第17讲 人机系统的可靠性和安全性
人机系统的可靠性和安全性
人机系统的可靠性和安全性1. 引言人机系统是指将人与计算机系统结合起来共同完成任务的系统。
在现代社会，人机系统已经广泛应用于各个领域，包括交通、军事、医疗、工业等。
然而，在人机系统中，可靠性和安全性是至关重要的因素。
本文将讨论人机系统的可靠性和安全性的概念，重点介绍相关的技术和方法。
2. 可靠性人机系统的可靠性是指系统在给定时间内能够正常运行的能力。
一个可靠的人机系统应该能够在各种不确定性和异常情况下保持正常工作。
以下是提高人机系统可靠性的几个关键因素：2.1 设计合理的系统设计是提高人机系统可靠性的基础。
在设计人机系统时，需要考虑各种潜在的故障和问题，并采取相应的措施进行预防和纠正。
例如，采用冗余系统结构可以使系统在某些组件故障时仍然能够正常运行。
2.2 测试对人机系统进行全面的测试是确保其可靠性的重要步骤。
通过模拟真实的使用场景和各种异常情况，可以发现潜在的问题并进行修复。
同时，测试还可以评估系统的性能和稳定性，并为改进和优化提供指导。
2.3 维护及时的维护和修复是保持人机系统可靠性的重要手段。
定期进行系统巡检和维护，及时处理故障和问题，可以减少系统停机时间，提高系统的可靠性和可用性。
3. 安全性人机系统的安全性是指系统在面临各种潜在威胁和攻击时能够保护其数据和功能的能力。
随着计算机技术的发展，人机系统面临的安全威胁也越来越多样化和复杂化。
以下是提高人机系统安全性的几个关键因素：3.1 认证和授权在人机系统中，认证和授权是确保系统安全性的重要手段。
通过对用户身份的验证，可以防止未经授权的访问和操作。
同时，授权机制可以限制不同用户的访问权限，保护系统的关键数据和功能。
3.2 加密和隔离加密是保护数据在传输和存储过程中不被窃取或篡改的常用手段。
人机系统可以使用各种加密算法来对敏感数据进行加密，防止数据泄露和非法访问。
此外，通过隔离不同用户和应用程序的运行环境，可以减少系统遭受攻击的风险。
3.3 安全更新和漏洞修复定期进行安全更新和漏洞修复是保持人机系统安全的重要措施。
人机系统可靠性
●02
第2章 人机界面设计与可 靠性
人机界面设计原 则
人机界面设计的原则包括界面简洁明了、操作 流畅一致、提供清晰的反馈信息以及考虑用户 心理和习惯。这些原则可以帮助设计师创造出 更符合用户需求的界面设计，提升用户体验。
人机界面设计常见问题
操作流程复杂
导致用户迷失在操作过 程中
信息过载
用户难以从大量信息 中获取所需
语音识别技术 智能助手、语音输入
虚拟现实技术 沉浸式体验、虚拟环境
人机交互技术发展趋势
智能化 智能交互设计 智能语音助手
个性化 个性化推荐系统 定制化界面
多模态交互 结合触摸、声音、手势等多种交互 方式
跨平台整合 不同设备之间无缝衔接 数据同步
人机交互技术在 人机系统可靠性
中的应用
人机交互技术在人机系统可靠性方面扮演着重 要的角色。通过提升用户体验，减少操作失误， 增加系统稳定性，人机交互技术能够有效提高 系统的可靠性，从而确保系统的正常运行和用 户满意度。
●05
第5章 人机系统安全性与 可靠性保障
系统安全性概述
系统安全性是指系统对于外部威胁和攻击的抵 抗能力，对于保障信息系统的安全至关重要。 安全漏洞可能导致信息泄露、系统崩溃等严重 后果，因此系统安全性需要得到充分重视和保 障。
安全措施与保障方法
加密技术 数据加密保障信息安全
审计跟踪
记录系统操作痕迹以 便追踪
人机交互技术发展趋势
智能化
智能交互设计、智能语 音助手
多模态交互
结合触摸、声音、手 势等多种交互方式
个性化
个性化推荐系统、定制 化界面
跨平台整合
不同设备之间无缝衔接、 数据同步
人机交互技术在可靠性中的作用
人机系统安全评价
人机系统安全评价人机系统安全评价是对一个系统的安全性能进行评估和分析的过程。
该评价需要考虑到人和计算机之间的交互过程，包括硬件设备、操作系统、应用软件、网络通信等方面的安全性。
下面将从威胁分析、漏洞评估、风险评估和安全策略四个方面进行系统的安全评价。
首先，威胁分析是对系统中可能面临的威胁进行识别和分析的过程。
通过威胁分析可以确定系统面临的潜在风险，进而制定相应的安全策略。
常见的威胁包括黑客攻击、病毒感染、数据泄露等，针对不同的威胁需要采取相应的防范措施。
其次，漏洞评估是对系统中可能存在的漏洞进行评估和分析的过程。
通过漏洞评估可以发现系统中的安全漏洞，并对其进行修复和强化。
常见的漏洞包括软件漏洞、网络漏洞、物理安全漏洞等。
漏洞评估需要采用一系列的工具和技术进行，包括漏洞扫描、安全代码审计等。
然后，风险评估是对系统中存在的风险进行评估和分析的过程。
