8.1人機系統事故成因分析8.2事故發生規律模型8.3人機系統事故控制基本策略8.4人機系統安全設計人機系統事故分析及安全設計

8.1人機系統事故成因分析

8.1.1事故致因的邏輯

引發事故的原因非常復雜，但依據安全人機工程學理論，從事故原因的角度可將事故的基本成因歸納為人的原因、物的原因、環境條件的原因這三大因素的多元函數，當然，系統安全管理、事故發生機理也構成事故發生與否的關鍵因素。由此觀點得出的事故致因邏輯關系，如圖8-1所示。圖8-1事故致因邏輯關系圖8-2事故原因綜合分析思路8.1.2人的不安全行為

1.人的失誤行為

人的行為是指人在社會活動、生產勞動和日常生活中所表現的一切動作。人的一切行為都是由人腦神經輻射，產生思想意識并表現于動作。圖8-3人的失誤行為發生過程

2.人失誤的主要原因

按人機系統形成的階段，人的失誤可能發生在設計、制造、檢驗、安裝、維修和操作等各個階段。但是，設計不良

和操作不當往往是引發人失誤的主要原因，可由表8-1加以

說明。8.1.3物的不安全狀態

生產過程中涉及的物質包括原料、燃料、動力、設備、設施、產品及其他非生產性的物質。這些物質的本身固有屬性及其潛在的破壞能力構成的不安全因素，是誘發事故的物質基礎，因而物的不安全狀態是事故發生的客觀原因。8.1.4管理失誤

1.管理失誤的主要內容

(1)技術管理缺陷。

(2)人員管理缺陷。

(3)勞動組織不合理。

(4)安全監察、檢查和事故防范措施等方面存在問題。

2.管理失誤的事故模式

圖8-4所示為以管理失誤為主因的事故模式，它描述了事故發生的本質原因與社會、環境、人的不安全行為及物的不安全狀態等各原因的邏輯關系。管理失誤事故的發生，是因為客觀上存在不安全因素和眾多的社會因素和環境條件。人的不安全行為可促成物的不安全狀態；而物的不安全狀態又是誘發人的不安全行為的背景因素。圖8-4管理失誤的事故模式

8.2事故發生規律模型

8.2.1以人失誤為主因的事故模型

1.人失誤一般模型

研究認為，從初始原因開始到最后結果為止的事故動態過程中，將所有因素聯系在一起的理論體系或模型具有很大的實用價值。圖8-5經典的以人失誤為主因的事故模型

2.人失誤擴展模型

根據該模型得出事故的發生主要原因為人失誤的產生，進而才導致了事故的發生，因此為了預防事故，應從防止人失誤方面考慮。

防止人失誤取決于以下三個方面：

(1)人機功能的合理分配(職業適應、機代人、冗余系統、耐失誤設計)。

(2)安全、友好的人機界面(容易、省力、方便、警示)。

(3)有效的安全教育與技能培訓。圖8-6以人失誤為主因的事故改進模型

3.人機工程學與防止人失誤的關系

在對事故原因深入剖析的基礎上，進一步歸納、整理可得到防止人失誤與人機工程學理論的關系，如表8-4所示。

4.內在因素分析

1)行為因素分析

(1)訓練與技能。

(2)記憶疏漏。

(3)年齡和經驗。

(4)生活壓力。

2)生理與心理因素分析

(1)性格。

(2)生理節律。

(3)作業疲勞。圖8-7人體機能變化與錯誤率8.2.2事故發生順序模型

事故發生順序模型如圖8-8所示。該模型把事故過程劃分為幾個階段，在每個階段，如果運用正確的能力與方式進行解決，則會減少事故發生的機會，并且過渡到下一個防避階段。如果作業者按圖示步驟作出相應反應的話，雖然不能肯定會完全避免事故的發生，但至少會大大減少事故發生的概率；如不采取相應的措施，則事故發生的概率必會大大增加。圖8-8事故發生階段順序圖

8.3人機系統事故控制基本策略

8.3.1事故控制基本思路

事故控制是安全決策的核心問題。由于事故與成因之間存在著一定的因果關系，因而在確定事故控制的方針時，總是先分析事故成因。依據設計的安全標準，從分析事故直接原因入手，進而尋找事故間接原因，然后找出基礎原因。對照事故發生規律的典型模型，進而可提出事故控制的主要措施，這是事故控制的基本思路。圖8-9事故控制圖8.3.2事故控制主要方法

由圖8-9中提出的事故控制關鍵環節，對人、機、環境、管理四大控制措施進一步細化，可總結出事故控制方法要點，如表8-5所示。8.3.3事故控制基本對策

1.?3E原則

1)技術對策

技術對策是保障安全的首要措施之一。當設計機械裝置或工程項目以及工廠時，要認真地研究、分析潛在危險，對可能發生的各種危險進行預測，從技術上解決防止這些危險的對策。進行這種分析應當和技術設計結合起來，即進行技術設計時就應當考慮安全性，兩者是不可分割的。

2)教育對策

教育對策主要是指在產業部門的各個方面進行具體的安全教育和訓練，教會如何對各種危險進行預測和預防。其次是指在教育機關組織的各種學校，同樣有必要實施安全教育和訓練。教育的目的是保持和強化在學校或進廠學習期間就懂得安全知識和養成良好的安全習慣，從而在工作中自覺地培養安全意識。

3)法制對策

法制對策是從屬于各種標準的，作為標準，除了國家法律規定的以外，還有如工業標準、安全指導方針、工廠內部的工作標準等。制定有關安全的各類法規是為了有效地防止事故、保障安全。因此，法規必須具有強制性，但是法規又必須具有適用性，應使最低標準的法規可以適用于所有的場合。

2.?4M法

1)在人方面的主要對策

生產活動中的人指車間里除本人之外的其他人，包括作業伙伴或上級與下級等。沒有同心協力的關系和互助，就難以執行命令、指揮或指示與聯絡動作。因此，人們的橫向和縱向的人事關系是很重要的。

2)在機械方面的主要對策

(1)對于重要的機械，可以使用聯鎖裝置及故障安全裝置。

(2)設計設備時，要貫徹“單一最好”(SimpleIsBest)原則。

(3)要有合理的機械形狀和配置，操作裝置應是適當的，同時要有合理的作業條件，恰當的信息指令，以及良好的環境條件。

(4)為了易于識別而能有效地防止誤操作，對于緊急操縱部件涂裝熒光或醒目色彩。

(5)重視大量危險物的處理，尤其應設有防止傷人的保護裝置。

(6)維修作業應當作為危險作業來對待。

3)媒體或環境對策

除了作業環境設計應符合人機工程學要求以外，還應該做到：

(1)用無線電對講機進行通話時，必須認真研究緊急通話的有效方式。

(2)對于非正常作業，要事先制定作業指示書。

(3)對使人感到有危險的地方采用紅色的標志。在要引起人們注意的地方，盡可能排除系統以外的各種不利因素的干擾。

4)管理方面的對策

應健全系統安全管理體制，強化人的安全意識，以進一步挖掘潛力，調動人的積極性，把提高人的自覺性、主動性與實施強制性的行政法律措施結合起來，以便在人—機—環境系統實現安全、高效、合理的群體和個體行為。

8.4人機系統安全設計

8.4.1人機功能分配設計

1.人機功能合理分配要點分析

人機功能分配，在人機系統設計中是指為了使人機系統達到最佳的匹配，在研究分析人和機器特性的基礎上，充分發揮人和機器的潛能，將系統各項功能按照一定的分配原則，合理地分配給人和機器的過程。功能分配的合理與否直接關系著整個人機系統設計的優劣。人機功能分配應主要從以下幾個方面考慮：

(1)人機特性研究：人和機器的性能、特點、負荷能力、潛在能力以及各種限度。

(2)人適應機器所需的選拔條件和培訓時間。

(3)人的個體差異和群體差異。

(4)人和機器對突然事件應激反應能力的差異和對比。

(5)用機器代替人的效果，以及可行性、可靠性、經濟性等方面的對比分析。

2.人機功能分配設計方法舉例

1)模糊層次分析法

層次分析法(AHP)是將與總決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。運用FAHP解決問題，大體可以分為五個步驟：

(1)明確問題，建立一個多層次的遞階結構模型。

(2)構造模糊互補矩陣。

(3)一致性檢驗。

(4)計算單一準則下方案的優度值。

(5)總排序。

2)具體實例分析

為了說明FAHP這一方法在人機系統功能分配中的應用，我們以載人航天器復雜人機系統座艙內裝置、儀器運行狀態的監視這一較細層次上的操作為例進行功能分配實例分析，確定其功能分配的最優方案。

(1)確定指標因素，建立層次遞階結構模型。圖8-10多層次的遞階結構模型

(2)模糊互補矩陣的建立。模糊互補矩陣R表示針對上一層次某元素，本層次與之有關的元素之間相對優度的比較。假定上層次的元素B同下一層次中的元素C1，C2，…，Cn有聯系，則模糊互補矩陣可表示為根據上面的數量標度理論，方案層元素Ci相對于準則層

元素Bk重要程度進行兩兩比較，可得到模糊互補矩陣R1～R6

如下：準則層元素Bk相對于目標層元素A重要程度進行兩兩比較，得模糊互補矩陣R：

(3)模糊互補矩陣一致性檢驗。這里由于研究問題的復雜性和人們認識上可能產生的片面性，使構造出來的模糊互補矩陣往往不具有一致性。這時可應用模糊一致矩陣的充要條件進行調整。

(4)單一準則下方案的優度值。根據模糊一致判斷矩陣的元素與權重的關系式給出的排序方法，即

i=1，2，…，n，k=1，2，…，m(8-1)

①計算方案Ci在目標準則Bk下的優度值wik：

式(8-1)中α?=

(3?-?1)/2?=?1，則

②計算因素Bk在目標層A下的優度值wk：

式(8-1)中α?=?(6?-?1)/2?=?5/2，則

wk

=(0.18，0.14，0.26，0.1，0.22，0.1)

(5)層次總優度排序。在單一準則優度值排序的基礎上，計算諸方案的總體優度值Ti：

(8-2)

按Ti的大小可對諸方案進行總優度排序，即若T1≥T2≥…≥Tn，則方案從優到劣的次序為

C1≥C2≥…≥Cn

計算結果如表8-7所示。8.4.2人機界面匹配設計

1.人機界面設計要點分析

既然人與機器在完成系統目標上有合理分工，那么隨之而來的問題便是人機界面合理設計問題—主要解決人與機之間的信息交換問題。在人機系統模型中，人與機之間存在一個相互作用的“面”，稱之為人機界面。人與機之間的信息交換和決策后的控制活動都發生在人機界面上，機的各種顯示都“作用”于人，實現機—人的信息傳遞；人通過視覺和聽覺等感官接收來自機的信息，經過人腦的加工、決策，然后做出反應，實現人—機的信息傳遞。

2.人機界面合理性評估

考慮到外界因素影響可能引起人機界面設計失誤，應該對人機界面的合理性進行有效的評估。8.4.3機的本質安全化設計

1.安全防護裝置概述

1)安全防護裝置的作用

安全防護裝置的作用是杜絕或減少機械設備在正常或故障狀態，甚至在操作者失誤情況下發生人身或設備事故。

2)安全防護裝置的分類

(1)當操作者處于危險區或設備處于不安全狀態時，安全防護裝置能直接起安全保護作用，因此可以分為以下幾類：

①隔離防護裝置。

②連鎖控制防護裝置。

③超限保險裝置。

④緊急制動裝置。

⑤報警裝置。

(2)當操作者一旦進入危險區，則安全防護裝置可以使機械不能啟動或自動停止，或將人從危險區排出，控制人體不能進入危險區，此類安全防護裝置稱為安全防護控制裝置，它對人身安全起間接防護作用。這種裝置有雙手按鈕式開關、光電式安全防護裝置等。

2.安全防護裝置的設計原則

安全防護裝置的設計應遵循以下原則：

(1)堅持以人為本的設計原則。

(2)安全防護裝置必須遵循安全、可靠的原則。

(3)與機械裝備配套設計的原則。

(4)簡單、經濟、方便的原則。

(5)自組織的設計原則。

3.典型設計舉例

1)隔離防護安全裝置的設計

保證人的安全是解決人機系統安全的首要問題。

(1)防護罩。

①固定式防護罩。

②可動式防護罩。

③聯鎖式防護罩。

(2)防護屏及防護柵欄。

2)聯鎖控制防護安全裝置的設計

連鎖防護安全裝置的特點主要體現在“連鎖”兩字上，它表示既有聯系，又相互制約(互鎖)的兩種運動或兩種操作動作的協調動作，實現安全控制。

(1)機械式聯鎖裝置。

(2)電氣聯鎖線路：

①順序聯鎖。

②按鈕控制的正、反轉聯鎖線路。

③欠電壓、