人机系统可靠性计算

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1、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(1—26)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1—11

2、所示。表1--11可靠度计算作业类别内容a1～a3a2简单一般复杂变量在6个以下，已考虑人机工程学原则变量在10个以下变量在10个以上，考虑人机工程学不充分0．9995～0．99990．9990～0．99950．990～0．9990．9990．9950．990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

3、时间函数表示如下：r(t)＝exp[∫0+∞l(t)dt](1—27)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)(1—28)式中N——总动作次数；6页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·b5(1—r)(1—29)式中b1—

4、—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1—1及式(1—26)求出。b1～b5；可根据表1—12来确定。表1--12可靠度RH的系数(bl～b5)系数作业时间系数b1操作频率系数b2危险度系数b3生理心理条件系数b4环境条件系数b51．01．0～3．03．0~10．0宽余时间充分宽余时间不充分无宽余时间适当继续进行极少进行人身安全有人身危险可造成重大恶性事故良好不好非常不好良好不好非常不好(二)人机系统的可靠度计

5、算人机系统组成的串联系统可按下式表达：Rs＝RH·RM(1—30)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6页用单元。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

6、常情况应立即切断电源。该系统有以下两种控制情形。图4—8两人监视系统(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)(1—31)(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(1—32)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

7、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(1—33)正常情况时，Rsr″＝RHc·RM＝Rl·R2·RM(1—34)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r6页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)

8、(1—35)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