Показатели надежности и безопасности систем «человек - машина»

С точки зрения надежности и безопасности жизнедеятельности любая техническая или эрготехническая система обладает двумя основными и наиболее важными для человека состояниями:

  • - состояние работоспособности всех компонентов системы и обеспечение требуемого ее функционирования в течение заданного времени (система обладает структурной исправностью и функциональной способностью выполнения требуемЕлх действий в течение заданного времени);
  • - состояние неработоспособности (отказа) хотя бы одного из компонентов системы или не обеспечение требуемого ее функционирования в течение заданного времени (система структурно неисправна либо функционально неспособна выполнять требуемые функции в течение заданного времени).

В первом из указанных состояний все компоненты системы совместно обеспечивают состояние ее структурной исправности и функциональной возможности выполнения возложенных на систему эксплуатационных требований. При этом как техническая часть системы, так и работающий с ней человек действуют в течение заданного времени без отказов и сбоев.

Второе из указанных состояний, в свою очередь, распадается на два возможных варианта. В первом из вариантов имеет место структурная неисправность технической части системы (техническая неисправность), т. е. наступление так называемого отказа системы, под которым в существующей теории надежности принято понимать событие, заключающееся в полной или частичной утрате системой состояния работоспособности (выходом за допустимые пределы одного или нескольких ее основных рабочих параметров). Соответственно, подобный отказ системы можно представить как структурный отказ, обусловленный неработоспособностью технической части системы. Второй вариант неработоспособного состояния системы вызван к жизни не обеспечением выполнения технически исправной системой требуемых функций в течение заданного времени, т. е. своего рода функциональным отказом системы. В большинстве случаев такие функциональные отказы (сбои) обусловлены неработоспособностью (ошибками) человека, входящего в состав эрготехнической системы.

Иначе говоря, «человеческий фактор» является просто одной из возможных форм отказов системы, в которой техническая часть исправна, а человек, входящий в состав такой эрготехнической системы, проявляет в процессе работы свойства своей неквалифицированности, усталости, невнимательности, в результате которых вся система в целом нс обеспечивает выполнение требуемых функций в течение заданного времени. В технических системах большую роль играют действия человека-оператора. Примерно 20...30 % отказов прямо или косвенно связаны с ошибками человека, 10... 15 % всех отказов непосредственно связаны с ошибками человека. Ввиду этого анализ надежности технических систем должен обязательно включать «человеческий фактор». К группе «человеческого фактора» относятся:

  • 1) недостатки в профессиональной подготовке и слабые навыки действий в сложных ситуациях;
  • 2) отклонения от нормативных требований в организации и технологии производства;
  • 3) технологическая недисциплинированность исполнителей;
  • 4) слабый контроль или неисполнительность в проведении регламентных испытаний оборудования и проверки контрольно-измерительной аппаратуры;
  • 5) наличие факторов дискомфорта в работе, вызывающих процессы торможения, утомления, перенапряжения организма человека и г. гг;
  • 6) неиспользование необходимых средств индивидуальной защиты и безопасности.

Вероятность отказа отдельного этапа эксплуатации /’Х/,) обусловлена отказом технической части системы или отказом человека, работающего с ней, т. е. для безотказного выполнения этапа должны быть совместно безотказны как техника, так и человек (рис. 6.13):

р,М=ъ0,)ра0Л

где Р,(1д - вероятность безотказной работы технической части системы на /-ом этапе ее эксплуатации в течение заданного времени /,; Рц^а) - вероятность безотказной работы человека на /-ом этапе эксплуатации системы в течение времени /д; 2 - время работы человека в составе системы совместно с ее технической частью, причем ti2 входит в

Схема надежности эксплуатации технической системы

Рис. 6.13. Схема надежности эксплуатации технической системы

В случае возможности восстановления работоспособности технической части системы после отказа путем проведения ремонта вероятность безотказного состояния восстанавливаемой технической части системы Р ,](/,) можно определить по следующей формуле: где Рв(/рем) - вероятность успешного восстановления работоспособного состояния технической части системы в течение времени ремонта /рем.

Последнюю математическую запись несложно трансформировать в следующую формулу:

1 - [1 - р„ (ОТ1 -р. (и)' •

Эго математическое выражение в теории надежности обозначает вероятность безотказной работы параллельного соединения схемы так называемого «горячего» резервирования, представленной на рис. 6.14, где Р,2 означает вероятность безотказной работы человека-оператора.

