生产技术辅导：人机系统可靠性计算
编辑整理：中国注册安全工程师考试网 文章日期：2007-11-30 9:28:03 打印
| 【考试大纲要求】： 1、熟悉人机系统可靠性计算； 2、掌握人机系统可靠性设计原则。 【教材内容】： 四、人机系统可靠性计算 (一)系统中人的可靠度计算 由于人机系统中人的可靠性的因素众多且随机变化，因此人的可靠性是不稳定的。人的可靠度计算(定量计算)也是很困难的。 1．人的基本可靠度 系统不因人体差错发生功能降低和故障时人的成功概率，称为人的基本可靠度，用r表示。人在进行作业操作时的基本可靠度可用下式表示： r＝a1a2a3 (4—10) 式中a1——输入可靠度，考虑感知信号及其意义，时有失误； a2——判断可靠度，考虑进行判断时失误； a3——输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关。 上式是外部环境在理想状态下的可靠度值。a1，a2，a3，各值如表4—3所示。 表4--3 可靠度计算  人的作业方式可分为两种情况，一种是在工作时间内连续性作业，另一种是间歇性作业。下面分别说明这两种作业人的可靠度的确定方法。 (1)连续作业。在作业时间内连续进行监视和操纵的作业称为连续作业，例如控制人员连续观察仪表并连续调节流量；汽车司机连续观察线路并连续操纵方向盘等。 连续操作的人的基本可靠度可以用时间函数表示如下： r(t)＝exp[∫0+∞l(t)dt] (4—11) 式中r(t)——连续性操作人的基本可靠度；t——连续工作时间； l(t)——t时间内人的差错率。 (2)间歇性作业。在作业时间内不连续地观察和作业，称为间歇性作业，例如，汽车司机观察汽车上的仪表，换挡、制动等。对间歇性作业一般采用失败动作的次数来描述可靠度，其计算公式为： r＝l一p(n／N) (4—12) 式中N——总动作次数； n——失败动作次数； p——概率符号。 2．人的作业可靠度 考虑了外部环境因素的人的可靠度RH为： RH＝1—bl•b2•b3•b4•bs(1—r) (4一13) 式中b1——作业时间系数； b2——作业操作频率系数； b3——作业危险度系数； b4——作业生理和心理条件系数； b5——作业环境条件系数； (1-r)——作业的基本失效概率或基本不可靠度。 r可根据表4—4及式(4—10)求出。b1～b5；可根据表4—4来确定。 表4--4 可靠度RH的系数(bl～b5)  (二)人机系统的可靠度计算 人机系统组成的串联系统可按下式表达： Rs＝RH•RM (4—14) 式中Rs——人机系统可靠度； RH——人的操作可靠度； RM——机器设备可靠度。 人机系统可靠度采用并联方法来提高。常用的并联方法有并行工作冗余法和后备冗余法。并行工作冗余法是同时使用两个以上相同单元来完成同一系统任务，当一个单元失效时，其余单元仍能完成工作的并联系统。后备冗余法也是配备两个以上相同单元来完成同一系统的并联系统。它与并行工作冗余法不同之处在于后备冗余法有备用单元，当系统出现故障时，才启用备用单元。 1．两人监控人机系统的可靠度 当系统由两人监控时，控制如图4—8所示。一旦发生异常情况应立即切断电源。该系统有以下两种控制情形。  (1)异常状况时，相当于两人并联，可靠度比一人控制的系统增大了，这时操作者切断电源的可靠度为RHb(正确操作的概率)： RHb＝1-(1-R1)(1-R2) (4—15) (2)正常状况时，相当于两人串联，可靠度比一人控制的系统减小了，即产生误操作的概率增大了，操作者不切断电源的可靠度为RHc(不产生误动作的概率)： RHc＝Rl•R2 (4—16) 从监视的角度考虑，首要问题是避免异常状况时的危险，即保证异常状况时切断电源的可靠度，而提高正常状况下不误操作的可靠度则是次要的，因此这个监控系统是可行的。所以两人监控的人机系统的可靠度度Rsr为： 异常情况时， Rsr′＝RHb•RM＝[1-(1-R1)(1-R2)]RM (4—17) 正常情况时， Rsr″＝RHc•RM＝Rl•R2•RM (4—18) 2．多人表决的冗余人机系统可靠度 上述两人监控作业是单纯的并联系统，所以正常操作和误操作两种概率都增加了，而由多数人表决的人机系统就可以避免这种情况。若由几个人构成控制系统，当其中r个人的控制工作同时失误时，系统才会失败，我们称这样的系统为多数人表决的冗余人机系统。设每个人的可靠度均为R，则系统全体人员的操作可靠度Rm为： RHn＝∑C (1一R)iR(n-1) (4—19)
式中C --n个人中有i个人同意时事件数，C ＝n!／[i! ·(n-i)!]，且规定C ＝l。 多数人表决的冗余人机系统可靠度的计算公式为：
Rsd＝[ (1-R)iR(n-i)]·RM (4—20)
3．控制器监控的冗余人机系统可靠度
设监控器的可靠度为及m，则人机系统的可靠度兄k为：
Rsk＝[1-(1-RMk·RH)(1-RH)]·RM (4—21)
4．自动控制冗余人机系统可靠度
设自动控制系统的可靠度为RMz，则人机系统的可靠度Rsz为：
Rsz＝[1-(1-RMz·RH)(1-RMz)]·RM (4—22) |