通过风险评估可以确定系统的安全状况，并确定哪些风险需要优先解决。
风险评估需要考虑到系统的价值、威胁的可能性和影响程度等因素，采用一些量化和定性分析的方法进行。
最后，安全策略是根据评估结果制定的一系列安全措施和政策。
安全策略需要包括预防、检测和响应三个层面的措施，以实现系统的全面安全。
预防措施包括加固系统、访问控制、安全认证等；检测措施包括入侵检测、日志审计等；响应措施包括漏洞修复、应急响应等。
总结来说，人机系统安全评价是一个综合性的过程，需要考虑到系统的整体架构、软硬件组成以及人和计算机之间的交互过程。
通过威胁分析、漏洞评估、风险评估和安全策略等步骤，可以为人机系统提供全面的安全保护，并提高系统的抗攻击能力和可靠性。
人机系统的安全分析与评价PPT课件
如错装零件，装错位置，调整错误， 接错电线等。
人失误类型
• 1)设计人失误 • 2)制造人失误 • 3)组装人失误 • 4)检验人失误 • 5)设备的维修保养人失误 • 6)操作人失误 • 7)管理人失误
如安装了不符合要求的材料、不合 格配件及不合理的工艺方法，或允 许有违反安全工程要求的情况存在 等。
操作中除使用程序差错、使用工具 不当、记忆或注意失误外，主要是 信息的确认、解释、判断和操作动 作的失误。
人失误类型
• 1)设计人失误 • 2)制造人失误 • 3)组装人失误 • 4)检验人失误 • 5)设备的维修保养人失误 • 6)操作人失误 • 7)管理人失误
如管理出现松懈现象。
人失误原因
• 1）设计原因 • 2）操作原因 • 3）管理原因
影响人的可靠性的因素
• 生理因素 如体力、耐久力、疾病、饥渴、对环境因素承受能力
的限度等；大脑的意识水平影响 • 心理因素
因感觉灵敏度变化引起反应速度变化，因某种刺激导 致心理特性波动，如情绪低落、发呆或惊慌失措等觉醒水 平变化； • 管理因素
• 环境因素 对新环境和作业不适应，由于温度、气压、供氧、照明等环境
规定的条件
• 一、把人作为可靠性研究对象时，规定 的条件即为环境条件和机械状态，规定的功能即指人要完成的规定任 务
• 二、把机作为可靠性研究对象时，规定的条件即为环境条件和人的状态与行为，规定功能即为机械的性能指 标和技术要求
• 三、把环境作为可靠性研究对象时，规定的条件即为机的状态和人的行为，规定的功能即为环境应达到的指 标要求
• ①人失误对系统未发生影响，因为发生失误时作了及时纠正，或由于机 械的可靠性高，具有较完善的安全设施，如冲床上的双按钮开关；
第17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：1．描述人机系统的可靠性、可靠度；2．掌握人、人机系统的可靠度计算方法；3．说明人机系统可靠性设计的要求；4．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R H表示。
人的操作不可靠度(人体差错率)F H，R H+F H=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：F H＝n/N人在执行此项操作中，其操作可靠度为：R H＝1—F H＝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：R H＝1—1/5000＝0．9998（2）连续性操作的操作可靠度计算。
人机系统可靠性设计基本原则
人机系统可靠性设计基本原则一、概述人机系统可靠性设计是指在人机交互系统的设计过程中，通过合理的设计、可靠性测试和维护，以保证系统的质量和可靠性。
人机系统可靠性设计的目的是建立一个安全、高效、可靠、易用和可维护的系统，能够满足用户的需求和期望。
人机系统可靠性设计是一项复杂的任务，需要综合考虑多个因素，包括使用环境、用户需求和使用习惯、硬件和软件的可靠性、维护成本等。
本文将介绍人机系统可靠性设计的基本原则，以帮助设计人员建立高效、可靠和用户友好的人机系统。
二、基本原则1. 用户为中心人机系统的设计应该以用户为中心，强调用户需求和体验。
设计人员应该考虑用户的使用环境、心理和认知特点，设计易用性高、操作简洁、界面友好的系统。
设计人员还需考虑用户的使用习惯和习惯动作，避免用户在使用时出现不适应的情况。
2. 可靠性系统的可靠性是一个基本的设计原则。
为了提高系统的可靠性，需要关注软件和硬件的质量，以及系统的维护成本。
设计人员需要使用可靠的技术，进行可靠的计算和测试，并进行适当的维护和监测，以保证系统的稳定。
3. 系统安全系统的安全是一个重要的设计原则。
设计人员需要考虑安全问题的发生可能性，并采取相应的措施来保障用户的信息和隐私安全。
4. 可维护性系统的可维护性是一个重要的设计原则。
