提高人<br/>——机系统可靠性的措施探讨

提高人
——机系统可靠性的措施探讨

2014-02-03董安华刘献红

中国军转民 2014年9期

关键词：操作者噪音视力

■ 董安华刘献红

提高人
——机系统可靠性的措施探讨

■ 董安华刘献红

本文针对装备研制及使用中有关人——机系统可靠性的要求，以及装备系统的设计需要，介绍了人体能力的有关数据和特点，供产品研制、使用人员参考应用。

引言

人——机系统可靠性是影响装备使用效能的重要因素，因为装备是由人来操作使用的。尽管装备系统设计的可靠性很高，但未考虑人的能力有关数据，使设计出的装备难以操作，也无法完成规定的功能。为此，在装备系统设计中，应充分考虑人的能力有关数据，使其设计出来的装备系统便于操作、使用。达到人——机系统的最佳配合。

人的能力数据是研究人的可靠性的基础，然而，目前有许多数据还未有准确的统计量值，影响了人的可靠性工作的开展。本文就国内报道的有关人的感觉能力、人的反应时间、人对工作环境的要求以及人体测量数据对装备设计的影响等予以讨论。

1.人的反应时间

人类的反应速度是有限度的，操作者在操纵装备时，从发现信号到采取行动之间存在一个反应时间问题。一般对于光、声的反应时间为0.4-0.18s。当工作时，由于人的神经传递一般存在着半秒左右的不应期，所以需要感觉指导的间断操作的间隙期一般应大于0.5s。

2.人的感觉能力

2.1 人的视力范围

据研究，人操纵装备时，由操纵机构和各种装置反映出来的信号，大多是由眼睛传到大脑的。所以在设计装备时，对操纵机构和各种装置的布置，必须考虑到人的视力范围。所谓视力范围，是指以视平线为基准，上下左右所限定的空间；而视平线是指观察正前方静止物体的视线。视力范围一般是用角度来量度的。

通常把水平面内的视力范围分成三个基本界线，即中心视力范围、片刻视力范围和有效视力范围。中心视力范围界线在30度以内，在这个范围内观察目标最清楚；片刻视力范围的界线在30-180度之间，在这个范围内视觉比较短暂，如果头部不转动，只能在短时间内观察目标，如果观察时间较长会造成视觉疲劳；有效视力范围的界线在180-300度之间，在这个范围内，注意力应十分集中才能看清目标。

在视线突然转移的过程中，大约有3%的时间能看清目标，其余时间的视觉都是不真实的。因此，在操作时不应要求视线有突然转移，否则会降低视觉的准确性。

2.2 人的听觉能力

在现代化的装备中，不少装备的报警和通信是用声音来传达的，并且操作者经常凭声音来了解装备的工作状态。这就对人的听觉提出了要求，设计装备时必须按照这些要求来考虑声音装置和工作地点的布置。音频和声强不同，人所产生的听觉程度也不同。

2.3 人的操纵力与操纵动作的速度和频率

2.3.1 操纵力。为了达到操作的目的，操作者在操纵时所用的力，称为操纵力。在设计装备时，应根据人的生理特征所能付出的操纵力，使操作者既发挥最大的主观能动性而又不易感到疲劳，这就是研究操纵力的目的。

一般人在正常平稳动作时，手臂所产生的最大操纵力可达800N，而在猛烈动作时，所产生的最大操纵力可达1000-1100N。正常情况下用手操纵时，操纵机构所需要的操纵力不应大于130-180N，否则将不能持久地进行工作。

2.3.2 操作动作的速度和频率。装备的某些操作，有时需要身体做较大范围的动作，为提高工作效率，此时就要研究如何合理地使操纵者具有灵活动作的轨迹问题。动作灵活，包括动作的速度和频率两个方面，而动作速度又与操作时动作方向和动作轨迹特征有关。经研究证明，在操作中，水平操作动作比垂直操作动作的速度快；手向着身体运动比离开身体运动时的动作灵活而准确；向前后往复动作，比向左右往复动作的速度快；对一般人来说，顺时针操作比逆时针操作动作方便。

3.人对工作环境的要求

使用和维护装备预定的环境必须在设计过程中予以考虑。人员的身体是不是舒适或是否适应，直接关系到使用和持续使用装备的能力。环境的考虑可以分为三类：设计能控制的因素（内部照明和湿度），设计不能控制的因素（雨、雪、风沙等），及设计本身的因素（噪音、振动等）。人素工程能对设计进行分析以确定不足之处，并提出某些能控制的措施或设计本身问题的解决办法，对于不能直接由设计控制的问题，应使其危害减到最小。下面给出人对工作环境的一些要求：

3.1 温度、湿度和通风

人们工作的最佳温度范围是18-20℃。如果温度超过32℃，或者低于10℃，就会降低人的工作效率。湿度在30%-70%最为合适。温度和湿度较高或较低都给人以明显的不舒适感。

一个成年人每小时需要28m3的新鲜空气，处于一个封闭的工作场所中，就需要有良好的通风装备。

3.2 照明

要做好工作，应有良好的照明条件。但是，对设计者来说则应根据实际需要，尽量做到在装备处于不良的照明条件下也仍然能进行必要的操作。例如用手电筒等简单照明也能进行工作。

3.3 工作场所的噪音常常会影响维修人员的工作效率

在噪音的长时间影响下，将会使人丧失听力，还会影响人的心理状态。人处于噪音中容易疲劳，精力无法集中，心情烦燥，因此要尽量降低修理场所的噪音。选择修理工具时也要注意噪音的等级和影响。

噪音的音响强度常用分贝（dB）表示。一般大于80dB就有可能降低工作效率，大于90dB就会对人造成危害。

3.4 振动

振动对人体也是有害的，当振动源产生的振动使人体谐振大于25Hz时，人就会感到难受。当人员在一个正振动着的装备上工作时，就可能造成差错，并降低工作效率。设计人员在设计时就必须考虑到人员受振动的影响，采取措施来消除有害振动的影响。

噪声与振动的防护，可以采取更换装置，改善装置结构与安装位置，隔声、吸声、消声、隔振、减振等技术与措施来实现。

4.人体测量数据对装备设计的影响

人体测量的数据及其研究成果，已被广泛地运用到装备、设备的结构设计和安全技术中。使操作者的工作位置、工作姿态、体力消耗等都能符合人的生理、心理特征，从而降低操作者的能量消耗，减少疲劳和提高劳动效率。

人体测量中的人体各部的尺寸数据，一般是用统计的方法获得的。因为这种方法得到的数据资料，可以适合绝大部分人的要求。在人素工程中，正确地运用人体测量的数据和资料，可以确定合理的工作位置、范围和姿态，还可以确定舒适的工作空间和设计合理的操纵机构。

工作空间的尺寸必须适于人员使用和维修装备。人素工程利用人体测量数据评价所提出的装备设计，以保证工作空间的规定不会对人员产生无法接受的限制或危害。要分析的特殊方面包括：站立或坐着使用需要的空间；标准的或特殊的仪表板设计；乘员舱室；楼梯、梯子和舷梯；通过门和舱口的进出口及表面颜色等。优化工作空间的关键是在人周围设计空间，而不是先设计好空间，再把人放进去。通过围绕人来设计，通常能避免由于工作空间不足而导致不经济的重新设计。