人机系统可靠性计算

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2012年11月04日

(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—13)、

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—5所示。

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:

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—15)、式中 N 失败动作次数;

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)、 (4一16)、

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—6及式(4—13)、求出。b1~b5;可根据表4—6来确定。

表4--6 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—17)、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—10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—18)、

(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—19)、

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—20)、

正常情况时,

Rsr″=RHc·RM=Rl·R2·RM (4—21)、

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:
 

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