Технические элементы системы человек-машина

Основные данные о работе

Версия шаблона	1.1
Филиал	Усть-Каменогорский
Вид работы	Творческая работа
Название дисциплины	Безопасность жизнедеятельности
Тема	Технические элементы системы  человек-машина
Фамилия студента	Абзянов
Имя студента	Сергей
Отчество студента	Александрович
№ контракта	14200090601001

 

Содержание

Основные данные о  работе……………………………………………………….1

Содержание………………………………………………………………………..2

Основная часть…………………………………………………………………….3

Опасное состояние технических  элементов………...………………………..….3

Вероятность отказа, надежность элемента, наработка на отказ………………..4

Прогнозирование отказов  технических систем………………………………….5

Человеческий фактор…………………………..………………………………….6

Основная часть

Опасное состояние технических элементов

Технические элементы – наиболее изученный и стабильно прогнозируемый компонент системы человек-машина. В теории надежности разработаны точные модели некоторых элементов и накоплены обширные данные о работоспособности практически всех используемых в жизнедеятельности человека технических средств. Базовым объектом изучения в теории надежности является технический элемент, который может находиться только в двух состояниях: рабочем и нерабочем.

Отказ элемента – это переход от рабочего состояния к нерабочему, который считается мгновенным; это нарушение работоспособности элемента системы “человек – машина”. Отказу обычно предшествуют сложные внутренние изменения в системе, которые могут проявляться по-разному в зависимости от типа устройств, места и характеристики отказа. В одном устройстве возрастает потребляемая мощность, растут потери, и уменьшается коэффициент полезного действия, т.е. изменяется энергетическое соотношение между входом и выходом. В другом – наблюдается дестабилизация характеристик, выходные характеристики представляют собой спектр амплитуд, которые с течением времени возрастают.

Особенность любой технической системы состоит в том, что при отказе весьма ограниченного числа ее элементов наступает отказ системы. Это может привести к происшествиям с тяжелыми последствиями, так как современные системы решают важные задачи по управлению энергонасыщенными производствами, часто использующими опасные и токсичные химические вещества. Эта причинно-следственная связь между отказами техники и различного рода происшествиями была установлена давно. Существует модель возникновения происшествия по типу домино, показывающая, как некоторые отказы элементов технической системы влекут за собой цепочку последующих отказов и происшествий, нарастающую подобно лавине, которая в свою очередь приводит к итоговому происшествию, как правило, с тяжелыми последствиями.

Но не все отказы приводят к авариям  и катастрофам. Для выявления  критических для подобных происшествий отказов проводят анализ в обратной последовательности. Задаваясь конкретной потенциальной аварией или катастрофой, ищут сочетания элементов, отказ которых по отдельности или всех одновременно может привести к рассматриваемому происшествию. Набор таких отказов называют минимальным пропускным сочетанием для данного происшествия. Минимальным это сочетание называется потому, что при отсутствии даже одного из этих отказов или происшествий, итоговое происшествие невозможно. Например, критическими являются отказы клапанов и насосов для сосудов, работающих под давлением, отказ предохранителей и автоматических выключателей в электроустановках, отказ датчиков уровня и расхода в хранилищах токсичных веществ и т.д.

Особое внимание при проектировании технических систем должно быть уделено  элементам, отказы которых составляют минимальное пропускное сочетание. Этим элементам необходимо разрабатывать меры по повышению надежности. Так же, для предотвращения происшествий, используют дублирование и резервирование элементов. Для наиболее опасных происшествий разрабатывают специальные средства защиты, призванные устранить или, в крайнем случае, уменьшить ущерб, наносимый авариями и катастрофами.

Вероятность отказа, надежность элемента, наработка на отказ

Момент наступления  отказа определяется большой совокупностью  факторов и не может быть рассчитан  аналитически. Поэтому при описании отказов элементов используют аппарат теории вероятности.

Количественное выражение возможности  отказа элемента называется вероятностью отказа, обозначается латинской буквой р (от англ. possibility – возможность). Обычно приводят значения р для одного часа работы элемента.

