基于人體生物節(jié)律煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全研究

韓力

摘 要：煤礦企業(yè)降低事故發(fā)生的重要措施之一就是使作業(yè)人員處于安全的工作狀態(tài)，規(guī)范員工作業(yè)行為，杜絕不安全行為，減少操作失誤。該文將人體生物節(jié)律與人機(jī)安全系統(tǒng)相結(jié)合，探索應(yīng)用人體生物節(jié)律正確處理煤礦“人、機(jī)”之間系統(tǒng)安全，提煉出了情緒、智力、體力和環(huán)境因素、機(jī)（機(jī)械、設(shè)備）五要素煤礦安全管理方法。人體生物節(jié)律揭示了人體體力、情感及智力規(guī)律的周期理論，每一個(gè)人都有一個(gè)特定節(jié)律，自出生之日起，人的體力、情緒、智力在一定周期內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)規(guī)律性波動(dòng)。在煤礦企業(yè)日常工作中，可以為每位員工準(zhǔn)確計(jì)算出人體生物節(jié)律時(shí)間，以便員工準(zhǔn)備掌握自己的生物節(jié)律處于何種狀態(tài)，明白哪天是周期日、哪些天是高潮期、哪天是臨界日、哪些天是低潮期，便于企業(yè)管理人員和筆者合理地安排工作，在特殊節(jié)律期避免高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)。五要素管控可以實(shí)現(xiàn)人、機(jī)系統(tǒng)相互適應(yīng)的安全管理機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)人的能力和機(jī)器的潛力最大程度地默契配合，在確保系統(tǒng)安全的前提下能夠最大限度地發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)效能。

關(guān)鍵詞：人體生物節(jié)律 煤礦 人機(jī)系統(tǒng) 安全

中圖分類號(hào)：TD79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（c）-0003-04

1 基于人體生物節(jié)律煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全研究背景

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，工業(yè)企業(yè)90%以上安全生產(chǎn)事故與“人”的因素有關(guān)，降低事故發(fā)生的重要措施之一就是提高作業(yè)人員安全素養(yǎng)，規(guī)范員工作業(yè)行為，杜絕不安全行為，減少操作失誤。海因里希安全管理理論認(rèn)為，人的因素和人機(jī)系統(tǒng)是大工業(yè)生產(chǎn)鏈條中最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)和最重要的環(huán)節(jié)，在員工知識(shí)、技能、素養(yǎng)滿足工作要求和設(shè)備無缺陷的提前提下，人體生物節(jié)律是影響人員安全狀態(tài)和人機(jī)系統(tǒng)安全的決定性因素。應(yīng)用人體生物節(jié)律結(jié)合人機(jī)系統(tǒng)安全工程就是正確處理“人、機(jī)”之間系統(tǒng)安全為研究對(duì)象，按照人的心理、生理特點(diǎn)和客觀規(guī)律制定安全預(yù)防措施，利用人體生物節(jié)律的原理，控制好生產(chǎn)作業(yè)中具有極大自由度的人員行為，最終達(dá)到人與機(jī)械、環(huán)境、管理的最佳匹配，最大限度地保障人員安全作業(yè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)。因此，在人體生物節(jié)律指導(dǎo)下的煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全，才能確保煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)鏈條的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的本質(zhì)安全。

通過近10年的安全生產(chǎn)實(shí)踐，神華北電勝利能源有限公司儲(chǔ)運(yùn)中心逐漸實(shí)現(xiàn)了基于人體生物節(jié)律指導(dǎo)下的煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全，提煉出了情緒、智力、體力和環(huán)境因素、機(jī)（機(jī)械、設(shè)備）的因素五項(xiàng)安全管理重點(diǎn)因素。通過五項(xiàng)因素重點(diǎn)控制，安全生產(chǎn)周期已達(dá)3 600余天，做到了危險(xiǎn)預(yù)知、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，在煤炭企業(yè)中實(shí)現(xiàn)了少有的安全生產(chǎn)“零傷害”。

