安全技術(shù)4-人機工程

1、第四章 安全人機工程基本要求： 考查安全人機工程的主要內(nèi)容、人機系統(tǒng)的類型；機械傷害類型；機械設(shè)計本質(zhì)安全要求；機械設(shè)備故障診斷技術(shù)；人機功能分配；人機系統(tǒng)常見的事故及其原因；人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計基本原則。 第一節(jié) 安全人機工程基本知識第二節(jié) 人的特性第三節(jié) 機械的安全特性及故障診斷技術(shù)第四節(jié) 機械的可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計第五節(jié) 人機系統(tǒng)第四章 安全人機工程第一節(jié) 安全人機工程基礎(chǔ)知識 一、安全人機工程的概念、研究內(nèi)容及其分類定義：安全人機工程是運用人機工程學(xué)的理論和方法研究“人機環(huán)境”系統(tǒng)，并使三者在安全的基礎(chǔ)上達到最佳匹配，以確保系統(tǒng)高效、經(jīng)濟運行的一門綜合性的科學(xué)。主要研究內(nèi)容：人與機器的

2、關(guān)系，主要內(nèi)容包括四個方面。解決安全問題的根本是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化，讓工業(yè)機器人代替人的部分危險操作，從根本上將人從危險作業(yè)環(huán)境中徹底解脫出來。 第一節(jié) 安全人機工程基礎(chǔ)知識 一、安全人機工程的概念、研究內(nèi)容及其分類人機系統(tǒng)的類型：主要有兩類，一類為機械化、半機械化控制的人機系統(tǒng)；另一類為全自動化控制的人機系統(tǒng)。 1）機械化、半機械化控制的人機系統(tǒng)是現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用最多的人機系統(tǒng)，控制器主要由人來操作。 2）在全自動化控制的人機系統(tǒng)中，系統(tǒng)的安全性主要取決于機器的本質(zhì)安全性、機器的冗余系統(tǒng)失靈以及人處于低負荷時應(yīng)急反應(yīng)變差等 。 第一節(jié) 安全人機工程基礎(chǔ)知識 二、機械設(shè)計本質(zhì)安全 定義

3、：是指機械的設(shè)計者，在設(shè)計階段采取措施來消除隱患的一種實現(xiàn)機械安全的方法。 機械失效安全：機械設(shè)計者應(yīng)該在設(shè)計中考慮到當(dāng)發(fā)生故障時不出危險 。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。 機器的安全布置：考慮空間，照明，管、線布置等因素。 第二節(jié) 人的特性了解人的感官與器官、視覺損傷、疲勞、聽覺特性；熟悉人的感覺反應(yīng)、人體特性參數(shù)及人的心理因素。 一、人的生理因素與安全的關(guān)系 （一）人的感覺與感覺器官 1、視覺 常見的幾種視覺現(xiàn)象：暗適應(yīng)與明適應(yīng)能力；眩光；視錯覺：形狀錯覺，色彩錯覺，物體運動錯覺。視覺損傷與視覺視覺疲勞。 視覺的運動規(guī)律。 一、人的生理因素

4、 （一）人的感覺與感覺器官 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(huán)境中聲源的方向和遠近。聽覺絕對閾限：頻率閾限、聲壓閾限和聲強閾限。 聽覺的辨別閾限：人耳具有區(qū)分不同頻率和不同強度聲音的能力 。辨別聲音的方向和距離。聽覺的掩蔽。 3、人的感覺反應(yīng)反應(yīng)時間：感覺反應(yīng)時間到開始動作所用時間的總和。減少反應(yīng)時間的途徑。 一、人的生理因素 （二）人體的特性參數(shù) 人體特性參數(shù)分為四類：靜態(tài)參數(shù)，動態(tài)參數(shù)，生理學(xué)參數(shù)，生物力學(xué)參數(shù)。 人體勞動強度參數(shù)： 1）能量代謝率； 2）耗氧量； 3）心率F； 4）勞動強度指數(shù)I。 勞動強度指數(shù)I是區(qū)分體力勞動強度等級的指標(biāo)。體力勞動強度按I大小分為

5、四級：輕勞動、中等強度勞動、重強度勞動、很重體力勞動。 一、人的生理因素 （三）疲勞 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。 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(yè)環(huán)境不良、單調(diào)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(dāng)?shù)热说纳?、心里因素及管理方面的因素?消除疲勞的途徑：在進行顯示器和控制器設(shè)計時應(yīng)充分考慮人的生理心理因素；改善工作環(huán)境，科學(xué)地安排環(huán)境色彩、環(huán)境裝飾及作業(yè)場所布局、合理的溫濕度、充足的光照等；合理安排作息時間，注意勞逸結(jié)合等。 一、人的生理因素 （四）疲勞 疲勞的測定方法有： 1）主觀感覺調(diào)查表

