1、安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 1 页页第二节 作业环境设计 一、温度环境 1、工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准 我国工业企业设计卫生标准（GB21-2002）根据作业性质、劳动强度，以气温为主制定了有关气象条件,见表5-21安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系整体概述概述二点击此处输入相关文本内容概述一点击此处输入相关文本内容概述三点击此处输入相关文本内容安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 3 页页表5-21工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准车间和作业的特征冬 季
2、夏 季温度/oC相对湿度/%温度/oC相对湿度/%主要放散对流热的车间散热量不大的轻 作 业中等作业重 作 业142012171015不规定不超过室外温度3oC不规定散热量大的轻 作 业中等作业重 作 业162513221020不规定不超过室外温度5oC不规定需要人工调节温度和湿度的轻 作 业中等作业重 作 业2023222524278075706560553132337070606050放散大量辐射热和对流热的车间（辐射强度大于2.5105J/(h.m2)815不规定不超过室外温度5oC不规定放散大量湿气的车间散热量不大的轻 作 业中等作业重 作 业16201317101580不超过室外温度
3、3oC不规定散热量大的轻 作 业中等作业重 作 业18231721161980不超过室外温度5oC不规定安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 4 页页2、高温环境 高温作业的危害 高温作业时人体可出现一系列生理性改变，主要为体温调节、水盐代谢、循环系统、消化系统、神经系统、泌尿系统等方面的改变。表现为：脉搏加快，体温升高、头晕、头痛、恶心、极度疲劳等症状。 中暑是高温环境下发生的急性疾病，按发病机理可分为热射病、日射病、热衰竭和热痉挛。根据症状将中暑分为先兆中暑、轻症中暑和重症中暑三种。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2
4、022-5-23第第 5 页页 (2)(2)高温作业环境的设计 1)1)高温作业环境的设计应该遵循国家标准的要求(高温作业允许持续接触热时间限值GB935-1989作了规定，见表5-22)工作地点温度/ oC轻劳动中等劳动重劳动 3032807060323470605034366050403638504030384040302040423020154244201010安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 6 页页 2)2)从生产工艺和技术、保健措施、生产组织等几个方面入手，合理设计高温作业环境 生产工艺和技术措施 合理设计生产工艺过程 屏蔽热源 降
5、低湿度 增加气流速度 保健措施 合理供给饮料和补充营养 合理使用劳保用品 进行职业适应性检查 生产组织措施安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 7 页页3、低温环境 (1)(1)低温作业环境对人体的影响 工作地点平均气温等于或低于5 的作业称为低温作业。 在低温环境下工作时间过长，超过人体适应能力，体温调节能力发生障碍，则体温下降，从而影响机体功能，可能出现神经兴奋与传导能力减弱，出现痛觉迟钝和嗜睡状态。长时间低温作业可导致循环血量、白细胞和血小板减少，而引起凝血时间延长，出现协调功能降低。低温作业还可引起人体全身和局部过冷。全身过冷会出现皮肤苍白
6、、脉搏呼吸减弱、血压下降。局部过冷最常见的是手、足、耳及面颊等外露部位发生冻伤，严重的可导致肢体坏死。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 8 页页 (2)(2)低温作业环境设计应考虑的因素 应按照工业企业设计卫生标准和工作企业采暖、通风和空气调节设计规范的规定，设置必要的采暖设备,做好采暖和保暖工作 提高作业负荷 个体保护 采用热辐射取暖 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 9 页页 补充-温度环境的综合评价 温度环境对人体产生影响的时候，仅用温度指标是不充分的。因为人在进入作业场所时必然受到温度、