2 人體生物節(jié)律在煤礦企業(yè)的實(shí)踐

人類對(duì)自身活動(dòng)周期性的認(rèn)識(shí)，自古就已開始，近代人們逐漸摸索到生命物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)遵循特定的時(shí)空規(guī)律，提出了生物節(jié)律的概念。人體生物節(jié)律（Biological），是以每位員工身體為研究對(duì)象，揭示人體體力、情感及智力規(guī)律的周期理論。該理論發(fā)現(xiàn)每一個(gè)人都有一個(gè)特定節(jié)律，自出生之日起，人的體力、情緒、智力在一定周期內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)規(guī)律性波動(dòng)。研究人體生物節(jié)律，目的是探索對(duì)人體生物時(shí)間，科學(xué)認(rèn)識(shí)規(guī)律活動(dòng)的總量、生物行為時(shí)間、行為特征等。目前通過大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證人體生物節(jié)律是客觀存在的，我們可以繪制每個(gè)人的人體生物節(jié)律曲線，以便直觀地觀察體力、情緒和智力周期性的變化。20世紀(jì)初，德國(guó)一內(nèi)科醫(yī)生在臨床實(shí)踐觀察中，總結(jié)出病人的病癥、情感及行為的起伏變化，以23 d為周期存在一個(gè)的體力盛衰，以28 d為周期存在一個(gè)的情緒波動(dòng)。奧地利因斯布魯大學(xué)一位教授通過觀察數(shù)以百計(jì)的高中生和大學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)后，總結(jié)出了人的智力存在以33 d為周期的規(guī)律變化。后來經(jīng)過多名研究人員反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到一條規(guī)律，每一個(gè)人從出生那天就存在以23 d、28 d、33 d為周期的體力、情緒和智力的波動(dòng)變化，直到其生命終結(jié)。

在煤礦企業(yè)日常管理中可以發(fā)現(xiàn)，某一天有的員工頭腦清醒、心情愉快、變能力強(qiáng)、記憶力好，應(yīng)精力充沛；而有的員工的體力較差、反應(yīng)遲鈍、情緒低落、記憶力差、容易疲勞。這種現(xiàn)象就是人體生物節(jié)律的表現(xiàn)，即有的人處在人體生物節(jié)律高潮期，有的人處在人體生物節(jié)律低潮期，有的人處于臨界期或人體生物節(jié)律轉(zhuǎn)折日，人體各項(xiàng)機(jī)能處于起伏變化的不穩(wěn)定狀態(tài)，生產(chǎn)生活中極易生病或出現(xiàn)意外事故。而應(yīng)用人體生物節(jié)律可以為每位員工準(zhǔn)確計(jì)算出節(jié)律時(shí)間，以便員工準(zhǔn)備掌握自己生物節(jié)律處于的狀態(tài)。使你明白哪天是周期日、哪些天是高潮期、哪天是臨界日、哪些天是低潮期。便于企業(yè)管理人員和筆者合理地安排工作，尤其是高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)。目前企業(yè)所使用的人員節(jié)律計(jì)算公式如下：

X=365×A±B+C

式中：

A為測(cè)算年與出生年之差，即人的周歲；B為本年生日到預(yù)測(cè)日的總天數(shù)，如未到生日用“-”，生日已過用“+”；C為從出生以來到計(jì)算日的總閏年數(shù)，即C=A/4得到的整數(shù)；X為從出生到計(jì)算日生活的總天數(shù)。

通過上式所計(jì)算得到天數(shù)，再分別除以23 d、38 d、33 d，所得余數(shù)分別為體力、情緒、智力三項(xiàng)指標(biāo)節(jié)律情況。

以該公司員工韓某為例見表1，生于1993年7月23日，測(cè)2015年8月3日3個(gè)節(jié)律情況。代入公式：

X=22×365+8-205d+337d=8 162d

體力周期：8162÷23d=354…20d；

情緒周期：8162÷28d=291…14d；

智力周期：8162÷33d=247…11d。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，其體力周期為20 d，情緒周期為14 d，智力周期為11 d，由此可繪制出該員工人體生物節(jié)律曲線，見圖1。

人體生物節(jié)律可以繪制成正弦曲線，處于橫坐標(biāo)以上的時(shí)間人們感到頭腦靈活、體力旺盛、記憶力強(qiáng)、精神愉快、富有創(chuàng)造力。而處于橫坐標(biāo)以下的這段期限人們感到注意力不易集中、體力較差、思維判斷力下降且容易疲勞。上下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的這段期限，稱為危險(xiǎn)期。危險(xiǎn)期里人的身體狀態(tài)在持續(xù)變化，身體各項(xiàng)節(jié)律指標(biāo)不穩(wěn)定，工作生活中極容易出現(xiàn)差錯(cuò)，且容易感染疾病。

