1、安全生產技術講義第四章 安全人機工程 第一節 安全人機工程基本知識主要內容：安全人機工程的定義，研究內容，人機系統的類型，機械設計本質安全。一、安全人機工程的概念、主要研究內容及其分類(一)安全人機工程的定義 安全人機工程是研究人機環境系統的安全本質，并使三者從安全的角度上達到最佳匹配，以確保系統高效、經濟運行的一門應用科學。 (二)安全人機工程的主要研究內容 安全人機工程在所研究的諸多因素中，主要是研究人與機器的關系，主要內容包括如下4個方面： 分析機械設備及設施在生產過程中存在的不安全因素，并有針對性地進行可靠性設計、維修性設計、安全裝置設計、安全啟動和安全操作設計及安全維修設計等 研究人

2、的生理和心理特性，分析研究人和機器各自的功能特點，進行合理的功能分配，以構成不同類型的最佳人機系統。 研究人與機器相互接觸、相互聯系的人機界面中信息傳遞的安全問題。 分析人機系統的可靠性，建立人機系統可靠性設計原則，據此設計出經濟、合理以及可靠性高的人機系統。在人機系統中人始終起著核心和主導作用，機器起著安全可靠的保證作用。解決安全問題的根本是實現生產過程的機械化和自動化，讓工業機器人代替人的部分危險操作，從根本上將人從危險作業環境中徹底解脫出來，實現安全生產。 （三）人機系統的類型 人機系統主要有兩類，一類為機械化、半機械化控制的人機系統；一類為全自動化控制的人機系統。機械化、半機械化控制的

3、人機系統，人機共體，或機為主體，系統的動力源由機器提供，人在系統中主要充當生產過程的操作者與控制者，即控制器主要由人來操作。在控制系統中設置監控裝置，如果人操作失誤，機器會拒絕執行或提出警告。在全自動化控制的人機系統中，以機為主體，機器的正常運轉完全依賴于閉環系統的機器自身的控制，人只是一個監視者和管理者，監視自動化機器的工作。只有在自動控制系統出現差錯時，人才進行干預，采取相應的措施。 二、機器設計本質安全 （一）機械設計本質安全的定義機械設計本質安全是指機械的設計者，在設計階段采取措施來消除安全隱患的一種機械安全方法。包括在設計中排除危險部件，減少或避免在危險區處理工作需求，提供自動反饋設

4、備并使運動的部件處于密封狀態之中等。 （二）機械失效安全 機械設計者應該在設計中考慮到當發生故障時不出危險。這一類裝置包括操作限制開關，限制不應該發生的沖擊及運動的預設制動裝置，設置把手和預防下落的裝置，失效安全的限電開關等。 （三）機械部件的定位安全 把機械的部件安置到不可能觸及的地點，通過定位達到安全的目的。設計者必須考慮到人在正常情況下不會觸及到部件，而在某些情況下可能會接觸到，例如登著梯子對機械進行維修等情況。 （四）機器的安全布置 在車間內對機器進行合理的安全布局，可以使事故明顯減少，布局時要考慮如下因素： 空間：便于操作、管理、維護、調試和清潔。 照明：包括工作場所的通用照明（自然

5、光及人工照明，但要防止眩目）和為操作機器而需的照明。 管、線布置：不要妨礙在機器附近的安全出入、避免磕絆，有足夠的上部空間。保證維修時人員的出入安全。 第二節 人的特性 主要內容：人的生理因素包括：感覺器官（視覺、聽覺）、機能特性（反應時間）、形態特性（人體特征參數）、生理節奏、疲勞等；人的心理因素包括：心理過程（認識與情感意志）、個性心理（能力、性格、氣質與需要、動機）一、人的生理因素與安全的關系 （一）人的感覺與感覺器官 1視覺 常見的幾種視覺現象 視覺損傷與視覺疲勞 視覺的運動規律2聽覺聽覺的功能有分辨聲音的高低和強弱，還可以判斷環境中聲源的方向和遠近。 聽覺特性 聽覺的掩蔽3人的感覺反

6、應人們在操縱機械或觀察識別事物時，從開始操縱、觀察、識別到采取動作，存在一個感知時間過程，即存在一段反應時間。 反應時間 反應時間是指人從機器或外界獲得信息，經過大腦加工分析發出指令到運動器官開始執行動作所需的時間。反應時間是從包括感覺反應時間（從信息開始刺激到感覺器官有感覺所用時間）到開始動作所用時間（信息加工、決策、發令開始執行所用時間）的總和。由于人的生理心理因素的限制，人對刺激的反應速度是有限的。一般條件下，反應時問約為0.10.5 s。對于復雜的選擇性反應時間達13 s，要進行復雜判斷和認識的反應時間平均達35 s，具體的帶有判別的反應時間t可用下式求得： t = k log2 (n

7、+1) 式中，k為常數；n為等概率出現的選擇對象數；(n+1)是考慮判明是否出現刺激。 為了保證安全作業，一方面在機器設計中，應使操縱速度低于人的反應速度。另一方面應設法提高人的反應速度。 減少反應時間的途徑 一般來說，機器設備的情況、信息的強弱和信息狀況等外界條件是影響反映時間的重要因素；而機器的外觀造型和操縱機構是否適宜于人的操作要求，以及操作者的生物力學特性等，則是直接影響動作時間的重要因素。 合理地選擇感知類型。比較各類感覺的反應時間，發現聽覺和知覺反應時間最短，約0.10.2s，其次是觸覺和視覺。所以在設計各類機器時，應根據操縱控制情況，合理選擇感覺通道，盡量選用反應時間短的通道去控