Схема надежности /-го этапа эксплуатации восстанавливаемой

Рис. 6.14. Схема надежности /-го этапа эксплуатации восстанавливаемой

технической системы

Подобное построение восстанавливаемой технической части системы предполагает, что поиск и восстановление отказа происходят следом за его возникновением в системе, что отвечает интересам обеспечения высокой эффективности всего человеко-машинного комплекса. В свою очередь, влияние человека на общую надежность систем проявляется в виде комплексной вероятностной характеристики, которая включает в себя следующие показатели:

Рц (а2 ) = (/2)^/6.0111 (/2 )»

где Ркв(1а) ~ вероятность своевременного выполнения заданного объема работ в течение времени /,2 на /'-ом этапе эксплуатации системы; Р,6.0111(^/2) - вероятность безошибочного выполнения человеком требуемых работ В течение времени 1/2 на /'-ом этапе эксплуатации системы.

При этом под своевременным выполнением заданного объема работ понимается не превышение человеком отведенного на эти работы лимита времени. В случае, если работы выполняются за больший период времени, считается, что человеком допущен функциональный отказ. При явной невозможности осуществления заданного объема работ в отведенное время Р,сл(1ц) = 0 и, следовательно, Ря(1а) = 0. Вероятностный показатель Лблш^/г) рассматривает безошибочное выполнение человеком некоторого заданного объема работ. При этом под ошибкой (сбоем) человека понимается некоторая исправляемая по!реш-ность выполнения заданных функций. На практике существует достаточно большое число технологических операций, действий или работ, реализация которых связана с возможностью возникновения и последующего исправления ошибки (сбоя) из-за неточности, рассеянности или утомления человека. Особенно это касается многочисленных повторяющихся, однотипных операций, к числу которых относятся печатание текстов на клавиатуре компьютера или пишущей машинки, монотонный конвейерный труд, инструментальный контроль параметров, снятие показаний приборов. Важной особенностью перечисленных видов трудовой деятельности является возможность исправления допущенных ошибок (сбоев) как самим исполнителем, так и в результате последующего контроля. Одним из следствий подобного вынужденного повторения одних и тех же ошибочно проведенных операций является увеличение общего времени выполнения человеком заданного объема работ.

Для количественной оценки значения вероятности безошибочного выполнения человеком заданного числа V,- однотипных операций с возможностью среднего статистического количества т их повторения можно воспользоваться следующей формулой:

где P(t*) — вероятность выполнения одной из повторяющихся однотипных операций в течение времени t .

Время, в течение которого человек может выполнять заданный объем работ с учетом возможности исправления допущенных им ошибок, должно прогнозироваться при обязательном соблюдении следующего условия:

t Vjn

По своей сути возможность исправления ошибочных действий человека в процессе работы имеет характер функционального резервирования. Надежность работы человека определяется как вероятность успешного выполнения им работы или поставленной задачи в течение заданного промежутка времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы. Надежность характеризует безошибочность (правильность) решения стоящих перед СЧМ задач. Оценивается вероятностью правильного решения задач .Рпр, которая, по статистическим данным, определяется соотношением

У

где Шор и N - соответственно число ошибочно решенных и общее число решаемых задач.

Точность работы оператора - степень отклонения некоторого параметра, измеряемого, устанавливаемого или регулируемого оператором, от своего истинного, заданного, или номинального значения. Количественно точность ра-

боты оператора оценивается величиной погрешности у, с которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

у=*„-4п.

где /н - истинное или номинальное значения параметра; /Ш1 - фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

Не всякая погрешность является ошибкой, до тех пор, пока величина погрешности не выходит за допустимые пределы. В работе оператора следует различать случайную и систематическую погрешности. Случайная погрешность оператора оценивается величиной среднеквадратической погрешности, систематическая погрешность - величиной математического ожидания отдельных погрешностей.

Своевременность решения задачи СЧМ оценивается вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена за время, не превышающее допустимое:

Г™

Рс.={т;<г„)= | ч>(Т)йТ,

о

где ф(7) - функция плотности времени решения задачи системой «человек-машина».

Эта вероятность по статистическим данным

где тис - число несвоевременно решенных СЧМ задач.

В качестве общего показателя надежности используется вероятность правильного (Рпр) и своевременного (Рсв) решения задачи:

Р =Р Р

СЧМ пр СВ

Безопасность труда человека в СЧМ оценивается вероятностью безопасной работы:

п

Р = 1 -

бт

У р .р

/ * воз./ от./’

1-І

где Рв03( - вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации /-го типа; Рот., — вероятность неправильных действий оператора в /-й ситуации; п - число возможных травмоопасных ситуаций.

Степень автоматизации СЧМ характеризует относительное количество информации, перерабатываемой автоматическими устройствами:

где Ноп - количество информации, перерабатываемой оператором; Нсчи - общее количество информации, циркулирующей в системе «человек-машина».