设计人员需要考虑系统的维护成本，并设计相应的功能和界面，以方便维修和维护。
5. 合理的反馈机制系统必须建立一套完善的反馈机制，帮助用户了解看到的操作结果，让用户知道操作的行为是否有效，反馈的内容应该具体且明确。
同时，反馈机制应该合理，不能因过度反馈，导致用户的疲劳和不适应。
6. 弹性和容错性在设计系统时，应该考虑到错误操作或系统故障的情况。
设计人员应该设计系统弹性和容错性，以防止错误和故障的发生，并提供相应的解决方案。
并且，设计人员也应该在用户错误操作，或系统故障时，给予用户积极的、及时的建议和解决方案。
7. 可定制化设计人员应该考虑到不同用户对系统的需求和使用情况，使用合适的机制和手段，以便用户可以定制化自己的操作界面或工具。
人机系统可靠性
未来发展方向与展望
人工智能技术的进一步发展将 提高人机系统的可靠性。
人机协作模式将更加成熟，提 高系统的稳定性和安全性。
未来人机系统将更加注重人的 因素，提高人的参与度和体验 感。
人机系统可靠性将进一步推动 各行业的智能化进程。
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案例三：智能交通系统中的可靠性优化，通过采用智能技术和大数据分 析，优化交通信号控制和车辆调度，提高了交通系统的可靠性和效率。
案例四：医疗设备中的人机交互设计优化，通过改进医疗设备的人机交互 设计，降低操作难度，提高设备的可靠性和安全性，从而提高了医疗质量。
06
人机系统可靠性发展趋势与展望
发展趋势与挑战
发展趋势：人机系统可靠性不断提高，智能化、自动化技术广泛应用 挑战：人机交互界面设计、数据安全与隐私保护等问题亟待解决 未来展望：人机系统可靠性将进一步提升，更好地服务于人类生产和生活 应对策略：加强技术研发，提高人机系统可靠性，同时关注人机交互与数据安全等问题
技术创新与应用前景
人工智能技术的快速发展，提高了人机系统的可靠性。 物联网技术的应用，实现了人机系统的远程监控和维护。 云计算技术的发展，为人机系统提供了强大的数据处理能力。 5G通信技术的应用，提高了人机系统的实时性和响应速度。
容错设计
定义：在系统中 增加冗余组件或 功能，以降低系 统故障的概率
目的：提高系统 的可靠性和稳定 性
方法：硬件容错、 软件容错、混合 容错
考虑因素：成本、 技术可行性、系 统复杂性
冗余设计
目的：在系统发生故障时， 冗余设计可以提供备用功能， 确保系统继续正常运行
定义：在系统中增加额外的 组件或功能，以提高系统的 可靠性和安全性
提高生产效率和产品质量 保障人员安全和减少事故风险 增强系统稳定性和可靠性 提升人机交互体验和用户满意度
人机环系统的标准
人机环系统的标准
人机环系统是现代工程设计和应用中的重要领域，涉及多个学科和技术。
本文主要探讨人机环系统的标准，包括人因工程、人类因素、环境工程、安全标准、可靠性标准、健康标准、效率标准以及可用性标准。
一、人因工程
人因工程是研究人与机器相互作用的学科，重点考虑人的能力、限制和行为习惯。
在人机环系统中，人因工程的标准要求机器的设计和操作要符合人的生理和心理特点，以提高工作效率和安全性。
二、人类因素
人类因素是研究人与环境交互行为的学科。
在人机环系统中，人类因素的标准要求充分考虑人的行为、认知和情感等方面，以确保系统与人的需求和期望相符合。
三、环境工程
环境工程是研究如何保护和改善环境的学科。
在人机环系统中，环境工程的标准要求机器对环境的影响要降到最低，同时要考虑机器对环境的适应性，以提高系统的可靠性和效率。
四、安全标准
安全标准是保障人身安全和财产安全的准则。
在人机环系统中，安全标准要求系统在异常情况下应采取安全措施，以保障操作者和其他相关人员的安全。
五、可靠性标准
可靠性标准是衡量系统可靠性和稳定性的指标。
在人机环系统中，可靠性标准要求系统能够长时间稳定运行，减少故障率，提高工作效率。
六、健康标准
健康标准是评估环境对人类健康影响的准则。
在人机环系统中，健康标准要
求系统对操作者和其他相关人员的健康影响要降到最低，避免造成职业病或健康问题。
七、效率标准
效率标准是衡量系统运行效率的指标。
在人机环系统中，效率标准要求系统能够快速、准确地完成任务，提高工作效率。
人机系统可靠性设计基本原则
人机系统可靠性制定基本原则1．系统的整体可靠性原则从人机系统的整体可靠性出发，合理确定人与机器的功能分配，从而制定出经济可靠的人机系统。
一般状况下，机器的可靠性高于人的可靠性，实现生产的机械化和自动化，就可将人从机器的危险点和危险环境中解脱出来，从根本上提升了人机系统可靠性。
2．高可靠性组成单元要素原则系统要采纳经过检验的、高可靠性单元要素来进行制定。
