七安全人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)課件

1、章安全人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性與維修性節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的安全性分析化學(xué)工業(yè)出版社第1頁(yè)，共40頁(yè)。第一節(jié) 人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)中的地位一般工程設(shè)計(jì)，大都可分為六個(gè)設(shè)計(jì)階段：(1)原理設(shè)計(jì)，主要解決功能問(wèn)題；(2)初步設(shè)計(jì)或叫概略設(shè)計(jì)，具有總體設(shè)計(jì)性質(zhì)；(3)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是解決人機(jī)關(guān)系的一些問(wèn)題；(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決結(jié)構(gòu)形狀、尺寸和工藝問(wèn)題；(5)造型設(shè)計(jì)，主要是整體外觀造型的美觀設(shè)計(jì)問(wèn)題；(6)完成階段，包括施工圖設(shè)計(jì)和試制問(wèn)題。 第2頁(yè)，共40頁(yè)。2.人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求(1)能達(dá)到預(yù)定的功能目標(biāo)，完成預(yù)定的任務(wù)；(2)在系

2、統(tǒng)中人與機(jī)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(shè)計(jì)的能力；(4)系統(tǒng)要考慮環(huán)境因素的影響；(5)系統(tǒng)應(yīng)有完善的反饋信息回路。 第3頁(yè)，共40頁(yè)。二、人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)分析 1.鏈的概念(1)對(duì)應(yīng)鏈在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，人體部位與機(jī)械部位的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)叫對(duì)應(yīng)鏈。(2)逐次連結(jié)鏈人在操作某一作業(yè)過(guò)程中，往往不是一次動(dòng)作便能達(dá)到目的，而是需要多次逐個(gè)的連續(xù)動(dòng)作，這種由逐次動(dòng)作達(dá)到一個(gè)目的而形成的鏈關(guān)系叫逐次連結(jié)鏈。第4頁(yè)，共40頁(yè)。2.鏈的分析程序（1）確定鏈的要素（2）確定鏈的形態(tài)（3）計(jì)算鏈值（4）檢核結(jié)果第5頁(yè)，共40頁(yè)。3.對(duì)應(yīng)鏈分析法在人與設(shè)備的連接

3、圖上標(biāo)明鏈的連接形式、頻率和重要程度，然后進(jìn)行鏈連接關(guān)系值分析比較。圖7-1對(duì)應(yīng)連接分析圖第6頁(yè)，共40頁(yè)。4.鏈?zhǔn)阶鲌D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(biāo)上規(guī)定的文字或符號(hào)。(2)在人與機(jī)器之間，以及有直接聯(lián)系的人與人之間畫(huà)上連接線，這樣的圖形叫鏈?zhǔn)椒治鰣D。第7頁(yè)，共40頁(yè)。(3)再對(duì)鏈?zhǔn)椒治鰣D進(jìn)行修改，調(diào)整人與機(jī)器或人與人之間的相對(duì)位置關(guān)系，才能減少作業(yè)時(shí)的交叉環(huán)節(jié)和不合理的關(guān)系。圖7-2鏈?zhǔn)阶鲌D分析法（a）-初步方案 （b）-修改后的方案2022/8/8楊立全第8頁(yè)，共40頁(yè)。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

4、“使用頻率”得出綜合后的數(shù)值，然后標(biāo)在連線上。這時(shí)要使高值環(huán)節(jié)之間比低值環(huán)節(jié)之間的連接線短。第9頁(yè)，共40頁(yè)。 圖7-3按重要性和頻率的鏈?zhǔn)阶鲌D分析2022/8/8楊立全第10頁(yè)，共40頁(yè)。第二節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性與維修性 一、可靠性定義及其度量指標(biāo)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(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 2.可靠性度量指標(biāo)：（1）可靠度 (2)故障率(或失效率) （3）平均壽命(或平均無(wú)故障工作時(shí)間)（4）維修度 （5）有效度第11頁(yè)，共40頁(yè)。二、人機(jī)系統(tǒng)可靠度及系統(tǒng)效能可靠度1.人機(jī)系統(tǒng)的可靠度：除了機(jī)器本身的可靠度指標(biāo)要高以外，人的操作可靠度指標(biāo)也要高。機(jī)

5、器的可靠度在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造時(shí)就已確定了的， 所以，人機(jī)系統(tǒng)的可靠度隨人的操作可靠度的變化而變化。第12頁(yè)，共40頁(yè)。2.系統(tǒng)效能可靠度 一個(gè)系統(tǒng)由二個(gè)或二個(gè)以上的部件組成，系統(tǒng)的可靠度與各個(gè)部件在系統(tǒng)中的組合形式有關(guān)。（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(gè)串聯(lián)部件的可靠度。 第13頁(yè)，共40頁(yè)。（2）“并聯(lián)”系統(tǒng)的可靠度 式中 并聯(lián)系統(tǒng)效能可靠度， r單個(gè)部件的可靠度，m并聯(lián)部件數(shù)， n系統(tǒng)的功能數(shù)。 第14頁(yè)，共40頁(yè)。 顯然，一個(gè)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(shí)，系統(tǒng)效能的可靠度下降；用于并聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)效能

