安全生产技术精讲班第41讲讲义
四、维修性设计
【考试大纲要求】：
1、熟悉维修性设计、机械设备结构可靠性设计要点。
2、了解人机信息与能量交换系统模型，人的可靠性分析。
3、熟悉人机系统、人机功能分配。
【教材内容】：
四、维修性设计
   (一)维修及维修性
   所谓维修是指使产品保持在正常使用和运行状态，以及为排除故障或缺陷所采取的一切措施，包括设备运行过程中的维护保养、设备状态监测与故障诊断以及故障检修、调整和最后的验收试验等直至恢复正常运行等一系列工作。简言之，为保持或恢复产品规定功能采取的技术措施叫做维修。
   维修性是指对故障产品修复的难易程度，即在规定条件和规定时间内，完成某种产品维修任务的难易程度。
   (二)产品结构的维修性设计
   维修性设计是指产品设计时，设计师应从维修的观点出发，保证当产品一旦出故障，能容易地发现故障，易拆、易检修、易安装，即可维修度要高。维修度是产品的固有性质，它属于产品固有可靠性的指标之一。维修度的高低直接影响产品的维修工时、维修费用，影响产品的利用率。下面就维修性设计中应考虑的主要问题做简要介绍。
   1．可达性
   所谓可达性是指检修人员接近产品故障部位进行检查、修理操作、插入工具和更换零件等维修作业的难易程度。可达性设计应从以下3方面考虑：
   1)安装场所的可达性
   检修人员在从事检修作业，如拆装故障零件时，需要有一个足够的检修活动空间，使维修人员能够在舒服的姿态下进行维修作业，如“坐”、“蹲”、“跪”、“躺”等作业姿势。
   2)设备外部的可达性
   复杂产品往往是由几个部件或单元组成，而这些部件或单元装在一个箱体或壳体内，为了装入或取出这些部件或单元，或检查及观察它们的工作状况需要在箱体或壳体壁上开口，设计时就需要考虑开口部分的结构(有面板、盖或门)及其固定方式，做到既可靠，又易打开。
   3)设备内部的可达性
   从易检查易维修的角度出发，在设计内部零件时，要考虑其结构形状，考虑各零组部件之间的合理布局和安装空间等。
   2．零组部件的标准化与互换性
   产品设计时应力求选用标准件，以提高互换性，这将会给产品的使用维修带来很大方便。因为标准化零件质量有保证，品种和规格大大减少，于是就可以减少备件库存和资金积压，既能保证供应，又简化管理。
    3．维修人员的安全
   产品在结构设计时除考虑操作工人的安全外，还必须考虑维修人员的安全，而这后一项工作往往最容易被人们忽视。
   (三)可靠性设计与维修性设计的关系
   可靠性设计和维修性设计是从不同的角度来保证产品的可靠性。前者着重从保证产品的工作性能出发，力求不出故障或少出故障，是解决本质安全问题，在方案设计和结构设计阶段就设法消除危险与有害因素；后者则是从维修的角度考虑，一旦产品发生故障，其本身就能自动及时发现故障，并且显示故障或发出警报信号，并能自动排除故障或中止故障的扩展。

 
第五节人机系统
第五节  人  机  系  统
   一、人机信息及能量交换系统模型
   人机系统的任何活动实质上是信息及能量的传递和交换。人机之间在进行信息及能量的传递和交换中，首先是人的感觉器官(眼、耳等)从显示装置上感受到机器及环境作用于人的信息，经大脑中枢神经的综合、分析、判断做出决策，然后命令运动器官(手或脚)向机器的控制器发出控制信息，即操纵机器相应的执行机构(手柄或按钮等)完成各种相应的运动机能(移动或转动)，且将控制的效果反映在显示器上，构成一个信息及能量传递的闭环系统。到此，人机系统完成了一次功能循环，如图4—7所示。
 
          图4-7  人机系统模型
在这个循环过程中，人机系统完成了人所希望的功能，达到人的预期目的。
 二、人机系统
 在人机系统中，人与机器为完成一定功能，各自发挥自己的作用，又必须相互联系，相互配合，二者之间有着相互依存、相互影响、又相互制约的关系，而且这些关系随系统自动化程度的变化而变化。
   为了取得人机系统的最佳效果，对人和机分别提出“人适应于机”、“机适宜于人”的不同要求，即“人适机”与“机宜人”。所谓“机宜人”是指机器作为人从事生产和生活活动的工具，要求设计、制造出来的机器应尽量满足使用者的体格、生理、心理等条件的要求，做到显示的信息便于接受、判断，控制系统的尺寸、力度、位置、结构、形式等均应适合操作者的生理要求，工具、器具及用品等的使用得心应手，人所处的作业空间安全舒适，达到有利于人的身心健康，有利于发挥劳动者的效能和效率。
   人适机是指使人去适应机器的要求。机器的结构决定了其客观的运动规律，其操作环境也会因各种因素在时间和空间上受到某种限制，如经济上的可行性、技术上的可能性、机器本身性能要求的条件以及使用机器时的外界环境条件(如高温、高压作业)等。为了适应机器的这些情况，就需要对人的因素予以限制，对人进行教育、训练，并且尽量发挥人的因素，利用有一定可塑性这一特点。
   在人机系统中，机宜人与人适机是相对的。机适宜于人是以人的因素为条件的，而人的因素是比较复杂的，而且是变化的，有的是随时代的进步而变化，有的是因时、因地、因性别、因年龄等不同而变化；人的因素有的可量化，有的则难以准确量化。机器本身也在不断发展，自动化程度越来越高，控制系统智能化，所以机适宜于人的程度也在不断提高。而人适应于机的程度是有限的，因为尽管人的因素有一定的可塑性，但是毕竟有一定的限度。解决的办法是通过学习和训练，提高人的文化和技术素质，或采取必要的辅助措施(如使用劳保用品等)去适应机器的要求。