7、湿度、风速和熟辐射等多种因素的综合影响，这种综合感就是有效温度。1有效温度 当有效温度高时，人的判断力减退，当有效温度超过32oC时，作业者读取误差增加，到35oC左右时，误差就会增加4倍以上。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 10 页页 有效温度的变化与下列组合条件有关： (1)空气温度与周围物体表面的温度； (2)空气温度与相对湿度； (3)空气温度与空气流动的速度。 我国采暖通风和空调设计规范(TJl9-1975)中规定的工作场所的有关参数，见表1， 不同作业种类的有效温度见表2。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全
8、工程系2022-5-23第第 11 页页表1 工作场所的允许风速 室内温度湿度基数允许风速（米 /秒）温度（oC）湿度（ %）1840600.22040600.252240600.32440600.42640600.5表2 不同作业的有效温度 作业种类脑力作业轻作业体力作业舒适温度（oC）15.518.312.718.31016.9不适温度（oC）23.723.921.123.9安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 12 页页 2作业场所的适宜温度及湿度 生产作业场所的气温，一年四季不同。夏天炎热，冬天寒冷，这是一种自然现象。为了给操作人员创造舒适
9、的工作场所，以提高生产效率和排除潜在事故，就必须采用人工的办法，对工作场所的温度环境进行调节。如要得到使人舒服的温度，则必须通过人为的调节，使热能产生与热能的散发保持平衡。当然，这个适宜的温度还随工作的种类和强度的不同而有所变化(见表3)，以保证安全的高效率的生产活动。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 13 页页作业的种类温度（oC）湿度（%）组装电气产品22.24045一般印刷2526.750棉纺织作业26.77085毛精纺作业26.77580尼龙织造26.75060人造丝织造26.75065胶片贮藏21.123.94065啤酒酿造 (瓶装
10、啤酒)457275以上火柴干燥21.123.940洗涤物品干燥79.481.22540表3 适宜作业的温度和温度 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 14 页页二、光环境 1、 照度标准 照度标准是照明设计和管理的重要依据。我国的照度标准是采用间接法制定的，即从保证一定的视觉功能来选择最低照度值，同时进行大量的调查、实测，并且考虑了我国当前的电力生产和消费水平。而直接法则主要是根据劳动生产率及单位产品成本来选择照度标准。 表1是利用自然光时的照度标准， 表2是利用人工采光时的照度标准， 表3列出了我国工厂的照度标准。 安全人机工程学第五章湖南工学
11、院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 15 页页视觉工作分级视觉工作特征室内天然光照度（lx）采光系数标准值100工作精确度识别物件细节尺寸d（mm）特别精细工作很精细工作精细工作一般工作粗糙仓库工作d0.150.15d0.30.3d1.01.0d5.05.0d250150100502553210.5表1 天然采光标准值 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 16 页页识别对象的最小尺寸或工作特征d（mm）视觉工作分类识别对象与背景的亮度对比最低照度（lx）等级混合照明单独使用，一般照明d0.15甲乙大小150010000.15d
12、0.3甲乙大小7505002001500.3d0.6甲乙大小5003001501000.6d1.10甲乙大小300200100751d21505025 20一般观察生产过程10大件存储 5有自行发光材料的车间 30表2生产车间工作面上的照度标准值（人工照明） 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 17 页页作业种类作 业 举 例综 合 照 明只用一般照 明局部照明一般照明超精密超精密机械操作、超精密检查、半导体微型件装配、精密雕刻5000100010050精 密精密机械操作、金属检验、排字、电视机等小型产品装配、暗色布检查、裁缝1003008040
