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第十七讲人机系统的可靠性和安全性
第十七讲 人机系统的可靠性和安全性
通过本章的学习,应能够:
描述人机系统的可靠性、可靠度;
掌握人、人机系统的可靠度计算方法;
说明人机系统可靠性设计的要求;
运用故障树对人机系统得安全性进行描述和分析。
一、基本概念
1.可靠性
定义:可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内功能的能力。
研究对象:指系统、机器、部件或人员。本学科只研究人的操作可靠性,即以引起系统故障或失效的人为因素为研究对象。
可靠性高低与研究对象所处的规定条件和规定时间有密切关系。研究对象所处的条件包括温度、湿度、振动、冲击、负荷、压力等,还包括维护方法、自动操作还是人工操作、作业人员的技术水平等广义的环境条件。规定的时间一般指通常的时间概念,根据研究对象的不同也使用周期、距离、次数等相当于时间指标的量。
研究对象的功能:是指对象的某些特定的技术指标。
2.可靠度
定义:可靠度R是指在规定的条件下、规定的时间内,完成规定功能的概率。
不可靠度或失效概率F:研究对象在规定的条件下、规定时间内丧失规定的功能的概率。
R十F=1或R=l—F
可靠度的获得:研究对象的不可靠度可以通过大量的统计实验得出。
3.人的操作可靠度
定义:作业者在规定条件下、规定时间内正确完成操作的概率,用RH表示。
人的操作不可靠度(人体差错率)FH,RH+FH=1。
人的操作可靠度计算:
人的行动过程包括:信息接受过程、信息判断加工过程、信息处理过程。人的可靠性也包活人的信息接受的可靠性、信息判断的可靠性、信息处理的可靠性。这三个过程的可靠性就表达了人的操作可靠性。
(1)间歇性操作的操作可靠度计算。
间歇性操作的特点是在作业活动中,作业者进行不连续的间断操作。例如,汽车换挡、制动等均属间歇性操作。这种操作可能是有规律的,有时也可能是随机的。因此,对于这种操作不宜用时间来表达其可靠度,一般用次数、距离、周期等来描述其可靠度。
若某人执行某项操作N次,其中操作失败n次,则当N足够大时,则此人的操作不可靠度为:
FH=n/N
人在执行此项操作中,其操作可靠度为:
RH=1—FH=1—n/N
例如,汽车司机操纵刹车5000次,其中有1次失误项操作的可靠度为:
RH=1—1/5000=0.9998
(2)连续性操作的操作可靠度计算。
连续性操作是在作业活动过程中,作业者在作业时间里进行连续的操作活动。例如对运行仪表的全过程监视,汽车司机开车活动中方向盘的操纵,对道路情况的监视等。连续性操作可直接用时间进行描述。对连续性操作的操作可靠度,可用人的操作可靠性模型来描述。
式中 t——连续工作时间;
λ(t)——t时间内人的差错率。
例如,汽车司机操纵方向盘的恒定差错率为λ(t)=0.00001,若果个司机驾车300小时,其可靠度为:
说明:λ(t)是随时间变化的函数;对于同一个人,在不同的时间内,其差错率λ(t)是不同的,对于不同的人,其差错率λ(t)也是不同的;因此,在计算连续性操作可靠度时,一般是根据不同的人、不同的时间、进行同一操作的差错率的平均值计算的。
4.人机系统的可靠度
定义:人机系统在规定条件下、规定时间内正确完成操作的概率,用RS表示。
说明:人机系统可靠度是评价人机系统设计的重要内容。为了获得人机系统的最佳效能,除了机器本身可靠度指标要高外,还要求操作者的操作可靠度指标也要高。
可靠度计算:
把一个系统的可靠度设为RS(t),构成系统的各要素的可靠度设为Ri(t)(i=1,2,3,…n),根据各要素的连接方式,系统可靠度计算方法如下:
(1)串联构成
串联构成如图20.2所示,n个具有独立功能的要素构成串联配置,串联配置的含义是:一个系统各要素都正常时系统才正常。其系统的可靠度等于每个要素可靠度之积,如表达式(20-1)
(20-1)
(2)并联构成
一个人机系统若至少有一个子系统(要素)正常,系统即正常,或各子系统(要素)都不正常,系统才不正常称之为并联系统。并联系统构成如图20.3,并联系统的可靠度如表达式20-2。
(20-2)
如果各要素的可靠度为等值R0,在串联时系统可靠度为RS(t)=(R0)n;并联时系统可靠度RS(t)=1-(1-R0)n。
(3)串联和并联混合构成
当有n个串联系统包括在m个并联系统中,则系统可靠度为RS=1-(1-Rn)m。当m个并联系统构成n个串联系统时,则系统可靠度为RS=[1-(1-R)m]n
例:图20.4中,(a)为2组3个要素串联构成的并联系统;(b)为3组两个要素并联构成的串联系统。如果各个要素可靠度皆为80%,则(a)图中可靠度为:
(b)图中可靠度为:
可以看出:
(1):(b)系统的可靠度比(a)系统的可靠度高,而且(b)系
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