3．具有安全系数的制定原则由于负荷条件和环境因素随时间而变化，所以可靠性也是随时间变化的函数，并且随时间的增加，可靠性在降低。
因此，制定的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。
4．高可靠性方式原则为提升可靠性，宜采纳冗余制定、故障安全装置、自动保险装置等高可靠度结构组合方式。
(1)、系统“自动保险〞装置。
自动保险，就是即使是外行不懂业务的人或不熟练的人进行操作，也能保证安全，不受伤害或不出故障。
这是机器设备制定和装置制定的根本性指导思想，是本质安全化追求的目标。
要通过不断完善结构，尽可能地接近这个目标。
(2)、系统“故障安全〞结构。
故障安全，就是即使各别零部件发生故障或失效，系统性能不变，仍能可靠工作。
系统安全常常是以正常的准确的完成规定功能为前提。
可是，由于组成零件产生故障而引起误动作，常常导致重大事故发生。
为达到功能准确性，采纳保险结构方法可保证系统的可靠性。
从系统控制的功能方面来看，故障安全结构有以下几种：①消极被动式。
组成单元发生故障时，机器变为停止状态。
②积极主动式。
组成单元发生故障时，机器一面报警，一面还能短时运转。
③运行操作式。
即使组成单元发生故障，机器也能运行到下次的定期检查。
通常在产业系统中，大多为消极被动式结构。
5．标准化原则为减少故障环节，应尽可能简化结构，尽可能采纳标准化结构和方式。
6．高修理度原则为便于检修故障，且在发生故障时易于快速修复，同时为合计经济性和备用方便，应采纳零件标准化、部件通用化、设备系列化的产品。
7．事先进行试验和进行评价的原则关于缺乏施行考验和有用经验的材料和方法，必必须事先进行试验和科学评价，然后再依据其可靠性和安全性而选用。
如何评估和改进人机交互系统的可靠性
如何评估和改进人机交互系统的可靠性评估和改进人机交互系统的可靠性可以通过以下步骤进行：1.定义需求：首先确定人机交互系统的需求，包括用户期望的功能和性能，以及系统应该提供的稳定性和安全性。
这些需求可以通过用户调研、市场研究和竞争分析来获取。
2.设计人机界面：设计一个用户友好且易于使用的人机界面，使用户能够轻松地与系统进行交互。
界面设计需要考虑用户的认知能力、操作习惯和文化背景等因素。
3.进行用户测试：进行用户测试来评估人机交互系统的可靠性。
测试可以包括功能测试、性能测试、可用性测试和用户满意度调查等。
通过测试，可以发现潜在的问题并及时进行改进。
4.改进系统设计：根据用户测试的结果，对人机交互系统进行改进。
可能需要对界面布局、系统响应时间、错误提示等方面进行调整，以提高系统的可靠性和用户体验。
5.进行系统集成测试：在系统集成阶段，对整个人机交互系统进行测试，以确保各个组件之间的协调运行和数据的正常传递。
集成测试需要覆盖系统的各种使用场景和边界条件。
6.引入用户反馈机制：为了持续改进人机交互系统的可靠性，应该建立用户反馈机制，例如用户反馈渠道、用户满意度调查和问题报告系统等。
通过收集用户反馈和意见，可以及时发现和解决问题。
7.进行系统监控和维护：定期监控人机交互系统的运行状况，包括性能数据、错误日志和用户行为分析等。
通过监控，可以及时发现系统故障和性能问题，并进行修复和优化。
8.不断改进：人机交互系统的可靠性是一个不断改进的过程。
根据用户反馈、市场需求和技术发展等因素，持续改进系统的功能、性能和用户体验，以满足用户的不断变化的需求。
最后，值得注意的是，评估和改进人机交互系统的可靠性是一个综合考虑多个方面的任务。
除了上述提到的步骤之外，还需要考虑系统的安全性、可维护性和可扩展性等因素，以确保人机交互系统能够长期稳定地运行。
工业机器人的安全性与可靠性研究
工业机器人的安全性与可靠性研究工业机器人在现代制造业中扮演着重要的角色，它们能够自动完成繁重、重复和危险的任务，提高生产效率和质量。
然而，由于机器人在生产环境中的运行，安全性和可靠性一直是人们关注的焦点。
本文将探讨工业机器人的安全性与可靠性的研究进展，并提出一些解决方案。
一、工业机器人的安全性工业机器人的安全性是确保机器人在工作过程中不会对人员造成伤害的能力。
随着机器人应用的不断扩大，对机器人安全性的要求也越来越高。
以下是几种提高工业机器人安全性的方法：1. 技术防护措施：工业机器人安全性的核心是在机器人和人之间建立安全防护屏障。
例如，采用光栅、激光雷达等传感器监测机器人周围的环境，当检测到人员进入危险区域时，机器人会自动停止工作，确保人员安全。
2. 紧急停止系统：即使在出现异常情况下，能够迅速停止机器人的运行。
当人员发生危险时，可以通过按下紧急停止按钮来立即停止机器人的运行，确保人员的生命安全。