Экономический показатель 1?счм характеризует полные затраты па систему «человек-машина». В общем случае эти затраты складываются из затрат на создание (изготовление) системы С„, затрат на подготовку операторов Соп и эксплуатационных расходов Сэ:

с„=Ен(С„+Ст) + С„

где Еи - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных затрат (Си + Соп).

Эргономические показатели учитывают совокупность специфических свойств СЧМ и представляют иерархическую структуру, включающую в себя ценностную эргономическую характеристику (эргономичность СЧМ), комплексные (управляемость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость СЧМ), групповые (социально-психологические, психологические, физиологические, антропометрические, гигиенические) и единичные показатели.

В общем виде схема воздействий на человека, управляющего потенциально опасной техникой в системе «человек - машина» (СЧМ), представлена на рис. 6.15.

Факторы, воздействующие на человека-онератора

Рис. 6.15. Факторы, воздействующие на человека-онератора

Надежность оператора - свойство качественно выполнять трудовую деятельность в течение, определенного времени при заданных условиях. Ошибками оператора являются: невыполнение требуемого или выполнение лишнего (несанкционированного) действия, нарушение последовательности выполнения дей- ствий, неправильное или несвоевременное выполнение требуемого действия. В зависимости от последствий ошибки могут быть аварийными и неаварийными.

Надежность оператора характеризуется показателями безошибочности, готовности, восстанавливаемости и своевременности.

Показателем безошибочности является вероятность безошибочной работы. Для типовых, часто повторяющихся операций в качестве показателя безошибочности может использоваться интенсивность ошибок:

N..

ЛГ • Ті

где Р} - вероятность безошибочного выполнения операций у-го типа; - интенсивность ошибоку-го вида; /V,, /?7 - общее число выполненных операцийу-го вида и допущенное при этом число ошибок; 7} - среднее время выполнения операций у-го вида.

Для участка устойчивой работоспособности оператора можно найти вероятность безошибочного выполнения операций:

й,

с

II

г*

С

= ехр

1

кь

1

_1

= ехр

/

7=1

7=1

V. У=1 )

где к/ - число выполненных операций у-го вида; г - число различных типов операций (/= 1, 2,..., г).

Коэффициент готовности оператора представляет собой вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени:

где Г0 - время, в течение которого оператор по тем или иным причинам не находится на рабочем месте; Г - общее время работы оператора.

Показатель восстанавливаемости - возможность самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных ошибок, т. е. представляет вероятность исправления оператором допущенной ошибки:

р -Р -Р. Р

ИСП К 00 И9

где Рк - вероятность выдачи сигнала системой контроля; Роб - вероятность обнаружения оператором сигнала контроля; РИ - вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении операций.

Основным показателем своевременности является вероятность выполнения задачи в течение времени т -< ?л:

Рсв=р{т^л}=|/М^>

о

где /(т) - функция распределения времени решения задачи оператором.

Надежность деятельности оператора не остается величиной постоянной, а меняется с течением времени. Это обусловлено как изменением условий деятельности, так и колебаниями состояния оператора. Среднее значение вероятности безошибочной работы оператора:

т

/=1

где Pi - вероятность наступления /-го состояния СЧМ; Р0п / - условная вероятность безошибочной работы оператора в /-м состоянии; т - число рассматриваемых состояний СЧМ.

Для систем непрерывного типа показателем надежности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания производственного процесса в течение времени V.

(0=р,«) ?+ [I - к„ [р„ ? Р„+0 - р„, )],

где РД/) - вероятность безотказной работы технических средств; Коп - коэффициент готовности оператора; Рсв - вероятность своевременного выполнения оператором требуемых действий; Рнсп - вероятность исправления ошибочных действий. Для СЧМ дискретного типа:

где Кг - коэффициент готовности техники; Рвос - вероятность восстановления отказавшей техники.

Вероятность Рч.м.| используется в случаях:

  • 1) технические средства работают исправно;
  • 2) произошел отказ технических средств, но при этом:
    • а) оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной обстановки;
    • б) оператор допустил ошибочные действия, но своевременно их исправил. Показатель надежности Рч.м.2 используется, если:
  • 1) в требуемый момент времени техника находится в исправном сосгоя-нии, не отказала в течение времени выполнения задачи, действия оператора были безошибочными и своевременными;
  • 2) не готовая или отказавшая техника была своевременно восстановлена, операторы при решении задачи не допускали ошибок;
  • 3) при безотказной работе техники оператор допустил ошибку, но своевременно исправил ее.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >