图 (a) 摇杆的装配图； (b) 摇杆的操作程序图,图10-13 操作程序图 (a) 摇杆的装配图； (b) 摇杆的操作程序图,

21、2. 流程程序图和流程线图流程程序图是一种按时间顺序记录操作、 检验、 运输、 等待、 储存等5种活动的图表。 它反应了生产过程中包括经过时间、 移动距离以及等待在内的整个活动， 是方法研究中最有用的工具。 根据研究对象不同， 流程程序图可分为物料型、 人员型和设备型。 图10-14为物料型流程程序图。,流程线图是用来补充流程程序图的一种图表。 它按照实际尺寸， 采用一定比例， 将流程程序图所涉及到的工作区域、 设备、 工作台、 检验台、 原材料、 在制品或成品存放位置等， 画成平面布置图。 流程线图一般与流程程序图结合使用， 主要分析生产过程中物料和人员运动的路线。 流程线图10-15(a)

22、(现行方法)和10-15(b)(改进方法)， 是流程程序图10-14方法的补充。,图10-15 流程线图(a) 现行方法； (b) 改进方法,图10-15 流程线图(a) 现行方法； (b) 改进方法,10.3.3 操作分析操作分析是研究一道工序的运行过程， 分析到操作为止。 而程序分析分析到工序为止。 操作分析常用的工具为人机程序图、 工组程序图和双手操作程序图。 操作分析的基本要求是， 使操作总数最少， 工序排列最佳， 每一操作最简单； 合理利用肌肉群， 平衡两手负荷， 尽量使用夹具； 尽量用机器完成工作； 减少作业循环和频率； 消除不合理的空闲时间； 工作地点应有足够的空间等。,1. 人

23、机程序图人机程序图是记录在同一时间坐标上， 人与机之间协调与配合关系的一种图表。 如图10 - 16所示。 通过对它分析， 可以减少人机空闲时间， 提高人机系统效率。,图10-16 人机程序图,图10-16 人机程序图,2. 工组程序图工组程序图记录在同一时间坐标上， 一组工人共同操作一台机器或不同工种的工人共同完成一项工作时， 它们之间的配合关系， 如图10-17所示。,图10-17 工组程序图,3. 双手操作程序图双手操作程序图是按操作者双手动作的相互关系记录其手(或上、 下肢)的动作的图表。 双手操作程序图一般用来表示重复相同操作时的一个完整工作循环。 它着眼于工作地点布置的合理性和零件

24、摆放位置的方便性， 如图10-18所示。 ,10.3.4 动作分析和动作经济原则1. 动作分析动作分析是方法研究中的一种微观分析。 它以操作过程中操作者的手、 眼和身体其他部位为研究对象， 按动作的目的分解为一系列的动素加以分析研究。 人体动作可划分为18种动素， 如表10-6所示。,2. 动作经济原则动作经济原则是一种保证动作经济而又有效的经验性法则。 这些原则是以人的生理、 心理特点为基础， 以减轻人在操作过程中的疲劳为目的建立的。,1) 利用人体原则。 双手应同时开始， 并同时完成动作。 除休息时间外， 双手不应同时闲着。 双臂的动作应对称， 方向应相反。 双手和身体的动作应尽量利用最低

25、等级(见表10-7)， 以减少不必要的体力消耗。 应当利用力矩协助操作。,表10-6 动素的名称、 符号、 定义,表10-7 人体动作等级, 动作过程中， 使用流畅而连续的曲线运动(如抛物线运动)， 比用方向突然发生急剧变化的直线运动为佳。 作业时眼睛的活动应处于舒适的视觉范围内； 避免经常改变视距。 动作既要从容、 自然、 有节奏和有规律， 又要避免单调。,2) 布置工作地点的原则。 应给固定的工作地点， 提供全部工具和材料。 工具材料应有固定位置， 以减少寻找造成人力和时间的浪费。 工具、 物料和操纵装置应放在操作者的最大工作范围之内， 并尽可能靠近操作者， 但应避免放在操作者的正前方。