3. 安全编程与控制：工业机器人的控制系统需要进行安全编程，确保机器人在工作过程中不会出现异常情况。
例如，机器人应该能够在遇到障碍物时自动停下，并避免与其他设备或人员发生碰撞。
二、工业机器人的可靠性工业机器人的可靠性是指机器人在长时间运行中始终保持稳定和可用的能力。
提高工业机器人的可靠性对于确保生产线的连续运行至关重要。
以下是几种提高工业机器人可靠性的方法：1. 维护与保养：定期进行机器人的维护与保养，检查机器人的各个部件是否正常工作。
例如，清洁机器人的传感器、换取磨损严重的部件等，以确保机器人在运行过程中始终处于最佳状态。
2. 耐用材料选择：选择耐用的材料来制造机器人的关键部件，以提高机器人的可靠性和使用寿命。
例如，使用耐磨损的材料制造机器人的传动系统和关节，减少因磨损而导致的故障。
3. 状态监测与预警：通过安装传感器来监测机器人的状态，及时发现问题并采取相应的措施。
例如，监测机器人的温度、电压、转速等参数，当参数异常时，及时发出警报，避免发生故障。
如何评估和改进人机交互系统的可靠性
人机交互系统是现代科技的重要组成部分，其可靠性对于用户体验的质量和生产效率的提升至关重要。
本文将探讨如何评估和改进人机交互系统的可靠性，以提供更好的用户体验和工作效率。
一、可靠性评估的重要性人机交互系统的可靠性评估是确保系统运行稳定、正常的关键步骤。
通过评估可以发现和解决系统可能存在的问题和隐患，以提高系统的可靠性和用户满意度。
可靠性评估的过程包括功能测试、性能测试、稳定性测试等多个方面，其中每个方面都是确保系统可靠性的重要环节。
二、功能测试功能测试是评估人机交互系统是否满足用户需求和设计目标的重要手段。
在进行功能测试时，可以通过使用案例和场景来模拟用户使用系统的真实情况，检验系统在各种情况下是否能够按照预期工作。
同时，还需要验证系统的交互界面是否直观易用，各项功能是否正常运行，以及系统是否具备容错和故障处理的能力。
三、性能测试性能测试是评估人机交互系统在各种负荷情况下的表现和稳定性的关键环节。
通过模拟大量用户同时使用系统或者高强度操作来测试系统的性能。
性能测试的指标包括系统的响应时间、并发用户数、吞吐量等。
通过性能测试，可以评估系统在不同负荷下是否能够维持高效的工作状态，是否存在资源瓶颈和性能缺陷。
四、稳定性测试稳定性测试是评估人机交互系统在长时间运行和持续使用过程中是否稳定可靠的重要手段。
通过长时间运行系统、模拟系统的各种使用场景和环境，追踪和监测系统的稳定性和可用性。
稳定性测试可以帮助发现系统的潜在问题和故障现象，及时进行修复和优化。
同时，在稳定性测试中还可以评估系统的容错性和恢复能力，在出现故障时是否能够及时自动修复或进行信息保存。
五、改进可靠性的措施1. 完善的系统设计和开发过程：在系统设计和开发过程中，应注重质量管理，建立完善的测试机制和流程。
及早介入测试，进行全面的功能测试、性能测试和稳定性测试，确保系统的质量和可靠性。
2. 引入用户反馈和需求：向用户征求使用反馈和需求是提升系统可靠性的重要途径。
人机系统的可靠性分析
3 机器的可靠性
• 一台机器由许多部件组成，一个生产单元 又由许多机器或设备组成，进而，许多生 产单元组成了整个生产系统。
机器的可靠的与时间的关系
构成系统的各单元之间通常可归结为串联配 置方式和并联配置方式两类。
（1）串联配置方式
（2）并联配置方式
由此可见，并联配置方式保持系统正常运行 的可靠性比串联方式高得多，但经济性差， 因此选择并联配置方式时要根据系统的重
• 机一环境系统的可靠性 1）温度 2）腐蚀 3）振动 4）辐射
谢 谢！
1串联配置方式2并联配置方式由此可见并联配置方式保持系统正常运行的可靠性比串联方式高得多但经济性差因此选择并联配置方式时要根据系统的重要程度而定
人机系统的可靠性分析
x w
2012-05-24
目录｜Contents
1 2
事故回顾 人的可靠性
3
机器的可靠性
4
环境因素
1 事故回顾
“挑战者”号航天飞机失事
要程度而定。
4 环境因素
• 环境条件是影响安全人机系统可靠性的重 要因素。就人、机、环境的总系统而言， 人与环境、机与环境可以作为子系统来对 待。
• 人一环境系统的可靠性 1）温度、湿度 适宜的温度、湿度及合适的风速。 2）照明度 光线不要太暗，但也不要大亮。 3）环境噪声 噪声的声压升高，人的交感神经就会紧张，引 起心情烦躁，注意力不集中，这样就容易发生人 为失误，而使事故增多。 4）环境污染 各种有害物质影响作业人员的身心健康，使人 的可靠的降低。
据报道，2009年美国空军有18架MQ-1“捕 食者”和MQ-9“死神”无人机坠毁，其中 有14起是由于机械和电气故障造成的。