6、可靠度可以獲得提高。所以，即使單個(gè)部件的可靠度比較低，但多用幾個(gè)部件并聯(lián)，卻可得到較高的可靠度。 2022/8/8楊立全第15頁(yè)，共40頁(yè)。三、人的可靠性及機(jī)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(gè)人素質(zhì) (6)社會(huì)因素 (7)操作因素第16頁(yè)，共40頁(yè)。2.人的不安全行為（1）操作錯(cuò)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(shè)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(dāng)。（6）冒險(xiǎn)進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所（7）在起吊物下作業(yè)、停留（8）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行加油、修理

7、、檢查、調(diào)整、測(cè)量、焊接、清掃等工作。（9）沒(méi)有按規(guī)定使用個(gè)人防護(hù)用品第17頁(yè)，共40頁(yè)。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）防止人失誤的措施第18頁(yè)，共40頁(yè)。（二）機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì) 1.確定零件合理的安全系數(shù)確定安全系數(shù)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：（1）環(huán)境條件的作用如溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)等；(2)使用中發(fā)生超負(fù)荷或誤操作時(shí)的后果；(3)為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)是否合算等。 第19頁(yè)，共40頁(yè)。2.貯備設(shè)計(jì)(冗余設(shè)計(jì))貯備設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾方面的問(wèn)題：（1）在產(chǎn)品尺寸或重量嚴(yán)格限制的場(chǎng)合； (2)絕對(duì)避免將可靠性差的零組部件用于冗

8、余部分； (3)不能降低貯備部分的分配負(fù)荷； (4)貯備裝置必須經(jīng)常處于可工作狀態(tài)。第20頁(yè)，共40頁(yè)。3.耐環(huán)境設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮環(huán)境條件的影響，應(yīng)進(jìn)行耐機(jī)械應(yīng)力的設(shè)計(jì)，抗氣候條件設(shè)計(jì)，為此，在設(shè)計(jì)、試制階段要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬或現(xiàn)場(chǎng)作預(yù)測(cè)環(huán)境條件下的可靠性試驗(yàn)，如耐久性試驗(yàn)，壽命試驗(yàn)，環(huán)境試驗(yàn)，可靠性測(cè)定和可靠性驗(yàn)證等試驗(yàn)。 第21頁(yè)，共40頁(yè)。4.簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 產(chǎn)品零組部件標(biāo)準(zhǔn)化有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）標(biāo)準(zhǔn)零部件由專門(mén)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(lèi)，從而減少了測(cè)量工具和測(cè)量?jī)x器的品種、規(guī)格和數(shù)量；(3)能保證供應(yīng)，減少備件的貯備和資金積壓；(4)提高了

9、零件的互換性、更換性和易校性，即提高了維修性 。第22頁(yè)，共40頁(yè)。 5.提高結(jié)合部的可靠性 6.結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì) 7.設(shè)置齊全的安全裝置8.人機(jī)界面設(shè)計(jì)2022/8/8楊立全第23頁(yè)，共40頁(yè)。四、維修性設(shè)計(jì)1.維修及維修性為保持或恢復(fù)產(chǎn)品規(guī)定功能采取的技術(shù)措施叫做維修。維修性是指對(duì)故障產(chǎn)品修復(fù)的難易程度，即產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成維修任務(wù)的能力。第24頁(yè)，共40頁(yè)。2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的維修性設(shè)計(jì)（1）可達(dá)性 安裝場(chǎng)所的可達(dá)性 設(shè)備外部的可達(dá)性 設(shè)備內(nèi)部的可達(dá)性 （2）零組部件的標(biāo)準(zhǔn)化與互換性（3）維修人員的安全第25頁(yè)，共40頁(yè)。3.可靠性設(shè)計(jì)與維修性設(shè)計(jì)的關(guān)系第26頁(yè)，共40頁(yè)。第三節(jié) 人機(jī)

10、系統(tǒng)的安全性分析一、人機(jī)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)分析1. 人機(jī)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)分析 （1）、預(yù)先危險(xiǎn)分析:預(yù)先危險(xiǎn)安全分析方法是用來(lái)識(shí)別系統(tǒng)中的主要危險(xiǎn)，并對(duì)其嚴(yán)重性及產(chǎn)生的可能性進(jìn)行分析，從而提出改進(jìn)系統(tǒng)的建議。第27頁(yè)，共40頁(yè)。 預(yù)先危險(xiǎn)分析可分為三個(gè)步驟： 第一步 首先調(diào)查危險(xiǎn)因素存在于那個(gè)子系統(tǒng)中，其方法可采用檢查一覽表、經(jīng)驗(yàn)法和以技術(shù)判斷為基礎(chǔ)的方法等； 第二步 識(shí)別危險(xiǎn)因素變成危險(xiǎn)狀態(tài)的觸發(fā)條件，研究其危險(xiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛跒?zāi)害的必要條件，并且進(jìn)一步謀求防止?jié)撛跒?zāi)害發(fā)生的辦法和研究這些辦法的效果。 第三步 把預(yù)測(cè)到的潛在災(zāi)害劃分成危險(xiǎn)等級(jí)。2022/8/8楊立全第28頁(yè)，共40頁(yè)。（2）故障樹(shù)分

