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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)動力及其裝置、通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流檢測、控制系統(tǒng)組成。在生產(chǎn)時(shí)期其任務(wù)是利用各種動力，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“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，是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程。煤礦安全事故占我國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?？煽啃缘母叩椭苯雨P(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)這個大環(huán)境中，是礦井生產(chǎn)這個大系統(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，反過來又會對系統(tǒng)造成破壞或者是對設(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)對由人、機(jī)與環(huán)境構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行分析。在這個系統(tǒng)中，人是核心，人、機(jī)與環(huán)境各子系統(tǒng)并重。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。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)。3發(fā)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，無差錯地完成規(guī)定任務(wù)的能力。而可靠性的一個重要的定量指標(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/Ｎ０１００％ 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)測試的方式，確定包含有人在內(nèi)的礦井通風(fēng)整個系統(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： Ｒｓ＝Ｆ（Ｒｈ，Ｒｍ，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，為了便于對系統(tǒng)進(jìn)行定量評價(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)的可靠度可以簡化為： Ｒｓ＝Ｆ（Ｒｈ（ｅ），Ｒｍ（ｅ）） 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）＝０．７８０．８５＝０．６６３。 為了提高系統(tǒng)的可靠度，若單純只對機(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 對由人、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。 第 5 頁 共 5 頁