人机系统可靠性计算

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人机系统可靠性计算
Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.
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文件编号：KG-AO-3138-34 人机系统可靠性计算
使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行
具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或
活动达到预期的水平。

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(一)、系统中人的可靠度计算
由于人机系统中人的可靠性的因素众多且随机变化，因此人的可靠性是不稳定的。

人的可靠度计算(定量计算)、也是很困难的。

1．人的基本可靠度
系统不因人体差错发生功能降低和故障时人的成功概率，称为人的基本可靠度，用r表示。

人在进行作业操作时的基本可靠度可用下式表示：
r＝a1a2a3 (4—13)、
式中a1——输入可靠度，考虑感知信号及其意义，时有失误；
a2——判断可靠度，考虑进行判断时失误；
a3——输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关。

上式是外部环境在理想状态下的可靠度值。

a1，a2，a3，各值如表4—5所示。

人的作业方式可分为两种情况，一种是在工作时间内连续性作业，另一种是间歇性作业。

下面分别说明这两种作业人的可靠度的确定方法。

(1)、连续作业。

在作业时间内连续进行监视和操纵的作业称为连续作业，例如控制人员连续观察仪表并连续调节流量；汽车司机连续观察线路并连续操纵方向盘等。

连续操作的人的基本可靠度可以用时间函数表示如下：
式中 r(t)、——连续性操作人的基本可靠度；
t——连续工作时间；
l(t)、——t时间内人的差错率。

(2)、间歇性作业。

在作业时间内不连续地观察和作业，称为间歇性作业，例如，汽车司机观察汽车上的仪表，换挡、制动等。

对间歇性作业一般采用失败动作的次数来描述可靠度，其计算公式为：
r＝l一p(n／N)、 (4—15)、式中 N 失败动作次
数；
n——失败动作次数；
p——概率符号。

2．人的作业可靠度
考虑了外部环境因素的人的可靠度RH为：
RH＝1-bl·b2·b3·b4·bs(1—r)、 (4一16)、
式中 b1——作业时间系数；
b2——作业操作频率系数；
b3——作业危险度系数；
b4——作业生理和心理条件系数；
b5——作业环境条件系数；
(1-r)、——作业的基本失效概率或基本不可靠度。

r可根据表4—6及式(4—13)、求出。

b1～b5；可根据表4—6来确定。

表4--6 可靠度RH的系数(bl～b5)、
(二)、人机系统的可靠度计算
人机系统组成的串联系统可按下式表达：
Rs＝RH·RM (4—17)、式中 Rs——人机系统可靠度；
RH——人的操作可靠度；
RM——机器设备可靠度。

人机系统可靠度采用并联方法来提高。

常用的并联方法有并行工作冗余法和后备冗余法。

并行工作冗余法是同时使用两个以上相同单元来完成同一系统任务，当一个单元失效时，其余单元仍能完成工作的并联系统。

后备冗余法也是配备两个以上相同单元来完成同一系统的并联系统。

它与并行工作冗余法不同之处在于后备冗余法有备用单元，当系统出现故障时，才启用备用单元。

1．两人监控人机系统的可靠度
当系统由两人监控时，控制如图4—10所示。

一旦发生异常情况应立即切断电源。

该系统有以下两种控制情形。

(1)、异常状况时，相当于两人并联，可靠度比一人控制的系统增大了，这时操作者切断电源的可靠度
为RHb(正确操作的概率)、：
RHb＝1-(1-R1)、(1-R2)、 (4—18)、
(2)、正常状况时，相当于两人串联，可靠度比一人控制的系统减小了，即产生误操作的概率增大了，操作者不切断电源的可靠度为RHc(不产生误动作的概率)、：
RHc＝Rl·R2 (4—19)、
从监视的角度考虑，首要问题是避免异常状况时的危险，即保证异常状况时切断电源的可靠度，而提高正常状况下不误操作的可靠度则是次要的，因此这个监控系统是可行的。

所以两人监控的人机系统的可靠度度Rsr为：
异常情况时，
Rsr＇＝RHb·RM＝[1-(1-R1)、(1-R2)、]RM (4—20)、
正常情况时，
Rsr″＝RHc·RM＝Rl·R2·RM (4—21)、
2．多人表决的冗余人机系统可靠度
上述两人监控作业是单纯的并联系统，所以正常操作和误操作两种概率都增加了，而由多数人表决的人机系统就可以避免这种情况。

若由几个人构成控制系统，当其中r个人的控制工作同时失误时，系统才会失败，我们称这样的系统为多数人表决的冗余人机系统。

设每个人的可靠度均为R，则系统全体人员的操作可靠度Rm为：
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