神華北電勝利能源有限公司儲(chǔ)運(yùn)中心在地面生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行崗位破碎站操作、裝車站操作和設(shè)備檢修崗位的電工、焊工、鉗工160余人中應(yīng)用人體生物節(jié)律軟件進(jìn)行員工危險(xiǎn)日測(cè)定。人體生物節(jié)律軟件周期性的向管理人員和身體處于臨界狀態(tài)、低潮狀態(tài)的人員提出警告信號(hào)，有效地避免了員工不安全行為、誤操作和意外事故的發(fā)生。

3 煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全的分析

人機(jī)工程學(xué)是生理學(xué)、心理學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、管理學(xué)及工程技術(shù)等理論相結(jié)合的綜合性學(xué)科，是研究人、機(jī)、環(huán)境之間的關(guān)系。人機(jī)系統(tǒng)的可靠性、安全性決定于構(gòu)成該人機(jī)系統(tǒng)的人、機(jī)器、環(huán)境三方面因素之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使人機(jī)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)、高效和安全工作?；谌藱C(jī)系統(tǒng)對(duì)煤礦所發(fā)生的事故進(jìn)行綜合分析，影響煤礦安全生產(chǎn)的誘發(fā)可歸結(jié)為人、機(jī)、環(huán)境3個(gè)方面因素。

（1）人的因素分析。

在人、機(jī)、環(huán)境的人機(jī)系統(tǒng)中，人是關(guān)鍵因素，也是發(fā)生事故的主要致因。人的因素主要有以下幾個(gè)方面：①員工綜合素質(zhì)低，文化參差不齊，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，并且流動(dòng)性大，工作經(jīng)驗(yàn)欠缺，操作不熟練；②員工安全意識(shí)淡薄，不能按安全規(guī)程作業(yè)，不安全行為較多；③超時(shí)工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，易產(chǎn)生疲勞和失誤；④作業(yè)環(huán)境差，致使人員應(yīng)變能力差，反應(yīng)遲鈍、操作失誤。

（2）機(jī)的因素分析。

煤礦企業(yè)人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)中，機(jī)械設(shè)備的不安全因素是由于設(shè)計(jì)不合理、人本化差、安全性能差。從已發(fā)生的事故案例分析，機(jī)（機(jī)械、設(shè)備）的原因引發(fā)的不安全因素，主要表現(xiàn)為：①煤炭企業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，人員工位布置不合理，設(shè)備、設(shè)施安全功能失效；②采礦設(shè)備選型不適宜，生產(chǎn)效率低、設(shè)備故障率高；③煤礦設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜“傻大黑粗”，容易使人產(chǎn)生壓迫感與操作、維護(hù)檢修困難。

（3）環(huán)境的因素分析。

煤礦尤其是井工煤礦大部分作業(yè)條件較為惡劣，引發(fā)事故的環(huán)境因素主要表現(xiàn)為礦井自然災(zāi)害多，所有煤礦不同程度的存在水、冒頂、煤塵、瓦斯等危險(xiǎn)源。大部分生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)噪聲、震動(dòng)、溫度、濕度以及照明通風(fēng)等指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，影響員工工作狀態(tài)和身心健康。

針對(duì)煤礦人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全管理，需要把人和機(jī)器作為一個(gè)整體來考慮。煤炭生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布置必須做到結(jié)構(gòu)功能區(qū)域設(shè)置明確、減少人員不必要的多于動(dòng)作，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造良好工作環(huán)境。通過人機(jī)工程學(xué)合理設(shè)置生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)照明和溫濕環(huán)境，對(duì)職業(yè)危害因素采取必要隔離措施，合理地規(guī)劃設(shè)備、設(shè)施顏色，防止視覺疲勞和誤操作。達(dá)到最優(yōu)分配人和機(jī)械、設(shè)備的功能，保證“人、機(jī)、環(huán)境”系統(tǒng)達(dá)到協(xié)調(diào)、舒適、高效、安全，確保系統(tǒng)在環(huán)境變動(dòng)下達(dá)到人機(jī)安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4 人體生物節(jié)律指導(dǎo)下的煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全探索

