提高人
——機系統(tǒng)可靠性的措施探討

■ 董安華 劉獻紅

提高人
——機系統(tǒng)可靠性的措施探討

■ 董安華 劉獻紅

本文針對裝備研制及使用中有關(guān)人——機系統(tǒng)可靠性的要求，以及裝備系統(tǒng)的設(shè)計需要，介紹了人體能力的有關(guān)數(shù)據(jù)和特點，供產(chǎn)品研制、使用人員參考應(yīng)用。

引言

人——機系統(tǒng)可靠性是影響裝備使用效能的重要因素，因為裝備是由人來操作使用的。盡管裝備系統(tǒng)設(shè)計的可靠性很高，但未考慮人的能力有關(guān)數(shù)據(jù)，使設(shè)計出的裝備難以操作，也無法完成規(guī)定的功能。為此，在裝備系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)充分考慮人的能力有關(guān)數(shù)據(jù)，使其設(shè)計出來的裝備系統(tǒng)便于操作、使用。達到人——機系統(tǒng)的最佳配合。

人的能力數(shù)據(jù)是研究人的可靠性的基礎(chǔ)，然而，目前有許多數(shù)據(jù)還未有準確的統(tǒng)計量值，影響了人的可靠性工作的開展。本文就國內(nèi)報道的有關(guān)人的感覺能力、人的反應(yīng)時間、人對工作環(huán)境的要求以及人體測量數(shù)據(jù)對裝備設(shè)計的影響等予以討論。

1.人的反應(yīng)時間

人類的反應(yīng)速度是有限度的，操作者在操縱裝備時，從發(fā)現(xiàn)信號到采取行動之間存在一個反應(yīng)時間問題。一般對于光、聲的反應(yīng)時間為0.4-0.18s。當(dāng)工作時，由于人的神經(jīng)傳遞一般存在著半秒左右的不應(yīng)期，所以需要感覺指導(dǎo)的間斷操作的間隙期一般應(yīng)大于0.5s。

2.人的感覺能力

2.1 人的視力范圍

據(jù)研究，人操縱裝備時，由操縱機構(gòu)和各種裝置反映出來的信號，大多是由眼睛傳到大腦的。所以在設(shè)計裝備時，對操縱機構(gòu)和各種裝置的布置，必須考慮到人的視力范圍。所謂視力范圍，是指以視平線為基準，上下左右所限定的空間；而視平線是指觀察正前方靜止物體的視線。視力范圍一般是用角度來量度的。

通常把水平面內(nèi)的視力范圍分成三個基本界線，即中心視力范圍、片刻視力范圍和有效視力范圍。中心視力范圍界線在30度以內(nèi)，在這個范圍內(nèi)觀察目標最清楚；片刻視力范圍的界線在30-180度之間，在這個范圍內(nèi)視覺比較短暫，如果頭部不轉(zhuǎn)動，只能在短時間內(nèi)觀察目標，如果觀察時間較長會造成視覺疲勞；有效視力范圍的界線在180-300度之間，在這個范圍內(nèi)，注意力應(yīng)十分集中才能看清目標。

在視線突然轉(zhuǎn)移的過程中，大約有3%的時間能看清目標，其余時間的視覺都是不真實的。因此，在操作時不應(yīng)要求視線有突然轉(zhuǎn)移，否則會降低視覺的準確性。

2.2 人的聽覺能力

在現(xiàn)代化的裝備中，不少裝備的報警和通信是用聲音來傳達的，并且操作者經(jīng)常憑聲音來了解裝備的工作狀態(tài)。這就對人的聽覺提出了要求，設(shè)計裝備時必須按照這些要求來考慮聲音裝置和工作地點的布置。音頻和聲強不同，人所產(chǎn)生的聽覺程度也不同。

2.3 人的操縱力與操縱動作的速度和頻率

2.3.1 操縱力。為了達到操作的目的，操作者在操縱時所用的力，稱為操縱力。在設(shè)計裝備時，應(yīng)根據(jù)人的生理特征所能付出的操縱力，使操作者既發(fā)揮最大的主觀能動性而又不易感到疲勞，這就是研究操縱力的目的。

一般人在正常平穩(wěn)動作時，手臂所產(chǎn)生的最大操縱力可達800N，而在猛烈動作時，所產(chǎn)生的最大操縱力可達1000-1100N。正常情況下用手操縱時，操縱機構(gòu)所需要的操縱力不應(yīng)大于130-180N，否則將不能持久地進行工作。

2.3.2 操作動作的速度和頻率。裝備的某些操作，有時需要身體做較大范圍的動作，為提高工作效率，此時就要研究如何合理地使操縱者具有靈活動作的軌跡問題。動作靈活，包括動作的速度和頻率兩個方面，而動作速度又與操作時動作方向和動作軌跡特征有關(guān)。經(jīng)研究證明，在操作中，水平操作動作比垂直操作動作的速度快；手向著身體運動比離開身體運動時的動作靈活而準確；向前后往復(fù)動作，比向左右往復(fù)動作的速度快；對一般人來說，順時針操作比逆時針操作動作方便。

