第五節(jié) 人機(jī)系統(tǒng)
w 主要內(nèi)容：人機(jī)信息及能量交換系統(tǒng)模型、人機(jī)系統(tǒng)人機(jī)功能分配、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算、人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)基本原則。
w 一、人機(jī)信息及能量交換系統(tǒng)模型
n 人機(jī)系統(tǒng)的任何活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是信息及能量的傳遞和交換。人機(jī)之間在進(jìn)行信息及能量的傳遞和交換中, 首先是人的感覺(jué)器官 ( 眼、耳等 ) 從顯示裝置上感受到機(jī)器及環(huán)境作用 于人的信息, 經(jīng)大腦中樞神經(jīng)的綜合、分析、判斷做出決策, 然后命令運(yùn)動(dòng)器官 ( 手或腳 ) 向機(jī)器的控制器發(fā)出控制信息, 即操縱機(jī)器相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) ( 手柄或按鈕等 ) 完成各種相虛的運(yùn)動(dòng)機(jī)能 ( 移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) ), 且將控制的效果反映在顯示器上, 構(gòu)成一個(gè)信息及能量傳遞的閉環(huán)系統(tǒng)。到此, 人機(jī)系統(tǒng)完成了一次功能循環(huán)。
二、人機(jī)系統(tǒng)
w 在人機(jī)系統(tǒng)中, 人與機(jī)器為完成一定功能, 各自發(fā)揮自己的作用, 又必須相互聯(lián)系, 相互配合, 二者之間有著相互依存、相互影響、又相互制約的關(guān)系, 而且這些關(guān)系隨系統(tǒng)自動(dòng)化程度的變化而變化。
w 為了取得人機(jī)系統(tǒng)的效果, 對(duì)人和機(jī)分別提出“人適應(yīng)于機(jī)”、“機(jī)適宜于人” 的不同要求, 即“人適機(jī)”“與機(jī)宜人”。所謂“機(jī)宜人”是指機(jī)器作為人從事生產(chǎn)和生活活 動(dòng)的工具, 要求設(shè)計(jì)、制造出來(lái)的機(jī)器應(yīng)盡量滿(mǎn)足使用者的體格、生理、心理等條件的要求, 做到顯示的信息便于接受、判斷, 控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式等均應(yīng)適合操作者的生理要求, 工具、器具及用品等的使用得心應(yīng)手, 人所處的作業(yè)空間安全舒適, 達(dá)到有利于人的身心健康, 有利于發(fā)揮勞動(dòng)者的效能和效率。
w 人適機(jī)是指使人去適應(yīng)機(jī)器的要求。機(jī)器的結(jié)構(gòu)決定了其客觀(guān)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 其操作環(huán)a境也會(huì)因各種因素在時(shí)間和空間上受到某種限制, 如經(jīng)濟(jì)上的可行性、技術(shù)上的可能性、機(jī)器本身性能要求的條件以及使用機(jī)器時(shí)的外界環(huán)境條件 ( 如高溫、高壓作業(yè) ) 等。為了適應(yīng)機(jī)器的這些情況, 就需要對(duì)人的因素予以限制, 對(duì)人進(jìn)行教育、訓(xùn)練, 并且盡量發(fā)揮人的因素, 利用有一定可塑性這一特點(diǎn)。
w 在人機(jī)系統(tǒng)中, 機(jī)宜人與人適機(jī)是相對(duì)的。機(jī)適宜于人是以人的因素為條件的, 而人的因素是比較復(fù)雜的, 而且是變化的, 有的是隨時(shí)代的進(jìn)步而變化, 有的是因時(shí)、因地、因性別、因年齡等不同而變化；人的因素有的可量化, 有的則難以準(zhǔn)確量化。機(jī)器本身也在不斷發(fā)展, 自動(dòng)化程度越來(lái)越高, 控制系統(tǒng)智能化, 所以機(jī)適宜于人的程度也在不斷提高。 而人適應(yīng)于機(jī)的程度是有限的, 因?yàn)楸M管人的因素有一定的可塑性, 但是畢竟有一定的限度。解決的辦法是通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練, 提高人的文化和技術(shù)素質(zhì), 或采取必要的輔助措施 ( 如使用勞保用品等 ) 去適應(yīng)機(jī)器的要求。
三、人機(jī)功能分配
w 在人機(jī)系統(tǒng)中 , 人與機(jī)完成各自的功能 , 只有二者合理配合 , 協(xié)調(diào)一致 , 才能使人機(jī) 系統(tǒng)達(dá)到效果。為此 , 需要深入了解和研究人機(jī)各自的特征 , 進(jìn)行比較 , 揚(yáng)長(zhǎng)避短 , 充分發(fā)揮各自的特長(zhǎng)。
w ( 一 ) 人在人機(jī)系統(tǒng)中的主要功能
w 人在人機(jī)系統(tǒng)中主要有 3 種功能:
w (1) 傳感功能。通過(guò)人體感覺(jué)器官的看、聽(tīng)、摸等感知外界環(huán)境的剌激信息, 如物體、事件、機(jī)器、顯示器、環(huán)境或工作過(guò)程等, 將這些刺激信息作為輸入傳遞給人的中樞神經(jīng)。
w (2) 信息處理功能。大腦對(duì)感知的信息進(jìn)行檢索、加工、判斷、評(píng)價(jià), 然后做出決策。
w (3) 操縱功能。將信息處理的結(jié)果作為指令, 指揮人的行動(dòng), 即人對(duì)外界的刺激作出反應(yīng), 如操縱控制器、使用工具、處理材料等, 最后達(dá)到人的預(yù)期目的, 如機(jī)器被開(kāi)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、零件被加工成形、機(jī)器的故障已被排除、缺陷零件已被修復(fù)或者更換等。
w ( 二 ) 人機(jī)特性的比較
w 人體本身就是一部復(fù)雜的、特殊的機(jī)器。人與機(jī)器的特性包括許多內(nèi)容, 但就從人機(jī)系統(tǒng)中信息及能量的接受、傳遞、轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)講, 我們可以歸納為以下 4 個(gè)方面來(lái)比較, 即信息感受、信息處理和決策、操作反應(yīng)、工作能力等。
w （三）人機(jī)功能分配原則
四、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算
w （一）系統(tǒng)中人的可靠性計(jì)算
w （二）人機(jī)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算
w 1. 兩人監(jiān)控人機(jī)系統(tǒng)的可靠度
w (1) 異常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人并聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)增大了，這時(shí)操作者切斷電源的可靠度為 RHb( 正確操作的概率 )：
RHb =1-（1-R1）(1-R2)
w (2) 正常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人串聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc 險(xiǎn) ( 不產(chǎn)生誤動(dòng)作的概率 ):
RHc= R1·R2
w 從監(jiān)視的角度考慮，首要問(wèn)題是避免異常狀況時(shí)的危險(xiǎn), 即保證異常狀況時(shí)切斷電源的可靠度, 而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的, 因此這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。所以?xún)扇吮O(jiān)控的人機(jī)系統(tǒng)的可靠度 Rsr 為 :
w 異常情況時(shí),
Rsr' =[1 一 (1-R1)(1-R2)]RM
w 正常情況時(shí),
Rsr" = RHc·RM = R1·R2·RM
2. 多人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度
w 上述兩人監(jiān)控作業(yè)是單純的并聯(lián)系統(tǒng), 所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了, 而由多數(shù)人表決的人機(jī)系統(tǒng)就可以避免這種情況。若由幾個(gè)人構(gòu)成控制系統(tǒng), 當(dāng)其中 f 個(gè)人的控制工作同時(shí)失誤時(shí), 系統(tǒng)才會(huì)失敗, 我們稱(chēng)這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)每個(gè)人的可靠度均為 R, 則系統(tǒng)全體人員的操作可靠度 RHn 為 :
r-1
RHn = ∑ Cnｉ（1―R）ｉ R﹙ｎ﹣1﹚
i=0
w 式中Cnｉ一n 個(gè)人中有 i 個(gè)人同意時(shí)事件數(shù),
Cnｉ = n! / [i! · (n- I)! ], 且規(guī)定Cn 0=1。
w 多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度的計(jì)算公式為:
r-1
w RHn = [ ∑ Cnｉ（1―R）ｉ R﹙ｎ﹣1] ] · RM
i=0
