1.4　过程装备安全人机工程

1.4.1　安全人机工程学概念

安全人机工程学是以人机工程学中的安全为着眼点，把人、机和人机结合面三个安全因素作为对象进行研究的。它以保证工作（包括各种活动）效率为必要条件，以追求实现人的安全（含健康）为目标，研究实现这一要求所需要的人机学理论、方法、手段和采取安全设备工程或其他工程措施的依据。

任何生产过程都离不开人、物、环境三个方面的因素，人包括从事生产活动的操作人员和各级管理人员；物包括生产中所用的物质（含原材料、辅助材料、催化剂、半成品、产品以及作为动力的能源）和机器设备（如机械设备、电气设备、控制系统和仪器仪表等）；环境则是指每个生产过程所处的作业环境和社会环境。三个方面因素构成了“人-物-环境”生产系统，每个因素就是生产系统的一个子系统。各个子系统都存在着一定的潜在危险因素，并在一定条件下会转变为事故，影响系统功能的正常发挥。大量事故的调查结果表明，事故基本上是由这三方面因素造成的。

在“人-物-环境”系统中，三个子系统相互联系、相互制约、相互影响，构成一个有机整体。例如，由于人对设备的设计、制造有缺陷或维修保养不良，使物（机器设备）存在着不安全状态；物的不安全状态又会在客观上造成人有不安全行为的环境条件；社会环境和作业环境影响着人的心理、生理特征，某些环境因素也会使物的性能发生变化，例如机器寿命和精度下降。因此，安全人机工程要从系统的观念出发，研究人、物、环境三个方面潜在的危险因素以及出现的条件和形成事故的规律，探讨控制危险、预防事故的有效对策和手段，提高系统的安全可靠性。

安全人机工程学研究的内容大体包括以下几点。

ⅰ.研究人机之间分工及其相互适应问题。分工要根据两者各自特征，发挥各自的优势，达到高效、安全、舒适和健康的目的。

ⅱ.研究信息传递过程。人与机器在操作过程中要不断传递信息，因此，机器上各种显示器、控制器要设计得适合于人使用。

ⅲ.研究作业环境，创造安全的条件。生产场所有各种各样的环境条件，例如高温、高湿、振动、噪声、空气中的有害物质和工作地的状况等。这些因素都会影响人的健康。安全人机工程学研究的目标，是要将这些因素控制在规定的标准范围之内，使环境条件符合人的生理和心理要求，从而使操作者感到舒适和安全。

ⅳ.研究安全装置。许多设备都有“危区”，若无安全装置、屏障、隔板、外壳将危区与人体隔开，便可能对人产生伤害。因此，设计可靠的安全装置，是安全人机工程学的任务。

ⅴ.选择合适的操作者。人的个体差异，使操作者对工作的适应程度不同。在人事安排上，要研究人机关系的协调性，人适其职，才有利于安全生产。

ⅵ.研究生产过程中，操作者疲劳的特点以及减轻疲劳和紧张度的措施。

ⅶ.研究人机系统的可靠性，保证人机系统的安全。研究事故的预防和危险情况的控制。

安全人机工程学的主要任务是：研究工业灾害发生的原理及规律，分析、评价生产中可能发生的事故，采用工程技术方法和科学管理手段控制生产中的危险有害因素，防止伤亡事故、职业病、职业中毒以及其他各种事故发生，创建安全、卫生、舒适的劳动条件。

由于生产过程存在着各种各样不安全不卫生因素，这些因素引发事故的规律及预防事故的方法不完全相同，因此人机安全工程学研究的内容范围很广，这些内容归纳起来可分为以下三个方面。

（1）安全技术

安全技术针对生产劳动过程中存在着的危险因素，研究采取怎样的技术措施将其消灭在事故发生之前，预防和控制工伤事故和其他各类事故的发生。它包括工艺、设备、控制等各个方面，例如变不安全的工艺流程和操作方法为安全的流程和方法，在设备上安装防护装置、保险装置，设置安全联锁、紧急停车等控制手段。

