人的可靠性与安全设计

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１０.４ 安全装置设计
• 安全防护是通过采用安全装置或防护装置对一些危险进行预防的安全 技术措施。安全装置与防护装置的区别是：安全装置是通过其自身的 结构功能限制或防止机器的某些危险运动，或限制其运动速度、压力 等危险因素，以防止危险的产生或减小风险；而防护装置是通过物体 障碍方式防止人或人体部分进入危险区。究竟采用安全装置还是采用 防护装置，或者二者并用，设计者要根据具体情况而定。
• 如上所述，事故的主要根源在于人为差错，而人为差错的产生则是由 人的不可靠性引起的。本章将通过对人的可靠性、人为差错和人的安 全性的分析，找出事故发生的原因，并据此提出防止发生事故的措施 。
• １０.１.２人的可靠性分析
• １.影响人的可靠性的内在因素 • 人的内在状态可以用意识水平或大脑觉醒水平来衡量。日本的桥本邦
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１０.２ 人的失误
• １０.２.３人的失误引发的后果
• 人为差错是人所具有的一种复杂特性，它与人机系统的安全密切相关 。因此，如何避免人为差错对于提高系统的可靠性具有十分重要的意 义。
• 人为差错可定义为人未能实现规定的任务，从而可能导致中断计划运 行或引起财产和设备的损坏。人为差错发生的方式有５种，即人没有 实现某一必要的功能任务，实现了某一不应该实现的任务，对某一任 务做出了不适当的决策，对某一意外事故的反应迟钝和笨拙，没有觉 察到某一危险情况。
• 一个设计良好的系统需要考虑的不仅仅是设备本身，还应该包括人这 一要素。正如一个系统中的其他部分一样，人的因素并非是完全可靠 的，而人的错误可导致系统崩溃。国内外许多安全专家认为，大约９ ０％的事故与人的失误有关，而仅有１０％的事故归咎于不安全的物 理、机械条件。
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１０.１ 人的可靠性
• １０.４.３利用感应控制安全距离
• 在图１０-７中，若身体的任何部位经过感应区进入机床作业空间的 危险区域时，光电传感器则发出停止机床动作的命令，保护作wk.baidu.com者免 受意外伤害。还可以运用其他感应方式，如红外、超声、光电信号等 。但必须注意，当人体进入危险区时，检测信号必须准确无误，以确 保安全。
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１０.４ 安全装置设计
• １０.４.４自动停机装置
• 自动停机装置是指当人或其身体的某一部分超越安全限度时，使机器 或其零部件停止运行或保证处在安全状态的装置，如触发线、可伸缩 探头、压敏杠、压敏垫、光电传感装置、电容装置等。图１０-８（ ａ）为一机械式（距离杆）自动停机装置应用实例，图１０-８（ｂ ）是其工作原理。
• 设人的可靠性为RＨ，机械的可靠性为RＭ，整个系统的可靠性RＳ就 为：
• RＳ＝RＨ·RＭ • 它们三者的关系可用图１０-１表示。如果人的可靠性为０.８，即使
机械的可靠性高达０.９５，那么，整个人机系统的可靠性也只有０. ７６。
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１０.１ 人的可靠性
• 如果不断对机械进行技术改进，将可靠性提高到０.９９，系统的可 靠性仍然只有０.７９，并没有提高多少。因此，提高人的可靠性成 了提高系统可靠性的关键。由于人机系统越来越复杂和庞大，一旦出 现人为失误就会酿成严重事故，人们日益关心因人的可靠性低下而引 起的事故。
• 使用人群对信息的准确解释和理解对警示的合理设计是至关重要的。 无论其性质上是视觉的还是听觉的，应对警示进行测试以保证最终的 使用人群能正确地理解其意义。在开发一个警示时应考虑以下几条原 则：
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１０.２ 人的失误
• １０.２.１人的失误行为
• 人的行为是指人在社会活动、生产劳动和日常生活中所表现的一切动 作。
• 人的一切行为都是由人脑神经辐射，产生思想意识并表现于动作。 • 人的不安全行为则是指造成事故的人的失误（差错）行为。在人机工
程领域，对人的不安全行为曾作过大量研究，较新的研究成果提出， 人的失误行为发生过程如图１０-２所示。 • 由图１０-２可知，人的失误行为的发生既有外部环境因素，也有人 体内在因素。为了减少系统中人的失误行为的发生，必须对内、外两 种因素的相关性进行分析。