26、应使操作者手的移动距离和次数越少越好。 应利用重力进给， 利用料箱和容器传送物料。 工具和材料应按最佳动作顺序排列布置。, 应尽量利用下滑运动传送物料， 以避免操作者用手处理已完工的工件。 应提供充足的照明； 提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅； 工作台与座椅的高度应使操作者可以变换操作姿势， 可以坐、 站交替， 具有舒适感。 工作地点的环境配色应与工作对象的颜色有一定的对比， 以减少眼睛的疲劳。,3) 设计工具和设备的原则。 应尽量使用钻模、 夹具或脚操纵的装置， 将手从所有的夹持工件的工作中解放出来，用以做其他更为重要的工作。 尽可能将两种或多种工具组合为一种。 用手指操作时，

27、应按各手指的自然能力分配负荷。, 工具中各种手柄的设计， 应尽量增大与手的接触面， 以便于施较大的力。 机器设备上的各种杠杆、 手轮和摇把等的位置， 应使操作者使用时尽量不改变或极少改变身体位置(粗大费力的操作除外)， 并应最大限度地利用机械力。,10.3.5 时间研究时间研究是在方法研究基础上， 运用一些技术来确定操作者按规定的作业标准， 完成作业所需的时间。 时间研究的目的在于揭示造成生产中无效劳动时间的各种原因， 确定无效时间的性质和数量， 采取措施消除无效时间， 并在此基础上， 制订合理的作业时间标准。,时间研究的用途是比较各种工作方法的效果， 合理安排作业人员的工作量， 平衡作业组成

28、员之间的工作量， 并为编制生产计划和生产进程、 为劳动成本管理、 估算标价、 签订交货合同、 制定劳动定额和奖励办法等提供基础资料和科学依据。,时间研究的步骤是， 选定需要研究的工作对象； 记录全部工作环境、 作业方法和工作要素的有关资料； 考查全部记录资料和细目， 以保证使用最有效的方法和动作， 将非生产的和不适当的工作要素与生产要素区别开来； 选用适当的时间研究技术， 衡量各项要素的工作时间； 制订包括休息和个人生理需要等宽放时间在内的作业标准时间， 并建立标准数据库。 若时间研究仅用于调查无效时间或比较工作方法的效果时， 可不进行制订作业标准时间一项。,10.4 人机系统评价,10.4.

29、1 检查表评价法检查表评价法， 是指利用人机工程学原理检查构成人机系统各种因素及作业过程中操作人员的能力、 心理和生理反应状况的评价方法。 国际人机工程学学会提出的“人机工程学系统分析检查表”的主要内容如下：,1) 作业空间分析。 分析作业场所的宽敞程度， 影响作业者活动的因素， 显示器和控制器的位置能否方便作业者的观察和操作。 2) 作业方法分析。 分析作业方法是否合理， 是否会引起不良的体位和姿势， 是否存在不适宜的作业速度， 以及作业者的用力是否有效。 3) 环境分析。 对作业场所的照明、 气温、 干湿、 气流、 噪声与振动条件进行分析， 考察是否符合作业者的心理和生理要求， 是否存在能

30、引起疲劳和影响健康的因素。,4) 作业组织分析。 分析作业时间、 休息时间的分配以及轮班形式， 作业速率是否影响作业者的健康和作业能力的发挥。 5) 负荷分析。 分析作业的强度、 感知系统的信息接受通道与容量的分配是否合理， 操纵控制装置的阻力是否满足人的生理特性。 6) 信息输入和输出分析。 分析系统的信息显示、 信息传递是否便于作业者观察和接受， 操纵装置是否便于区别和操作。,10.4.2 工作环境指数评价法1. 空间指数法作业空间狭窄会妨碍操作， 迫使作业者采取不正常的姿势和体位， 从而影响作业能力的正常发挥， 提早产生疲劳或加重疲劳， 降低工效。 狭窄的通道和入口会造成作业者无意触碰危