結(jié)合人體生物節(jié)律、人機(jī)工程學(xué)全面分析煤礦人機(jī)系統(tǒng)，制約煤礦人機(jī)系統(tǒng)安全最主要的5種因素分別為人員的情緒、智力、體力和環(huán)境因素、機(jī)（機(jī)械、設(shè)備）的因素，這些因素是導(dǎo)致人員不安全行為發(fā)生的根本原因，這些因素內(nèi)部互相聯(lián)系、互相作用。

煤礦人機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算包含5方面因素，如圖2所示，其中情緒（因素一）、智力（因素二）、體力（因素三）3種因素決定人員工作中的狀態(tài)，該三種因素與機(jī)的不安全狀態(tài)（因素四）結(jié)合決定人員是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)，前四種因素與環(huán)境出現(xiàn)漏洞因素（因素五）結(jié)合決定人員是否發(fā)生事故。

煤礦人機(jī)系統(tǒng)包含的五種因素，可分為兩類：一類人的因素；一類物的因素。

其中人的可靠性因素眾多且隨機(jī)變化，可靠性不穩(wěn)定，因此采取身體可靠性與作業(yè)可靠性相關(guān)聯(lián)的綜合計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算，如公式（1）表示：

r=a1a2a3 （1）

式中：a1為慮感知信號(hào)可靠度；a2為判斷時(shí)失誤可靠度； a3為執(zhí)行失誤可靠度。

上式是外部環(huán)境在理想狀態(tài)下的可靠度值。a3、a2、a3各值如表2所示。

人員作業(yè)可靠度因素，可用公式（2）表示：

RH=1-b1×b2×b3×b4×b5×（1-r） （2）

式中：b1為時(shí)間系數(shù)；b2為頻率系數(shù)；b3為危險(xiǎn)度系數(shù)；b4為心理?xiàng)l件系數(shù)；b5為環(huán)境條件系數(shù)；為基本失效概率。

上式b1-b5可根據(jù)表2確定。

人機(jī)系統(tǒng)串聯(lián)可靠性可根據(jù)式（3）表示：

Rs=RH×RM （3）

式中：Rs為系統(tǒng)可靠度；EH為操作可靠度；RM為設(shè)施可靠度。

通過公式（3）可計(jì)算出煤礦人機(jī)系統(tǒng)可靠度，即在人體生物節(jié)律指導(dǎo)下的五要素煤礦人機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用此規(guī)律確保煤礦人與機(jī)械設(shè)備、環(huán)境、管理的最佳匹配，增強(qiáng)煤礦煤礦人機(jī)系統(tǒng)的安全性、可靠性，最大限度地保障人員安全作業(yè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)，提升煤礦企業(yè)安全管理水平。

科學(xué)應(yīng)用五要素人體生物節(jié)律法可控制好生產(chǎn)作業(yè)中具有極大自由度地人員行為，達(dá)到煤礦人與機(jī)械設(shè)備、環(huán)境、管理的最佳匹配，增強(qiáng)煤礦人機(jī)系統(tǒng)的安全性、可靠性，保障人員安全作業(yè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)，提升煤礦企業(yè)安全管理水平。在實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)智能化、自動(dòng)化基礎(chǔ)上，以人體生物節(jié)律科學(xué)匹配煤礦人機(jī)系統(tǒng)，合理分配人、設(shè)施、機(jī)械、設(shè)備功能，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)煤礦人機(jī)系統(tǒng)，可以有效提升煤礦人機(jī)系統(tǒng)的安全性、可靠性，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源的徹底轉(zhuǎn)移和消滅，達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)控，從根本上實(shí)現(xiàn)了煤礦的本質(zhì)安全。五要素管控可以實(shí)現(xiàn)人、機(jī)系統(tǒng)相互適應(yīng)的安全管理機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)人的能力和機(jī)器潛力最大程度地默契配合，在確保系統(tǒng)安全的前提下能夠最大限度地發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)效能。

儲(chǔ)運(yùn)中心對(duì)其他單位出現(xiàn)過輕傷、重傷事故人員進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)五要素分析，通過人體生物節(jié)律曲線分析可知，事故發(fā)生日受傷人員體力、情緒、智力指標(biāo)有1項(xiàng)或1項(xiàng)以上處于“低潮期”或“臨界期”的比例超過87%，人機(jī)系統(tǒng)中環(huán)境因素、機(jī)（機(jī)械、設(shè)備）的因素出現(xiàn)缺陷占比為46.9%。這也說明一個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中，五要素中同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上要素發(fā)生時(shí)，煤礦發(fā)生安全生產(chǎn)事故的概率最大。