8、制和調節機器。 適應人的生理心理要求，按人機工程學原則設計機器。 操作者操作技術的熟練程度直接影響反應速度，應通過訓練來提高人的反應速度。 (二)人體的特性參數與產品設計和操縱機器有關的人體特性參數很多，歸納起來有如下4類： 靜態參數靜態參數是指人體在靜止狀態下測得的形態參數，也稱人體的基本尺度，如人體高度及各部分長度尺寸。我國6大區域人體尺寸及體重見表41。 動態參數動態參數是指在人體運動狀態下，人體的動作范圍，主要包括肢體的活動角度和肢體所能達到的距離等兩方面的參數。如手臂、腿腳活動時測得的參數。 生理學參數生理學參數主要是指有關的人體各種活動和工作引起的生理變化，反映人在活動和工作時負荷

9、大小的參數， 包括人體耗氧量、心臟跳動頻率、呼吸頻率及人體表面積和體積等。 生物力學參數生物力學參數主要指人體各部分（如手掌、前臂、上臂、軀干（包括頭、頸）、大腿和小腿、腳等）出力大小的參數，如握力、拉力、推力、推舉力、轉動慣量等。 ( 三 ) 大腦的覺醒水平與生理節奏1. 大腦的覺醒水平大腦的覺醒水平劃分為 5 個等級。從表中可以看出，級覺醒水平是最佳覺醒狀態, 工作能力最強, 但這種狀態只能維持15min 左右。在超常態（級）下, 由于過度緊張, 造成精神恐慌, 失誤率也會明顯增高。 2. 人體生物節律 人體存在著一個以23d為周期的體力盛衰和以28d為周期的情緒波動規律，以33d 為周期

10、的智力波。人處于正半周期為高潮期，這時人的心情舒暢，精力充沛，工作成功率高；負半周期為低潮期, 這時人的心情不佳, 容易疲勞、健忘, 工作成績低。正弦曲線與橫軸交點這一天稱為“臨界點”。3 個臨界點互不重疊稱單臨界點, 兩個臨界點重疊稱雙臨界點,3個臨界點重疊稱3臨界點,臨界點前后各一天稱臨界期,臨界期也包括3個周期在負半周的重疊日期。在臨界點或臨界期, 體力、情緒和智力極不穩定, 最易發生事故。 ( 四 ) 疲勞 1. 疲勞的定義疲勞分為肌肉疲勞 ( 或稱體力疲勞 ) 和精神疲勞 ( 或稱腦力疲勞 ) 兩種。肌肉疲勞是指過度緊張的肌肉局部出現酸痛現象, 一般只涉及大腦皮層的局部區域。而精神疲

11、勞則與中樞神經活動有關, 它是一種彌散的、不愿意再作任何活動和懶惰的感覺, 意味著肌體迫切需要休息。 2.產生疲勞的原因及消除途經 疲勞的原因超過生理負荷的激烈動作和持久的體力或腦力勞動、作業環境不良、單調乏味的工作、不良的精神因素、肌體狀況不良以及長期勞逸安排不當等人的生理、心理因素及管理方面的因素, 都是造成疲勞的原因。另外, 機器本身在設計制造時, 沒有按人機工程學理論設計或設計不周, 也是人體過早出現疲勞的原因。 消除疲勞的途徑消除疲勞的途徑歸納起來有以下幾方面：在進行顯示器和控制器設計時應充分考慮人的生理心理因素； 通過改變操作內容、播放音樂等手段克服單調乏味的作業；改善工作環境,

12、科學地安排環境色彩、環境裝飾及作業場所布局，合理的溫濕度，充足的光照等；避免超負荷的體力或腦力勞動，合理安排作息時間，注意勞逸結合等。 疲勞的測定 二、人的心理因素 （一）能力（二）性格（三）氣質（四）需要與動機（五）情緒與情感（六）意志 第三節機械的安全特性及故障診斷技術 主要內容：機械安全的定義及特性，人機系統常見事故及原因，機械設備故障診斷技術。一、機械安全的定義及特性（一）機械安全定義（二）機械安全的特性 現代機械安全應具有以下幾方面的特性 : 1. 系統性現代機械的安全應建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、環境學、勞動衛生、計算機等科學技術基礎上, 并綜合與系統地運用這些科學技

13、術。2. 防護性通過對機械危險的智能化設計，應使機器在整個壽命周期內發揮預定功能，包括誤操作時, 其機器和人身均是安全的, 使人對勞動環境、勞動內容和主動地位的提高得到不斷改善。 3. 友善性機械安全設計涉及到人和人所控制的機器, 它在人與機器之間建立起一套滿足人的生理特性、心理特性, 充分發揮人的功能的、提高人機系統效率的安全系統, 在設計中通過減少操作者的緊張和體力來提高安全性, 并以此改善機器的操作性能和提高其可靠性。4. 整體性現代機械的安全設計必須全面、系統地對導致危險的因素進行定性、定量分析和評價, 整體尋求降低風險的最優設計方案。 二、人機系統常見的事故及其原因 ( 一 ) 常見