（2）劳动卫生技术

劳动卫生技术是针对生产劳动过程中存在的长期作用于人体会引起机体器官发生病变，并导致职业中毒和职业病的有害因素，研究如何防治职业危害的技术措施。这方面的内容也称职业卫生。它包括防尘防毒、噪声治理、振动消除、通风采暖、采光照明，以及针对其他物理化学有害因素的防护、现场急救等。

（3）安全卫生管理

安全卫生管理是指对安全生产所进行的计划、组织、指挥、协调和控制的一系列活动。它是从立法上和组织上采取措施，保护职工在劳动过程中的安全和健康。研究的内容主要有：制订安全生产的方针政策、法令法规（包括各种规程、规范、条例）和标准，使安全生产做到有法必依，有章可循，用法制的手段实施安全。

研究安全人机工程学的主要目的是：保护人的生命安全以及在生产活动中的身心健康，使职工在劳动中保持持久的劳动能力，提高劳动效率；保护设备财产不受损坏，使生产能安全、稳定、顺利地进行，以提高经济效益。

1.4.2　影响过程装备安全的人机因素

1.4.2.1　物的不安全状态

从保证过程装备本质安全出发，对在设计环节需考虑的正常寿命周期内的预期工况、各预期工况下的载荷对其进行正确地评价是保证过程装备在全寿命周期内本质安全的基础。

（1）预期工况分析

在正常生命期内可能的工况主要有：耐压试验、运输、安装、运行、正常停工、非正常（紧急）停工、误操作、定期检验等。

（2）载荷分析

承压设备在设计时须考虑的载荷主要有：重力载荷（设备自重、设备运输质量、设备吊装质量、设备操作质量、耐压试验质量）、压力载荷、温度载荷、风载荷、地震作用（载荷）、雪载荷和其他载荷（液柱压力、偏心载荷）等。

（3）工况和载荷组合及评价

结合（2）所提及的工况及其所对应的载荷，对各种工况载荷的危险组合进行安全评价。

此外还有：安全设施、防电、防雷和防爆设施的管理，安全设施不能随意拆除，对废弃或长期停用设备内的危险化学品要及时进行彻底清洗，做好隔离与标识或转移到安全场所等。

1.4.2.2　人的不安全行为

人的不安全行为是指在生产装置或系统运行时，人为因素导致的失误。这里的人为因素是指与人本身有关的特征，包括生理、心理、精神、学识和技能等。

随着科学技术的迅速发展，工程系统已经变得高度精密和复杂，不仅带来了巨大的经济效益和社会效益，而且正改变着人们的工作方式。在近代大型化工、石化、动力、冶金等行业，仪表、自动化控制已成为主要的作业方式。人们的工作由传统的直接操作转化为通过计算机、自动化系统进行远程监控。硬件、软件作业的可靠性不断提高，装置运行环境也得到很大的改善。总的情况是安全生产的形势逐渐好转，事故发生频率呈明显下降趋势。

但是，纵观近年国内外发生的一些造成了严重的后果的重大事故，究其主要原因，有的是设备维修人员误操作和对自动化仪表检验、维修不利，有的是主管工程技术人员对系统真实情况判断失误，还有的是设计不完善以及违规操作、管理混乱等。先进的设施和复杂系统，归根到底还是依据人们的意志进行设计、制造和操作的，人是系统运行的决策者。尽管系统运行中自动化局部代替了人的行为，但人的功能具有不可替代性。系统自动化水平的提高，仅仅带来了人们失误性质的改变，由直接操作失误转变为对自动化系统检测、维护、管理等的间接失误；由人们疏忽、马虎等类型的失误，转变为知识技术型的失误，而疏忽类型的失误由自动化系统或连锁保护装置加以纠正。近年由于技术进步，系统或装置的安全状况虽然不断改善，但人因事故在总体事故中所占比例反而呈上升趋势，人为因素引起的事故已成为主要的事故源之一。