w 3. 控制器監(jiān)控的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度
w 設(shè)監(jiān)控器的可靠度為 RMK, 則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度 Rsk 為 :
w Rsk = [1-(1-RMK·RH)(1- RH)] · RM
w 4. 自動(dòng)控制冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度
w 設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠度為RMk，則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度為Rsz為:
w Rsz = [ 1- (1- RMz · RH)(1- RMz )] · RM
五、人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)基本原則
w 1. 系統(tǒng)的整體可靠性原則
w 從人機(jī)系統(tǒng)的整體可靠性出發(fā), 合理確定人與機(jī)器的功能分配, 從而設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)可靠的人機(jī)系統(tǒng)。
w 一般情況下, 機(jī)器的可靠性高于人的可靠性, 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化, 就可將人從機(jī)器的危險(xiǎn)點(diǎn)和危險(xiǎn)環(huán)境中解脫出來(lái), 從根本上提高了人機(jī)系統(tǒng)可靠性。
w 2. 高可靠性組成單元要素原則
w 系統(tǒng)要采用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的、高可靠性單元要素來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
w 3. 具有安全系數(shù)的設(shè)計(jì)原則
w 由于負(fù)荷條件和環(huán)境因素隨時(shí)間而變化, 所以可靠性也是隨時(shí)間變化的函數(shù), 并且隨時(shí)間的增加, 可靠性在降低。因此, 設(shè)計(jì)的可靠性和有關(guān)參數(shù)應(yīng)具有一定的安全系數(shù)。
4. 高可靠性方式原則
w 為提高可靠性, 宜采用冗余設(shè)計(jì)、故障安全裝置、自動(dòng)保險(xiǎn)裝置等高可靠度結(jié)構(gòu)組合方式。
n (1) 系統(tǒng)“自動(dòng)保險(xiǎn)”裝置。自動(dòng)保險(xiǎn), 就是即使是外行不懂業(yè)務(wù)的人或不熟練的人進(jìn)行操作, 也能保證安全, 不受傷害或不出故障。
n 這是機(jī)器設(shè)備設(shè)計(jì)和裝置設(shè)計(jì)的根本性指導(dǎo)思想, 是本質(zhì)安全化追求的目標(biāo)。要通過(guò)不斷完善結(jié)構(gòu), 盡可能地接近這個(gè)目標(biāo)。
n (2) 系統(tǒng)“故障安全”結(jié)構(gòu)。故障安全, 就是即使個(gè)別零部件發(fā)生故障或失效, 系統(tǒng)性能不變, 仍能可靠工作。
w 系統(tǒng)安全常常是以正常的準(zhǔn)確的完成規(guī)定功能為前提?？墒? 由于組成零件產(chǎn)生故障而引起誤動(dòng)作, 常常導(dǎo)致重大事故發(fā)生。為達(dá)到功能準(zhǔn)確性, 采用保險(xiǎn)結(jié)構(gòu)方法可保證系統(tǒng)的可靠性。
w 從系統(tǒng)控制的功能方面來(lái)看, 故障安全結(jié)構(gòu)有以下幾種:
n ①消極被動(dòng)式。組成單元發(fā)生故障時(shí), 機(jī)器變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)。
n ②積極主動(dòng)式。組成單元發(fā)生故障時(shí), 機(jī)器一面報(bào)警, 一面還能短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。
n ③運(yùn)行操作式。即使組成單元發(fā)生故障, 機(jī)器也能運(yùn)行到下次的定期檢查。 通常在產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中, 大多為消極被動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
w 5. 標(biāo)準(zhǔn)化原則
w 為減少故障環(huán)節(jié), 應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu), 盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和方式。