5 在人體生物節(jié)律指導(dǎo)下通過五要素控制人機(jī)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的做法

通過人體生物節(jié)律和人機(jī)工程學(xué)相結(jié)合提煉出的五要素管控，能夠使人的能力和機(jī)器的潛力很好地配合，在確保系統(tǒng)安全的前提下能夠最大限度地發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)效能。神華北電勝利能源有限公司儲(chǔ)運(yùn)中心在日常工作中對(duì)以下做法進(jìn)行一些探索。

一是煤炭生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布置必須做到結(jié)構(gòu)功能區(qū)域設(shè)置明確、工位聯(lián)系方便、減少人員不必要的重復(fù)勞動(dòng)和作業(yè)時(shí)的多于動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)崗位設(shè)置人員活動(dòng)必須預(yù)留的空間。

二是通過人機(jī)工程學(xué)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)光源設(shè)置合理，要防止人員眩暈。

三是對(duì)振動(dòng)源、噪聲源采取一定隔離、屏蔽措施，最大限度地減少生產(chǎn)過程中的職業(yè)性危害。

四是合理設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備操作按鈕及顏色，防止由于視讀不清導(dǎo)致的誤操作，從而發(fā)生安全事故。

五是應(yīng)用合生物節(jié)律，對(duì)每名員工每日班中工作安排、檢查更加有針對(duì)性，避免盲目派工。

儲(chǔ)運(yùn)中心研發(fā)并投入使用五要素人體生物節(jié)律應(yīng)用軟件，該軟件只需要輸入員工陽歷或陰歷出生日期，并鍵入預(yù)測(cè)天數(shù)，在幾秒鐘內(nèi)，計(jì)算機(jī)就可以顯示出該員工在預(yù)測(cè)日期以內(nèi)的體力、智力、情緒的變化周期，即“高潮期、臨界期”和“低潮期”。儲(chǔ)運(yùn)中心對(duì)其他同行業(yè)單位出現(xiàn)過輕傷、重傷人員的進(jìn)行五要素生物節(jié)律測(cè)定，通過函數(shù)曲線分析可知，事故發(fā)生日受傷人員體力、情緒、智力指標(biāo)有1項(xiàng)或1項(xiàng)以上處于“低潮期”或“臨界期”的比例超過92%。這也說明一個(gè)人同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上人體生物節(jié)律指標(biāo)處于“低潮期”和“臨界期”時(shí)，發(fā)生事故的概率最大。

例如：某班組設(shè)備巡檢工聶某經(jīng)預(yù)測(cè)2015年6月21日為其雙重臨界日，班長(zhǎng)已安排其在雙臨界日輪休兩天，他個(gè)人行事也比較謹(jǐn)慎，但他還是在家中下樓時(shí)崴了腳，造成輕微腳踝骨裂。事后他深有感觸地說：“以前，我對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果半信半疑，通過此次教訓(xùn)，我是心服口服了。發(fā)生那天，我確實(shí)有種精神恍惚、體力不支的感覺?！?/p>

6 結(jié)語

神華北電勝利能源有限公司儲(chǔ)運(yùn)中心以月度為周期，對(duì)人員體力、智力、情緒、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境五要素指標(biāo)進(jìn)行管控，對(duì)從事生產(chǎn)運(yùn)行操作、檢修人員工作任務(wù)進(jìn)行合理分工，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)模型設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境，確保日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)有效管控。同時(shí)在日常安全管理和生產(chǎn)作業(yè)中合理調(diào)配人機(jī)功能，并對(duì)全部員工危險(xiǎn)日預(yù)測(cè)、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人員身體狀態(tài)的主動(dòng)安全管理，最大程度地避免因人員身體狀態(tài)低潮而引發(fā)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。近10年未發(fā)生過一起輕傷及以上人身傷害事件，員工不安全行為發(fā)生率同比下降在75%，設(shè)備操作崗位人員誤操作率同比下降了55%，人機(jī)系統(tǒng)效能得到了有效提升，實(shí)現(xiàn)了煤礦人機(jī)系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

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