13、 汽车装配修理、暗色物纺织、精密油漆作业 200100普 通机械加工、铸工造型、明色布检查、裁缝、控制盘3001006030 金属热处理、造纸、化工、喷漆、明色物纺织 10050粗粗木工、钣金、印刷100504020金属冶炼、铸造、化工炉5020表3工厂的照度标准（lx） 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 18 页页 2、 照明设计 照明方式 一般照明 局部照明 综合照明 特殊照明 光源选择 室内采用自然光照明是最理想的 选择人工光源时，应注意其光谱成分，使其尽可能接近自然光 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022
14、-5-23第第 19 页页 避免眩光 限制光源亮度 合理分布光源 改变光源或工作面的位置 合理的照度 照度均匀度 亮度分布 照明的稳定性 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 20 页页 三、色彩环境 1 1、色彩设计 (1) 色彩设计分类环境色彩。包括厂房、商店、建筑物，室内环境等色彩设计；物品配色。包括机床设备、家具、纺织品、包装等等；标志管理用色。有安全标志、管理卡片、报表、证件、票卷等。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 21 页页 (2) 色彩设计的方法与步骤方法:可用计算机色彩模拟来分析配
15、色。用模拟系统可以改变、分析、评价各种色彩的组合，确定某一设计的色彩。环境色彩设计时，还可以把有代表性的四季景象的协调对比确定建筑物的最佳配色，也可参考已有的设计院经验，或用绘画的方式进行评价。步骤：一般设计步骤为： 根据造型、用途确定色彩设计原则； 按以上原则指出各种设计方案； 进行模拟； 制定评价标准，确定理想配色的条件，分析、评价所提出的各种设计方案，从中选出最佳方案。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 22 页页 2 2、色彩调节及应用 选择适当的色彩，利用色彩的效果，构成良好的色彩环境，称为色彩调节。工作场所具有良好的色彩环境可以得到以
16、下效果： 增加明亮程度，提高照明效果； 标志明确，识别迅速，便于管理； 注意力集中，减少差错和事故，提高工作质量； 舒适愉快，减少疲劳； 环境整洁，层次分明，明朗美观。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 23 页页 （1）工作房间的色彩调节 工作房间配色尽可能不要色调单一，否则会加速视觉疲劳或引起单调感。 工作房间配色的明度不应太高和相差悬殊，否则也会因为视觉适应性而促使视觉疲劳。 工作房间配色的饱和度也不应太高，不然较强的刺激不仅会分散注意力，而且也容易加速视觉疲劳。 进行色彩调节要根据工作房间的性质和用途选择色彩。当工作间温度比较高及工作间
17、比较狭小时，应选配冷色调；若工作房间的温度比较低且工作间比较大时应选配暖色调等。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 24 页页 机器设备和工作面的色彩调节 机器设备主要包括主机、辅机和动力设备，以及控制、显示和操纵装置，其配色应主要考虑： 色彩与设备的功能相适应； 设备配色与环境色彩相协调； 危险与示警部位的配色要醒目； 操纵装置的配色要重点突出，避免误操作； 显示装置要与背景有一定对比，以引人注意，同时也有利于视觉认读。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 25 页页 (3) 安全标志和技术标志的
18、色彩应用 1 1）安全色与安全标志 用色彩传递安全和技术信息，早已为世界各国所采用。国家标准（GB2893GB28938282）安全色规定了传递安全信息的颜色（不包括灯光、荧光颜色和航海、内河航运所用颜色），目的是使人们能够迅速发现或分辨安全标志和提醒人们注意，以防事故发生。安全色是指表达安全信息含义的颜色。该标准中规定红、蓝、黄、绿4 4种颜色为安全色，其含义和用途见表5-235-23。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 26 页页颜色含 义用 途 举 例 红色 禁止、停止禁止标志停止信号：机器、车辆的紧急停止手柄或按钮以及禁止人们触动的部位
19、红色也表示防火蓝色指令必须遵守的规定指令标志：如必须配戴个人防护用具，道路上指引车辆和行人行驶方向的指令 黄色 警告注意警告标志警戒标志：如厂内危险机器和坑池边周围警戒线行车道中线机械上齿轮箱安全帽 绿色提示安全状态通行提示标志车间内的安全通道行人和车辆通行标志消防设备和其它安全防护设备的位置表523安全色的含义及用途（GB2893-1982） 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 27 页页安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 28 页页安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系20