14、的事故1. 卷入和擠壓這種傷害主要來自旋轉機械的旋轉零部件, 即兩旋轉件之間或旋轉件與固定件之間的運動將人體某一部分卷入或擠壓。這是造成機械事故的主要原因, 其發生的頻率最高, 約占機械傷害事故的 47.7% 。 2. 碰撞和撞擊這種傷害主要來自直線運動的零部件和飛來物或墜落物。例如, 做往復直線運動的工作臺或滑枕等執行件撞擊人體；高速旋轉的工具、工件及碎片等擊中人體；起重作業中起吊物的墜落傷人或人從高層建筑上墜落傷亡等。3. 接觸傷害接觸傷害主要是指人體某一部分接觸到運動或靜止機械的尖角、棱角、銳邊、粗糙表面等發生的劃傷或割傷的機械傷害和接觸到過冷過熱及絕緣不良的導電體而發生凍傷、燙傷及觸電

15、等傷害事故。 ( 二 ) 事故原因1. 機械設備存在先天性潛在缺陷屬于這一類的潛在安全隱患涉及面很廣, 從設計到制造諸如零件材料缺陷及材料選擇不當、基礎設計不當、強度計算不準、結構設計不當、操縱控制機構設計不當、顯示裝置設置不當、無安全防護裝置以及制造中的加工裝配不當等等。 2. 設備磨損或惡化使用過程中由于磨損、老化降低了設備的可靠性而產生新的潛在危險因素, 如裂紋、腐蝕等缺陷, 但由于未被發現而“帶病”運轉。3. 人的不安全行為有的是由于安全意識差而做的有意的行為或錯誤的行為, 有的則是由于人的大腦對信息處理不當而所做的無意行為, 如誤操作或誤動作。人的任何一種不安全行為都可能導致事故發生

16、。絕大多數人機事故是可以采取故障診斷等預先識別技術加以防范的。 三、機械設備故障診斷技術( 一 ) 機械設備狀態監測及故障診斷模型故障診斷是研究機械設備運行狀態變化的信息, 進而識別、預測和監視機械運行狀態的技術方法。 在設備狀態監測和故障診斷中, 設備的狀態向量是設備異?；蚬收闲畔⒌闹匾d體，是設備故障診斷的客觀依據，所以及時而正確地掌握狀態向量是進行診斷的先決條件，為此就要用傳感器或其他檢測手段進行狀態信號的監測。 ( 二 ) 故障診斷的基本流程及實施步驟 故障診斷包括診斷文檔建立和診斷實施兩大部分。 診斷實施過程是故障診斷的中心工作，它可以細分為4 個基本步驟:(1) 信號檢測。按不同診

17、斷目的選擇最能表征設備狀態的信號, 對該類信號進行全面地檢測, 并將其匯集在一起, 形成一個設備工作狀態信號子集, 該子集稱為初始模式向量。(2) 特征提取 ( 或稱信號處理 ) 。將初始模式向量進行維數變換、形式變換, 去掉冗余信息, 提取故障特征, 形成待檢模式。(3) 狀態識別。將待檢模式與樣板模式 ( 故障檔案)對比, 進行狀態分類。(4) 診斷決策。根據判別結果采取相應的對策。對策主要是指對設備及其工作進行必要的預測和干預。 ( 三 ) 故障診斷與狀態監測 故障診斷與狀態監測是廣義故障診斷中不可分割的兩個有機組成部分。嚴格地講, 狀態監測和故障診斷是兩個不同的概念。狀態監測一般由現場

18、操作人員進行。故障診斷則一般由專門人員進行, 他們只是在確定設備已發生異常的基礎上對異常設備進行處理，提取故障特征, 識別設備狀態并提出診斷決策。雖然理論上兩者是有根本差異的, 但實際中由于兩者的密切相關性, 往往把狀態監測也劃歸在故障診斷的研究范疇中, 統稱為設備的故障診斷與監測或簡稱為故障診斷。由于狀態監測是故障診斷的前提, 因此有時也把狀態監測稱為故障診斷實施的第一階段, 而把狹義故障診斷稱為故障診斷實施的 第二階段。 （四）振動監測與診斷技術故障診斷與狀態監測的技術包括振動監測與診斷技術等內容。 第四節 機械的可靠性設計與維修性設計主要內容：機械的可靠性度量指標，可靠性設計，維修設計。

19、一、可靠性的度量指標1.可靠度可靠度數值應根據具體產品的要求來確定, 一般原則是根據故障發生后導致事故的后果和經濟損失而定。2.故障率 ( 或失效率)故障率是指工作到 t 時刻尚未發生故障的產品, 在該時刻后單位時間內發生故障的概率。故障率也是時間的函數, 記為（t），稱為故障率函數。產品在其整個壽命期間內各個時期的故障率是不同的, 其故障率隨時間變化的曲線稱為壽命的曲線, 也稱浴盆曲線。 產品的失效過程可分為 3個階段： 早期故障期。產品在使用初期，由于材質、設計、制造、安裝及調整等環節造成的缺陷，或檢驗疏忽等原因存在的固有缺陷陸續暴露出來，此期間故障率較高，但經過不斷的調試和排除故障，加之

20、相互配合件之間的磨合，使故障率較快地降下來, 并逐漸趨于穩定運轉。偶發故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數，表示產品處于正常工作狀 態。這段時間較長，是產品的最佳工作期。這時發生的故障是隨機的，是偶然原因引起應力增加，當應力超過設計規定的額定值時，就可能發生故障。磨損故障期。這個時期的故障迅速上升, 因為產品經長期使用后, 由于磨損和老化, 大部分零組部件將接近或達到固有壽命期, 所以故障率較高。 3. 平均壽命 ( 或平均無故障工作時間)對非維修產品稱平均壽命, 其觀測值為產品發生失效前的平均工作時間, 或所有試驗產品都觀察到壽命終了時，們壽命的算術平均值3于維修產品來說, 稱平均無

21、故障工作時間或平均故障問隔時間, 其觀測值等于在使用壽命周期內的某段觀察期間累積工作時 間與發生故障次數之比。 4. 維修度 維修度是指維修產品發生故障后, 在規定條件 ( 備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術水平等 ) 和規定時間內能修復的概率, 它是維修時間 r 的函數, 用 M（z）表示, 稱為維修度函數。5. 有效度 狹義可靠度 R(t) 與維修度 M ( ) 的綜合稱為有效度, 也稱廣義可靠度。其定義是, 對維修產品, 在規定的條件下使用, 在規定維修條件下修理, 在規定的時間內具有或維持其規定功能處于正常狀態的概率。 二、系統或產品的可靠性預計 產品的可靠性預計是根據零組部件的可

22、靠性數據來預算產品的可靠性指標 , 如可靠度、故障率或平均壽命等?？煽啃灶A計的目的是為可靠性設計選擇最佳設計方案提供可靠依據, 且在產品定型投產之前就可以對新產品的可靠性做出估計, 若達不到預定指標, 就可以針對發現的問題及時進行改進設計, 從而取得事半功倍的效果。 ( 一 ) 串聯系統的可靠性預計 串聯系統的可靠性表示系統中所有單元均正常時, 系統才能正常工作。 串聯系統的可靠性有如下特點: 串聯系統中單元數越多, 則系統的可靠性越低；各單元本身的可靠性越低, 則系統的可靠性越低。 串聯系統的可靠性Rs（t） 總是小于系統中可靠度最低單元的可靠性Rimin, 而且其壽命取決于該單元的壽命。

23、( 二 ) 并聯系統的可靠性預計 并聯系統可靠性表示系統中只要有一個單元能正常工作, 系統就能正常工作。 并聯系統的可靠度好像鋼絲繩的可靠性, 只有當所有鋼絲繩均斷裂, 鋼絲繩才能完全斷開。當然, 當斷絲數達到一定數量就得降級使用或報廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長的那股鋼絲決定的, 故并聯系統又稱繩索模型。 ( 三 ) 串并聯系統的可靠性預計 任何一個串并聯系統總可以看成是由一些串聯式和并聯式子系統組合而成。在進行串一并聯系統的可靠性預計時, 只要用上述方法分別求出各子系統的可靠度, 就可以使系統可靠性框圖逐步簡化, 最后總可以簡化成一個簡單的串聯系統或并聯系統, 于是可求出整個系統的可靠度。

24、三、機械設備結構可靠性設計要點 （一） 確定零件合理的安全系數安全系數是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔的負荷之比值。確定安全系數時應考慮以下幾個因素:(1) 環境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等；(2) 使用中發生超負荷或誤操作時的后果；(3) 為提高安全系數所付出的經濟代價是否合算等。 安全系數的提高應通過優化結構設計來達到, 而不是簡單地通過增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現。( 二 ) 貯備設計 ( 冗余設計 )（三）其他設計 四、維修性設計 ( 一 ) 維修及維修性所謂維修是指使產品保持在正常使用和運行狀態, 以及為排除故障或缺陷所采取的一切措施, 包括設備運

25、行過程中的維護保養、設備狀態監測與故障診斷以及故障檢修、調整和最后的驗收試驗等直至恢復正常運行等一系列工作。簡言之, 為保持或恢復產品規定功能采取的技術措施叫做維修。維修性是指對故障產品修復的難易程度, 即在規定條件和規定時間內, 完成某種產品維修任務的難易程度。 ( 二 ) 產品結構的維修性設計維修性設計是指產品設計時, 設計師應從維修的觀點出發, 保證當產品一旦出故障, 能容易地發現故障, 易拆、易檢修、易安裝, 即可維修度要高。維修度是產品的固有性質,它屬于產品固有可靠性的指標之一。維修度的高低直接影響產品的維修工時、維修費用, 影響產品的利用率。維修性設計中應考慮的主要問題有可達性、零

26、組部件的標準化和互換性等內容。 ( 三)可靠性設計與維修性設計的關系可靠性設計和維修性設計是從不同的角度來保證產品的可靠性。前者著重從保證產品的工作性能出發, 力求不出故障或少出故障, 是解決本質安全問題, 在方案設計和結構設 計階段就設法消除危險與有害因素；后者則是從維修的角度考慮, 一旦產品發生故障, 其本身就能自動及時發現故障, 并且顯示故障或發出警報信號, 并能自動排除故障或中止故障。 第五節 人機系統主要內容：人機信息及能量交換系統模型、人機系統人機功能分配、人機系統可靠性計算、人機系統可靠性設計基本原則。 一、人機信息及能量交換系統模型人機系統的任何活動實質上是信息及能量的傳遞和交

27、換。人機之間在進行信息及能量的傳遞和交換中, 首先是人的感覺器官 ( 眼、耳等 ) 從顯示裝置上感受到機器及環境作用 于人的信息, 經大腦中樞神經的綜合、分析、判斷做出決策, 然后命令運動器官 ( 手或腳 ) 向機器的控制器發出控制信息, 即操縱機器相應的執行機構 ( 手柄或按鈕等 ) 完成各種相虛的運動機能 ( 移動或轉動 ), 且將控制的效果反映在顯示器上, 構成一個信息及能量傳遞的閉環系統。到此, 人機系統完成了一次功能循環。 二、人機系統 在人機系統中, 人與機器為完成一定功能, 各自發揮自己的作用, 又必須相互聯系, 相互配合, 二者之間有著相互依存、相互影響、又相互制約的關系, 而

