高炉炼铁液压系统可靠性管理优化方案

1.高炉液压系统可靠性的影响因素分析

人机系统和管理系统中任何一方失效都会降低整个系统的使用可靠性，由此可见系统的使用可靠性模型是由人机系统与管理系统组成的复杂串联结构模型。由于人机系统与管理系统都包含许多方面未知或不确定因素，因而只对影响系统使用可靠性的各种因素（图8-24）加以定性分析，并根据分析结果，提出可以提高系统使用可靠性的一些意见和建议。

图8-24 使用可靠性的影响因素示意图

对于人，承德钢铁公司炼铁厂提出岗位职责要求：

1）必须懂得设备的性能，正确使用各种工具、量具和检测工具。各系统的检修工作，要按质量要求进行，完成各项检修任务后进行试车，并做好记录。

2）负责全厂设备的机械检修，液压设备的检修及维护工作，确保正常生产。按检修作业单和有关技术资料、检修方案准备工器具，并清点设备的备品备件，符合标准后把零部件运往作业现场。检修气体阀门、管道，必须气体置换，防火、防爆区域动火作业，必须经专业人员确认无误后方可进行。

3）接受任务后，必须熟悉图样资料、各项技术要求及作业环境、作业地点。制订作业计划，预测作业过程中可能出现的安全隐患和技术难点，做好预防措施。

2.人机系统的可靠性分析

任何一个机械系统都是人和机械的结合，两者相互配合，相互感知，共同完成某种特定功能。中科院路甬祥院士和浙江大学陈鹰博士提出了人机一体化系统关键技术及理论，强调以人为中心，人与机处在平等合作的地位，共同组成人机一体化系统，突破传统人工智能系统概念研究新型的人机关系。在高炉炼铁液压系统使用可靠性研究中，人是人机系统的一员，并有人工智能的特点，发挥人在系统中的作用，建立了一种新的人机协作关系，从而产生高效、高性能的人机系统。图8-25为人机系统的示意图。

图8-25 人机系统的示意图

从图中可以看出，一个人机系统主要由三部分组成，即人、机、人机界面。人通过人机界面对机发出指令，机按人的指令运动，并通过人机界面把自身状态向人显示，人又根据人机界面的反馈结果做出判断，调整对机的指令。可见，人机系统的可靠性模型是由人的可靠性、机的可靠性以及人机界面的可靠性组成的串联模型。

所谓机的可靠性也就是前面所研究的系统的固有可靠性，已通过设计及可靠性增长得以实现合适的可靠性，这里不再详述，仅对人的可靠性和人机界面的可靠性进行分析。

（1）人的可靠性分析 人的可靠性概念是从研究产品可靠性引出的。与机器相比，人的行为有自由度，这也正是人们处理简单的事情时也会发生失误的原因。因此，由于人具有自由度，不发生失误几乎是不可能的。人在预先规定的范围外发生的失误行为称为差错，人的行为不发生差错的可能性称为人的可靠性。人的行为基本上是三个参数的函数：

1）激励输入（I）。作为操作人员感觉输入的任何激励，如音频信号、视频信号、故障显示等。

2）内部反应（R）。人员对激励输入的感觉、理解，并做出决定的动作。

3）输出响应（O）。根据内部反应，对激励输入的响应，如按下相应的按钮、发生故障后切断电源等。

人所有的行为都是这三个参数的综合，一个复杂行为就是由这三个参数的串并联交织而成的。因而，提高和保障人员的可靠性要分别从这三个方面入手。

现场操作人员能熟练掌握整个工作过程，准确无误地发出各种指令是保证系统正常工作的一项重要指标。在前面对系统故障树的分析计算中，曾把操作人员的可靠度考虑为“1”，而忽略了其对系统产生的影响。实际上，由于受自身素质、熟练程度以及认真程度等因素的影响，操作人员的可靠度并不能总是保持为“1”，因而总能对系统的整体可靠度产生影响，有时甚至是致命的影响。

除了加强培训外，还应对操作人员加强管理。因为操作人员的工作认真程度也会影响到系统的可靠度。因此，要保证高炉炼铁液压系统持续正常工作，保证系统具有较高的可靠度，就必须加强对现场操作者的管理，努力提高人的可靠性，做好选拔、培训和教育工作。设法挖掘人的潜力，最大限度地调动人的积极性，发挥他们的自觉性。同时，尽可能地为操作者创造适宜的环境，这将有助于提高人的工作效率，减轻人的疲劳状况，减少人为差错。