6、法。 2）分析腦電圖。已成功地用于追蹤坐姿操作，如對車輛駕駛?cè)藛T的疲勞研究。 3）測定閃頻值（CFF）。 4）智能測驗：包括理解能力、判斷能力和運動反應(yīng)等功能測驗。若出現(xiàn)疲勞，則反應(yīng)時間會增加。 5）精神測驗。當(dāng)疲勞時，思維能力也隨之降低。 6）連續(xù)拍攝人體動作的變化。 二、人的心理因素據(jù)事故統(tǒng)計資料表明，由人的心里因素而發(fā)生的事故約占70%75%，或者更多。 能力：是人們順利完成某種任務(wù)的心理特征。主要有感覺、知覺、觀察力、注意力、記憶力、思維想象力和操作能力等。各種能力的總和就構(gòu)成人的智力，它包括人的認識能力和活動能力。 性格。主要有冷靜型、活潑型、急躁型、輕浮型和遲鈍型等五種。 氣質(zhì)。氣

7、質(zhì)的表現(xiàn)特征有4種。需要與動機。對安全的需要更為突出。 情緒與情感。不安全情緒有急躁情緒和煩躁情緒。意志。 第三節(jié) 機械的安全特性及故障診斷技術(shù) 了解機械安全的特性；掌握人機系統(tǒng)常見的事故及其原因；熟悉機械設(shè)備故障診斷技術(shù)。一、機械安全的定義及特性機械安全：是指機器在按使用說明書規(guī)定的預(yù)定使用條件下，執(zhí)行其功能和在對其進行運輸、安裝、調(diào)試、運行、維修、拆卸和處理時對操作者不發(fā)生損傷或危害其健康的能力。機械安全的特性：現(xiàn)代機械安全具有系統(tǒng)性、防護性、友善性、整體性。 二、人機系統(tǒng)常見的事故及其原因（一）常見的事故 1）卷入和擠壓：來自旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)零部件，是造成機械事故的主要原因，其發(fā)生的頻率最

8、高，約占機械傷害事故的47.7。 2）碰撞和撞擊：來自直線運動的零部件和飛來物或墜落物。 3）接觸傷害：指劃傷或割傷的機械傷害和凍傷、燙傷及觸電等傷害事故。（二）事故原因：機械設(shè)備存在先天性潛在缺陷；設(shè)備磨損或老化 ；人的不安全行為。 三、機械設(shè)備故障診斷技術(shù)（一）機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷模型故障診斷是研究機械設(shè)備運行狀態(tài)變化的信息，進而識別、預(yù)測和監(jiān)視機械運行狀態(tài)的技術(shù)方法。及時而正確地掌握狀態(tài)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(tài)信號的監(jiān)測。 （二）故障診斷的基本流程及實施步驟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

9、基本步驟：信號檢測 、特征提取(或稱信號處理) 、狀態(tài)識別、診斷決策 。 三、機械設(shè)備故障診斷技術(shù)（三）故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測 狀態(tài)監(jiān)測一般由現(xiàn)場操作人員進行，故障診斷則一般由專門人員進行。（四）振動監(jiān)測與診斷技術(shù) 振動定義：物體圍繞其平衡位置作往復(fù)運動。從頻率范圍振動可分為低頻振動（f10 kHz）；從振動信號的統(tǒng)計特征可分為穩(wěn)態(tài)振動和隨機振動。 振動信號的檢測與分析。一般用位移、速度或加速度傳感器來測量。振動診斷中的故障判別標(biāo)準(zhǔn)。 三、機械設(shè)備故障診斷技術(shù)（五）其他故障診斷技術(shù) 油液分析技術(shù)：目前應(yīng)用較多的有光譜油液分析和鐵譜油液分析兩種 。溫度檢測及紅外線監(jiān)測技術(shù)。根據(jù)溫度變化特征可以了解設(shè)

10、備的運行狀態(tài)。紅外線測溫的原理是利用紅外線探測器將紅外線輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)和光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成人們能識別的信號。常用的探測器有熱電探測器、熱敏探測器和光子探測器等，相關(guān)的儀器有紅外測溫儀、紅外成像儀和紅外攝影機等。 超聲探傷技術(shù)：可以對所有固體材料進行探傷和檢測 。表面缺陷探傷技術(shù)：磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷 。 第四節(jié) 機械的可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計 了解機械失效三個階段和維修度、有效度、平均無故障工作時間；熟悉可靠性定義、故障率、可靠性預(yù)計、人機界面設(shè)計、維修性設(shè)計、機械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計要點。一、可靠性定義及其度量指標(biāo) 可靠性定義：指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？?/p>

11、靠性度量指標(biāo)：可靠度、故障率（或失效率）、平均壽命(或平均無故障工作時間)、維修度、有效度。產(chǎn)品的失效過程：早期故障期、偶發(fā)故障期、磨損故障期，用浴盆曲線表示。 一、可靠性定義及其度量指標(biāo) 可靠度：可靠度是可靠性的量化指標(biāo)，即系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。可靠度是時間的函數(shù)，常用R(t)表示，稱為可靠度函數(shù)。故障率：指工作到t時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障率也是時間的函數(shù)，記為(t)，稱為故障率函數(shù)。 產(chǎn)品在其整個壽命期間內(nèi)各個時期的故障率是不同的，其故障率隨時間變化的曲線成壽命的曲線。平均壽命（或平均無故障工作時間）：對非維修產(chǎn)品稱平均

12、壽命，對于維修產(chǎn)品來說，稱平均無故障工作時間或平均故障間隔時間。一、可靠性定義及其度量指標(biāo) 維修度：維修度是指維修產(chǎn)品發(fā)生故障后，在規(guī)定條件（備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術(shù)水平等）和規(guī)定時間內(nèi)能修復(fù)的概率，它是維修時間的函數(shù)，用M()表示，稱為維修度函數(shù)。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。其定義為：對維修產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下使用，在規(guī)定維修條件下修理，在規(guī)定的時間內(nèi)具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率 。二、系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠性預(yù)計產(chǎn)品的可靠性預(yù)計：是根據(jù)零組部件的可靠性數(shù)據(jù)來預(yù)算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，如可靠度、故障率或平均壽命等。 可靠性預(yù)計的目的

13、：是為可靠性設(shè)計選擇最佳設(shè)計方案提供可靠依據(jù)。 1）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計 2）并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計 3）串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計 三、機械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計要點確定零件合理的安全系數(shù) 儲備設(shè)計（冗余設(shè)計）耐環(huán)境設(shè)計 簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計 提高結(jié)合部的可靠性 結(jié)構(gòu)安全設(shè)計 設(shè)置齊全的安全裝置 人機界面設(shè)計 四、維修性設(shè)計（一）維修及維修性。維修性是指對故障產(chǎn)品修復(fù)的難易程度。 （二）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的維修性設(shè)計。維修性設(shè)計是指產(chǎn)品設(shè)計時，設(shè)計師應(yīng)從維修的觀點出發(fā)，保證當(dāng)產(chǎn)品一旦出故障，能容易發(fā)現(xiàn)故障、易拆、易檢修、易安裝，即可維修度要高。 維修性設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題：可達性、零組部件的標(biāo)準(zhǔn)化與互換性、維修

14、人員的安全。 （三）可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計的關(guān)系?？煽啃栽O(shè)計和維修性設(shè)計是從不同的角度來保證產(chǎn)品的可靠性。 第五節(jié) 人機系統(tǒng)了解人機信息與能量交換系統(tǒng)模型、人的可靠性分析；熟悉人機系統(tǒng)、人機功能分配、人機系統(tǒng)可靠性計算；掌握人機系統(tǒng)可靠性設(shè)計基本原則。一、人機信息及能量交換系統(tǒng)模型人機系統(tǒng)的任何活動實質(zhì)上是信息及能量的傳遞和交換。二、人機系統(tǒng)為了取得人機系統(tǒng)的最佳效果，對人和機分別提出“人適應(yīng)于機”、“機適宜于人”的不同要求，即“人適機”與“機宜人”。 三、人機功能分配在人機系統(tǒng)中，人與機完成各自的功能，只有二者合理配合，協(xié)調(diào)一致，才能使人機系統(tǒng)達到最佳效果。人在人機系統(tǒng)中的主要功能：傳感功能

15、、信息處理功能、操縱功能。人機特性的比較：從信息感受、信息處理和決策、操作反應(yīng)、工作能力等四個方面來比較。人優(yōu)于機器的能力主要有：信號檢測、靈活性、隨機應(yīng)變、歸納、推理、判斷、創(chuàng)造性等；機器優(yōu)于人的能力主要有：反應(yīng)、操作速度快、精確性高、輸出功率大、能在惡劣環(huán)境下工作等。 人機功能分配原則：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、單調(diào)的操作復(fù)雜的、環(huán)境條件差的工作，適合于機器來做；而研究、創(chuàng)造、決策、檢查、維修、故障處理等工作，適合于人來承擔(dān)。四、人機系統(tǒng)可靠性計算（一）系統(tǒng)中人的可靠度計算人的可靠度計算（定量計算）也是很困難的。人的基本可靠度。系統(tǒng)不因人體差錯發(fā)生功能降低和故障時人的成功概率，稱為人的基本可靠度，用r表示。 （1）連續(xù)作業(yè) ；（2）間歇性作業(yè)。 人的作業(yè)可靠度。 （二）人機系統(tǒng)的可靠度計