 
三、人机功能分配
 三、人机功能分配
   在人机系统中，人与机完成各自的功能，只有二者合理配合，协调一致，才能使人机系统达到最佳效果。为此，需要深入了解和研究人机各自的特征，进行比较，扬长避短，充分发挥各自的特长。  ．
(一)人在人机系统中的主要功能
   人在人机系统中主要有3种功能：
   (1)传感功能。通过人体感觉器官的看、听、摸等感知外界环境的刺激信息，如物体、事件、机器、显示器、环境或工作过程等，将这些刺激信息作为输入传递给人的中枢神经。
   (2)信息处理功能。大脑对感知的信息进行检索、加工、判断、评价，然后做出决策。
   (3)操纵功能。将信息处理的结果作为指令，指挥人的行动，即人对外界的刺激作出反应，如操纵控制器、使用工具、处理材料等，最后达到人的预期目的，如机器被开动运转、零件被加工成形、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。
(二)人机特性的比较
   人体本身就是一部复杂的、特殊的机器。人与机器的特性包括许多内容，但就从人机系统中信息及能量的接受、传递、转换过程来讲，我们可以归纳为以下4个方面来比较，即信息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等，详见表4—2。
   由表4—2可见，人优于机器的能力主要有：信号检测、图像识别、灵活性、随机应变、归纳、推理、判断、创造性等；机器优于人的能力主要有反应、操作速度快，精确性高，输
 表4—2  人与机器的特性比较
能力
种类 
人  的  特  性 
机器的特性
信息感受 ①感觉范围有限
②能感觉微小刺激，敏感性高，绝对域低
③对刺激反应时间较长，最小值为200ms
④能在高噪声环境下检出需要的信号
⑤抗干扰性低，有主观倾向性
⑥识别图形的能力强
⑦能阅读和接受口头指令，灵活性很强
⑧接受信息只能单通道 ①能在人不能感觉的领域里工作，在感觉范围外(红外线、超声波、电磁波等)工作
②没有像人那样低的感觉阈限，敏感性比人低
⑧反应时间可达微秒级
④较难检出噪声掩盖下的信号
⑤抗干扰性高，重复性好
⑥识别图形的能力弱
⑦学习能力较低，灵活性很差
⑧能够多通道同时接受信息
信息处理
与决策 ①计算速度慢，易出差错
②能实现大容量的、长期的记忆，并能实现同时和几个对象联系，但短时记忆相对较差
③有随机应变的能力，可利用不同的方法达到相同的目的
④有归纳思维的能力，但不易得到战略的最佳效果
⑤有创造能力，对尚未接触的事物可诱发进入决策
⑥能处理完全出乎预料之外的紧急事件，适应性强，有一定的预测能力
⑦难以监控偶然发生的事件 ①计算速度快，且准确、重复性好，但不会修正错误
②能进行大容量短期的数据记忆和取出
③无随机应变的能力，但对常规重复机能有很高的可靠性
④只能理解特定的事物，但能用程序使事件得到最佳方案
⑤没有自发的创造推理能力，只能作出是与否的简单决策
⑥只能处理已知的事件，适应性弱，预测能力有很大的局限性
⑦监控能力强
操作能力 ①超精密重复操作差，可靠性较低
②能够进行复杂的艺术性工作，有从经验中发现规律、利用经验改变操作的能力
⑧易疲劳，对简单的重复动作厌烦，不能容忍长时间、大负荷的操作
④输出功率有限，效率低，但能做精细调整
⑤通用性强
⑥要求环境舒适，但对特定的环境能很快适应 ①能连续进行超精密重复操作和按程序进行常规操作，可靠性较高
②只能进行特定的工作，不能利用经验数据
③不疲劳，可不厌其烦地重复简单或复杂动作，能胜任长时间、大负荷的操作
④输出功率可大可小，效率高，但较难进行精细调整
⑤缺乏通用性，有的只能专用
⑥可在恶劣环境下工作，但不能随意改变工作条件
工
作
能
力 ①短期内可在超负荷下坚持工作，但耐久性差，易疲劳
②技术水平、熟练程度、生理状态、心理状态等的不稳定性均会影响可靠性 ①耐久性好，维持保养良好时，可长期使用
②在保证设计质量、材料、加工质量等情况下，一般比人可靠
  出功率大，耐久力强，重复性好，短期记忆，能同时完成多种操作、演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。
(三)人机功能分配原则
   根据人机特性的比较，为了充分发挥各自的优点，人机功能合理分配的原则应该是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作，适合于机器来做；而研究、创造、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合于人来承担。
【例题】人优于机器的能力主要有：（　　）
A. 通用性强
B、精确性高
C、图像识别能力强　　
D、反应、操作速度快
E、随机应变能力强
【答案】ACE