31、险机件或误操作， 导致事故发生。 因此， 为了评价人与机、 人与人、 机与机等相互的位置安排， 从而作出各种改进， 可引入各种指标的评价值来判断空间的状况。,1) 密集指数。 它表明作业空间对操作者活动范围的限制程度。 查乃尔(R.C. Channell)与托克特(M.A.Tolcote)将密度指数划分为4级， 如表10-9所示。 2) 可通行指数。 该指数用以表明通道、 入口的通畅程度， 它也被分为4级， 如表10 - 10所示。 在实际作业环境设计中， 可通行指数的选择与作业场所中的作业者数目、 出入频率、 是否可能发生紧急状态造成堵塞及这种堵塞可能带来后果的严重程度有关。,表10- 密集

32、指数,表10-10 可通行性指数,2. 视觉环境综合评价指数法视觉环境综合评价指数， 是评价作业场所的能见度和判别对象(显示器、 控制器等)能见状况的评价指标。 该方法是借助评价问卷， 考虑光环境中多项影响人的工作效率与心理舒适程度的因素， 通过主观判断确定各评价项目所处的条件状态， 利用评价系统计算各项评分及总的视觉环境指数， 以实现对视觉环境的评价。 该评价过程大致分为4步。,1) 确定评价项目。 对环境的第一印象； 照度； 眩光感觉； 亮度分布； 光影； 颜色显现， 光色； 表面装修与色彩； 室内结构与陈设； 10 室内外的视觉联系。 2) 确定分值及权值。 对各评价项目均分为由好到坏4

33、个等级， 相应的值为0、 10、 50、 100。 各项目评价分值用下式计算,（10-1）,3) 综合评价指数计算：,（10-2）,4) 确定评价等级。 根据计算的综合评价指数， 按表 10-11确定评价等级。,表10-11 视觉环境综合评价指数,3. 会话指数会话指数是指工作场所中的语言交流能够达到通畅的程度。 通常采用语言干扰级(SIT)衡量某种噪声条件下， 人在一定距离讲话必须达到多大强度的声音才能使会话通畅， 或相反在某一强度的讲话声音条件下， 噪声强度必须低于多少才能使会话通畅。 其评价指标见第9章表9-9。 ,10.4.3 海洛德分析评价法1. 人机系统的可靠度可靠性的数量指标为可

34、靠度。 人机系统的可靠度(RS)由机器的可靠度(RM)与人的操作可靠度(RH)确定。 人机系统通常由多个子系统组成， 各子系统连接方式不同， 其系统的可靠度计算方法也不同。,1) 串联系统的可靠度计算。 一个系统如果至少有一个子系统发生故障， 即可导致整个系统故障， 或各子系统都正常系统才正常， 这样的系统称为串联系统， 如图10-19所示。 其系统可靠度的表达式为,（10-3）,式中： RS系统的可靠度； Ri各子系统的可靠度。,图10-19 串联系统结构,2) 并联系统的可靠度计算。 一个系统若至少有一个子系统正常， 系统即正常， 或各子系统都不正常， 系统才不正常， 这样的系统称为并联系

35、统， 如图10-20所示。 并联系统可靠度的一般表达式为,（10-4）,图10-20 并联系统结构,3) 人机系统的可靠度计算。 人机系统可分为： 串联人机系统和冗余人机系统， 如表10-12所示。 把多余的要素加入到系统中构成并联系统称为冗余系统。 冗余系统具有冗余度， 这是提高系统可靠性的一种有效方法。,表10-12 人机系统结合形式及可靠度,2. 海洛德分析评价法海洛德法(HERALD： Human Error and Reliability Analysis Logic Development)是人的失误与可靠性分析逻辑推演法。 它是通过计算系统的可靠性， 分析评价仪表、 控制器的配置

