摘　要：礦井通風系統是礦井生產系統的重要輔助系統，其可靠性高低對礦井生產和安全管理有著直接的影響。將人機工程學用于礦井通風系統的可靠性的研究，就是用人機系統的觀點來研究礦井通風中人、機、環境３個子系統各自的特點及相關性，并給出了礦井通風“人—機—環境”系統可靠性的定義和數學模型。

關鍵詞：人機工程學；通風系統；可靠性

　　礦井通風系統由通風動力及其裝置、通風井巷網絡、風流檢測、控制系統組成。在生產時期其任務是利用各種動力，以最經濟的方式，向井下各用風地點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，降低熱害，給井下工人創造良好的工作環境；發生事故時，有效地控制風流方向和大小，與其他措施相結合，防止災害的擴大，進而達到消滅事故的目的。人們將其實現上述任務的能力程度稱為礦井通風的可靠性。

　　以前的研究為了簡化工程求解的難度，系統的可靠性研究只考慮硬件部分的可靠性，而人和環境被認為完全可靠，即可靠度為１。對“人—機—環境”系統可靠性研究，可以彌補在工程領域可靠性研究只分析硬件可靠性而設定人員為完全可靠的不足，使可靠性的研究更加完善。事實上，系統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境條件所引起。因此，在分析系統的可靠性時，應該對人—機—環境三要素進行綜合考慮。

　　可靠性工程是從２０世紀４０年代開始迅速發展起來的一門新興綜合學科，涉及數學、物理、化學、電子、機械、經濟管理以及人機工程等各個領域，致力于研究提高各種產品的可靠性、維修性和安全性，是一個十分復雜的系統工程。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系統優劣的重要指標，研究礦井通風系統的可靠性成為現實的需要。可靠性的高低直接關系到礦井能否安全生產及防止事故的發生。

　　人機工程學是以人的生理、心理特征為依據，運用系統工程的觀點，分析研究人與機械、人與環境及機械與環境之間相互作用，為設計操作簡便省力、安全舒適、人—機—環境的配合達到最佳狀態的工程系統提供理論和方法的學科。

１ 系統組成的相互關系

　　根據“人—機—環境”系統工程理論，任何一個有人參與的工作系統，都稱為人—機—環境系統。在礦井通風系統中，“人”是指參與礦井通風系統的管理者、決策者和維護礦井通風系統正常運轉的人員，以及由他們所引起的行為結果，如組織管理和各種規章制度等；“機”為礦井通風系統的各種硬件設施，包括礦井通風動力、礦井通風網絡、礦井通風設施、局部通風系統、礦井通風監測系統等；“環境”是指礦井通風系統存在于礦井生產系統這個大環境中，是礦井生產這個大系統中的子系統。

　　礦井通風系統與其他子系統共同孕育發展，也是“人—機—環境”系統相互作用而構造的整體結果。礦井生產可能引起如下“環境”變化：采動影響導致頂板塌落，通風巷道變化；瓦斯氣體涌入工作空間；粉塵濃度加大；地熱、機電設備與地下水等熱源和濕源增加了井下空氣的溫度與濕度。這就是礦井生產作用于環境，導致環境的變化過程。工作環境隨著開采過程的動態變化，人機系統的環境不斷變化，這種變化的環境又反作用于人與機，引起人—機—環境之間的信息傳遞不可靠，需要及時的調整以適應環境變化。有時會引起人—機—環境之間的聯系中斷，造成事故的發生。

　　礦井通風系統是以人、機與環境組成的有機系統，而人是這個系統的核心，因為人是機的控制者，同時人又是機的不安全條件和其自身不安全行為導致的事故受害者；由于人、機與環境的缺陷，而造成的事故切斷系統實現功能目標的途徑，反過來又會對系統造成破壞或者是對設備、人、環境條件的破壞。

