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山东工商学院管理科学与工程学院第1页2020/7/12第四章安全人机功能分配第一节人机系统的基本概念一、人机系统的类型1、按有无反馈分类•开环人机系统•闭环人机系统山东工商学院管理科学与工程学院第2页2020/7/122、按系统自动化程度分类:人工操作/半自动化（机械化）/自动化图4-1人工操作人机系统（1）人工操作人机系统山东工商学院管理科学与工程学院第3页2020/7/122、按系统自动化程度分类（2）半自动化（机械化）人机系统图4-2半自动化人机系统山东工商学院管理科学与工程学院第4页2020/7/122、按系统自动化程度分类（3）自动化人机系统图4-3自动化人机系统哪种人机系统最危险？山东工商学院管理科学与工程学院第5页2020/7/123、按人机结合方式分类为：人机串联，人机并联和人与机串、并混联三种类型，见图4-4图4-4人与机的结合方式山东工商学院管理科学与工程学院第6页2020/7/12二、人机系统的功能四大功能：信息接受、信息储存、信息处理和执行等，其关系如图4-5所示图4-5人机系统的功能山东工商学院管理科学与工程学院第7页2020/7/12第二节机械的安全特性一、机械的组成及在各状态的安全问题l、机械的组成机器的种类繁多，形状大小差别很大，应用目的也各不相同。从机器最基本的特征入手，得出机器组成的一般规律：由原动机将各种形式的动力能变为机械能输入，经过传动机构转换为适宜的力或速度后传递给执行机构，通过执行机构与物料直接作用，完成作业或服务任务，而组成机械的各部分借助支承装置连接成一个整体，其组成结构如图4-6所示。山东工商学院管理科学与工程学院第8页2020/7/12图4-6机器的组成山东工商学院管理科学与工程学院第9页2020/7/12补充：注安考试资料•机械设备种类繁多。机械设备运行时，其一些部件甚至其本身可进行不同形式的机械运动。机械设备由驱动装置、传动装置、制动装置、变速装置、工作装置、防护装置、润滑系统、冷却系统等部分组成。•机械行业的主要产品包括以下12类：•(1)农业机械：拖拉机、播种机、收割机械等。•(2)重型矿山机械：冶金机械、矿山机械、起重机械、装卸机械、工矿车辆、水泥设备等。•(3)工程机械：叉车、铲土运输机械、压实机械、混凝土机械等。•(4)石化通用机械：石油钻采机械、炼油机械、化工机械、泵、风机、阀门、气体压缩机、制冷空调机械、造纸机械、印刷机械、塑料加工机械、制药机械等。•(5)电工机械：发电机械、变压器、电动机、高低压开关、电线电缆、蓄电池、电焊机、家用电器等。•(6)机床：金属切削机床、锻压机械、铸造机械、木工机械等。山东工商学院管理科学与工程学院第10页2020/7/12•(7)汽车：载货汽车、公路客车、轿车、改装汽车、摩托车等。•(8)仪器仪表：自动化仪表、电工仪器仪表、光学仪器、成分分析仪、汽车仪器仪表、电料装备、电教设备、照相机等。•(9)基础机械：轴承、液压件、密封件、粉末冶金制品、标准紧固件、工业链条、齿轮、模具等。•(10)包装机械：包装机、装箱机、输送机等。•(11)环保机械：水污染防治设备、大气污染防治设备、固体废物处理设备等。•(12)其他机械。•2)非机械行业的主要产品包括铁道机械、船舶机械、建筑机械、纺织机械、轻工机械等。山东工商学院管理科学与工程学院第11页2020/7/122、机械在各种状态的安全问题（1）正常工作状态大量形状各异的零部件的相互运动、刀具锋刃的切削、起吊重物、机械运转的噪声等，在机械正常工作状态下就存在着碰撞、切割、重物坠落、使环境恶化等对人身安全不利的危险因素。（2）非正常工作状态在机器运转过程中，由于各种原因引起的意外状态。例如，意外启动、运动或速度变化失控，外界磁场干扰使信号失灵，瞬时大风造成起重机倾覆倒地等。机械的非正常工作状态往往没有先兆，会直接导致或轻或重的事故危害。