【安全课件】人机功能匹配

人机功能匹配制作：孟现柱[e-mail]人机系统在一定的环境条件下，人机系统包括人和机两个基本组成部分，它们互相联系构成一个整体。一、人的主要功能人在操作活动中的基本功能示意图一、人的主要功能人的主要功能传感器：感受信息，感知工作和机器情况信息处理器：对信息处理分析、判断操纵器：通过动作进行操纵二、机的主要功能机的主要功能接受信息:通过传感器接受信息储存信息:通过储存装置储存信息处理信息:对信息加工处理执行功能:1机器本身产生控制功能，2借助信号把指令从这个环节传递到下个环节三、人机特性比较在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自的不同特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，做到安全生产。三、人机特性比较项目人机器感受能力能够识别物体的大小、形状、位置和颜色等特征，能够分辨不同音色和某些化学物质气味能够接受超声、辐射、微波、磁场等人不能感知的信号，且在感觉速度方面优于人操纵能力能够进行各种控制，在自由度、调节和联系能力等方面优于机器，能“独立运行”操纵力、速度、精密度、操作数量和范围等方面优于人，但不能“独立运行”处理能力有智力和主观能动性，有创造、辨别、归纳、演绎、综合、分析、记忆、联想、判断、抽象思维等能力，能发现事物运动规律，对问题提出见解和决策措施无智力（智能机例外）和主观能动性，没有创造能力，只能按照程序设计机械地辨别、归纳、演绎、综合、分析、记忆、判断，不能对问题提出见解三、人机特性比较项目人机器学习能力具有很强的学习能力，能阅读、归纳和判断，形成概念和方法无学习能力计算能力计算慢且容易产生误差，不能进行高阶运算，但善于修正误差计算快而精确，可进行高阶运算，但不善于修正误差记忆能力能够记忆大量信息，并进行多途径存取，擅长对原则和策略的记忆能够迅速存取信息，信息传递能力、记忆速度和保持能力都比人高很多工作效能能够依次完成多种功能作业，但不能同时完成多种操纵和在恶劣条件下作业能够在恶劣环境下工作，可同时完成多种操纵控制，单调、重复的工作也不降低效率三、人机特性比较项目人机器可靠性就人脑而言，可靠性高于机器。但在疲劳与紧急事态下，可能极不可靠，人的技术高低，生理及心理状况等对可靠性都有影响，能够处理意外的紧急事件按照恰当设计制造的机器，能保持高可靠性，但在超负荷情况下可靠性可能突降，其本身的检查和维修能力非常薄弱，不能处理意外的紧急事件连续性容易产生疲劳，不能长时间的连续工作，且受年龄，性别与健康状况等因素的影响耐久性高，能长期连续工作，但需要适当维护灵活性通过教育训练，能够具有多方面的应变能力，适应和应付突发事件能力强如果是专用机械，不调整则不能改变其作业用途三、人机特性比较可以看出，人在复杂感受能力、信息处理能力、智力、综合判断能力、对情况的决策处理能力、灵活应变能力等方面优于机器；但在准确度、体力、速度和知觉能力方面有限。机器在操纵力、速度、精确度、高阶运算能力、存储能力、连续作业能力和耐久性等方面优于人；但在性能维持能力、正常动作、判断能力、造价、运营费用方面受限。四、人机功能匹配人与机的几种结合形式劳动者-工具操作者-机器监控者-自动化机器监督者-智能机器1、人机功能匹配的含义1)人机功能分配2)人机相互配合对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能分配给人或机，叫人机功能分配。根据人机各自的能力，使人机相互配合、协调、适应，实现人监控机器和机器监控人。1、人机功能匹配的含义人机功能匹配的内容显示器与人的信息感觉通道特性匹配控制器与人体运动特性的匹配显示器与控制器的匹配环境条件与人心理生理及生物力学特性的匹配2、人机功能不匹配的影响1)如果不考虑人和机的适应，那么人既不会舒适，也不会高效工作。2)人机不协调或协调性差是违章操作的主要原因，而违章操作可能会导致人为失误甚至安全事故；其次操纵器、显示器、报警器设计上的缺陷，未能达到最佳匹配也会造成违章操作，造成事故。3、人机功能分配的原则1）比较分配原则2）剩余分配原则3）经济分配原则4）宜人分配原则5）弹性分配原则通过人与机器的特性比较，进行客观的和符合逻辑的分配。如笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，分配给机器承担。指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担。3、人机功能分配的原则1）比较分配原则2）剩余分配原则3）经济分配原则4）宜人分配原则5）弹性分配原则在功能分配时，首先考虑机器所能承担的系统功能，然后将剩余部分功能分配给人。在这当中，必须掌握和了解机器本身的可靠度，如果盲目地将功能强加于机器，则会造成系统的不安全性。3、人机功能分配的原则1）比较分配原则2）剩余分配原则3）经济分配原则4）宜人分配原则5）弹性分配原则以经济效益为原则，合理恰当地进行人机功能分配。如对某一特定功能．由机器承担时，需要重新设计、生产和制造；由人来承担时，则需要培训、支付费用等。这两者的经济效益通过比较和计算来确定功能的分配。3、人机功能分配的原则1）比较分配原则2）剩余分配原则3）经济分配原则4）宜人分配原则5）弹性分配原则系统的功能分配要适合于人的生理和心理的多种需求，有意识地发挥人的技能。3、人机功能分配的原则1）比较分配原则2）剩余分配原则3）经济分配原则4）宜人分配原则5）弹性分配原则系统的某些功能可以同时分配给人或机器，这样人可以自由选择参与系统行为的程度。例如许多控制系统可以自动完成，也可手动完成，尤其现代计算机的控制系统，要有多种人机接口，从而实现不同程度的人机对话。