20、22-5-23第第 29 页页 2）色彩在技术标志中的应用 色彩还常用作运行技术信息的载体，如红色表示紧急、禁止、停止、事故或操作错误等；黄色用作示警信号；绿色表示工作正常、允许进行等；蓝色表示整机工作正常；白色表示电源接通、预热或准备运行等。 色彩也应用于技术标志中，表示材料、设备设施或包装物等。表532是某些管道的色彩标志。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 30 页页 种类色彩标准色水气空气氧煤气酸或碱油电气真空青深红白蓝黄灰紫深橙浅橙灰2.5PB5/62.5PB5/62.5R3/62.5R3/6N 9.5N 9.52.5Y8/122.5Y
21、8/122.5P5/52.5P5/57.5YR5/67.5YR5/62.5YR9/62.5YR9/6表5-32一些管道色彩标志 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 31 页页四、尘、毒环境 1 1、尘、毒环境的卫生标准 我国于2002年颁布了工作场所有害因素职业接触限值(GBZ2-2002) 该标准给出了工作场所空气中329种有毒物质有毒物质容许浓度，工作场所空气中47种粉尘容许浓度，其值详见该标准4.1之表1、标准4.2 之表2。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 32 页页 2、尘、毒作业危害
22、的防治 对空气污染的防治 选择无硫或低硫燃料，或采取预处理法去硫。 排烟净化。从排烟中除去i2和X。 控制交通废气。 减少毒源。 降低作业场所毒物浓度，如加强通风，实行湿式凿岩等。 实现设备、管道或加工环节的密闭化，防止跑、冒、滴、漏，使毒源与操作者隔开。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 33 页页 改革工艺，使生产过程机械化，自动化。 对于废气、废水、废渣在排放要先行处理或回收，最好能综合利用，变废为宝。 加强个体防护。 包装及容器要有一定强度，经得起运输过程中正常的冲撞、振动、挤压和摩擦，以防毒物外泄，封口要严，且不易松脱。 厂房要合理布局
23、，加强绿化。 防尘途径 上面介绍的改进工艺、加强通风、密封操作，水式作业等都是防尘的有效方法，不另赘述。此外，还可设置高效除尘、除毒装置以及实行遥控操作。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 34 页页五、噪声与振动环境 、噪声环境 (1) (1) 噪声及其对人体的影响 噪声可使人产生听觉疲劳，在强噪声环境中如不采取保护措施，听觉疲劳继续发展，可导致听力下降或永久听力损失。噪声除影响听觉系统外，还影响神经系统、心血管系统、消化系统、内分泌及免疫系统等，造成植物性神经系统功能紊乱、血压不稳、肠胃功能紊乱等。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖
24、南工学院安全工程系2022-5-23第第 35 页页 （2 2）噪声设计标准 对噪声环境的设计首先要考虑工业企业设计卫生标准（GBZ 1-2002）。该标准规定工作场所操作人员每天连续接触噪声8小时，噪声声级卫生限值为85dB(A)。对于操作人员每天接触噪声不足8小时的场合，可根据实际接触噪声的时间，按接触时间减半，噪声声级卫生限值增加3dB(A)的原则，确定其噪声声级限值(见表5-26)。但最高限值不得超过115dB(A)。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 36 页页 表5-26 工作地点噪声声级的卫生限值日接触噪声时间(h)卫生限值dB(A
25、)8 885854 488882 291911 194941/21/297971/41/41001001/81/8103103安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 37 页页表5-27城市区域5类环境噪声标准值 等效声级LeqdB(A)类别适用范围昼间夜间0 0疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等505040401 1以居住、文教机关为主的区域555545452 2居住、商业、工业混杂区606050503 3工业区656555554 4城市中的道路交通干线道路两侧区域、穿越城区的内河航道两侧区域70706060安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖
26、南工学院安全工程系2022-5-23第第 38 页页表5-28各类厂界噪声标准值 等效声级LeqdB(A)类别适用范围昼间夜间以居住、文教机关为主的区域55554545居住、商业、工业混杂区及商业中心区60605050工业区65655555交通干线道路两侧区域70705555安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 39 页页表5-29 城市建筑施工期间施工场地噪声限值施工阶段主要噪声源昼间夜间土石方推土机、挖掘机、装载机等75755555打桩各种打桩机等8585禁止施工结构混凝土搅拌机、振捣棒、电锯等70705555装修吊车、升降机等65655555
27、安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 40 页页 （3 3）噪声的控制 1 1） 控制声源 降低机械噪声 降低空气动力性噪声 2 2）控制噪声的传播 全面考虑工厂的总体布局 调整声源指向 利用天然地形 采用吸声材料和吸声结构 采用隔声和声屏装置安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 41 页页 3）加强个体防护 4）通过调整班次，增加休息次数，轮换作业等也是很好的防护方法。 5）音乐调节 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 42 页页 2、 振动环境 (1)
28、 振动及其危害振动会对人体的多种器官造成影响和危害，从而导致长期接触的人员患多种疾病。强烈的机械振动能造成骨骼肌肉关节和韧带的损伤，当振动频率和人体内脏的固有频率接近时，还会造成内脏损伤。足部长期接触振动时，可能造成脚痛，麻木或过敏，小腿和脚部肌肉有触痛感、足背动脉搏动减弱，趾甲床毛细血管痉挛等。局部振动对人体的影响是全身性的，末梢机能障碍中最典型的症状是振动性白指的出现。也称“白蜡病”、“死手”。局部振动还可能造成手部的骨骼，关节，肌肉、韧带不同程度的损伤。振动不但影响工作环境中劳动者的身心健康，而且，还会使他们的视觉受到干扰，手的动作受妨碍和精力难以集中等，造成操作速度下降、生产效率降低，
29、并且可能出现质量事故。长期接触强烈的振动，对人的循环系统、消化系统、神经系统、血液循环系统、新陈代谢、呼吸系统都有不同程度影响。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 43 页页 (2) 振动的控制 在很多情况下，振动是不能全部消除或避免的，对振动的防护主要是如何减少和避免振动对作业者的损害。采取的主要措施有： 改进作业工具，对工具的重量、振动频率、振动幅度进行改进和限制； 人员轮流作业； 采用合理的防护用品，采用防振垫等，减少对作业者的损害； 定期体检，做好振动病的早期防治工作。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022
30、-5-23第第 44 页页六、其它环境 1、异常气压 2 2、电离辐射作业环境 3、非电离辐射作业环境 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 45 页页第三节安全防护装置人机学设计 一、安全防护装置的作用与分类 1 1、安全防护装置的作用 防止机械设备因超限运行而发生事故 通过自动监测与诊断系统排除故障或 中断危险 防止因人为的误操作而引发的事故 防止操作者误入危险区而发生的事故 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 46 页页 2 2、 安全防护装置的分类 当操作者处于危险区或设备处于不安全状态时，安
31、全防护装置能直接起安全保护作用，此时可分为以下几类： 隔离防护装置 联锁控制防护装置 超限保险装置 紧急制动装置 报警装置 当操作者一旦进入危险区，则安全防护装置可以控制机械不能启动或自动停止过程，或将人从危险区排出，或控制人体不能进入危险区，此类安全防护装置称为安全防护控制装置，它对人身安全起间接防护作用。这种装置有：双手按钮式开关、光电式安全防护装置等。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 47 页页二、安全防护装置的设计原则 1 1、以保护人身安全为出发点进行设计的原则。 2 2、安全防护装置必须安全可靠的原则。 3 3、安全防护装置与机械
32、装备配套设计的原则。 4 4、简单、经济、方便的原则。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 48 页页三、典型安全防护装置的设计 1 1、隔离防护安全装置的设计 要解决人机系统的安全问题，首先考虑的是人的安全。隔离防护安全装置就是专为保护人身安全而设置的。该装置有装在机械设备上的防护罩，还有置于机械周围一定距离的防护屏或防护栅栏，它们都是用来防止人进入危险区与外露的高速运动或传动的零件或带电导体等接触受伤害，或飞溅出来的切屑、工件、刀具等外来物伤人。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 49 页页 防
33、护罩 防护罩的作用，一是使人体不能进入危险区，二是阻挡高速飞向人体的外来物。为此，防护罩的设计应满足如下基本要求： 有足够的强度和刚度，结构和布局合理，而且应牢固地固定在设备或基础上。 不允许防护罩给生产场所带来新的危险，其本身表面应光滑，不得有毛刺或尖锐棱角。 防护罩不应影响操作者的视线和正常作业，防护罩与运转零部件之间应留有足够的间隙，以免相互接触，干扰运动或碰坏零件；应便于设备的检查、保养、维修。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 50 页页 防护屏 防护屏是设置在离机械一定距离的地面上，根据需要可以移动。它主要适用于不需要人进行操作的机
34、械，如用于隔离机械手或工业机器人的活动区域。防护屏一般用金属材料制成，并应有足够的强度，可以采用栅栏结构、网状结构或孔板结构，常见的有围栏、防护屏、栏杆等。在设计防护屏时，其栅栏的横向或竖向间距、网眼或网孔的最大尺寸和防护屏高度，以防护屏放置的最小安全距离必须符合国空标准（GB81791987表）。 防护屏除可以防止机械伤害外，还可以防止由于灼烫、腐蚀、触电等造成的伤害。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 51 页页 2 2、联锁防护安全装置的设计 联锁防护安全装置的特点主要体现在“联锁”二字上，它表示既有联系，又相互制约（互锁）的两种运动或两
35、种操纵动作的协调动作，实现安全控制。联锁装置可以通过机械的、电气的或液压、气动的方法使机械的操纵机构相互联锁或操纵机构与电源开关直接联锁。用来防止同时接通两个或两个以上相互干扰的运动，如车床上刀架的纵向与横向运动不允许同时接通，机床的启动或制动不允许同时发生；防止几个运动同时传动某一个执行部件，如车床中的丝杠与光杠不能同时传动刀架；防止颠倒顺序动作，如机床上工件未夹紧，主轴不能起动；防止误操作功能相反的按钮或手柄。它是各类机械用的最多、最理想的一种安全装置。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 52 页页 机械式联锁装置 手柄与脚踏板联锁装置- -
36、手柄- -脚踏板 - -插销- -启动杆 它表示压力机开始工作时，只有先把手柄按下，将插入启动杆上的销子拨出，脚踏板才能踏下，这时才能启动压力机进行工作。这样使操作者的手在压力机滑块下降前自然地离开危险区，防止脚误踩脚踏板而发生冲手事故。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 53 页页 电气联锁线路 顺序联锁 按钮控制的正反转联锁线路 欠电压、欠电流联锁保护 液压（或气动）联锁回路安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第第 54 页页 3 3、 超限保险安全装置的设计 超载安全装置 越位安全装置 超压安全装
37、置 、制动装置 5 5、 报警装置 、防触电安全装置 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23第四节 人机系统安全与可靠性 在现实生活和生产工作中，经常都在发生各式各样的事故。以减少事故、提高系统安全性为目的的人机系统的可靠性研究，日益被人们所重视。 长期以来，可靠性研究对象被局限在“机”，事实上很多事故是由人的差错造成的。人在系统中的可靠性越来越重要。 人机系统的可靠性、安全性决定于构成该人机系统的人、机器、环境三方面因素及其它们间的协调关系。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23一、可靠性的定义及其度量 l、可靠
38、性的定义 可靠性是指研究对象在规定条件下、规定时间内、完成规定功能的能力。 2 2、可靠性度量指标 可靠性度量指标是指对系统或产品的可靠程度作出定量表示。常用的基本度量指标有可靠度、不可靠度（或累积故障概率）、故障率（或失效率）、平均无故障工作时间（或平均寿命）、维修度、有效度等。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23（1）可靠度 可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，常用以R(t)表示，称为可靠度函数。 产品出故障的概率是通过多次试验中该产品发生故障的频率来估计的。例如，取N个产品进行试验
39、，若在规定时间t内共有Nf(t)个产品出故障，则该产品可靠度的观测值可用式（5-3）近似表示： R(t) N Nf (t) / N (53) 当t=0，Nf（t） 0，则R（t）l。 随着t的增加，出故障的产品数Nf（t）也随之增加，则可靠度 R(t)下降。当 t， Nf(t)N ，则 R(t)0。 可靠度的变化范围约为0R(t)1。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23 与可靠度相反的一个参数叫不可靠度。它是指系统或产品在规定条件和规定时间内未完成规定功能的概率，即发生故障的概率，所以也称累积故障概率。 不可靠度也是时间的函数，常用F(t)表示。同样对
40、N个产品进行寿命试验，试验到t瞬间的故障数为Nf(t)，则当N足够大时，产品工作到t瞬间的不可靠度的观测值（即累积故障概率）可近似表示，见式（5-4）： F(t) Nf(t) / N (54) F(t) 随Nf（t）的增加而增加 F(t)的变化范围约为0F(t)1。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23（2）故障率（或失效率） 故障和失效这两个概念，其基本含义是一致的，都表示产品在低功能状态下工作或完全丧失功能，只是前者一般用于维修产品，可以修复，后者用于非维修产品，表示不可修复。 产品在工作过程中，由于某种原因使一些零部件发生故障或失效，为反映产品发生
41、故障的快慢，引出故障率参数。 故障率是指工作到t时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，故障率也是时间的函数，记为则(t)，称为故障率函数。产品的故障率是一个条件概率，它表示产品在工作到t时刻的条件下，单位时间内的故障概率。它反映t时刻产品发生故障的速率，称为产品在该时刻的瞬时故障率以(t)，习惯称故障率。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23 故障率的观测值等于N个产品在t时刻后单位时间内的故障产品数Nf(t)/t与在t时刻还能正常工作的产品数Ns(t)之比，见式（5-5） (t) = Nf(t) / Ns(t) t （55） 平均
42、故障率(t) 是指在某一规定的时间内故障率的平均值。其观测值，对于非维修产品是指在一个规定的时间内失效数r与累积工作时间t之比；对于维修产品是指它的使用寿命内的某个观测期间一个或多个产品的故障发生次数r与累积工作时间之比，即两种情况均可用式（5-6）表示： （56） 产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的，其故障率随时间变化的曲线称为寿命曲线，也称浴盆曲线，如图524所示。 tr(t)安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23图5-24 产品寿命曲线1、早期故障期 2、偶发故障期 3、磨损故障期安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工
43、程系2022-5-23图5-24 故障率与时间的关系 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23产品的失效过程可分为三个阶段 1）初期故障，发生于机器试制或投产早期的试运转期间。产品在使用初期，由于材质的缺陷，设计、制造、安装、调整等环节造成的缺陷，或检验疏忽等原因存在的固有缺陷陆续暴露出来，此期间故障率较高2）随机故障，是在机器处于正常工作状态下的偶发故障。这段时间较长，是产品的最佳工作期。这时发生的故障是随机的，是偶然原因引起应力增加，当应力超过设计规定的额定值时，就可能发生故障。3）耗损故障，也即后期磨损故障。这个时期的故障迅速上升，因为产品经长期使用
44、后，由于磨损、老化，大部分零部件将接近或达到固有寿命期，所以故障率较高。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23 （3）平均寿命（或平均无故障工作时间) 式中 t 总工作时间； n 故障（或失效）次数或试验产品数。2）维修度:是指维修产品发生故障后，在规定条件（条件贮备、维修工具、维修方法及维修技术水平等）和规定时间内能修复的概率，它是维修时间的函数，用M()表示，称为维修度函数。 维修度的观测值为：在0 0时处于故障状态需要维修的产品数N N与经过时间修复的产品数NN之比，见式 M() = N / N 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院
45、安全工程系2022-5-233）有效度:狭义可靠度R R（t t）与维修度M()M()的综合称为有效度，也称广义可靠度。其定义为：对维修产品，在规定的条件下使用，在规定维修条件下修理，在规定的时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。显然，有效度是工作时间t t与维修时间的函数，常用A A（t t，）表示，它是对维修产品可靠性的综合评价。A A（t t，）可用式（5-95-9）表示： (5 (59) 9) 有效度的观测值：在某个观测时间内，产品可工作时间与工作时间和不可工作时间之和得比值，记为 ，其计算见式（5-5-1010）。 = = U U / / ( U + D ) ( U + D
46、) (5 (510)10)式中 U U可工作时间，包括任务时间、启动时间和待机时间；D一不可工作时间，包括停机维护时间、修理时间、延误时间和改装时间。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23 3 可靠性特征量之间的关系 (1)F(t)F(t) 与 R(t) R(t) 间的关系 F(t)F(t) + + R(t) R(t) = 1 = 1(2) F(2) F(t) (t) 和 R(t) R(t) 与故障概率密度函数f(t) f(t) 间的关系(3) F(t) (3) F(t) 与(t)(t)的关系 (4) F(t) (4) F(t) 及f(t) f(t)
47、与(t) (t) 的关系 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23二、人的可靠性1 1影响人的可靠性的因素 生理因素 如体力、耐久力、疾病、饥渴、对环境因素承受能力的限度等；大脑的意识水平影响 ； 心理因素 因感觉灵敏度变化引起反应速度变化，因某种刺激导致心理特性波动，如情绪低落、发呆或惊慌失措等觉醒水平变化； 个人素质 训练程度、经验多少、操作熟练程度、技术水平高低、责任心强弱等；安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23 操作因素 操作的连续性、操作的反复性、操作时间的长短、操作速度、频率及灵活性等。 环境因素 对新
48、环境和作业不适应，由于温度、气压、供氧、照明等环境条件的变化不符合要求，以及振动和噪声的影响，引起操作者生理、心理上的不舒适； 管理因素 如不正确的指令，不恰当的指导，人际关系不融洽，工作岗位不称心等； 个人素质 训练程度、经验多少、操作熟练程度、技术水平高低、责任心强弱等； 社会因素 家庭不和、人际关系不协调； 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-232、人的可靠性分析方法 最主要的有： 人的差错概率预测方法（THERP） 人的认知可靠性模型（HCR） 操作员动作树分析法（OAT） 通用失误模型系统（GEMS） 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖
49、南工学院安全工程系2022-5-23三、机械的可靠性 在人机系统中，由于机器设备本身的故障以及人机系统设计的协调性差而导致了许多事故的发生。因此，人们为了防止事故，在进行生产活动开始时，就要对机器设备的安全性进行预测 就机器设备而言，可靠性是指机器、部件、零件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。 度量可靠性指标的特征量称为可靠度。 可靠度是在规定时间内，机器设备或部件能完成规定功能的概率。若把它视为时间的函数，就称为可靠度函数。 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23 为简便起见，假设环境因素宜人，对机械设备不造成危害，则研究机的可靠性就转化为主
50、要研究机械设备的可靠性问题。 一般情况，产品可靠性指标都与该产品的故障分布类型有关。若已知产品的故障分布函数，就可以求出其可靠度R（t）、故障率(t) 及其它可靠性指标，若不知道具体的故障分布函数，但知道故障分布类型，也可以通过参数估计的方法求得某些可靠性指标的估计值。 故障分布类型有三种类型： 指数分布 正态分布 威布尔分布 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022-5-23四、人机系统总体安全可靠度分析与评价 1 1 人机系统的可靠度计算 人机系统的可靠度是由人的可靠度和机的可靠度组成的。 机的可靠度可以通过大量统计学数据得到。 人的可靠度的确定包括人的信息接受