11、析 故障樹(shù)分析(ETA)是一種常用的危險(xiǎn)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(dǎo)致它們發(fā)生的各層原因之間的邏輯關(guān)系用一種稱為故障樹(shù)ETA的樹(shù)形圖表示出來(lái)，這種圖就構(gòu)成了“模型”。然后對(duì)模型進(jìn)行定性定量分析，從而可以把事故與原因之間的關(guān)系直觀明顯地表示出來(lái)(定性分析)，并且可以找出主要原因和計(jì)算出事故發(fā)生的概率(定量分析)。 第29頁(yè)，共40頁(yè)。2.人機(jī)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)分析的新概念（1）現(xiàn)代人機(jī)系統(tǒng)的新特點(diǎn) 系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)必須按照人的認(rèn)知與心理活動(dòng)進(jìn)行。 現(xiàn)代的大規(guī)模工業(yè)系統(tǒng)的危險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)，必須充分考慮人在系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)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(wèn)題，應(yīng)用傳

12、統(tǒng)的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)和安全控制，提供的理論是不夠的。第30頁(yè)，共40頁(yè)。（2）認(rèn)知工程方法人機(jī)系統(tǒng)的安全分析與設(shè)計(jì)，必須依據(jù)與心理活動(dòng)行為有關(guān)的認(rèn)知能力與限度。這樣，對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的研究自然要采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)(或概念驅(qū)動(dòng))的方法。我們稱為認(rèn)知工程。2022/8/8楊立全第31頁(yè)，共40頁(yè)。安全分析方面認(rèn)知工程的研究?jī)?nèi)容主要有：對(duì)各種工作來(lái)說(shuō)，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(shè)計(jì)的基礎(chǔ)？當(dāng)用專家系統(tǒng)支持操作者在極大的危險(xiǎn)情況下工作時(shí)要求的專家系統(tǒng)應(yīng)該是什么樣的。在人的失誤背后，基本的心理學(xué)機(jī)制是什么?在正常工作條件及少見(jiàn)的、異常工作情況下，為保證檢查到失誤，并

13、使失誤獲得恢復(fù)需要什么樣的信息？在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幫助操作者決策和判斷。為協(xié)調(diào)人計(jì)算機(jī)之間的相互作用，必須知道人解決問(wèn)題的策略與限度的模型。專家解決問(wèn)題與非專家解決問(wèn)題有什么不同？2022/8/8楊立全第32頁(yè)，共40頁(yè)。二、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和操作錯(cuò)誤分析（一）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤分析機(jī)器設(shè)計(jì)不當(dāng)和設(shè)計(jì)出現(xiàn)差錯(cuò)叫設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。具體說(shuō)來(lái)有如下幾個(gè)方面：1.功能分配錯(cuò)誤(1)給人分配了無(wú)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(jī)器；(3)人與機(jī)器之間的功能分配，有一部分是受功能性質(zhì)所限制。第33頁(yè)，共40頁(yè)。2.人的工程設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 一般表現(xiàn)在： （1）對(duì)控制顯示裝置或其它部件，沒(méi)有按照操作人員能

14、迅速準(zhǔn)確操作的原則加以配置。 (2)沒(méi)有根據(jù)人機(jī)系統(tǒng)的特征選擇最適當(dāng)?shù)目刂啤@示裝置或其它部件。 (3)沒(méi)有提供操作人員執(zhí)行某種功能的必要條件。2022/8/8楊立全第34頁(yè)，共40頁(yè)。（二）操作錯(cuò)誤分析操作錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1.失職的錯(cuò)誤2.工作的錯(cuò)誤3.錯(cuò)誤的危害性第35頁(yè)，共40頁(yè)。（三）、容易誘發(fā)誤操作的因素歸納起來(lái)主要有如下幾點(diǎn)：1.環(huán)境條件的影響2.機(jī)具設(shè)計(jì)不良的影響3.人的生理節(jié)律變化的影響4.人的意識(shí)狀態(tài)差別的影響第36頁(yè)，共40頁(yè)。（四）、防止誤操作的措施1.改善人機(jī)界面的條件；2.注意人的意識(shí)狀態(tài)；3.注意環(huán)境條件；4.設(shè)計(jì)要合理。5.提高協(xié)作精神6.建立培訓(xùn)制度 第37頁(yè)，共40頁(yè)。課堂討論題1.人機(jī)系統(tǒng)的重要性可以從哪幾方面理解?2.你認(rèn)為人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)分析的核心是什么？鏈?zhǔn)椒治龇ㄓ心男﹥?yōu)缺點(diǎn)？3.人機(jī)系統(tǒng)可靠性的實(shí)質(zhì)是什么？可以用那些指標(biāo)量度，不同量度指標(biāo)的關(guān)系如何？4.如何根據(jù)產(chǎn)品壽命曲線，進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)