w 6. 高維修度原則
w 為便于檢修故障, 且在發(fā)生故障時(shí)易于快速修復(fù), 同時(shí)為考慮經(jīng)濟(jì)性和備用方便, 應(yīng)采用零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、設(shè)備系列化的產(chǎn)品。
w 7. 事先進(jìn)行試驗(yàn)和進(jìn)行評(píng)價(jià)的原則
w 對(duì)于缺乏實(shí)踐考驗(yàn)和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)的材料和方法, 必須事先進(jìn)行試驗(yàn)和科學(xué)評(píng)價(jià), 然后再根據(jù)其可靠性和安全性而選用。
w 8. 預(yù)測(cè)和預(yù)防的原則
w 要事先對(duì)系統(tǒng)及其組成要素的可靠性和安全性進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題加以必要的改善, 對(duì)易于發(fā)生故障或事故的薄弱環(huán)節(jié)和部位也要事先制定預(yù)防措施和應(yīng)變措施。
w 9. 人機(jī)工程學(xué)原則
w 從正確處理人一機(jī)一環(huán)境的合理關(guān)系出發(fā), 采用人類(lèi)易于使用并且差錯(cuò)較少的方式。
w 10. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則
w 不僅要考慮可靠性和安全性, 還必須考慮系統(tǒng)的質(zhì)量因素和輸出功能指標(biāo)。其中還包括技術(shù)功能和經(jīng)濟(jì)成本。
w 11. 審查原則
w 既要進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì), 又要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行可靠性審查和其他專(zhuān)業(yè)審查, 也就是要重申和貫徹各專(zhuān)業(yè)各行業(yè)提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
w 12.整理準(zhǔn)備資料和交流信息原則
w 13.信息反饋原則
w 14.設(shè)立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)
w 主要內(nèi)容：人機(jī)信息及能量交換系統(tǒng)模型、人機(jī)系統(tǒng)人機(jī)功能分配、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算、人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)基本原則。
w 一、人機(jī)信息及能量交換系統(tǒng)模型
n 人機(jī)系統(tǒng)的任何活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是信息及能量的傳遞和交換。人機(jī)之間在進(jìn)行信息及能量的傳遞和交換中, 首先是人的感覺(jué)器官 ( 眼、耳等 ) 從顯示裝置上感受到機(jī)器及環(huán)境作用 于人的信息, 經(jīng)大腦中樞神經(jīng)的綜合、分析、判斷做出決策, 然后命令運(yùn)動(dòng)器官 ( 手或腳 ) 向機(jī)器的控制器發(fā)出控制信息, 即操縱機(jī)器相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) ( 手柄或按鈕等 ) 完成各種相虛的運(yùn)動(dòng)機(jī)能 ( 移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) ), 且將控制的效果反映在顯示器上, 構(gòu)成一個(gè)信息及能量傳遞的閉環(huán)系統(tǒng)。到此, 人機(jī)系統(tǒng)完成了一次功能循環(huán)。
二、人機(jī)系統(tǒng)
w 在人機(jī)系統(tǒng)中, 人與機(jī)器為完成一定功能, 各自發(fā)揮自己的作用, 又必須相互聯(lián)系, 相互配合, 二者之間有著相互依存、相互影響、又相互制約的關(guān)系, 而且這些關(guān)系隨系統(tǒng)自動(dòng)化程度的變化而變化。
w 為了取得人機(jī)系統(tǒng)的效果, 對(duì)人和機(jī)分別提出“人適應(yīng)于機(jī)”、“機(jī)適宜于人” 的不同要求, 即“人適機(jī)”“與機(jī)宜人”。所謂“機(jī)宜人”是指機(jī)器作為人從事生產(chǎn)和生活活 動(dòng)的工具, 要求設(shè)計(jì)、制造出來(lái)的機(jī)器應(yīng)盡量滿(mǎn)足使用者的體格、生理、心理等條件的要求, 做到顯示的信息便于接受、判斷, 控制系統(tǒng)的尺寸、力度、位置、結(jié)構(gòu)、形式等均應(yīng)適合操作者的生理要求, 工具、器具及用品等的使用得心應(yīng)手, 人所處的作業(yè)空間安全舒適, 達(dá)到有利于人的身心健康, 有利于發(fā)揮勞動(dòng)者的效能和效率。
w 人適機(jī)是指使人去適應(yīng)機(jī)器的要求。機(jī)器的結(jié)構(gòu)決定了其客觀(guān)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 其操作環(huán)a境也會(huì)因各種因素在時(shí)間和空間上受到某種限制, 如經(jīng)濟(jì)上的可行性、技術(shù)上的可能性、機(jī)器本身性能要求的條件以及使用機(jī)器時(shí)的外界環(huán)境條件 ( 如高溫、高壓作業(yè) ) 等。為了適應(yīng)機(jī)器的這些情況, 就需要對(duì)人的因素予以限制, 對(duì)人進(jìn)行教育、訓(xùn)練, 并且盡量發(fā)揮人的因素, 利用有一定可塑性這一特點(diǎn)。
w 在人機(jī)系統(tǒng)中, 機(jī)宜人與人適機(jī)是相對(duì)的。機(jī)適宜于人是以人的因素為條件的, 而人的因素是比較復(fù)雜的, 而且是變化的, 有的是隨時(shí)代的進(jìn)步而變化, 有的是因時(shí)、因地、因性別、因年齡等不同而變化；人的因素有的可量化, 有的則難以準(zhǔn)確量化。機(jī)器本身也在不斷發(fā)展, 自動(dòng)化程度越來(lái)越高, 控制系統(tǒng)智能化, 所以機(jī)適宜于人的程度也在不斷提高。 而人適應(yīng)于機(jī)的程度是有限的, 因?yàn)楸M管人的因素有一定的可塑性, 但是畢竟有一定的限度。解決的辦法是通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練, 提高人的文化和技術(shù)素質(zhì), 或采取必要的輔助措施 ( 如使用勞保用品等 ) 去適應(yīng)機(jī)器的要求。
三、人機(jī)功能分配
w 在人機(jī)系統(tǒng)中 , 人與機(jī)完成各自的功能 , 只有二者合理配合 , 協(xié)調(diào)一致 , 才能使人機(jī) 系統(tǒng)達(dá)到效果。為此 , 需要深入了解和研究人機(jī)各自的特征 , 進(jìn)行比較 , 揚(yáng)長(zhǎng)避短 , 充分發(fā)揮各自的特長(zhǎng)。
w ( 一 ) 人在人機(jī)系統(tǒng)中的主要功能
w 人在人機(jī)系統(tǒng)中主要有 3 種功能:
w (1) 傳感功能。通過(guò)人體感覺(jué)器官的看、聽(tīng)、摸等感知外界環(huán)境的剌激信息, 如物體、事件、機(jī)器、顯示器、環(huán)境或工作過(guò)程等, 將這些刺激信息作為輸入傳遞給人的中樞神經(jīng)。
w (2) 信息處理功能。大腦對(duì)感知的信息進(jìn)行檢索、加工、判斷、評(píng)價(jià), 然后做出決策。
w (3) 操縱功能。將信息處理的結(jié)果作為指令, 指揮人的行動(dòng), 即人對(duì)外界的刺激作出反應(yīng), 如操縱控制器、使用工具、處理材料等, 最后達(dá)到人的預(yù)期目的, 如機(jī)器被開(kāi)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、零件被加工成形、機(jī)器的故障已被排除、缺陷零件已被修復(fù)或者更換等。
w ( 二 ) 人機(jī)特性的比較
w 人體本身就是一部復(fù)雜的、特殊的機(jī)器。人與機(jī)器的特性包括許多內(nèi)容, 但就從人機(jī)系統(tǒng)中信息及能量的接受、傳遞、轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)講, 我們可以歸納為以下 4 個(gè)方面來(lái)比較, 即信息感受、信息處理和決策、操作反應(yīng)、工作能力等。
w （三）人機(jī)功能分配原則
四、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算
w （一）系統(tǒng)中人的可靠性計(jì)算
w （二）人機(jī)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算
w 1. 兩人監(jiān)控人機(jī)系統(tǒng)的可靠度
w (1) 異常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人并聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)增大了，這時(shí)操作者切斷電源的可靠度為 RHb( 正確操作的概率 )：
RHb =1-（1-R1）(1-R2)
w (2) 正常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人串聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc 險(xiǎn) ( 不產(chǎn)生誤動(dòng)作的概率 ):
RHc= R1·R2
w 從監(jiān)視的角度考慮，首要問(wèn)題是避免異常狀況時(shí)的危險(xiǎn), 即保證異常狀況時(shí)切斷電源的可靠度, 而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的, 因此這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)是可行的。所以?xún)扇吮O(jiān)控的人機(jī)系統(tǒng)的可靠度 Rsr 為 :
w 異常情況時(shí),
Rsr' =[1 一 (1-R1)(1-R2)]RM
w 正常情況時(shí),
Rsr" = RHc·RM = R1·R2·RM
2. 多人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度
w 上述兩人監(jiān)控作業(yè)是單純的并聯(lián)系統(tǒng), 所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了, 而由多數(shù)人表決的人機(jī)系統(tǒng)就可以避免這種情況。若由幾個(gè)人構(gòu)成控制系統(tǒng), 當(dāng)其中 f 個(gè)人的控制工作同時(shí)失誤時(shí), 系統(tǒng)才會(huì)失敗, 我們稱(chēng)這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)每個(gè)人的可靠度均為 R, 則系統(tǒng)全體人員的操作可靠度 RHn 為 :
r-1
RHn = ∑ Cnｉ（1―R）ｉ R﹙ｎ﹣1﹚
i=0
w 式中Cnｉ一n 個(gè)人中有 i 個(gè)人同意時(shí)事件數(shù),
Cnｉ = n! / [i! · (n- I)! ], 且規(guī)定Cn 0=1。
w 多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度的計(jì)算公式為:
r-1
w RHn = [ ∑ Cnｉ（1―R）ｉ R﹙ｎ﹣1] ] · RM
i=0
w 3. 控制器監(jiān)控的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度
w 設(shè)監(jiān)控器的可靠度為 RMK, 則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度 Rsk 為 :
w Rsk = [1-(1-RMK·RH)(1- RH)] · RM
w 4. 自動(dòng)控制冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度
w 設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠度為RMk，則人機(jī)系統(tǒng)的可靠度為Rsz為:
w Rsz = [ 1- (1- RMz · RH)(1- RMz )] · RM
五、人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)基本原則
w 1. 系統(tǒng)的整體可靠性原則
w 從人機(jī)系統(tǒng)的整體可靠性出發(fā), 合理確定人與機(jī)器的功能分配, 從而設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)可靠的人機(jī)系統(tǒng)。
w 一般情況下, 機(jī)器的可靠性高于人的可靠性, 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化, 就可將人從機(jī)器的危險(xiǎn)點(diǎn)和危險(xiǎn)環(huán)境中解脫出來(lái), 從根本上提高了人機(jī)系統(tǒng)可靠性。
w 2. 高可靠性組成單元要素原則
w 系統(tǒng)要采用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的、高可靠性單元要素來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
w 3. 具有安全系數(shù)的設(shè)計(jì)原則
w 由于負(fù)荷條件和環(huán)境因素隨時(shí)間而變化, 所以可靠性也是隨時(shí)間變化的函數(shù), 并且隨時(shí)間的增加, 可靠性在降低。因此, 設(shè)計(jì)的可靠性和有關(guān)參數(shù)應(yīng)具有一定的安全系數(shù)。
4. 高可靠性方式原則
w 為提高可靠性, 宜采用冗余設(shè)計(jì)、故障安全裝置、自動(dòng)保險(xiǎn)裝置等高可靠度結(jié)構(gòu)組合方式。