4、人机功能匹配中不合理的表现1）把适合人的功能分配给机器，把适合机器的功能分配给人，如汽车驾驶员驾驶同时判断行驶里数；2）人承担的负荷或速度超过人能力极限，如缝纫机操作速度太快；3）不能根据人执行功能的特点找出人机之间最适宜相互联系的途径和手段，如设计中没有考虑人的反应时间；5、人机功能匹配应该注意问题1）信息由机器显示器传递给人时，应该选择适宜的信息通道，避免信息过载，同时设计符合人机学原则；2）信息从人的运动器官传递到机器时，应该考虑人的能力极限和操作范围，控制器应该高效、安全、灵活、可靠；3）设计时，应该充分利用人和机的各自优势；5、人机功能匹配应该注意问题4）使用人机结合面的信息通道和传递频率不能超过人的能力极限，并使机器适合大多数人；5）要考虑机器发生故障的可能性，以及简单排除故障的方法和工具；6）要考虑小概率事件的处，对可能造成破坏的小概率事件事先安排监督和控制方法。第三节人机系统的可靠性可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定条件包括使用条件、维护条件、环境条件、贮存条件和工作方式等。某些电子元器件在实验室中使用和在火箭上使用，其可靠性就可以相差几个数量级。机器在超负荷下使用和连续不断工作都会使可靠性降低。相反，产品在减负荷（低于使用负荷）下使用，可靠性提高。第三节人机系统的可靠性可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定时间依据不同对象和工作目的而异，如火箭要求几秒或几分钟内工作可靠，而一台机床要求的可靠使用时间则长得多。一般地说，机器设备的可靠性随使用时间的增加而逐渐降低，使用时间越长，可靠性越低。使用时间不同，可靠性也不同。第三节人机系统的可靠性可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定功能是指机器设备本身的性能指标和包括人方便、安全、舒适地操纵机器的使用功能。当机器和设备达到规定功能，则可靠；当产品丧失规定功能，则称其发生故障、失效或不可靠。第三节人机系统的可靠性可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。能力是指可靠性的高低，如“平均无故障时间”长，度量可靠性能力的指标很多，如：可靠度、平均寿命等。二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度可靠度是在规定条件下、规定时间内，系统或产品能完成规定功能的概率。若把它视为时间的函数，就称为可靠度函数。二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度就概率而言，可靠度是累积分布函数，它表示时间t内不出故障的系统或产品数[N－Nf(t)]占全部工作的系统或产品数N的百分率。狭义可靠度R(t)为R(t)=[N－Nf(t)]/N显然t=0，Nf(0)=0，R(0)=1；t→∞,Nf(∞)→0，R(∞)→0。二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度不可靠度，也叫累积故障概率，它是指系统或产品在规定条件和时间t内发生故障的概率，不可靠度为F(t)为F(t)=1-R(t)=Nf(t)/N显然t=0，Nf(0)=0，F(0)=0；t→∞,Nf(∞)→0，F(∞)→1。二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度故障率是指工作到t时刻尚未发生故障的产品Ns(t)，在t时刻后单位时间内发生故障的概率ΔNf(t)。对比：失效率定义为工作到t时刻尚未失效的产品，在该时刻t后的单位时间内发生失效的概率。二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度故障率(t)的观测值等于t时刻后单位时间内发生故障的产品数(ΔNf(t)/Δt)与尚未发生故障的产品数Ns(t)之比：(t)=(ΔNf(t)/Δt)/Ns(t)=(ΔNf/Δt)/[N-Nf]二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度也叫平均无故障工作时间θ=t=t/nt—总工作时间；n—故障（或失效）次数或试验产品数。故障率=1/平均无故障时间=1/θ二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度产品发生故障后，在规定条件、维修工具、维修方法、维修技术水平下，在规定时间内能够修复的概率叫维修度M(τ)。设在τ=0时处于故障状态的产品Nf，经过维修时间τ修复的产品数为Nτ，则M(τ)=Nτ/Nf二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度狭义可靠度和维修度的综合称有效度，也叫广义可靠度。其定义为：对于可维修产品，在规定条件下使用，在规定维修条件下修理，在规定时间内具有或维持起规定功能处于正常状态的概率。二、可靠性的度量可靠性常用的度量有可靠度不可靠度故障率平均无故障时间维修度有效度有效度是工作时间t和维修时间τ的函数，用A(t,τ)表示A(t,τ)=R(t)+F(t)M(τ)有效度的观测值A=U/(U+D)U——可工作时间；D——不可工作时间。可靠度的图像定义故障密度函数f(t)=dF(t)/dt=-dR(t)/dt则(t)=(ΔNf/Δt)/[N-Nf]=f(t)/R(t)=-dR(t)/R(t)dt=-dln[R(t)]/dt积分∫(t)dt=∫-dln[R(t)]得：R(t)=e-∫(t)dt当(t)＝常数时，有R(t)=e-λt由于=1/θ因此R(t)＝e-t/θ可靠度的图像R(t)＝e-t/θ根据上式，随着使用时间，机器或部件的可靠度不断降低。当产品使用时间等于平均无故障间隔时间时，即t=θ时，产品的可靠度为R(t)=e-1=0.368。为了提高产品的可靠度，必须使t/θ的比值最小。浴盆曲线故障率（t）是随使用时间的递增按不同使用阶段变化。通常可分为：1)初期故障，2）随机故障，3）耗损故障。初期故障，发生于机器试制或投产早期的试运转