28、且這些關系隨系統自動化程度的變化而變化。為了取得人機系統的最佳效果, 對人和機分別提出“人適應于機”、“機適宜于人” 的不同要求, 即“人適機”“與機宜人”。所謂“機宜人”是指機器作為人從事生產和生活活 動的工具, 要求設計、制造出來的機器應盡量滿足使用者的體格、生理、心理等條件的要求, 做到顯示的信息便于接受、判斷, 控制系統的尺寸、力度、位置、結構、形式等均應適合操作者的生理要求, 工具、器具及用品等的使用得心應手, 人所處的作業空間安全舒適, 達到有利于人的身心健康, 有利于發揮勞動者的效能和效率。 人適機是指使人去適應機器的要求。機器的結構決定了其客觀的運動規律, 其操作環a境也會因各

29、種因素在時間和空間上受到某種限制, 如經濟上的可行性、技術上的可能性、機器本身性能要求的條件以及使用機器時的外界環境條件 ( 如高溫、高壓作業 ) 等。為了適應機器的這些情況, 就需要對人的因素予以限制, 對人進行教育、訓練, 并且盡量發揮人的因素, 利用有一定可塑性這一特點。在人機系統中, 機宜人與人適機是相對的。機適宜于人是以人的因素為條件的, 而人的因素是比較復雜的, 而且是變化的, 有的是隨時代的進步而變化, 有的是因時、因地、因性別、因年齡等不同而變化；人的因素有的可量化, 有的則難以準確量化。機器本身也在不斷發展, 自動化程度越來越高, 控制系統智能化, 所以機適宜于人的程度也在不

30、斷提高。 而人適應于機的程度是有限的, 因為盡管人的因素有一定的可塑性, 但是畢竟有一定的限度。解決的辦法是通過學習和訓練, 提高人的文化和技術素質, 或采取必要的輔助措施 ( 如使用勞保用品等 ) 去適應機器的要求。 三、人機功能分配 在人機系統中 , 人與機完成各自的功能 , 只有二者合理配合 , 協調一致 , 才能使人機 系統達到最佳效果。為此 , 需要深入了解和研究人機各自的特征 , 進行比較 , 揚長避短 , 充分發揮各自的特長。( 一 ) 人在人機系統中的主要功能人在人機系統中主要有 3 種功能: (1) 傳感功能。通過人體感覺器官的看、聽、摸等感知外界環境的剌激信息, 如物體、事

31、件、機器、顯示器、環境或工作過程等, 將這些刺激信息作為輸入傳遞給人的中樞神經。(2) 信息處理功能。大腦對感知的信息進行檢索、加工、判斷、評價, 然后做出決策。 (3) 操縱功能。將信息處理的結果作為指令, 指揮人的行動, 即人對外界的刺激作出反應, 如操縱控制器、使用工具、處理材料等, 最后達到人的預期目的, 如機器被開動運轉、零件被加工成形、機器的故障已被排除、缺陷零件已被修復或者更換等。 ( 二 ) 人機特性的比較人體本身就是一部復雜的、特殊的機器。人與機器的特性包括許多內容, 但就從人機系統中信息及能量的接受、傳遞、轉換過程來講, 我們可以歸納為以下 4 個方面來比較, 即信息感受、

32、信息處理和決策、操作反應、工作能力等。（三）人機功能分配原則 四、人機系統可靠性計算 （一）系統中人的可靠性計算（二）人機系統的可靠性計算1. 兩人監控人機系統的可靠度(1) 異常狀況時，相當于兩人并聯，可靠度比一人控制的系統增大了，這時操作者切斷電源的可靠度為 RHb( 正確操作的概率 )： RHb =1-（1-R1）(1-R2) (2) 正常狀況時，相當于兩人串聯，可靠度比一人控制的系統減小了，即產生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc 險 ( 不產生誤動作的概率 ):RHc= R1R2從監視的角度考慮，首要問題是避免異常狀況時的危險, 即保證異常狀況時切斷電源的可靠度,

33、而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的, 因此這個監控系統是可行的。所以兩人監控的人機系統的可靠度 Rsr 為 : 異常情況時, Rsr =1 一 (1-R1)(1-R2)RM正常情況時, Rsr = RHcRM = R1R2RM 2. 多人表決的冗余人機系統可靠度 上述兩人監控作業是單純的并聯系統, 所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了, 而由多數人表決的人機系統就可以避免這種情況。若由幾個人構成控制系統, 當其中 f 個人的控制工作同時失誤時, 系統才會失敗, 我們稱這樣的系統為多數人表決的冗余人機系統。設每個人的可靠度均為 R, 則系統全體人員的操作可靠度 RHn 為 : r-1RH

34、n = Cn（1R） R1 i=0 式中Cn一n 個人中有 i 個人同意時事件數, Cn = n! / i! (n- I)! , 且規定Cn =1。多數人表決的冗余人機系統可靠度的計算公式為: r-1RHn = Cn（1R） R1 RM i=0 3. 控制器監控的冗余人機系統可靠度設監控器的可靠度為 RMK, 則人機系統的可靠度 Rsk 為 : Rsk = 1-(1-RMKRH)(1- RH) RM 4. 自動控制冗余人機系統可靠度設自動控制系統的可靠度為 RMz , 則人機系統的可靠度 Rsz 為: Rsz = 1- (1- RMz RH)(1- RMz ) RM 五、人機系統可靠性設計基本

