安全人机工程学第四章人机功能匹配

综合能 力
多种途径 最适用于文字的再现和长 期存储
记 忆
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三、人机功能匹配
含义：对人和机的特性进行权衡分
析，将系统不同功能恰当地分配给 人或机，称为人机功能分配。
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人机匹配的内容


人机相互配合 显示器与人的信息感觉通道特性的匹配 控制器与人体运动反应特性的匹配 显示器与控制器之间的匹配 环境条件和人的生理、心理及生物力学特性的 匹配 其他
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规则型 行 为
知识型 行 为
对应于上述三种类型，根据核电厂模拟机实验 的结果可以得到相应的三条时间 — 人员不反应 概率曲线，如图4－8所示。
图4-8 HCR 模型曲线
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机械的可靠性
产品寿命曲线 1-早期故障率 2-偶发故障率 3-磨损故障率

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指数分布 是可靠性技术中最常用的分布之一,它描述故障 率为常数的故障分布规律,即描述产品寿命曲线 中的偶发故障期。而多数机械产品、电子元器件 及连续运行的复杂系统都是在偶发故障期正常工 作的，所以用指数分布函数描述机械、电子产品 在正常工作期的故障或失效规律是比较符合工程 实际情况的。因此，指数分布在机械、电子产品 的可靠性研究及计算中得到广泛应用。
具有某些超人的感觉，如有感 觉电离辐射的能力 输 入 灵敏度
智 力
无 （智能机例外）
操纵力、速度精密度、操作量、 操作范围等均优于人的能力。 在处理液体、气体、粉体方面 比人强，但对柔软物体的处理 能力比人差
操作处 理能力
可进行各种控制，手具有非常大的自由 度，能极巧妙地进行各种操作。从视觉、 听觉、变位和重量感觉上得到的信息可 以完全反馈给控制器
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可靠性特征量之间的关系: 可靠度与不可靠度的关系： F(t) + R(t) = 1 可靠度和不可靠度与故障概率函数的关系： f(t)＝dF(t)/dt＝－dR(t)/dt 可靠度与故障率的关系：
R(t ) e
t 0 ( t ) dt
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人的可靠性 1、影响人的可靠的因素 生理因素 心理因素
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(4) 环境因素。对新环境和作业不适应，由于温 度、气压、供氧、照明等环境条件的变化不符 合要求，以及振动和噪声的影响，引起操作者 生理、心理上的不舒适。 (5) 个人素质。训练程度、经验多少、操作熟练 程度、技术水平高低、责任心强弱等。
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(6)社会因素。家庭不和、人际关系不协调。 (7)操作因素。操作的连续性、操作的反复性、 操作时问的长短、操作速度、频率及灵活 性等。
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人的 环境的
人 为 差 错
技术的 机械的 管理的
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正常状态
正常人的偶发过失
生理因素
紧张、疲劳、体弱、 疾病、残疾 心理紧张、注意力 降低、心理疲劳、 情绪失常、心理幻 觉等
人 的
不稳定状态
心理因素
人际关系不良
错觉差错
视错觉、听错觉、触错觉、 本体错觉、嗅错觉
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不良环境
空间、照明、温度、湿度、 噪声、粉尘、毒物
能长期连续工作，适应单调专 业，需要适当维护 如果是专用机械，不经调整则 不能改作其它用途
容易疲劳，不能长时间连续工作，且 受性别、年龄和健康状态等影响，不 适应单调作业 通过教育训练，可具有多方面的适应 能力
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表4—1 人与机的优缺点比较（续）
项 目 机 器 人 在较宽的能量范围内承受刺激因素，支 配感受器适应刺激因素的变化，如眼睛 能感受各种位置、运动和颜色，善于鉴 别图象，能够从高噪声中分辨信号，易 受（超过规定限度的）热、冷、噪声和 振动的影响 能应付意外事件和不可能预测事件，并 能采取预防措施
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表4-4 人的行为类型分类
行为 类型
内
容
技能型 行 为
这种行为是指在信息输入与人的反应之间存在着非常密切的耦合 关系，它不完全依赖于给定任务的复杂性，而只依赖于人员培训 水平和完成该任务的经验。这种行为的重要特点是它不需要人对 显示信息进行解释，而是下意识地对信息给予反应操作 这种行为是由一组规则或程序所控制和支配的。它与技能行为的 主要不同点是来自对实践的了解或者掌握的程度。如果规则没有 很好地经过实践检验，那么人们就不得不对每项规则进行重复和 校对。在这种情况下，人的反应就可能由于时间短、认知过程慢、 对规则理解差等而产生失误 这种行为是发生在当前情景症状不清楚，目标状态出现矛盾或者 完全未遭遇过的新鲜情景环境下，操作人员必须依靠自己的知识 经验进行分析诊断和制定决策。这种知识型行为的失误概率很大， 在当今的人为失误研究中占据重要的地位。
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表4—1 人与机的优缺点比较（续）
项 目
机
器
人 1471KW 的功率输出只能维持 10s ， 367.75KW 的功率输出可维持几分 钟， 150KW 以下的功率输出能持 续一天 单一手段 可存储大量信息，并进行多种途径 的存取，擅长于对原则和策略的记 忆
功率输 出
恒定 —— 不论大的，固定 的或标准的
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第二节 人机系统的安全可靠性
一． 二． 三． 四．
五．
可靠性 人的可靠性 机的可靠性 人机系统的可靠度计算 提高人机系统安全可靠性的途径
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可靠性的定义及其度量
l、可靠性的定义 可靠性是指研究对象在规定条件下、规定时间内、 完成规定功能的能力。 2、可靠性度量指标 可靠性度量指标是指对系统或产品的可靠程度作 出定量表示。常用的基本度量指标有可靠度 R(t)、 不可靠度 F(t) （或累积故障概率）、故障率（或 失效率）λ(t)、平均无故障工作时间（或平均寿 命）、维修度、有效度等。
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人误的原因:

机器设计时，对人机结合面设计没有很 好地进行安全人机工程研究，致使机器 系统本身潜在着操作失误的可能 由于操作者本身的因素，使之不能与机 器系统协调而导致失误 安全管理方面的缺陷


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人的可靠性分析方法


最主要的有： 人的差错概率预测方法（THERP） 人的认知可靠性模型（HCR） 操作员动作树分析法（OAT） 通用失误模型系统（GEMS）
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3、人机功能匹配对人机系统的影响 过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使机 的设计与人的功能不适应而造成的失误很多， 如作战飞机的高度计等仪表的设计与人的视觉 不适应是造成飞机失事的主要原因（见图4-5） 进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合 面布置得恰当，从安全人机工程学的观点出发， 分析人机结合面失调导致工伤事故，进而采取 改进对策。

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表4－3 人因失误造成系统失效的统计
系统名称 导弹 导弹 核武器 失效类型 导弹失效 主要系统失效 检查人员查出生产中的缺 陷 检查人员不能查出生产中 缺陷 人初始引入的错误 仪表故障 人初始引入的错误 工程设计中的差错 事 故 统计式样 9枚导弹系统 122次失效 23000个缺陷 长期生产中的随机 抽样 1820份故障报告 1425份故障报告 35000份故障报告 人因失 误 20～53% 35% 82%
机 械 的
控制装置差错（灵敏度不够、调节 困难、操作不便等）
人机工程设计错误
功能、结构、形式设计不良
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信息传递错误、决策错误 管 理 的
计划不周，劳动组织不严 密，法规制度不健全
监督检查要求不当
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2、人因失误/事故的危害性和严重性

人作为人机系统中的要素之一，经统计分析，在 人机系统失效中人因失误约占80％。 表4－3是美国各类系统人因失误造成系统失效的 统计数据。
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图4—5人在操作活动中的基本功能示意图
二、机的功能
1.
2.
3. 4.
接收信息 储存信息 处理信息 执行功能
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表4—1 人与机的优缺点比较
项 目 机 占优势 擅长于演绎而不易改变其演绎 程序 器 时间延时为1s 擅长于归纳，容易改变其推理程序 人
速 度
逻辑 推理 计 算
快且精确，但不善于修正误差
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(1) 人的差错概率预测技术（THERP）

主要用于 评估与某些因素有关的人为差错引起系统变 坏的结果。如人的动作、操作程序和设备的 可靠性。

基本量度方法
一个差错或一组差错所引起的系统故障的 概率和一种操作引起的高级差错的概率。
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基本步骤
调查被分析的系统和操作程序； 研究人员可能导致差错的事件； 把整个操作程序分解成各个操作步骤和 单个动作； 建造人的可靠性分析事件树； 根据经验或实验得出每个动作的可靠度； 求出各个动作和各个操作步骤的可靠度， 如果每个动作中事件相容，则按概率计 算； 求出这个操作程序的不可靠度，即人的 差错概率。
人误的种类:




设计失误 制造失误 组装失误 检验失误 设备的维修保养不正确 操作失误 管理失误
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设计差错
人 为 差 错 的 分 类
制造差错 检验差错 安装差错 维修差错 操作差错
由于设计 人员设计 不当造成 的 指未按照设计
图样和说明书 检验手段不正 进行安装调试 确，放宽了标 准，没有完成 检验项目，未 发现产品的缺 陷等
按照恰当设计制造的机器，在完 成规定的作业中可靠性很高，而 且保持恒定，不能处理意外的事 态。在超负荷条件下可靠性突降
慢且易产生误差，但善于修正误差
人脑可靠性远超过机械，但极度疲劳与 紧急事态下很可能变成极不可靠，人的 技术水平、经验以及生理和心里状况对 可靠性很有影响，可处理意外紧急事态
可靠 性
连续 性 灵活 性
核武器
电子系统 导弹 导弹 各类系统 飞机
28%
23～45% 20% 20～30% 2～42% 60%