3.人對工作環(huán)境的要求

使用和維護裝備預(yù)定的環(huán)境必須在設(shè)計過程中予以考慮。人員的身體是不是舒適或是否適應(yīng)，直接關(guān)系到使用和持續(xù)使用裝備的能力。環(huán)境的考慮可以分為三類：設(shè)計能控制的因素（內(nèi)部照明和濕度），設(shè)計不能控制的因素（雨、雪、風(fēng)沙等），及設(shè)計本身的因素（噪音、振動等）。人素工程能對設(shè)計進行分析以確定不足之處，并提出某些能控制的措施或設(shè)計本身問題的解決辦法，對于不能直接由設(shè)計控制的問題，應(yīng)使其危害減到最小。下面給出人對工作環(huán)境的一些要求：

3.1 溫度、濕度和通風(fēng)

人們工作的最佳溫度范圍是18-20℃。 如果溫度超過32℃，或者低于10℃，就會降低人的工作效率。濕度在30%-70%最為合適。溫度和濕度較高或較低都給人以明顯的不舒適感。

一個成年人每小時需要28m3的新鮮空氣，處于一個封閉的工作場所中，就需要有良好的通風(fēng)裝備。

3.2 照明

要做好工作，應(yīng)有良好的照明條件。但是，對設(shè)計者來說則應(yīng)根據(jù)實際需要，盡量做到在裝備處于不良的照明條件下也仍然能進行必要的操作。例如用手電筒等簡單照明也能進行工作。

3.3 工作場所的噪音常常會影響維修人員的工作效率

在噪音的長時間影響下，將會使人喪失聽力，還會影響人的心理狀態(tài)。人處于噪音中容易疲勞，精力無法集中，心情煩燥，因此要盡量降低修理場所的噪音。選擇修理工具時也要注意噪音的等級和影響。

噪音的音響強度常用分貝（dB）表示。一般大于80dB就有可能降低工作效率，大于90dB就會對人造成危害。

3.4 振動

振動對人體也是有害的，當(dāng)振動源產(chǎn)生的振動使人體諧振大于25Hz時，人就會感到難受。當(dāng)人員在一個正振動著的裝備上工作時，就可能造成差錯，并降低工作效率。設(shè)計人員在設(shè)計時就必須考慮到人員受振動的影響，采取措施來消除有害振動的影響。

噪聲與振動的防護，可以采取更換裝置，改善裝置結(jié)構(gòu)與安裝位置，隔聲、吸聲、消聲、隔振、減振等技術(shù)與措施來實現(xiàn)。

4.人體測量數(shù)據(jù)對裝備設(shè)計的影響

人體測量的數(shù)據(jù)及其研究成果，已被廣泛地運用到裝備、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全技術(shù)中。使操作者的工作位置、工作姿態(tài)、體力消耗等都能符合人的生理、心理特征，從而降低操作者的能量消耗，減少疲勞和提高勞動效率。

人體測量中的人體各部的尺寸數(shù)據(jù)，一般是用統(tǒng)計的方法獲得的。因為這種方法得到的數(shù)據(jù)資料，可以適合絕大部分人的要求。在人素工程中，正確地運用人體測量的數(shù)據(jù)和資料，可以確定合理的工作位置、范圍和姿態(tài)，還可以確定舒適的工作空間和設(shè)計合理的操縱機構(gòu)。

工作空間的尺寸必須適于人員使用和維修裝備。人素工程利用人體測量數(shù)據(jù)評價所提出的裝備設(shè)計，以保證工作空間的規(guī)定不會對人員產(chǎn)生無法接受的限制或危害。要分析的特殊方面包括：站立或坐著使用需要的空間；標準的或特殊的儀表板設(shè)計；乘員艙室；樓梯、梯子和舷梯；通過門和艙口的進出口及表面顏色等。優(yōu)化工作空間的關(guān)鍵是在人周圍設(shè)計空間，而不是先設(shè)計好空間，再把人放進去。通過圍繞人來設(shè)計，通常能避免由于工作空間不足而導(dǎo)致不經(jīng)濟的重新設(shè)計。

5.結(jié)束語

以上介紹了人的能力數(shù)據(jù)及特點，在裝備研制過程中，設(shè)計人員應(yīng)熟悉上述數(shù)據(jù)，使其設(shè)計出的裝備系統(tǒng)便于操作，且給操作者一個好的工作環(huán)境，提高裝備的使用可靠性。

（作者單位：駐空空導(dǎo)彈研究院軍代室）