山东工商学院管理科学与工程学院第12页2020/7/12（3）非工作状态机器停止运转处于静止状态时，在正常情况下，机械基本是安全的；但不排除由于环境照度不够，导致人员与机械悬凸结构的碰撞；结构垮塌；室外机械在风力作用下的滑移或倾覆；堆放的易燃易爆原材料的燃烧爆炸等。（4）故障状态故障状态是指机械设备（系统）或零部件丧失了规定功能的状态。故障对安全影响的两种结果：有些故障的出现对所涉及的安全功能影响很小，不会出现大的危险。例如，当机器的动力源或某零部件发生故障时，使机器停止运转，处于故障保护状态有些故障的出现，会导致某种危险状态。例如，由于电气开关故障，会产生不能停机的危险；砂轮轴的断裂，会导致砂轮飞甩的危险；速度或压力控制系统出现故障，会导致速度或压力失控的危险等。山东工商学院管理科学与工程学院第13页2020/7/12（5）检修保养状态检修保养一般在停机状态下进行，但其作业的特殊性往往迫使检修人员采用一些超常规的做法。例如：攀高、钻坑、将安全装置短路、进入正常操作不允许进入的危险区等，使维护或修理容易出现在正常操作不存在的危险。山东工商学院管理科学与工程学院第14页2020/7/12二、机械危险的主要伤害形式和机理机械危险:是指由于机器零件、工具、工件或飞溅的固体、流体物质的机械作用可能产生伤害的各种物理因素的总称。机械危险的基本形式主要有：挤压、剪切、切割或切断、缠绕、吸入或卷入、冲击、刺伤或扎穿、摩擦或磨损、高压流体喷射等。机械的危险可能来自机械自身、机械的作用对象、人对机器的操作，以及机械所在的场所等。机械危险的伤害实质，是机械能（动能和势能）的非正常做功、流动或转化，导致对人员的接触性伤害。无论机械危险以什么形式存在，总是与质量、位置、不同运动形式、速度和力等物理量有关。山东工商学院管理科学与工程学院第15页2020/7/12人机系统常见的事故及其原因一)常见的事故1．卷入和挤压•这种伤害主要来自旋转机械的旋转零部件，即两旋转件之间或旋转件与固定件之间的运动将人体某一部分卷入或挤压。这是造成机械事故的主要原因，其发生的频率最高，约占机械伤害事故的47．7％。山东工商学院管理科学与工程学院第16页卷入和挤压2020/7/12山东工商学院管理科学与工程学院第17页卷入和挤压2020/7/12山东工商学院管理科学与工程学院第18页一)常见的事故2．碰撞和撞击•这种伤害主要来自直线运动的零部件和飞来物或坠落物。例如，做往复直线运动的工作台或滑枕等执行件撞击人体；高速旋转的工具、工件及碎片等击中人体；起重作业中起吊物的坠落伤人或人从高层建筑上坠落伤亡等。2020/7/12山东工商学院管理科学与工程学院第19页2020/7/12山东工商学院管理科学与工程学院第20页3．接触伤害•接触伤害主要是指人体某一部分接触到运动或静止机械的尖角、棱角、锐边、粗糙表面等发生的划伤或割伤的机械伤害和接触到过冷过热及绝缘不良的导电体而发生冻伤、烫伤及触电等伤害事故。2020/7/12山东工商学院管理科学与工程学院第21页2020/7/12(二)事故原因•1．机械设备存在先天性潜在缺陷属于这一类的潜在安全隐患涉及面很广，从设计到制造诸如零件材料缺陷及材料选择不当、基础设计不当、强度计算不准、结构设计不当、操纵控制机构设计不当、显示装置设置不当、无安全防护装置以及制造中的加工装配不当等等。•2．设备磨损或老化使用过程中由于磨损、老化降低了设备的可靠性而产生新的潜在危险因素，如裂纹、腐蚀等缺陷，但由于未被发现而“带病”运转。•3．人的不安全行为有的是由于安全意识差而做的有意的行为或错误的行为，有的则是由于人的大脑对信息处理不当而所做的无意行为，如误操作或误动作。人的任何一种不安全行为都可能导致事故发生。•绝大多数人机事故是可以采取故障诊断等预先识别技术加以防范的。山东工商学院管理科学与工程学院第22页2020/7/12三、机械安全设计的要求（一）本质安全•本质安全是通过机械的设计者，在设计阶段采取措施来消除隐患的一种实现机械安全方法。•（1)采用本质安全技术。本质安全技术是指利用该技术进行机械预定功能的设计和制造，不需要采用其他安全防护措施，就可以在预定条件下执行机械的预定功能时满足机械自身的安全要求。