Так как технический элемент  может находиться только в двух состояниях, то отказ и безотказная работа составляют полную группу несовместных событий.

Количественное выражение вероятности  безотказной работы элемента называется надежностью элемента, обозначается латинской буквой r (от англ. reliability – надежность) и определяется как r = 1 – p. Вероятность безотказной работы в течение одного часа работы может быть определена по указанной формуле.

Ввиду того, что все  вероятности определены для одного часа работы элемента, величина, обратная вероятности безотказной работы элемента: t = 1/r, будет выражать вероятное время работы (в часах) технического элемента до первого отказа. Величину t называют наработкой на отказ. Наработка на отказ – время непрерывной безотказной работы элемента. Очевидно, что чем дольше эксплуатируется система, тем выше вероятность отказа составляющих элементов.

Прогнозирование отказов технических  систем

Количественное выражение надежности системы, рассчитываемое по известным характеристикам надежности составляющих ее элементов, называется вероятностью безотказного функционирования системы. Для того, чтобы ее определить, необходимо знать состав технической системы и использовать данные о надежности составляющих элементов. В теории надежности предполагается, что элементы и группы элементов (узлы) в системе могут быть соединены параллельно или последовательно. На рисунках 1 и 2 показаны примеры систем с последовательным и параллельным соединением элементов.

Для системы, изображенной на рисунке 1, вероятность безотказного функционирования системы R будет определяться как

.

Для системы, изображенной на рисунке 2, вероятность безотказной работы R можно найти по формуле

,

где r_i – надежность i-го составляющего элемента.

 

 

Рисунок 1. Система (узел) с последовательным соединением элементов

Рисунок 2. Система (узел) с параллельным соединением элементов

 

Например, элементами систем рисунка 1 и 2 могут быть резисторы. Тогда работа системы заключается в передаче сигнала от точки А к точке В. Вероятность безотказной работы для однотипных резисторов с одинаковой надежностью будет равна:

для схемы рисунка 1 – ;

для схемы рисунка 4 – .

Схема рисунка 2 демонстрирует принцип избыточности, при котором в систему вводятся дублирующие элементы, присоединяемые параллельно основным для повышения надежности функционирования системы.

Человеческий фактор

Человек, в силу своей  сложности, не может быть описан простыми величинами теории надежности. Человек представляет собой многоуровневую систему, важнейшими показателями которой с точки зрения работы в системы «человек-машина» являются физические характеристики, физиологические возможности, психологическое состояние.

Антропометрические  характеристики человека

Антропометрические характеристики определяются размерами тела человека и его отдельных частей и используются для проектирования эргономичных, оптимальных, а значит, и более безопасных рабочих мест в СЧМ. Антропометрические характеристики позволяют рассчитывать пространственную организацию рабочего места, устанавливать зоны досягаемости и видимости, размеры конструктивных параметров рабочего места.

Антропометрические характеристики (АХ) подразделяют на статические и  динамические. Статические антропометрические характеристики – совокупность линейных и угловых параметров, характеризующих расположение различных точек тела над уровнем пола или сидения. Динамические антропометрические характеристики – совокупность линейных и угловых параметров, характеризующих досягаемость для рук или ног человека различных точек пространства.

Работа сидя имеет  целый ряд преимуществ:

- резко уменьшается  высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела;

- значительно сокращаются  энергетические затраты организма  для поддержания такой позы, вследствие  этого она является менее утомительной.

Правильное конструирование  рабочих зон определяется соответствием с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или в локте на уровне рабочей поверхности (т.е. учитывая динамические АХ). Движением рук управляет мозг человека в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной, удобной для охвата человеческим взором.

Физиологические характеристики анализаторов человека, работоспособность

Главным процессом, предъявляющим  требования к физиологическим характеристикам человека–оператора, является восприятие и переработка информации. Прием информации человеком осуществляется посредством анализаторов. Центральной частью анализатора является некоторая зона в коре головного мозга. Периферическая часть (рецепторы) находится на поверхности тела для приема внешней информации либо размещена во внутренних системах и органах для восприятия информации об их состоянии (внешние рецепторы в обычной речи называют органами чувств). Проводящие нервные пути соединяют рецепторы с соответствующими зонами мозга.