２ 系統可靠性的分析方法

　　人是安全系統中的一個子系統，要研究人的因素，就必然涉及所操作的機及其所處的環境，應對由人、機與環境構成的系統進行分析。在這個系統中，人是核心，人、機與環境各子系統并重。“人—機—環境”系統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個相交叉的小圓分別表示人、物、環境，即構成事故的三要素。當三要素相矛盾，即重疊陰影部分為事故必然發生區域。一般先由物、環境的缺陷形成隱患，人的不安全行為觸及后即發生事故。圖２還表明以下３點：第一，管理可以改善人、物、環境條件和狀態；第二，事故對生產任務起否決作用；第三，安全管理重點是三角形ＡＢＣ危險Ｅ域。這種分析方法全面反映了系統可靠性的現象和本質。

　　以人為本的礦井通風系統的可靠性分析就是建立在該模型的基礎上，分析引發礦井事故的各因素及其相互關系，從而定義礦井通風“人—機—環境”系統的可靠性，為礦井可靠性評價奠定基礎。

３ 系統可靠性的定義

　　按照“人—機—環境”系統工程理論，可以將礦井通風“人—機—環境”系統可靠性定義為：由人、機、環境組成的工作系統，在規定的時間內，在規定的條件下，無差錯地完成規定任務的能力。而可靠性的一個重要的定量指標為可靠度。因此，“人—機—環境”系統的可靠度可定義為：由人、機、環境組成的工作系統，在規定的時間內，在規定的條件下，無差錯地完成規定任務的概率。

　　上述定義表述為數學公式為：

　　Ｒｓ＝Ｎ/Ｎ０×１００％

式中，Ｒｓ為系統的可靠度；Ｎ０為系統執行任務的總次數；Ｎ為系統無差錯完成任務的次數。

　　“人—機—環境”系統可靠性的研究任務，就是試圖利用理論計算或實驗測試的方式，確定包含有人在內的礦井通風整個系統的可靠度。礦井通風“人—機—環境”系統的可靠度是受人、機、環境三個因素的影響，也即系統的可靠度是人、機、環境三大因素的函數，其通用表達式為：

　　Ｒｓ＝Ｆ（Ｒｈ，Ｒｍ，Ｒｅ）

式中，Ｒｓ為通風系統的可靠度；Ｒｈ為人的可靠度；Ｒｍ為機的可靠度；Ｒｅ為環境的可靠度。

　　由于人的可靠度和機的可靠度都直接受到環境因素的影響，為了便于對系統進行定量評價，這里假定人的可靠度和機的可靠度都是環境的隱函數。這時礦井系統的可靠度可以簡化為：

　　Ｒｓ＝Ｆ（Ｒｈ（ｅ），Ｒｍ（ｅ））

式中，Ｒｓ 為系統的可靠度；Ｒｈ（ｅ）為受環境因素影響的人的可靠度；Ｒｍ（ｅ）為受環境因素影響的機的可靠度。

　　由上式可以看出，礦井通風“人—機—環境”系統的可靠度可以簡化成由人的可靠度和機的可靠度兩部分組成。

　　假定某礦井通風系統，根據實測和統計分析其人的可靠度為Ｒｈ（ｅ）＝０．７８，機的可靠度Ｒｍ（ｅ）＝０．８５，則有：Ｒｓ＝Ｒｈ（ｅ）×Ｒｍ（ｅ）＝０．７８×０．８５＝０．６６３。

　　為了提高系統的可靠度，若單純只對機器進行改進，并將其可靠度提高到Ｒｍ＝０．９９９，則系統的可靠度為０．７７９。由此可見，即使花費很大的投資來單純提高機器的可靠度，而不去提高人的可靠度，那么系統的總體可靠性仍然得不到明顯改善。

４ 結語

　　對由人、機與環境組成的通風系統可靠性，除了研究機的可靠性之外，還應該對人和環境的可靠性進行全面而深入的研究。只有這樣，才能對系統的可靠性獲得全面的了解，并運用電子技術、專家系統等方法來全面提高礦井通風系統的可靠性。

參考文獻
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