35、原則 1. 系統的整體可靠性原則從人機系統的整體可靠性出發, 合理確定人與機器的功能分配, 從而設計出經濟可靠的人機系統。一般情況下, 機器的可靠性高于人的可靠性, 實現生產的機械化和自動化, 就可將人從機器的危險點和危險環境中解脫出來, 從根本上提高了人機系統可靠性。2. 高可靠性組成單元要素原則系統要采用經過檢驗的、高可靠性單元要素來進行設計。3. 具有安全系數的設計原則由于負荷條件和環境因素隨時間而變化, 所以可靠性也是隨時間變化的函數, 并且隨時間的增加, 可靠性在降低。因此, 設計的可靠性和有關參數應具有一定的安全系數。 4. 高可靠性方式原則為提高可靠性, 宜采用冗余設計、故障安全

36、裝置、自動保險裝置等高可靠度結構組合方式。(1) 系統“自動保險”裝置。自動保險, 就是即使是外行不懂業務的人或不熟練的人進行操作, 也能保證安全, 不受傷害或不出故障。這是機器設備設計和裝置設計的根本性指導思想, 是本質安全化追求的目標。要通過不斷完善結構, 盡可能地接近這個目標。(2) 系統“故障安全”結構。故障安全, 就是即使個別零部件發生故障或失效, 系統性能不變, 仍能可靠工作。 系統安全常常是以正常的準確的完成規定功能為前提?？墒? 由于組成零件產生故障而引起誤動作, 常常導致重大事故發生。為達到功能準確性, 采用保險結構方法可保證系統的可靠性。從系統控制的功能方面來看, 故障安全

37、結構有以下幾種: 消極被動式。組成單元發生故障時, 機器變為停止狀態。 積極主動式。組成單元發生故障時, 機器一面報警, 一面還能短時運轉。 運行操作式。即使組成單元發生故障, 機器也能運行到下次的定期檢查。 通常在產業系統中, 大多為消極被動式結構。 5. 標準化原則為減少故障環節, 應盡可能簡化結構, 盡可能采用標準化結構和方式。6. 高維修度原則為便于檢修故障, 且在發生故障時易于快速修復, 同時為考慮經濟性和備用方便, 應采用零件標準化、部件通用化、設備系列化的產品。7. 事先進行試驗和進行評價的原則對于缺乏實踐考驗和實用經驗的材料和方法, 必須事先進行試驗和科學評價, 然后再根據其可

38、靠性和安全性而選用。8. 預測和預防的原則要事先對系統及其組成要素的可靠性和安全性進行預測。對已發現的問題加以必要的改善, 對易于發生故障或事故的薄弱環節和部位也要事先制定預防措施和應變措施。9. 人機工程學原則從正確處理人一機一環境的合理關系出發, 采用人類易于使用并且差錯較少的方式。 10. 技術經濟性原則不僅要考慮可靠性和安全性, 還必須考慮系統的質量因素和輸出功能指標。其中還包括技術功能和經濟成本。11. 審查原則既要進行可靠性設計, 又要對設計進行可靠性審查和其他專業審查, 也就是要重申和貫徹各專業各行業提出的評價指標。12.整理準備資料和交流信息原則13.信息反饋原則14.設立相應

39、的組織機構 第五章 職業性危害控制技術 目前, 企業中存在的職業性危害因素主要是生產性粉塵、毒物、物理因素等。這些均 來源于生產過程, 產生于設備、擴散于環境、作用于接觸人群。因此對職業性危害因素的控制應從設備、環境、人三個方面考慮。下面分別敘述各種職業性危害因素的特點和控制措施。第一節 生產性粉塵危害控制技術主要內容：生產性粉塵的來源、分類、理化性質，生產性粉塵治理的工程技術措施。 一、生產性粉塵的來源和分類 （一）來源生產性粉塵來源十分廣泛, 如固體物質的機械加工、粉碎；金屬的研磨、切削；礦石的粉碎、篩分、配料或巖石的鉆孔、爆破和破碎等；耐火材料、玻璃、水泥和陶瓷等工業中原料加工；皮毛、紡

40、織物等原料處理；化學工業中固體原料加工處理, 物質加熱時產生的蒸氣、有機物質的不完全燃燒所產生的煙。此外, 粉末狀物質在混合、過篩、包裝和搬運等操作時產生的粉塵, 以及沉積的粉塵二次揚塵等。 ( 二 ) 分類 生產性粉塵分類方法有幾種, 根據生產性粉塵的性質可將其分為 3 類。1. 無機性粉塵無機性粉塵包括礦物性粉塵, 如硅石、石棉、煤等；金屬性粉塵, 如鐵、錫、鋁等及其化合物；人工無機粉塵, 如水泥、金剛砂等。2. 有機性粉塵有機性粉塵包括植物性粉塵, 如棉、麻、面粉、木材；動物性粉塵, 如皮毛、絲、骨粉塵；人工合成的有機染料、農藥、合成樹脂、炸藥和人造纖維等。3. 混合性粉塵混合性粉塵是上

41、述各種粉塵的混合存在, 一般為兩種以上粉塵的混合。生產環境中最常見的就是混合性粉塵。 二、生產性粉塵的理化性質 粉塵對人體的危害程度與其理化性質有關, 與其生物學作用及防塵措施等也有密切關系。在衛生學上, 有意義的粉塵理化性質包括粉塵的化學成分、分散度、溶解度、密度、形狀、硬度、荷電性和爆炸性等。三、生產性粉塵治理的工程技術措施采用工程技術措施消除和降低粉塵危害, 是治本的對策, 是防止塵肺發生的根本措施。 (1) 改革工藝過程。通過改革工藝流程使生產過程機械化、密閉化、自動化, 從而消除和降低粉塵危害。 (2) 濕式作業。濕式作業防塵的特點是防塵效果可靠, 易于管理, 技資較低。該方法已為廠

