第十六讲  机械和人机系统的可靠性设计

一、大纲要求：

1.了解机械安全定义、机械安全的特性；机械失效三个阶段和维修度、有效度、平均无故障工作时间的定义；人机信息与能量交换系统模型、人的可靠性分析。

2.熟悉机械设备故障诊断技术；可靠性定义、故障率定义、可靠性预计、人机界面设计、维修性设计、机械设备结构可靠性设计要点；人机系统、人机功能分配、人机系统可靠性计算。

3.掌握人机系统常见的事故及其原因；人机系统可靠性设计基本原则。

二、重点、难点： 

1. 人机系统常见的事故及其原因；

2. 机械的可靠性定义、机械设备结构可靠性设计要点。

3. 人机系统可靠性设计基本原则。

三、内容讲解：

16.1.1  机械的安全特性

一、机械安全的定义及特性

(一)机械安全定义
机械安全是指机器在按使用说明书规定的预定使用条件下，执行其功能和在对其进行运输、安装、调试、运行、维修、拆卸和处理时对操作者不发生损伤或危害其健康的能力。它包括两个方面的内容：
（1)在机械产品预定使用期间执行预定功能和在可预见的误用时，不会给人身带来伤害；
(2)机械产品在整个寿命周期内，发生可预见的非正常情况下任何风险事故时机器是安全的。
(二)机械安全的特性
现代机械安全应具有以下几方面的特性：
1.系统性
现代机械的安全应建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、环境学、劳动卫生、计算机等科学技术基础上，井综合与系统地运用这些科学技术。
2．防护性
通过对机械危险的智能化设计，应使机器在整个寿命周期内发挥预定功能，包括误操作时，其机器和人身均是安全的，使人对劳动环境、劳动内容和主动地位的提高得到不断改善。
3．友善性
机械安全设计涉及到人和人所控制的机器，它在人与机器之间建立起一套满足人的生理特性、心理特性，充分发挥人的功能的、提高人机系统效率的安全系统，在设计中通过减少操作者的紧张和体力来提高安全性，并以此改善机器的操作性能和提高其可靠性。
4．整体性
现代机械的安全设计必须全面、系统地对导致危险的因素进行定性、定量分析和评价，整体寻求降低风险的最优设计方案。

【例题】单项选择题
在进行机械的安全设计时，必须全面、系统地对导致危险的因素进行定性、定量分析和评价，这反映了机械安全的（   ）特性。

A. 系统性 
B. 全面性 
C. 友善性 
D. 整体性 
E. 防护性
〖答案〗 D

二、人机系统常见的事故及其原因

(一)常见的事故
1．卷入和挤压
这种伤害主要来自旋转机械的旋转零部件，即两旋转件之间或旋转件与固定件之间的运动将人体某一部分卷入或挤压。这是造成机械事故的主要原因，其发生的频率最高，约占机械伤害事故的47．7％。
2．碰撞和撞击
这种伤害主要来自直线运动的零部件和飞来物或坠落物。例如，做往复直线运动的工作台或滑枕等执行件撞击人体；高速旋转的工具、工件及碎片等击中人体；起重作业中起吊物的坠落伤人或人从高层建筑上坠落伤亡等。
3．接触伤害
接触伤害主要是指人体某一部分接触到运动或静止机械的尖角、棱角、锐边、粗糙表面等发生的划伤或割伤的机械伤害和接触到过冷过热及绝缘不良的导电体而发生冻伤、烫伤及触电等伤害事故。

(二)事故原因
1．机械设备存在先天性潜在缺陷
属于这一类的潜在安全隐患涉及面很广，从设计到制造诸如零件材料缺陷及材料选择不当、基础设计不当、强度计算不准、结构设计不当、操纵控制机构设计不当、显示装置设置不当、无安全防护装置以及制造中的加工装配不当等等。
2．设备磨损或恶化
使用过程中由于磨损、老化降低了设备的可靠性而产生新的潜在危险因素，如裂纹、腐蚀等缺陷，但由于未被发现而“带病”运转。
3．人的不安全行为
有的是由于安全意识差而做的有意的行为或错误的行为，有的则是由于人的大脑对信息处理不当而所做的无意行为，如误操作或误动作。人的任何一种不安全行为都可能导致事故发生。
绝大多数人机事故是可以采取故障诊断等预先识别技术加以防范的。

【例题】多项选择题
某工厂雇佣童工，操纵无安全防护装置的机器进行生产，发生手指挤压事故，在这个案例中，事故的原因有（   ）。

A. 工厂雇佣的童工 
B. 机器后天的磨损、老化 
C. 无安全防护装置  
D. 操纵控制机构设计不当  
E. 制造中的加工装配不当
〖答案〗 A C