2 人的可靠性
一、可靠性定义 所谓可靠性是指系统或产品在规定的条 件Biblioteka 规定的时间内，完成规定功能的能力。
人机系统的安全性
人机系统的安全性人机系统是一个由人类和计算机系统组成的复杂系统，为了保护这个系统的安全性，需要从多方面进行考虑。
首先是物理安全性。
对于硬件设备，必须采取适当的物理措施来保护它们。
例如，在公共场所放置的 ATMs、自动售货机等机器需要设置相应的安全措施，如防盗锁、控制门等。
对于服务器和计算机等设备，需要考虑对建筑物、房间、机柜等进行严格的物理访问控制，通过安装监控摄像头、闪光灯等设备来监控和预防越级入侵事件。
其次是网络安全性。
在人机系统中，网络是一个重要的组成部分。
任何未经授权的人或组织都可能通过网络攻击进入系统，损害系统的安全性。
为了保护人机系统的安全性，需要采取一系列措施，如安装防火墙、加密通信、网络入侵检测系统等，以便发现和应对网络攻击。
第三是数据安全性。
人机系统储存了大量的数据，包括个人信息、敏感数据、企业机密等，这些数据的保护是系统的重中之重。
为了保护系统中的数据，需要采取一系列措施，如数据备份、加密、访问控制、安全审计等。
另外，应定期对数据进行备份和恢复测试，以确保数据安全。
第四是软件安全性。
软件是实现各种功能的核心，但软件漏洞也是黑客攻击的重要入口。
为了避免软件安全漏洞被攻击者利用，需要定期更新软件补丁、配置合适的软件安全策略、进行定期渗透测试，限制软件的运行权限等。
最后是人员安全性。
人员是人机系统中最大的漏洞之一。
不当的操作、管理和控制可能导致人机系统的安全危机。
为了保持人员的安全性，需要确保他们接受过足够的安全培训，设置明确的访问控制策略，严格控制管理员权限等。
以上是人机系统安全的主要考虑因素，为了保证人机系统的高效运行和对数据和系统的保护，其中任何一个方面都具有同等重要的作用。
人机系统的可靠性评价
人机系统的可靠性评价人机系统的可靠性：由机器可靠性和人的操作可靠性两方面组成,其可靠度R S是由机器的可靠度R M 和人的操作可靠度R H两部分构成的，一般情况下人机为串联系统如图5-2所示。
R S=R M·R H 5-1人的操作可靠性：是指在一定条件下、一定工作时间间隔内操作者能正确无误完成给定任务的程度。
其数量指标是操作可靠度。
操作可靠度：是指在一定条件下、一定工作时间间隔内操作者能正确无误完成给定任务的概率，记为R H。
图5-2图5-3表示人和机器的可靠性对系统可靠性的影响情况及它们之间的相互关系。
图5-3一、 人机功能分配1、操作过程分析人对机器的操作过程，可用行为心理学提出的普遍公式描述：刺激（S）意识（O）反应（R）刺激输入S（Stimulus input）:是操作者感受外部环境的物理、化学变化，如指示灯的亮灭，指示仪表的读数、设备功能的突然停止。
即刺激输入是一个感知过程，主要通过看、听、摸、尝、闻等感受外界的变化。
内部响应O：操作者识别刺激S、对信息作出处理和判断。
输出响应R：是操作者对于内部响应O所作出的实际行动或反应。
三者关系：在这个操作过程中，后一个要素依赖前一个要素，其中任何一个要素出了毛病，即会引起人为差错。
因此，在人机系统可靠性设计时，应考虑使操作者对于刺激易于感受，采取的结构要便于操作者作出反应，而且不应要求操作者有很高的内部响应能力。
主要的问题是再设计指示装置和控制装置之前，必须对人的能力和限度有足够科学的了解。
2、人机功能分配：根据人和机器的特征技能，合理分配其中人的功能和机器的功能，表5-1所示人和机器的特性比较。
对人和机器功能进行分配时，应考虑系统的任务性质、成本、质量、安全性和技术水平等条件，并考虑一下原则：a、笨重的、快速的、规律性强的、单调的、高阶运算的、操作复杂的工作，适合于机器承担；而指令和程序的安排、机器系统的监护、维修、设计、创造、故障处理以及应付突出事件等工作，则适合于人来承担。
人机系统的安全性
人机系统的安全性
在生产过程中，能完成预定任务的人和机器、设备、工具、环境相结合的整体。
人机系统有五种类型和三种基本形式。
五种类型是：人与工具的结合；人与工作机的结合；人与动力机的结合；人与控制机的结合；人与微机的结合。
三种基本形式是：人作为劳动者的人机结合形式；人作为控制者的人机结合形工；人作为监视者的人机结合形式。
各种类型的或形式，均以安全、舒适和高效为目标。
人机系统的安全，一般以下列要素作为研究基础：
1．人的要素。
主要考虑人的心理智和生理特点，防止人的“意识中断”或“意识迂回”（走神）时产生的危险。
2．机的要素。
主要考虑安全预防措施，防止人在能力不足时引起的事故。
3．环境要素。
主要考虑环境要适合于人的要求，不危害人体健康。