36、和安装位置是否适合于人的操作。 一般先求出人执行任务时的成败概率， 而后对系统进行评价。,人眼在视中心线上下各15的正常视线区域内， 最不容易发生错误。 因此， 在该范围内设置仪表或控制器时， 误读率或误操作率极小， 离开该区域越远， 则误读率和误操作率将逐渐增大。 表10-13表示了从视中心线为基准向外， 每15划分一个区域，在不同的扇形区域内规定相应的误读概率即劣化值Di。如果显示控制板上的仪表被安排在15以内最佳位置上， 其劣化值为0.00010.0005； 如果将该仪表安排在80的位置上， 则相应劣化值Di增加到0.003。,所以， 在进行仪表配置时， 应该研究如何使其劣化值尽量小些。

37、 有效作业概率可用下式计算：,(10-5),例 10-1 某仪表显示板安装6种仪表， 其中有5种仪表安装在中心视线15之内， 有1种仪表安装在中心视线50的位置上， 求操作人员有效作业概率。 ,表10-13 视区与劣化值D的关系,解： 由表10-13查得， 视线15 以内仪表的劣化值D0.0001， 视线50的仪表劣化值为0.002， 则,如果监视该显示板的人员除去操作者外， 还配备了其他辅助人员， 则该系统中操作人员有效作业概率RS可以用下式计算： ,（10-6）,式中： P操作人员有效地进行操作的概率； n操作人员数； T1辅助人员修正主操作人员潜在差错而进行行动的宽裕时间， 以百分比表示

38、； T2剩余时间的百分比， T2100%T1。,在例10-1中， P0.9975， n2， T160%(估计)， T210040， 则RS为,10.5 人机系统安全分析,10.5.1 事故原因分析1. 事故原因人在一定的场所或环境中完成作业， 因此， 事故的发生显然与作业环境直接相关。 从物理环境考虑， 易于发生事故的作业场所有： 机械、 热、 火、 化学、 电、 放射性、 噪声等。,1) 事故的物理条件因素。 人与机功能分配不当。 在作业设计时， 没有充分考虑人与机各自能的机能特征， 如人在感觉、 学习、 处理紧急事件的应变与反应能力等方面优于机器， 而机器在动作的速度、 精度、 操作的力度

39、等方面优于人。 当作业分配错误时， 人与机器都不能很好地完成指定的工作， 并易于导致事故。, 工具、 作业场所等设计失误。 若设计时不考虑人机工程学原理， 则作业场所诸要素可能导致事故的发生。 如显示器与控制器的布局不合适， 没有考虑显示控制相合性， 警示装置处在难以视听的位置等。 缺少必要的安全装置与防护措施。 在前述的七种易发生事故的作业场所， 设备设计时应充分考虑安全装置的重要性， 以避免可能的伤害； 从个人防护方面来看， 必要的设施有助于应付紧急情况， 避免恶劣作业环境的影响。, 物理环境对人造成生理、 心理压力。 作业场所不适当的物理环境， 如温度太高、 湿度太大、 光照不足、 噪声

40、过强等， 都可能成为事故的诱发因素。,2) 事故的人为因素。 从人的原因考虑， 管理人员或作业者本身都可能导致事故。 人的因素可分为两方面： 人的行为因素以及人的生理与心理因素。 关于作业事故人为因素的研究， 有很多分析模式， 这里仅以“时间顺序模式”为例简要说明。时间顺序模式如图10-21所示。该模式把发生事故的过程划分为几大阶段。,图10-21 事故发生的时间顺序图,按图10-21所示模示， 为了避免事故， 从人机工程学原理考虑重点可放在： 准确、 及时、 充分地传示与危险有关的信息(如显示器设计)； 有助于避免事故的要素(如控制装置、 作业空间等)； 作业人员培训， 使其能面对可能出现的

41、事故， 采取适当措施。,根据研究， 按照事故的时间顺序模式， 不同阶段的失误情况的比例如下： 对将要发生的事故没有感知 38% 已感知， 但低估了发生事故的可能性 29% 已感知， 但没有作出反应 19%感知并作出反应， 但无力防避 14%,2. 导致事故的行为因素1) 训练与技能。 作业者已经形成习惯的动作或行为中， 有些是安全的， 有的则不安全。 形成习惯是长时间训练过程导致的结果。 如果长时间按安全操作方式进行作业， 则不易发生作业事故。 训练方面导致事故的原因是：, 训练依据的标准是不安全的， 训练结果可靠性不高， 不能应付紧急情况。 不安全的行为常比安全的行为更方便、 节省时间， 乐