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１０.３ 人的失误事故模型
• １０.３.２事故发生顺序模型
• 事故发生顺序模型见图１０-４。该模型把事故过程划分为几大阶段 。在每个阶段，如果运用正确的能力与方式进行解决，则会减少事故 发生的机会，并且过渡到下一个防避阶段。如果作业者按图示步骤做 出相应反应，虽然不能肯定会完全避免事故的发生，但至少会大大减 少事故发生的概率；而如不采取相应的措施，则事故发生的概率必会 大大增加。
• 安全装置是消除或减小风险的装置。它可以是单一的安全装置，也可 以是和联锁装置联用的装置。常用的安全装置有联锁装置、联动装置 、止-动操纵装置、双手操纵装置、自动停机装置、机器抑制装置、 限制装置、有限运动装置等。
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１０.４ 安全装置设计
• １０.４.１联锁装置
• 当作业者要进入电源、动力源这类危险区时，必须确保先断开电源， 以保证安全，这时可以运用联锁装置。图１０-５中，机器的开关与 门是互锁的。作业者打开门时，电源自动切断；当门关上后，电源才 能接通。为了便于观察，门用钢化玻璃或透明塑料做成，无须经常进 去检查内部工作情况。
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１０.３ 人的失误事故模型
• 人的行为因素模型如图１０-３所示，包含有Ｓ—Ｏ—Ｒ行为的第一 组问题是反映了危险的构成，以及与此危险相关的感觉、认识和行为 响应。若第一组中的任何一个问题处理失败，则会导致危险，造成损 失或伤害；如每一个问题处理都成功，第一组的危险不可能构成，也 不会发生第二组的危险爆发。同样包含有Ｓ—Ｏ—Ｒ行为的第二组问 题是危险的显现，即使第一组问题处理失败，只要危险显现时处理得 当，也不会造成损失和伤害；如果不能避免危险，则造成损失和伤害 的事故必将爆发。
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１０.２ 人的失误
• １０.２.２人的失误的主要原因
• 按人机系统形成的阶段，人的失误可能发生在设计、制造、检验、安 装、维修和操作等各个阶段。但是，设计不良和操作不当往往是引发 人的失误的主要原因，可由表１０-４加以说明。
• 在进行人机系统设计时，若设计者对表１０-４中的“举例”进行仔 细分析，可获得有益的启示，使系统优化，将使诱发人的失误行为的 外部环境因素得到控制，从而减少人的不安全行为。至于诱发人的失 误行为的人体内在因素极为复杂，仅将其主要诱因归纳于表１０-５ 。
• ２.警示信息有效传递 • 成功的警示应该被察觉（通常是见到或听到），被正确地解释并被遵
守。 • 通过人机学原则的应用，察觉、解释和遵守三个步骤中的每一步都应
有确定的作用。
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１０.６ 安全信息设计
• 就察觉而言，警示的信息或信号必须清楚地传递，从而能显著地从背 景噪声中确认和区别开来。对于视觉警示，大小、形状、对比、反色 是可能有助于提高察觉的特性。对于听觉警示，时间方案、声级以及 声谱是一些在提高察觉性能时需要考虑的特性。
卫将人的大脑的觉醒水平分为五个等级，如表１０-１所示。由表可 知，人处于不同觉醒水平时，其行为的可靠性是有很大差别的。人处 于睡眠状态时，大脑的觉醒水平极低，不能进行任何作业活动，一切 行为都失去了可靠性。
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１０.１ 人的可靠性
• 处于第Ⅰ等级状态时，大脑活动水平低下，反应迟钝，易于发生人为 失误或差错。处于第Ⅱ、Ⅲ等级时，均属于正常状态。等级Ⅱ是意识 的松弛阶段，大脑大部分时间处于这一状态，是人进行一般作业时大 脑的觉醒状态，并应以此状态为准设计仪表、信息显示装置等。等级 Ⅲ是意识的清醒阶段，在此状态下，大脑处理信息的能力、准确决策 能力、创造能力都很强，此时，人的可靠性可高达０.９９９９９９ 以上，比等级Ⅰ时高十万倍，因此，重要的决策应在此状态下进行。
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１０.３ 人的失误事故模型
• 许多专家学者根据大量事故的现象，研究事故致因理论。在此基础上 ，又运用工程逻辑，提出事故致因模型，用以探讨事故成因、过程和 后果之间的联系，达到深入理解构成事故发生诸原因的因果关系。此 处仅从人机工程学的角度，讨论几种以人的因素为主因的事故模型。
• １０.３.１人的行为因素模型