4．作业因素。
主要从作业方法、作业负荷、作业姿势、作业范围等方面考虑到人能否胜任，能否减轻劳动强度，能否减轻疲劳，对人有否危害等。
人机系统可靠性计算
人机系统可靠性计算1. 引言在现代工业制造中，人机系统已经成为了相当重要的组成部分，它不仅直接影响产品或生产线的效率和性能，也会对人员工作安全和健康产生影响。
因此，对人机系统可靠性的计算和评估也变得尤为重要。
2. 人机系统可靠性的定义人机系统可靠性是指人机交互过程中系统正确执行所需的能力。
在这个系统中，人员作为系统的一部分，与机械、电子、软件等组成部分之间建立了一系列交互过程。
人机系统可靠性的提高，不仅能够减少错误发生的可能性，还能保障人员的安全，提高整个系统的生产效率和性能。
3. 人机系统可靠性的计算方法人机系统可靠性的计算方法通常采用传统的可靠性理论，包括失效模式和失效率、功能模式和功能下限、可行度和可行度下限、可靠性指标等。
其中，失效率和可靠度是最为关键的评估指标。
3.1 失效率和失效模式失效率是指单位时间内系统失效的概率，可通过以下公式进行计算：λ = NF / T其中λ表示失效率，NF表示系统故障数，T表示故障的总时间。
失效模式是指系统失效的方式和原因，通过对系统运行过程的分析，可以确定不同的失效模式，进而进行针对性的预防措施。
3.2 功能模式和功能下限功能模式是指系统能够完成的工作或功能，例如人机系统可以完成显示、输入、处理、输出等多种功能。
功能下限是指能够满足系统功能要求的最小条件限制，包括输入能力、处理能力、输出能力等。
3.3 可行度和可行度下限可行度是指人机系统在特定环境下运行的能力，例如在恶劣的环境中，系统是否仍然能够保持正常的运行。
可行度下限是指可以保障系统正常运行的最低条件或限制。
3.4 可靠性指标可靠性指标是指反映系统实际可靠性水平的指标，包括平均无故障时间（MTBF）、平均修复时间（MTTR）、成功概率等。
这些指标可以帮助进行系统可靠性的评估和改进。
4. 结论人机系统可靠性是现代工业制造中不容忽视的重要组成部分，对系统可靠性的计算和评估，能够帮助提高整个系统的效率和性能，保障人员的安全，降低错误发生的可能性。
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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：1．描述人机系统的可靠性、可靠度；2．掌握人、人机系统的可靠度计算方法；3．说明人机系统可靠性设计的要求；4．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R H表示。
人的操作不可靠度(人体差错率)F H，R H+F H=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：F H＝n/N人在执行此项操作中，其操作可靠度为：R H＝1—F H＝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：R H＝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。
⎰=tdt )t(He )t(Rλ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R S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R S（t），构成系统的各要素的可靠度设为R i（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R S（t）=（R0）n；并联时系统可靠度R S（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R S=1-（1-R n）m。
当m 个并联系统构成n个串联系统时，则系统可靠度为R S=[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)系统的可靠度还高于构成系统的各个要素的可靠度。
（2）：构成系统的要素相同，如果连接配置的方式不同，则系统的可靠度可能不同。
（3）：在人机系统中，由于人的可靠度不可能期待有大的提高，但是通过设计合适的系统构成，可以进一步提高系统的可靠度。
二、人机系统可靠性设计人机系统的可靠性与工程可靠性的差别在于：人机系统的可靠性要把涉及到人的各种问题以及环境因素的控制问题纳入到可靠性内容当中。
对人、机、环境三者及三者之间的相互配合、功能分配、可靠度分配等必须予以认真分析、研究，方可保证人机系统的整体可靠性要求。