42、于为人接受， 因而受过训练的人中， 还是有人不愿按安全的方式操作， 这样的训练实际上是无效的。,2) 记忆疏漏。 许多作业要求有很好的记忆， 才能准确无误地按步骤完成各种操作。 作业者须记住作业的次序、 位置、 各种信息的意义及作出的反应等， 但人们存贮有效信息的能力往往是有限的， 较为复杂的或不经常的操作不易记住。,3) 年龄和经验。 在作事故分析时， 常常考虑到年龄的因素。 4) 生活压力。 生活紧张和压力会影响人的健康和行为。 诸如婚变、 经济拮据、 家庭不和、 疾病等， 给人增加了心理负担而使其陷入不安和焦虑， 作业时不能保持精力集中， 导致动作不协调。,3. 导致事故的生理与心理因素

43、1) 性格。 就作业的安全性考虑， 如系统设计得当， 就能使大多数人少失误， 但对某些特定的人， 相同的客观条件下， 出的事故比一般人都要多。 2) 生理节律。 人体系统的各部分都在以自己的生理节律工作， 人体的机能随其生理节律而变化。,图10 - 22反映了人体机能与误操作的关系。 因此， 按生理节律科学地安排好劳动和休息， 对减少事故， 保障安全生产是有益的。 3) 作业疲劳。 疲劳可分为生理疲劳和心理疲劳。,图10-22 身体机能变化与错误率,10.5.2 FTA法 1. FTA基本概念FTA(Fault Tree Analysis)是广泛应用于工程系统灾害分析和安全分析、 提高系统可靠

44、性的一种设计方法， 也是对人机系统进行安全性分析评价的方法。 现以图10-23为例， 简要说明用FTA法分析事故的基本原理。,图10-23 FTA示例,2. FTA的一般方法和步骤FT的建造过程实质上也就是了解系统、 分析系统的过程。 建树的完善程度直接影响对系统的定性分析和定量计算。 所以， 建树过程需要经过多次反复讨论修改， 逐步完善。 FT的建立一般可按下列步骤进行：, 首先选定顶端事件， 并将其置于FT的最上端。 列出可能引起顶端事件的一切因素， 并按其相关性分为若干组。 确定各组中各事件的性质(中间事件、 基本事件、 发生概率微小的事件)， 并用不同的符号将其分别标出。, 将各组的事

45、件组成适当的逻辑门(“与”门或“或”门)。 按逻辑关系将各逻辑门连接构成FT。 FT符号目前尚无统一规定， 表10-14列出了常用的基本符号可供使用时参考。 下面以卷扬机发生碾绞工人死亡事故为例建立FT， 如图10-24所示。 ,图10-24 作业中伤亡事故的FT,表10-14 FT中的事件与逻辑门的基本符号,进行FTA， 一般可按下列步骤进行： 广泛收集并分析有关技术资料， 确定系统。 按规定的FT建立步骤建立FT。 对FT进行定性分析， 找出系统最薄弱环节。 取得基本事件的有关数据， 并分析研究各因素的发生概率。 对FT进行定量分析， 计算出顶端事件发生的概率。 研究改进方案， 提出改进意见。,3. FT概率分析FT的概率分析， 一般是从树底向上进行直至顶端(最终事件)， 即先通过实验或考查， 确定各基本事件和不需要进一步分析的事件发生的概率， 再求出顶端事件发生的概率。 最终事件发生的概率取决于逻辑门的结构。 “与”门和“或”门输出的失效事件发生的概率， 可由下列公式计算。 “与”门(AND)的概率：,（10-7）,式中： PA“与”门输出失效事件发生的概率； qi逻辑门中独立的输入事件i发生的概率(i=1,2,3， ， n)； n输入失效事件的件数。 “或”门(OR)的概率：,(10-8),式中： P0“或”门输出失效事件发生的概率； qi和n同 式(10-7)。,