包括：避免锐边、尖角和凸出部分；保证足够的安全距离；确定有关物理量的限值；使用本质安全工艺过程和动力源。•（2)限制机械应力。机械零件的机械应力不超过许用值，并保证足够的安全系数。•（3)材料和物质的安全性。用以制造机械的材料、燃料和加工材料在使用期间不得危及人员的安全或健康。材料的力学特性，如抗拉强度、抗剪强度、冲击韧性、屈服极限等，应能满足执行预定功能的载荷作用要求；材料应能适应预定的环境条件，如有抗腐蚀、耐老化、耐磨损的能力；材料应具有均匀性，防止由于工艺设计不合理，使材料的金相组织不均匀而产生残余应力；同时，应避免采用有毒的材料或物质，应能避免机械本身或由于使用某种材料而产生的气体、液体、粉尘、蒸气或其他物质造成的火灾和爆炸危险。山东工商学院管理科学与工程学院第23页2020/7/12（4)履行安全人机工程学原则。在机械设计中，通过合理分配人机功能、适应人体特性、人机界面设计，作业空间的布置等方面履行安全人机工程学原则，提高机械设备的操作性和可靠性，使操作者的体力消耗和心理压力降到最低，从而减小操作差错。•5)设计控制系统的安全原则。机械在使用过程中，典型的危险工况有：意外启动、速度变化失控、运动不能停止、运动机械零件或工件脱落飞出、安全装置的功能受阻等。控制系统的设计应考虑各种作业的操作模式或采用故障显示装置，使操作者可以安全地处理•6)防止气动和液压系统的危险。采用气动、液压、热能等装置的机械，必须通过设计来避免由于这些能量意外释放而带来的各种潜在危害。•7)预防电气危害。用电安全是机械安全的重要组成部分，机械中电气部分应符合有关电气安全标准的要求。预防电气危害应注意防止电击、短路、过载和静电山东工商学院管理科学与工程学院第24页2020/7/12•(二)失效安全•设计者应该保证当机器发生故障时不出危险。相关装置包括操作限制开关、限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置、设置把手和预防下落的装置、失效安全的紧急开关等。（三）定位安全•把机器的部件安置到不可能触及的地点，通过定位达到安全。但设计者必须考虑到在正常情况下不会触及到的危险部件，而在某些情况下可能会接触到，例如，登着梯子对机器进行维修等情况。•（四）机器布置•车间合理的机器安全布局，可以使事故明显减少。安全布局时要考虑如下因素：•(1)空间。便于操作、管理、维护、调试和清洁。•(2)照明。包括工作场所的通用照明(自然光及人工照明，但要防止炫目)和为操作机器而特需的照明。•(3)管、线布置。不要妨碍在机器附近的安全出入，避免磕绊，有足够的上部空间。•(4)维护时的出入安全。山东工商学院管理科学与工程学院第25页2020/7/12（五）机械的可维修性及维修作业的安全（1）机械的可维修性。机器出现故障后，在规定的条件下，按规定程序或手段实施维修，可以保持或恢复其执行预定功能状态，这就是机器的可维修性。因此，在设计机器时，应尽量考虑将一些易损而需经常更换的零部件设计得便于拆装和更换。（2）维修作业的安全。在按规定程序实施维修时，应能保证人员的安全。由于维修作业是不同于正常操作的特殊作业，往往采用一些超常规的做法，如移开防护装置，或是使安全装置不起作用。为了避免或减少维修伤害事故，应在控制系统设置维修操作模式；从检查和维修角度，在结构设计上考虑内部零件的可接近性；必要时，应随设备提供专用检查、维修工具或装置；在较笨重的零部件上，还应考虑方便吊装的设计。山东工商学院管理科学与工程学院第26页2020/7/12第三节人机功能分配一、人的主要功能•l、人的第一种功能——传感器通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统的作业情况和机器的状态•2、人的第二种功能——信息处理器将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定•3、人的第三种功能——操纵器