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基于人機(jī)工程學(xué)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析
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基于人機(jī)工程學(xué)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析摘 要:礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要輔助系統(tǒng),其可靠性高低對(duì)礦井生產(chǎn)和安全管理有著直接的影響。將人機(jī)工程學(xué)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性的研究,就是用人機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)來研究礦井通風(fēng)中人、機(jī)、環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)各自的特點(diǎn)及相關(guān)性,并給出了礦井通風(fēng)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)可靠性的定義和數(shù)學(xué)模型。
關(guān)鍵詞:人機(jī)工程學(xué);通風(fēng)系統(tǒng);可靠性
礦井通風(fēng)系統(tǒng)由通風(fēng)動(dòng)力及其裝置、通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流檢測(cè)、控制系統(tǒng)組成。在生產(chǎn)時(shí)期其任務(wù)是利用各種動(dòng)力,以最經(jīng)濟(jì)的方式,向井下各用風(fēng)地點(diǎn)提供足夠的新鮮空氣,保證工作人員的呼吸,稀釋并排除瓦斯等各種有害物質(zhì),降低熱害,給井下工人創(chuàng)造良好的工作環(huán)境;發(fā)生事故時(shí),有效地控制風(fēng)流方向和大小,與其他措施相結(jié)合,防止災(zāi)害的擴(kuò)大,進(jìn)而達(dá)到消滅事故的目的。人們將其實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的能力程度稱為礦井通風(fēng)的可靠性。
以前的研究為了簡(jiǎn)化工程求解的難度,系統(tǒng)的可靠性研究只考慮硬件部分的可靠性,而人和環(huán)境被認(rèn)為完全可靠,即可靠度為1。對(duì)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)可靠性研究,可以彌補(bǔ)在工程領(lǐng)域可靠性研究只分析硬件可靠性而設(shè)定人員為完全可靠的不足,使可靠性的研究更加完善。事實(shí)上,系統(tǒng)的故障既可能是由硬件引起的,也可能是由操作人員的操作失誤或者是由于環(huán)境條件所引起。因此,在分析系統(tǒng)的可靠性時(shí),應(yīng)該對(duì)人―機(jī)―環(huán)境三要素進(jìn)行綜合考慮。
可靠性工程是從20世紀(jì)40年代開始迅速發(fā)展起來的一門新興綜合學(xué)科,涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、電子、機(jī)械、經(jīng)濟(jì)管理以及人機(jī)工程等各個(gè)領(lǐng)域,致力于研究提高各種產(chǎn)品的可靠性、維修性和安全性,是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程。煤礦安全事故占我國(guó)安全事故的比重很大,可靠性是衡量礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo),研究礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性成為現(xiàn)實(shí)的需要。可靠性的高低直接關(guān)系到礦井能否安全生產(chǎn)及防止事故的發(fā)生。
人機(jī)工程學(xué)是以人的生理、心理特征為依據(jù),運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn),分析研究人與機(jī)械、人與環(huán)境及機(jī)械與環(huán)境之間相互作用,為設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便省力、安全舒適、人―機(jī)―環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的學(xué)科。
1系統(tǒng)組成的相互關(guān)系
根據(jù)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)工程理論,任何一個(gè)有人參與的工作系統(tǒng),都稱為人―機(jī)―環(huán)境系統(tǒng)。在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中,“人”是指參與礦井通風(fēng)系統(tǒng)的管理者、決策者和維護(hù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的人員,以及由他們所引起的行為結(jié)果,如組織管理和各種規(guī)章制度等;“機(jī)”為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的各種硬件設(shè)施,包括礦井通風(fēng)動(dòng)力、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、礦井通風(fēng)設(shè)施、局部通風(fēng)系統(tǒng)、礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等;“環(huán)境”是指礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在于礦井生產(chǎn)系統(tǒng)這個(gè)大環(huán)境中,是礦井生產(chǎn)這個(gè)大系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。
礦井通風(fēng)系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)共同孕育發(fā)展,也是“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)相互作用而構(gòu)造的整體結(jié)果。礦井生產(chǎn)可能引起如下“環(huán)境”變化:采動(dòng)影響導(dǎo)致頂板塌落,通風(fēng)巷道變化;瓦斯氣體涌入工作空間;粉塵濃度加大;地?zé)帷C(jī)電設(shè)備與地下水等熱源和濕源增加了井下空氣的溫度與濕度。這就是礦井生產(chǎn)作用于環(huán)境,導(dǎo)致環(huán)境的變化過程。工作環(huán)境隨著開采過程的動(dòng)態(tài)變化,人機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境不斷變化,這種變化的環(huán)境又反作用于人與機(jī),引起人―機(jī)―環(huán)境之間的信息傳遞不可靠,需要及時(shí)的調(diào)整以適應(yīng)環(huán)境變化。有時(shí)會(huì)引起人―機(jī)―環(huán)境之間的聯(lián)系中斷,造成事故的發(fā)生。