42、礦廣泛應用, 如石粉廠的水磨石英和陶瓷廠、玻璃廠的原料水碾、濕法拌料、水力清砂、水爆清砂等。(3)密閉一抽風一除塵。對不能采取濕式作業的場所應采用該方法。干法生產 ( 粉碎、拌料等 ) 容易造成粉塵飛揚, 可采取密閉一抽風一除塵的辦法, 但其基礎是首先必須對生產過程進行改革, 理順生產流程, 實現機械化生產。在手工生產、流程紊亂的情況下, 該方法是無法奏效的。密閉一抽風一除塵系統可分為密閉設備、吸塵罩、通風管、除塵器等幾個部分。 (4)個體防護和個人衛生。當防、降塵措施難以使粉塵濃度降至國家標準水平以下時，應佩戴防塵護具并加強個人衛生, 注意清洗。另外, 應加強對員工的教育培訓、現場的安全檢查

43、以及對防塵的綜合管理等。綜合防塵措施可概括為“革、水、密、風、護、管、教、查 ” 八字方針。 第二節 生產性毒物危害控制技術 ( 二 )毒物形態 生產性毒物可以固體、液體、氣體的形態存在于生產環境中。(1) 氣體, 在常溫、常壓條件下, 散發于空氣中的無定形氣體, 如氯、澳、氨、一氧化碳和甲炕等。(2) 蒸氣固體升華、液體蒸發時形成蒸氣, 如水銀蒸氣和苯蒸氣等。(3) 霧, 混懸于空氣中的液體微粒, 如噴灑農藥和噴漆時所形成霧滴, 鍍鋒和蓄電池充電時逸出的錯酸霧和硫酸霧等。(4) 煙, 為直徑小于 0.1 m 的懸浮于空氣中的固體微粒, 如熔銅時產生的氧化缽煙塵，熔鋪時產生的氧化鋪煙塵, 電焊

44、時產生的電焊煙塵等。 (5) 粉塵, 能較長時間懸浮于空氣中的固體微粒, 直徑大多數為 0.110 m 。固體物質的機械加工、粉碎、篩分、包裝等可引起粉塵飛揚。懸浮于空氣中的粉塵、煙和霧等微粒, 統稱為氣溶膠。了解生產性毒物的存在形態, 有助于研究毒物進入機體的途徑, 發病原因, 且便于采取有效的防護措施, 以及選擇車間空氣中有害物采樣方法。生產性毒物進入人體的途徑主要是經呼吸道, 也可經皮膚和消化道進入。 二、生產性毒物危害治理措施 生產過程的密閉化、自動化是解決毒物危害的根本途徑。采用無毒、低毒物質代替有毒或高毒物質是從根本上解決毒物危害的首選辦法。常用的生產性毒物控制措施如下。( 一 )

45、 密閉一通風排毒系統該系統由密閉罩、通風管、凈化裝置和通風機構成。采用該系統必須注意以下 2 點。 (1) 整個系統必須注意安全、防火、防爆問題；(2) 正確地選擇氣體的凈化和回收利用方法, 防止二次污染, 防止環境污染。 ( 二 ) 局部排氣罩 就地密閉, 就地排出, 就地凈化, 是通風防毒工程的一個重要的技術準則。排氣罩就是實施毒源控制, 防止毒物擴散的具體技術裝置。局部排氣罩按其構造分為 3 種類型。1. 密閉罩在工藝條件允許的情況下, 盡可能將毒源密閉起來, 然后通過通風管將含毒空氣吸出，送往凈化裝置, 凈化后排放大氣。2. 開口罩在生產工藝操作不可能采取密閉罩排氣時, 可按生產設備和

46、操作的特點, 設計開口式罩排氣。按結構形式, 開口罩分為上口吸罩、側吸罩和下吸罩。 3. 通風櫥 通風櫥是密閉罩與側吸罩相結合的一種特殊排氣罩?？梢詫a生有害物的操作和設備完全放在通風櫥內, 通風櫥上設有開啟動的操作小門, 以便于操作。為防止通風櫥內機械設備的擾動、化學反應或熱源的熱壓、室內橫向氣流的干擾等原因而引起的有害物逸出, 必須對通風櫥實行排氣, 使櫥內形成負壓狀態, 以防止有害物逸出。除上述 3 種外，排氣罩還包括吸氣罩、吹吸式罩等形式。 ( 三 ) 排出氣體的凈化工業的無害化排放, 是通風防毒工程必須遵守的重要準則。根據輸送介質特性和生產工藝的不同, 可采用不同的有害氣體凈化方法。

47、有害氣體凈化方法大致分為洗滌法、吸附法、袋濾法、靜電法、燃燒法和高空排放法。確定凈化方案的原則是: 設計前必須確定有害物質的成分、含量和毒性等理化指標。確定有害物質的凈化目標和綜合利用方向, 應符合衛生標準和環境保護標準的規定。凈化設備的工藝特性, 必須與有害介質的特性相一致。落實防火、防爆的特殊要求。( 四 ) 個體防護 第三節 物理因素危害控制技術 主要內容：物理性危害因素的種類，各種物理性危害因素的控制措施。作業場所存在的物理性職業危害因素, 有噪聲、振動、輻射和異常氣象條件( 氣溫、氣 流、氣壓 )等。一、噪聲（一 ） 生產性噪聲的特性、種類、來源及其危害在生產中, 由于機器轉動、氣體

48、排放、工件撞擊與摩擦所產生的噪聲, 稱為生產性噪聲或工業噪聲。生產性噪聲可歸納為以下 3 類： (1) 空氣動力噪聲, 是由于氣體壓力變化引起氣體擾動, 氣體與其他物體相互作用所致。例如, 各種風機、空氣壓縮機、風動工具、噴氣發動機和汽輪機等, 由于壓力脈沖和氣體排放發出的噪聲。(2) 機械性噪聲, 是由于機械撞擊、摩擦或質量不平衡旋轉等機械力作用下引起固體部件振動所產生的噪聲。例如, 各種車床、電鋸、電刨、球磨機、砂輪機和織布機等發出的噪聲。(3) 電磁性噪聲, 是由于磁場脈沖, 磁致伸縮引起電氣部件振動所致。如電磁式振動臺和振蕩器、大型電動機、發電機和變壓器等產生的噪聲。生產性噪聲一般聲級

49、較高, 有的作業地點可高達 120130dB (A) 。據調查, 我國生產場所的噪聲聲級超過 90 dB (A) 者占 32%42%, 中高頻噪聲占比例最大。由于長時間接觸噪聲導致的聽閥升高、不能恢復到原有水平的稱為永久性聽力閥移, 臨床上稱噪聲聾。噪聲不僅對昕覺系統有影響, 對非聽覺系統如神經系統、心血管系統、內分泌系統、生殖系統及消化系統等都有影響。( 二 ) 噪聲的控制措施 以下是控制生產性噪聲 3 項措施。(1) 消除或降低噪聲、振動源, 如鉚接改為焊接、錘擊成型改為液壓成型等。為防止振動使用隔絕物質, 如用橡皮、軟術和砂石等隔絕噪聲。(2) 消除或減少噪聲、振動的傳播, 如吸聲、隔聲

50、、隔振、阻尼。(3) 加強個人防護和健康監護。 二、振動 ( 一 ) 產生振動的機械在生產過程中, 生產設備、工具產生的振動稱為生產性振動。產生振動的機械有鍛造機、沖壓機、壓縮機、振動機、送風機和打窮機等。在生產中手臂振動所造成的危害, 較為明顯和嚴重, 國家已將手臂振動的局部振動病列為職業病。除局部振動病外，列為職業病的還有全身振動病。存在手臂振動的生產作業主要有以下幾類。操作錘打工具。如操作鑿巖機、空氣錘、 篩選機、風鏟、搗固機和佛釘機等；手持轉動工具, 如操作電鉆、風鉆、噴砂機、金剛砂拋光機和鉆孔機等。使用固定輪轉工具, 如使用砂輪機、拋光機、球磨機和電鋸等； 駕駛交通運輸車輛與使用農業

51、機械, 如駕駛汽車、使用脫粒機。( 二 ) 振動的控制措施(1) 控制振動源。應在設計、制造生產工具和機械時采用減振措施, 使振動降低到對人體無害水平。(2) 改革工藝, 采用減震和隔振等措施。如采用焊接等新工藝代替鉚接工藝；采用水力清砂代替風鏟清砂；工具的金屬部件采用塑料或橡膠材料, 減少撞擊振動。(3) 限制作業時間和振動強度。(4) 改善作業環境, 加強個體防護及健康監護。 三、輻射 電磁輻射廣泛存在于宇宙空間和地球上。當一根導線有交流電通過時, 導線周圍輻射出一種能量, 這種能量以電場和磁場形式存在, 并以波動形式向四周傳播, 人們把這種交替變化的, 以一定速度在空間傳播的電場和磁場,

52、 稱為電磁輻射或電磁波。電磁輻射分為射頻輻射、紅外線、可見光、紫外線、X 射線及射線等。各種電磁輻射, 由于其頻率、波長、量子能量不同, 對人體的危害作用也不同。當量子能量達到12eV 以上時, 對物體有電離作用, 能導致機體的嚴重損傷, 這類輻射稱為電離輻射。量子能量小于 12eV 的不足以引起生物體電離的電磁輻射, 稱為非電離輻射, 現將在作業場所中可能接觸的幾種電磁輻射簡述如下： ( 一 ) 非電離輻射的來源與防護 1. 非電離輻射的來源及其危害(l) 射頻輻射。射頻輻射稱為無線電波, 量子能力很小。按波長和頻率, 射頻輻射可分成高頻電磁場、超高頻電磁場和微波 3 個波段。(2) 紅外線

53、輻射。在生產環境中, 加熱金屬、熔融玻璃及強發光體等可成為紅外線輻射源。煉鋼工、鑄造工、軋鋼工、鍛鋼工、玻璃熔吹工、燒瓷工及焊接工等可受到紅外線輻射。紅外線輻射對機體的影響主要是皮膚和眼睛。 (3) 紫外線輻射。生產環境中, 物體溫度達 1200 以上的輻射電磁波譜中即可出現紫外線。隨著物體溫度的升高, 輻射的紫外線頻率增高, 波長變短, 其強度也增大。常見的輻射源有冶煉爐 ( 高爐、平爐、電爐 )、電焊、氧乙快氣焊、氫弧焊和等離子焊接等。強烈的紫外線輻射作用可引起皮炎, 表現為彌漫性紅斑, 有時可出現小水泡和水腫, 并有發癢、燒灼感。在作業場所比較多見的是紫外線對眼睛的損傷, 即由電弧光照射所引起的職業病一一電光性眼炎。此外在雪