人的可靠度定义为在系统工作的任何阶段，操作者在规定的时间内成功地完成规定操作的概率。这里所说的成功地完成操作，并不是在操作中毫无错误，而是允许有错误，但它对成功地完成操作不产生重大的影响。设操作次数为n，其中成功的次数为s，一般来说可靠性比率p=s/n（人为差错概率为1-p）。但实际可靠性不一定是这个比率，要根据试验给出的数据n、s，由概率统计方法求得一个区间（p₁，p₂），并由此推定人的可靠性R_H。一般取精确性、正确性、可用性、资源需求、可接受性及成熟性这六项标准来评价人员可靠性模型。人机系统人机结合方式有串联方式、并联方式、串并联混合方式。对于串联方式，人对系统的输入必须通过机的作用才能输出。人和机的特性相互干扰，人的长处通过机可以扩大，但人的弱点也可以被扩大。人间接与机衔接的各种自动化系统常为并联方式。在这种系统中，人的作用以管理、监视为主。当自动化系统正常时，人遥控和监视系统的运行，系统对人几乎没有约束。当自动化系统异常时，系统即由自动变为手动，即由并联转化为串联。而串并联混合方式往往同时兼有串、并联两种方式的基本特征。设人的可靠性为R_H，机械的可靠性为R_M，串、并联方式人机系统的可靠性R_S分别由以下两式计算得到：

R_S串=R_HR_M （8-4）

R_S并=1-（1-R_H）（1-R_M） （8-5）

如果人的可靠性为0.80，机械的可靠性为0.95，则串、并联方式人机系统的可靠性分别为0.76，0.99，并联系统的可靠性远大于串联系统。

但人的失误有很大的随机性，与人的情绪高低、作业熟练程度、操作方法是否正确、作业环境是否优越等有关。对现场人的可靠性p可视为（0，1）分布的参数p区间估计问题。

由德莫佛-拉普拉斯中心极限定理得，当n充分大时

近似服从N（0，1）分布，于是有(www.xing528.com)

即

等价于

解得

其中

估计p的置信区间为（p₁，p₂），若取α=0.05，操作人员的操作次数n=20，成功操作数为18，则，，Z_0.05/2=1.96，解得：a=23.8416，b=-39.8416，c=16.2。算得p₁=0.69896，p₂=0.97213，所以p的近似95%置信区间为（0.69896，0.97213）。换句话说，现场操作人员可靠性在0.69896～0.97213间，这种估计的可靠程度约为95%。

根据上述人机可靠性具体估计状况，为提高高炉炼铁液压系统的使用可靠性，提出以下建议：加强管理，制定合理的规章制度，严禁酒后操作，防止出现离岗等违章行为造成故障以提高操作人员对激励输入的敏感性和对输出响应的正确性；对工人应加强液压基础知识的培训，为他们讲解插装阀技术和比例控制技术，并对操作人员进行设备操作的培训，操作人员应严格按使用说明书的要求操作，以提高操作人员的内部反应的能力；对设备实行专人负责，现场专人操作，专人指挥，统一指挥口令。

（2）人机界面的可靠性分析

人机界面是人与机器之间相互感觉，相互交换信息的部分，对于人来说，是人如何感觉机器的输出信息，包括工作状态、工作流程等，并依据接收到的信息对机器进行操作；对机器来说，人机界面是如何接收人的指令并能及时地把自身的状态反馈给操作人员的部分。所以，可靠的人机界面就是人能够较好地感觉机器的状态，并能够顺利地对机器进行规定操作以及对机器的状态做出相应的反应，另一方面机器能够准确、及时地反映自己的状态。