人因失误产生的原因主要包括如下几个方面。

（1）人承受的压力或负荷是影响人因失误的重要因素

很明显，一个承受巨大压力的人，在工作中将会导致行为功效的降低和较高的失误率。图1-3表示人承受压力和人可靠度的关系。压力或负荷对人的工作并不完全是消极因素。实际上，中等压力有利于提高人的效率，达到人可靠度最高水平（失误率最低）；反之，如果人们在低压力下工作，任务简单、单调，其效率也不会很高。倘若压力过大，超过中等压力以上，人的效率将会显著下降，人可靠度也会相应地降低。适度的压力或负荷，可以激发人们保持足够的警觉，促使兢兢业业地工作，达到较低失误的境界。

人们承受的压力，一般由个人的心理、生理承受能力或职业刺激引起。前者如健康状况不佳、从事自己不屑于去做的工作、不具备完成现在任务的知识和技能等。后者所谓的职业刺激，包括在超负荷情况下，任务要求超过个人的能力；职业性质不适合，怀才不遇，没有施展自己才华的机会；工作重复不感兴趣；职业环境不佳，机构不健全，分工不明确，人际关系复杂；工作环境恶劣，噪声、采光不符合要求，粉尘、烟雾、空气污染等。

另外，影响人因失误并与人承受能力相关的因素还有人对外部现象的应对能力。在生产过程中，操作人员承受的压力或负荷过高或过低，都会偏离操作者的最佳状态；工作任务或工作环境的要求与操作人员的能力不相适应，会使操作人员的专长无从发挥，也会偏离操作者的最佳状态；装置运行中出现异常现象，操作人员意图纠正而未能取得预期效果等，这些都会使操作者无法应对。

为操作人员提供合适的感觉环境，适当的工作岗位设计和良好的工作条件，使人体所受到的负荷减少到适当的程度，最大限度地提高工作效率，保证人在生产过程中的安全，改善组织管理和决策方式，激发人员主人翁的责任感，注意消除使人员产生逆反心理的消极因素等，从某种意义上讲，这些都是提高人可靠性或减少人因失误的策略。

（2）人的行为与心理状态是影响人因失误的又一重要因素

生产环境中的作业条件，形成对人感知的刺激，根据人的个性，刺激形成人的动作、语言、表情、思考等的行为反应，然后做出决策（行为完成），决策可能是正确的，也可能是错误的。

人的行为与人的心理状态息息相关。从事生产作业的人员在复杂的人、机、环境系统中，心理活动的反应对安全生产至关重要，心理不健康是导致人因失误的主要原因之一。

人因失误原因十分复杂，按照人们心理状态的差异可以概括为以下四个方面。

信息输入失误　信息输入过程即人的感知过程。信息刺激人脑，由于环境因素、心理因素和生理因素的干扰，造成作业者对外来信息识别的失误。

信息处理失误　信息处理是人将感知得到的信息，根据自身条件，如学识和经验进行推理、判断与决策等逻辑思维的过程。如果学识浅薄，经验不足，心里素质差，都会引起信息处理的失误。

信息输出失误　作业者素质差，对信息做出错误的处理，就会产生信息输出的失误。

心理紧张的失误　作业者的学识、经验、技术能力和管理水平均较正常的情况下，心理紧张造成人脑觉醒水平下降，从而引起行为完成的差错是人为失误的内在原因。

综上所述，人的不安全行为产生的原因非常复杂，表现形式各异，人因失误的预防也非常困难。在实际工作中，一般从技术和管理两个方面采取措施作出人因失误预防的决策。主要技术措施包括：计算机控制、仪表自动化操作与监控、设立冗余系统、采用连锁装置纠正人的误操作、建立预警系统以及提高人的警觉、减少失误等。核心措施是用硬件和软件去代替人的感官和体力，减缓人员直接操作的压力和生理、心理上的障碍。主要管理措施包括：提高人员安全技术素质，建立健全安全法规，开展不同形式的安全监察，杜绝违章指挥，加强装置维护管理并消除隐患，强化操作者自我预防失误的能力，严格控制人员的异常行为，对危险性较大的作业设置安全监护等。