人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算

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1、人機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算(一)系統(tǒng)中人的可靠度計(jì)算由于人機(jī)系統(tǒng)中人的可靠性的因素眾多且隨機(jī)變化，因此人的可靠性是不穩(wěn)定的。人的可靠度計(jì)算(定量計(jì)算)也是很困難的。1．人的基本可靠度系統(tǒng)不因人體差錯(cuò)發(fā)生功能降低和故障時(shí)人的成功概率，稱為人的基本可靠度，用r表示。人在進(jìn)行作業(yè)操作時(shí)的基本可靠度可用下式表示：r＝a1a2a3(1—26)式中a1——輸入可靠度，考慮感知信號(hào)及其意義，時(shí)有失誤；a2——判斷可靠度，考慮進(jìn)行判斷時(shí)失誤；a3——輸出可靠度，考慮輸出信息時(shí)運(yùn)動(dòng)器官執(zhí)行失誤，如按錯(cuò)開關(guān)。上式是外部環(huán)境在理想狀態(tài)下的可靠度值。a1，a2，a3，各值如表1—11

2、所示。表1--11可靠度計(jì)算作業(yè)類別內(nèi)容a1～a3a2簡(jiǎn)單一般復(fù)雜變量在6個(gè)以下，已考慮人機(jī)工程學(xué)原則變量在10個(gè)以下變量在10個(gè)以上，考慮人機(jī)工程學(xué)不充分0．9995～0．99990．9990～0．99950．990～0．9990．9990．9950．990人的作業(yè)方式可分為兩種情況，一種是在工作時(shí)間內(nèi)連續(xù)性作業(yè)，另一種是間歇性作業(yè)。下面分別說明這兩種作業(yè)人的可靠度的確定方法。(1)連續(xù)作業(yè)。在作業(yè)時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行監(jiān)視和操縱的作業(yè)稱為連續(xù)作業(yè)，例如控制人員連續(xù)觀察儀表并連續(xù)調(diào)節(jié)流量；汽車司機(jī)連續(xù)觀察線路并連續(xù)操縱方向盤等。連續(xù)操作的人的基本可靠度可以用

3、時(shí)間函數(shù)表示如下：r(t)＝exp[∫0+∞l(t)dt](1—27)式中r(t)——連續(xù)性操作人的基本可靠度；t——連續(xù)工作時(shí)間；l(t)——t時(shí)間內(nèi)人的差錯(cuò)率。(2)間歇性作業(yè)。在作業(yè)時(shí)間內(nèi)不連續(xù)地觀察和作業(yè)，稱為間歇性作業(yè)，例如，汽車司機(jī)觀察汽車上的儀表，換擋、制動(dòng)等。對(duì)間歇性作業(yè)一般采用失敗動(dòng)作的次數(shù)來描述可靠度，其計(jì)算公式為：r＝l一p(n／N)(1—28)式中N——總動(dòng)作次數(shù)；6頁n——失敗動(dòng)作次數(shù)；p——概率符號(hào)。2．人的作業(yè)可靠度考慮了外部環(huán)境因素的人的可靠度RH為：RH＝1—bl·b2·b3·b4·b5(1—r)(1—29)式中b1—

4、—作業(yè)時(shí)間系數(shù)；b2——作業(yè)操作頻率系數(shù)；b3——作業(yè)危險(xiǎn)度系數(shù)；b4——作業(yè)生理和心理?xiàng)l件系數(shù)；b5——作業(yè)環(huán)境條件系數(shù)；(1-r)——作業(yè)的基本失效概率或基本不可靠度。r可根據(jù)表1—1及式(1—26)求出。b1～b5；可根據(jù)表1—12來確定。表1--12可靠度RH的系數(shù)(bl～b5)系數(shù)作業(yè)時(shí)間系數(shù)b1操作頻率系數(shù)b2危險(xiǎn)度系數(shù)b3生理心理?xiàng)l件系數(shù)b4環(huán)境條件系數(shù)b51．01．0～3．03．0~10．0寬余時(shí)間充分寬余時(shí)間不充分無寬余時(shí)間適當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行極少進(jìn)行人身安全有人身危險(xiǎn)可造成重大惡性事故良好不好非常不好良好不好非常不好(二)人機(jī)系統(tǒng)的可靠度計(jì)

5、算人機(jī)系統(tǒng)組成的串聯(lián)系統(tǒng)可按下式表達(dá)：Rs＝RH·RM(1—30)式中Rs——人機(jī)系統(tǒng)可靠度；RH——人的操作可靠度；RM——機(jī)器設(shè)備可靠度。人機(jī)系統(tǒng)可靠度采用并聯(lián)方法來提高。常用的并聯(lián)方法有并行工作冗余法和后備冗余法。并行工作冗余法是同時(shí)使用兩個(gè)以上相同單元來完成同一系統(tǒng)任務(wù)，當(dāng)一個(gè)單元失效時(shí)，其余單元仍能完成工作的并聯(lián)系統(tǒng)。后備冗余法也是配備兩個(gè)以上相同單元來完成同一系統(tǒng)的并聯(lián)系統(tǒng)。它與并行工作冗余法不同之處在于后備冗余法有備用單元，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，才啟用備6頁用單元。1．兩人監(jiān)控人機(jī)系統(tǒng)的可靠度當(dāng)系統(tǒng)由兩人監(jiān)控時(shí)，控制如圖4—8所示。一旦發(fā)生異

6、常情況應(yīng)立即切斷電源。該系統(tǒng)有以下兩種控制情形。圖4—8兩人監(jiān)視系統(tǒng)(1)異常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人并聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)增大了，這時(shí)操作者切斷電源的可靠度為RHb(正確操作的概率)：RHb＝1-(1-R1)(1-R2)(1—31)(2)正常狀況時(shí)，相當(dāng)于兩人串聯(lián)，可靠度比一人控制的系統(tǒng)減小了，即產(chǎn)生誤操作的概率增大了，操作者不切斷電源的可靠度為RHc(不產(chǎn)生誤動(dòng)作的概率)：RHc＝Rl·R2(1—32)從監(jiān)視的角度考慮，首要問題是避免異常狀況時(shí)的危險(xiǎn)，即保證異常狀況時(shí)切斷電源的可靠度，而提高正常狀況下不誤操作的可靠度則是次要的，因此這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)是可

7、行的。所以兩人監(jiān)控的人機(jī)系統(tǒng)的可靠度度Rsr為：異常情況時(shí)，Rsr′＝RHb·RM＝[1-(1-R1)(1-R2)]RM(1—33)正常情況時(shí)，Rsr″＝RHc·RM＝Rl·R2·RM(1—34)2．多人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)可靠度上述兩人監(jiān)控作業(yè)是單純的并聯(lián)系統(tǒng)，所以正常操作和誤操作兩種概率都增加了，而由多數(shù)人表決的人機(jī)系統(tǒng)就可以避免這種情況。若由幾個(gè)人構(gòu)成控制系統(tǒng)，當(dāng)其中r6頁個(gè)人的控制工作同時(shí)失誤時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)失敗，我們稱這樣的系統(tǒng)為多數(shù)人表決的冗余人機(jī)系統(tǒng)。設(shè)每個(gè)人的可靠度均為R，則系統(tǒng)全體人員的操作可靠度Rm為：RHn＝∑C(1一R)iR(n-1)

8、(1—35)式中C--n個(gè)人中有i個(gè)人同意時(shí)事件數(shù)，C＝n!／[i!·(n-i)!]，且規(guī)定C