为了提高整个人机系统的可靠性，使人机系统达到安全、高效、经济的目的，机器要适合于人的生理要求，并且操作者技术熟练是前提条件。在确定系统的性能指标时，一方面要考虑人的主观能动性，另一方面更要顾及人的固有局限性，千万不能忽视人的生理、心理特点以及工作能力限度，一味追求机器的高性能。机器不适合于人的话，即使其性能非常好，组成的人机系统仍然是不可靠的，机器也不能发挥其作用。人机界面的可靠性包括两个方面：硬件的可靠性和软件的可靠性。人机界面中的硬件可靠性是指各种仪表、显示器、连接线路、调整电位器等硬件方面的可靠性；人机界面中的软件可靠性是指各种元器件组成的人机界面是否能合理、有效地进行人机交流。因此，为了提高人机系统的可靠性，在人机功能分配时，应充分发挥各自的优势，扬长避短，恰当分工，使人机相互配合，共同完成人和机器界面都不能独立完成的工作。要充分利用人的特殊而极其重要的能力，即人有灵活性和多面性，有修正错误、改正错误的创造能力，善于处理多变情况和意外事件，让人来完成机械系统的监督、维修、程序安排以及创造性工作，而不是仅分配人去做无法实现自动化而剩下的“零活”。对于需由人实现的功能，必须研究人是否有“能力”实现该功能，是否能长时间“从事”这一功能。根据人机工程学和系统的具体情况，在系统设计时采取以下措施：

1）设立主操作台，使操作人员在主操作台上基本可以完成系统的各项动作，主操作台的尺寸系统符合人体工程，操作简单，位置合理，能够清晰、无干扰地观测到系统的工作情况，能准确无误地观测到系统工作情况。

2）系统的颜色配置。为了缓解工人在单调的劳动中心理上的疲倦感，根据配色学，把主横梁涂成冷基调的绿颜色。

3）增加系统的保护措施。例如：设置压力过高后的报警装置，使操作人员在接收视频信号的时候，利用声频信号提醒操作人员，能够对故障进行紧急处理。

本系统在设计时采取了以上几个措施，大大提高了人机界面的友好性，减小了失误概率，从而提高了系统的使用可靠性。

3.可靠性管理

可靠性管理是维护和保养系统的一个重要环节，目前已受到国家和企业的重视。“可靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的”的观点已经得到现代企业的认同，对于液压系统来说，系统的管理更加重要。系统的可靠性管理主要包括对系统的日常维修保养、系统定期维修保养、系统的备件管理、系统的故障记录等方面，对于备件的管理和故障的记录两方面，由于涉及现实因素较多，因此不予评述。

为了保证设备高的可靠性，承德钢铁公司炼铁厂制订了检修作业规程如下：

1）按规定时间上岗，穿戴好劳动保护用品，准备好检修用工、器具；熟悉作业现场和作业环境，煤气区作业要有防护人员监护，高空作业必须系安全带。

2）设备检修时必须确认电源开关是否断开，并悬挂“有人检修禁止合闸”警示牌。在安装和拆除机械设备的过程中，必须按顺序做好标记和原始记录。拆卸气动、液压设备时，严禁带压操作，确认系统无压后才能进行检修及拆卸。拆卸时发现零部件与图样不符，或拆卸困难时，及时向有关领导汇报，待查明原因后再组织实施。检查设备内部零部件时要用安全行灯或手电筒，禁止用明火。对零部件进行质量鉴定时，发现明显缺陷和隐患应及时上报，并做好记录。

液压系统的使用和管理不只是维修和使用，而应是从液压系统的设计、制造、选购、安装、使用、保养、维修、更新改造，直至报废全过程的综合管理，如图8-26所示。液压系统使用和管理的目的与价值就在于使其经常处于最佳工作状态，保证系统使用的持久性，迅速而正确地做出故障判断，成功地进行维修，节省经费，以发挥系统的最佳效益。为此，必须要求使用者和管理者掌握液压系统的基础知识和使用管理原则。针对液压系统的特点，建立液压系统使用管理体系，使液压系统的使用管理系统化，才能够提高设备完好率和利用率，降低生产成本，创造较大经济效益。

图8-26 液压系统使用和管理系统化框图

在现场，液压系统大多以维修为主，当系统工作一段时间以后，往往安排预测性的维修或大修，其特点是：对液压系统进行重新拆装、清洗，更换与检查失效或对接近使用寿命的元件。一般情况下，系统的维修期和维修项目由实际工况和经验估计确定，本文提出以系统的可靠性为中心确定系统的维修保养期和维修项目。