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是以人、機(jī)與環(huán)境組成的有機(jī)系統(tǒng),而人是這個(gè)系統(tǒng)的核心,因?yàn)槿耸菣C(jī)的控制者,同時(shí)人又是機(jī)的不安全條件和其自身不安全行為導(dǎo)致的事故受害者;由于人、機(jī)與環(huán)境的缺陷,而造成的事故切斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的途徑,反過來又會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成破壞或者是對(duì)設(shè)備、人、環(huán)境條件的破壞。
2系統(tǒng)可靠性的分析方法
人是安全系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng),要研究人的因素,就必然涉及所操作的機(jī)及其所處的環(huán)境,應(yīng)對(duì)由人、機(jī)與環(huán)境構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行分析。在這個(gè)系統(tǒng)中,人是核心,人、機(jī)與環(huán)境各子系統(tǒng)并重?!叭栓D機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)的分析方法的可以用圖2表示。
圖2中大圓表示安全管理,3個(gè)相交叉的小圓分別表示人、物、環(huán)境,即構(gòu)成事故的三要素。當(dāng)三要素相矛盾,即重疊陰影部分為事故必然發(fā)生區(qū)域。一般先由物、環(huán)境的缺陷形成隱患,人的不安全行為觸及后即發(fā)生事故。圖2還表明以下3點(diǎn):第一,管理可以改善人、物、環(huán)境條件和狀態(tài);第二,事故對(duì)生產(chǎn)任務(wù)起否決作用;第三,安全管理重點(diǎn)是三角形ABC危險(xiǎn)E域。這種分析方法全面反映了系統(tǒng)可靠性的現(xiàn)象和本質(zhì)。
以人為本的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性分析就是建立在該模型的基礎(chǔ)上,分析引發(fā)礦井事故的各因素及其相互關(guān)系,從而定義礦井通風(fēng)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)的可靠性,為礦井可靠性評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。
3系統(tǒng)可靠性的定義
按照“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)工程理論,可以將礦井通風(fēng)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)可靠性定義為:由人、機(jī)、環(huán)境組成的工作系統(tǒng),在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,無差錯(cuò)地完成規(guī)定任務(wù)的能力。而可靠性的一個(gè)重要的定量指標(biāo)為可靠度。因此,“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)的可靠度可定義為:由人、機(jī)、環(huán)境組成的工作系統(tǒng),在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,無差錯(cuò)地完成規(guī)定任務(wù)的概率。
上述定義表述為數(shù)學(xué)公式為:
Rs=N/N0×100%
式中,Rs為系統(tǒng)的可靠度;N0為系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的總次數(shù);N為系統(tǒng)無差錯(cuò)完成任務(wù)的次數(shù)。
“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)可靠性的研究任務(wù),就是試圖利用理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)試的方式,確定包含有人在內(nèi)的礦井通風(fēng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。礦井通風(fēng)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)的可靠度是受人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)因素的影響,也即系統(tǒng)的可靠度是人、機(jī)、環(huán)境三大因素的函數(shù),其通用表達(dá)式為:
?。遥螅剑疲ǎ遥瑁遥?,Re)
式中,Rs為通風(fēng)系統(tǒng)的可靠度;Rh為人的可靠度;Rm為機(jī)的可靠度;Re為環(huán)境的可靠度。
由于人的可靠度和機(jī)的可靠度都直接受到環(huán)境因素的影響,為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量評(píng)價(jià),這里假定人的可靠度和機(jī)的可靠度都是環(huán)境的隱函數(shù)。這時(shí)礦井系統(tǒng)的可靠度可以簡(jiǎn)化為:
?。遥螅剑疲ǎ遥瑁ǎ澹遥恚ǎ澹?/P>
式中,Rs為系統(tǒng)的可靠度;Rh(e)為受環(huán)境因素影響的人的可靠度;Rm(e)為受環(huán)境因素影響的機(jī)的可靠度。
由上式可以看出,礦井通風(fēng)“人―機(jī)―環(huán)境”系統(tǒng)的可靠度可以簡(jiǎn)化成由人的可靠度和機(jī)的可靠度兩部分組成。
假定某礦井通風(fēng)系統(tǒng),根據(jù)實(shí)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析其人的可靠度為Rh(e)=0.78,機(jī)的可靠度Rm(e)=0.85,則有:Rs=Rh(e)×Rm(e)=0.78×0.85=0.663。
為了提高系統(tǒng)的可靠度,若單純只對(duì)機(jī)器進(jìn)行改進(jìn),并將其可靠度提高到Rm=0.999,則系統(tǒng)的可靠度為0.779。由此可見,即使花費(fèi)很大的投資來單純提高機(jī)器的可靠度,而不去提高人的可靠度,那么系統(tǒng)的總體可靠性仍然得不到明顯改善。
4結(jié)語(yǔ)
對(duì)由人、機(jī)與環(huán)境組成的通風(fēng)系統(tǒng)可靠性,除了研究機(jī)的可靠性之外,還應(yīng)該對(duì)人和環(huán)境的可靠性進(jìn)行全面而深入的研究。只有這樣,才能對(duì)系統(tǒng)的可靠性獲得全面的了解,并運(yùn)用電子技術(shù)、專家系統(tǒng)等方法來全面提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。
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