1．人机系统的可靠性设计程序（1）制定为达到系统可靠性总体指标的各种设计方案；（2）分析设计方案的可靠性，选择可靠性设计方案；（3）人、机器、环境功能分配与可靠度分配；（4）绘制人机系统图及说明书；（5）试验、试制、检验计划的编制；（6）确认试验、改善设计；（7）完成最终设计、提出保证可靠性等要求的设计书。
2．人机系统的可靠性分配（1）基本原则：机器与人之间的配合，要尽量使人操作简便省力，尽量减少作业者在短时间内完成许多不同的操作，使作业者的操作在其能力范围之内。
在人与机器的功能分配上，要了解人、机器各自的功能特征，并进行分析比较．充分发挥人、机潜能，从而使人机系统的整体功能达到最佳状态。
（2）人、机的基本限度：人的基本限度：正确度的限度、体力的限度、行动速度的限度、知觉能力的限度。
机器的基本限度：机械性能维持能力的限度、机器正常动作的限度、机械判断能力的限度、费用的限度。
3．人机环境各因素的可靠性设计分析（1）人的操作可靠性设计，包括：人的任务分析，根据总任务要求和人、机、环境功能分析与分配，找出人要完成的所有任务，并将其分解为具体操作；人员配置及人与人之间的分工；人完成任务时发生差错的可能性分桥；显示、控制装置设置对人操作影响分析；环境因素对人的影响；对人员的心理和生理要求、选拔人员的条件与训练要求；对人员的生活、休息、医务保障等措施的安排与执行。
（2）机器的可靠性设计，包括：安全系数的选择、静强度、疲劳强度及概率断裂力学设计；冗余设计；容错设计、失效保护设计、故障自动诊断和恢复能力；维修性设计；人机界面与接口设计；耐环境设计；降额使用。
（3）环境的可靠性设计，包括：各种环境条件的分析判断及其准确性；环境条件规范的降额；机器所需要的人造环境条件；人员对环境条件和生理卫生要求及环境控制、生命保障系统和个人装备设计。
4．人机系统设计注意事项（1）明确人机系统的目的及实现目的的制约条件，例如地理、环境、人力、财力、技术装备、技术水平等，必须具体分析，确定人机系统的类型。
（2）提高系统的功能与可靠性，并不是孤立地依靠某子系统的功能和可靠性的改善及提高，而是力求各子系统、单元间的相互匹配，使整体优化。
（3）尽量将生产过程变为简单操作，且各种操作对作业人员不带有危险性。
尽量采用坐姿作业方式，并且不促使作业者采取不当的姿势。
（4）最重要的显示器和控制器应当安排在最适宜的位置．并按功能或系统分组。
有关联的显示器和控制器要呈对应关系排列。
（5）要充分考虑人的心理因素与生理条件。
（6）要考虑人和机器问的相互监督作用。
要做到，即使是人发生误动作，也不致造成事故，且还要让人知道动作的错误所在，这就是由机器监督人。
另一方面，当机器出现异常时．人应能准确判断异常原因，有时进行调整，使之恢复正常，这便是由人监督机器。
（7）人机系统的分析评价是对整体系统的可靠性、安全性、舒适性以及作业效率等进行综合分析与评价。
三、人机系统的安全性分析1．人机系统安全性分析方法——故障树法从系统设计初期阶段开始，就应该把握住影响系统安全的问题，努力加以改进。
最常用的分析评价系统安全性的方法是故障树法，即FTA（Fault Tree Analysis)法。
FTA：把故障、事故发生的系统加以模型化，把作为对象的因果关系根据逻辑结构分析以树状图表示，可以推断故障、事故的发生频度，找出发生的经路。
2．故障树法的步骤（见图20.6）3．故障树的制作（1）故障树常用符号：（2）故障树绘制要点：●从故障或事故开始，逐层向下分析；●为分析需要，图中使用与门和或门来表示；●要明确各层的相互关系和各种现象的因果关系；●树形图的树枝不宜分得过细。
示例如图20.7。
（3）故障树绘制实例4．故障树法的优点故障树法是评价系统安全性或分析事故原因的有效方法。
这种方法的优点是：●对事故原因的全貌，可以用视觉很容易地交换信息；●现场的各种问题，用图形表示容易理解，并且可以发现潜在的问题；●可以发现新的因素；●可以定量地进行改进方案的比较，并可以附加位置方面的因素；●适用范围广。
四、系统的安全性评价系统的安全性主要从两个方面评价，一是发生故障、事故的频度；二是对系统的各组成部分从工效学角度进行检查。
系统的工效学评价方法很多，其中主要有：功能分析、职务分析评价；通过实验评价：模拟评价；按检查表评价；感觉检查评价；可靠性计测评价；动作、时间分析评价等。
从工效学方面分析，主要有以下内容：尺寸、作业空间；用力、控制；时间、速度；对人体的输入；环境条件；作业条件(密度、作业持续时间、休息等)；个人因素(适应性、教育、训练等)；输入输出之间的关系等。
见教材p388-390，生产系统安全性检查主要考虑的几个方面：。