В зависимости от специфики  принимаемых сигналов различают  следующие анализаторы:

– внешние: зрительный (рецептор глаз); слуховой (рецептор ухо); тактильный, болевой, температурный (рецепторы на поверхности кожи); обонятельный (рецептор в носовой полости); вкусовой (рецепторы на поверхности языка и неба);

– внутренние: анализатор давления (барорецепторы); кинестетический (рецепторы в мышцах и сухожилиях); вестибулярный (рецептор в полости уха);

– специальные: расположены во внутренних органах и полостях тела.

Переработка информации человеком осуществляется при следующих  психофизиологических процессах: ощущение, восприятие, представление и мышление. Восприятие – процесс отражения в сознании человека сенсорной информации, в ходе которого происходит упорядочение и объединение отдельных образов в целостные представления предметов и явлений. С восприятием связана такая психофизиологическая характеристика, как внимание – фиксация восприятия человека на определенные объекты или явления. Мышление – опосредованное познание явлений и свойств окружающей действительности, а также связей и отношений, существующих между ними. Мышлению человека свойственны такие операции, как анализ, синтез, абстракция, конкретизация, обобщение. Анализ – мысленное расчленение предметов и явлений на образующие их части. Синтез – мысленное соединение отдельных элементов, частей и признаков в единое целое. Абстракция – процесс отвлечения от единичных признаков и сохранение в мышлении признаков, общих для данной группы предметов или явлений. Конкретизация – умственная операция, в которой человек придает предметный характер абстрактному представлению. Обобщение – умственная операция, состоящая в мысленном объединении предметов или явлений по общим признакам.

Все психофизические  процессы невозможны без участия  памяти. Память – запечатление, сохранение, последующее узнавание и воспроизведение информации, полученной в прошлом опыте человека. Памяти человека свойственны функции запоминания, воспроизведения, узнавания, забывания, ассоциации. Запоминание – процесс закрепления в сознании представлений – образов, впечатлений, понятий. Воспроизведение – оживление представлений, закрепленных в памяти, без вторичного восприятия объектов. Узнавание – процесс осознания факта, что наблюдаемый объект или явление воспринимались в прошлом. Забывание – процесс выпадения представлений из памяти. Ассоциация – установление связей между отдельными представлениями, при которых одно из них вызывает другое. Различают ассоциации по сходству, контрастности, смежности во времени.

Очень важной психофизиологической характеристикой человека является работоспособность. Работоспособность – свойство человека поддерживать заданный уровень трудовой деятельности в течение определенного времени. Применительно к восприятию информации это означает способность поддерживать необходимый уровень внимания.

В процессе работы у человека возникает утомление, сопровождающееся чувством усталости, ухудшением показателей  работы. Утомление – состояние человека, вызванное длительной, напряженной работой, проявляющееся в снижении работоспособности. Механизм утомления объясняет теория утомления центральной нервной системы.

Психологические характеристики человека

Большое значение в деятельности человека имеют его психологические характеристики, от которых зависит его реакция на факторы производственной среды и трудового процесса. Опыт свидетельствует, что в основе аварийности и травматизма (до 60–90 % случаев) часто лежат не инженерно-конструкторские дефекты, а организационно-психологические причины. Это низкий уровень профессиональной подготовки по вопросам безопасности, недостаточное воспитание, слабая установка специалиста на соблюдение безопасности, допуск к опасным видам работ лиц с повышенным риском травматизма, пребывание людей в состоянии утомления или других психических состояний, снижающих надежность и безопасность деятельности специалиста. Указанные причины вызывают ошибки операторов системы «человек-машина» и, как следствие, приводят к инцидентам. Инцидент – происшествие в системе «человек – машина», вызванное ошибочными, несвоевременными или несанкционированными действиями оператора.

Психологические характеристики человека – это свойства личности или ее существенные особенности (направленность, характер, темперамент). Среди психологических характеристик личности выделяют интеллектуальные, эмоциональные, волевые, моральные, трудовые качества. Эти свойства устойчивы и постоянны.