n (1) 系統(tǒng)“自動(dòng)保險(xiǎn)”裝置。自動(dòng)保險(xiǎn), 就是即使是外行不懂業(yè)務(wù)的人或不熟練的人進(jìn)行操作, 也能保證安全, 不受傷害或不出故障。
n 這是機(jī)器設(shè)備設(shè)計(jì)和裝置設(shè)計(jì)的根本性指導(dǎo)思想, 是本質(zhì)安全化追求的目標(biāo)。要通過(guò)不斷完善結(jié)構(gòu), 盡可能地接近這個(gè)目標(biāo)。
n (2) 系統(tǒng)“故障安全”結(jié)構(gòu)。故障安全, 就是即使個(gè)別零部件發(fā)生故障或失效, 系統(tǒng)性能不變, 仍能可靠工作。
w 系統(tǒng)安全常常是以正常的準(zhǔn)確的完成規(guī)定功能為前提?？墒? 由于組成零件產(chǎn)生故障而引起誤動(dòng)作, 常常導(dǎo)致重大事故發(fā)生。為達(dá)到功能準(zhǔn)確性, 采用保險(xiǎn)結(jié)構(gòu)方法可保證系統(tǒng)的可靠性。
w 從系統(tǒng)控制的功能方面來(lái)看, 故障安全結(jié)構(gòu)有以下幾種:
n ①消極被動(dòng)式。組成單元發(fā)生故障時(shí), 機(jī)器變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)。
n ②積極主動(dòng)式。組成單元發(fā)生故障時(shí), 機(jī)器一面報(bào)警, 一面還能短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。
n ③運(yùn)行操作式。即使組成單元發(fā)生故障, 機(jī)器也能運(yùn)行到下次的定期檢查。 通常在產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中, 大多為消極被動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
w 5. 標(biāo)準(zhǔn)化原則
w 為減少故障環(huán)節(jié), 應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu), 盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和方式。
w 6. 高維修度原則
w 為便于檢修故障, 且在發(fā)生故障時(shí)易于快速修復(fù), 同時(shí)為考慮經(jīng)濟(jì)性和備用方便, 應(yīng)采用零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、設(shè)備系列化的產(chǎn)品。
w 7. 事先進(jìn)行試驗(yàn)和進(jìn)行評(píng)價(jià)的原則
w 對(duì)于缺乏實(shí)踐考驗(yàn)和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)的材料和方法, 必須事先進(jìn)行試驗(yàn)和科學(xué)評(píng)價(jià), 然后再根據(jù)其可靠性和安全性而選用。
w 8. 預(yù)測(cè)和預(yù)防的原則
w 要事先對(duì)系統(tǒng)及其組成要素的可靠性和安全性進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題加以必要的改善, 對(duì)易于發(fā)生故障或事故的薄弱環(huán)節(jié)和部位也要事先制定預(yù)防措施和應(yīng)變措施。
w 9. 人機(jī)工程學(xué)原則
w 從正確處理人一機(jī)一環(huán)境的合理關(guān)系出發(fā), 采用人類(lèi)易于使用并且差錯(cuò)較少的方式。
w 10. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則
w 不僅要考慮可靠性和安全性, 還必須考慮系統(tǒng)的質(zhì)量因素和輸出功能指標(biāo)。其中還包括技術(shù)功能和經(jīng)濟(jì)成本。
w 11. 審查原則
w 既要進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì), 又要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行可靠性審查和其他專(zhuān)業(yè)審查, 也就是要重申和貫徹各專(zhuān)業(yè)各行業(yè)提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
w 12.整理準(zhǔn)備資料和交流信息原則
w 13.信息反饋原則
w 14.設(shè)立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)