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１０.２ 人的失误
• 人为差错所造成的后果随人为差错程度的不同以及机械安全设施的不 同而不同，一般可归纳为４种类型：第一种类型，由于及时纠正了人 为差错，且设备有较完善的安全设施，故对设备未造成损坏，对系统 运行没有影响；第二种类型，暂时中断了计划运行，延迟了任务的完 成，但设备略加修复，工作顺序略加修正，系统即可正常运行；第三 种类型，中断了计划运行，造成了设备的损坏和人员的伤亡，但系统 仍可修复；第四种类型，导致设备严重损坏，人员有较大伤亡，使系 统完全失效。
• １０.４.２双手控制按钮
• 对于图１０-６所示的作业，有些作业者习惯于一只手放在按钮上， 准备启动机器动作，另一只手仍在工作台面调整工件或试件。
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１０.４ 安全装置设计
• 为了避免开机时另一只手仍在台面上从而发生事故，可用图示的双手 控制按钮，这样必须双手都离开台面才能启动，保证了安全。
在某种条件刺激物（机体内部或外部的）的作用下，所产生的生理变 化和情绪波动，使人在心理上所体验到的一种压迫感或威胁感。 • 各方面的研究表明，适度的压力即足以使人保持警觉的压力水平对于 提高工作效率，改善人的可靠性是有益的，压力过轻反而会使人精神 涣散，缺乏动力和积极性。但是，当人承受过重压力时，发生人为差 错的概率比其在适度压力下工作时要高，因为过高的压力会使人理解 能力消失，动作的准确性降低，操作的主次发生混乱。
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１０.６ 安全信息设计
• 可是，在为一般群体进行设计时，初学者或不熟练的使用者应作为目 标对象。此外，由于紧急状态通常会导致反射性反应而不是有分析地 排除故障，即使是对有经验的人而言也需要在工作场所中设有设计良 好的书面资料。这一部分的重点是旨在提高信息在人之间有效传递的 设计原则，从而降低人为过失的潜在可能。
，既有从设备到操作者也有从人到书面指令、警告、代码等传递差错 。要最小化此类差错，需要在发送人和接收者之间存在着共同的理解 。通过确定哪些地方可能发生差错，就能运用人的因素原理来减少它 们的可能性。 • 经过一定时间，个体将对一任务及其环境逐渐熟悉，随着操作者对信 息理解程度的提高，对此类信息的依赖程度也随之降低。
• 但Ⅲ类状态不能持续很长的时间。第Ⅳ等级为超常状态，如工厂大型 设备发生故障时，操作人员的意识水平处于异常兴奋、紧张状态，此 时，人的可靠性明显降低，因此，应预先设定紧急状态时的对策，并 尽可能在重要设备上设置自动处理装置。
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１０.１ 人的可靠性
• ２.影响人的可靠性的外部因素 • 影响人的可靠性的一个极为重要的方面是人所承受的压力。压力是人
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１０.５ 防护装置设计
• 专为防护人身安全而设置在机械设备上的各种防护装置，其结构和布 局应设计合理，使人体各部位均不能直接进入危险区。对机械式防护 装置设计应符合下述与人体测量参数相关的尺寸要求。
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１０.６ 安全信息设计
• １０.６.１警示设计的原则
• １.人的失误最小化 • 一个系统中差错的来源（以及由此发生的故障）之一就是信息的传递
第10章 人的可靠性与安全设计
• １０.１ 人的可靠性 • １０.２ 人的失误 • １０.３ 人的失误事故模型 • １０.４ 安全装置设计 • １０.５ 防护装置设计 • １０.６ 安全信息设计
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１０.１ 人的可靠性
• １０.１.１人机系统可靠性
• 人机系统的可靠性由该系统中人的可靠性和机械的可靠性所决定，对 人的可靠性很难下定义。在此，暂且定义为“人们正确地从事规定的 工作的概率”。
• 事故发生的原因，很大程度上取决于人的行为性质。由人机工程学基 础理论可知，人的行为是由多次感觉（Ｓ）—认识（Ｏ）—响应（Ｒ ）组合模型的连锁反应，人在操作过程中，由外部刺激输入使人产生 感觉“Ｓ”，外部刺激如显示屏上仪表指示、信号灯变化、异常声音 、设备功能变化等；人识别外部刺激并做出判断称之为人的内部响应 “Ｏ”，人对内部响应所做出的反应行动，称之为输出响应“Ｒ”。