為了保證安全生產(chǎn)，必須根據(jù)對機械設備的安全要求，進行安全設計。在設計階段采取本質(zhì)安全的技術措施。本質(zhì)安全是指一般水平的操作者在判斷錯誤和誤操作的情況下，生產(chǎn)系統(tǒng)和設備仍能保證安全。

一、設備安全設計的主要內(nèi)容

1．設備本質(zhì)安全的意義

“安全第一、預防為主”的方針體現(xiàn)在當安全和生產(chǎn)發(fā)生矛盾時，安全是第一位的。所有機械設備必須符合安全使用要求，在設備的使用壽命期內(nèi)保證操作者的安全。應該要求操作者正確操作，但是把希望完全寄托在操作者的正確操作是危險的，必須使設備本身達到本質(zhì)安全。在設計階段必須考慮各種因素。經(jīng)過綜合分析，正確處理設備性能、產(chǎn)量、效率、可靠性、實用性、先進性、使用壽命、經(jīng)濟性和安全性之間的關系。其中安全性是必須首先考慮的。

不安全的設計會導致不必要的傷害和事故。最好的辦法是采納使用單位包括操作者的建議，不斷改進設計，提高設備的安全性。安全設計的目標是產(chǎn)品100%達到質(zhì)量要求，具有100%可靠性和100%的操作維修安全性。本質(zhì)安全的設備具有高度的可靠性和安全性，可以杜絕或減少傷亡事故，減少設備故障，從而提高設備利用率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2．設備本質(zhì)安全的指導思想

根據(jù)生產(chǎn)設備安全設計的基本要求和制定安全技術措施的基本原則，為了實現(xiàn)設備的本質(zhì)安全，可以從三方面入手：

（1）設計階段。采用技術措施來消除危險，使人不可能接觸或接近危險區(qū)，如在設計中對齒輪采用遠距離潤滑或自動潤滑，即可避免因加潤滑油而接近危險區(qū)；將危險區(qū)安全封閉；采用安全裝置；實現(xiàn)機械化和自動化等；這些都是設計階段應該解決的。

（2）操作階段。建立有計劃的維護保養(yǎng)和預防性維修制度；采用故障診斷技術，對運行中的設備進行狀態(tài)監(jiān)測；避免或及早發(fā)現(xiàn)設備故障；對安全裝置進行定期檢查，保證安全裝置始終處于可靠和待用狀態(tài)；提供必要的個人防護用品等。

（3）管理措施。指導機械的安全使用，向用戶及操作人員提供有關設備危險性的資料、安全操作規(guī)程、維修安全手冊等技術文件；加強對操作人員的教育和培訓，提高工人發(fā)現(xiàn)危險和處理緊急情況的能力。

上述三方面中，設計階段所應采取的措施是主要的。后兩方面的措施只是補充。

二、本質(zhì)安全的主要措施。

1．本質(zhì)安全的目的

本質(zhì)安全是指操作失誤時，設備能自動保證安全；當設備出現(xiàn)故障時，能自動發(fā)現(xiàn)并自動排除，能確保人身和設備安全。為使設備達到本質(zhì)而進行的研究、設計、改造和采取各種措施的最佳組合，都稱為本質(zhì)安全化。

本質(zhì)安全化的目的是：運用現(xiàn)代科學技術，特別是安全科學的成就，從根本上消除能形成事故的主要條件；如果暫時達不到時，則采取兩種或兩種以上的相對安全措施，形成最佳組合的安全體系，達到最大限度的安全。同時盡可能采取完善的防護措施，增強人體對各種危害的抵抗能力。本質(zhì)安全化強調(diào)先進技術手段和物質(zhì)條件在保障安全生產(chǎn)中的重要作用。隨著科學技術的進步，設備本質(zhì)安全化程度也會不斷提高。不會停留在現(xiàn)有的水平上。

2．本質(zhì)安全化的主要內(nèi)容

設備的本質(zhì)安全措施可以通過設備本身和控制器的安全設計來實現(xiàn)。

（1）本質(zhì)安全化的基本思路。

①從根本上消除發(fā)生事故的條件。這是最理想的措施。許多機械事故是由于人體接觸了危險點，如果將危險操作采用自動控制，用專用工具代替人手操作，實現(xiàn)機械化等都是保證人身安全的有效措施。

②設備能自動防止操作失誤和設備故障。操作失誤是操作人員違反操作規(guī)程的行為，設備故障是設備或其零、部件的功能受到損傷或破壞，以致不能正常運轉(zhuǎn)而使其技術性能下降甚至完全喪失。這些現(xiàn)象在生產(chǎn)中是難以完全避免的。因此設備應有自動防范措施，以避免發(fā)生事故。這些措施應能達到：即使操作失誤，也不會導致設備發(fā)生事故；即使出現(xiàn)故障，應能自動排除，切換或安全停機；當設備發(fā)生故障時，不論操作人員是否發(fā)現(xiàn)，設備應能自動報警，并作出應急反應，更理想的是還能顯示設備發(fā)生故障的部位。

（2）常用的措施。

⑴采用機械化、自動化和遙控技術。這是消除危險因素和人接觸最佳方案。機械的可靠性一般比人的可靠性高，人易受生理、心理以及外界因素的影響，一般認為的人失誤率在1%以上。設計優(yōu)良的機械，其故障率至少在0.1%以下，使用可靠性高的零、部件，機械的故障率可達到0.01%。采用機械化、自動化和遙控技術代替人的手工操作，是提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，減少設備故障率，防止錯誤操作，保證操作者安全和設備安全最有效的措施。尤其適用于危險作業(yè)和在惡劣的作業(yè)環(huán)境中代替人進行操作。

⑵采用可靠性設計，提高機械設備的可靠性。

⑶采用安全防護裝置。當無法消除危險因素時，采用安全防護裝置隔離危險因素是最常用的技術措施。帶有聯(lián)鎖裝置的防護罩是最好的本質(zhì)安全措施。

⑷安裝保險裝置，保險裝置又叫故障保險裝置。這種裝置的作用與安全防護裝置稍有不同。它能在設備產(chǎn)生超壓、超溫、超速、超載、超位等危險因素時，進行自動控制并消除或減弱上述危險。安全閥、單向閥、超載保護裝置、限速器、限位開關、爆破片、熔斷器、保險絲、力矩限制器、極限位置限制器等都是常用的保險裝置。

⑸采用自監(jiān)測、報警和處理系統(tǒng)。利用現(xiàn)代化儀器儀表對運行中的設備狀態(tài)參數(shù)進行在線監(jiān)測和故障診斷。當出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，能自動報警，發(fā)出聲、光報警信號，并且動作出應急反應，如自動停機、自動切換到備用設備等。

⑹采用冗余技術。冗余技術是可靠性設計常采用的一種技術，即在設計中增加冗余元件或冗余（備用）設備，平時只用其中一個，當發(fā)生事故時，冗余設備或冗余元件能自動切換。

⑺采用傳感技術 在危險區(qū)設置光電式、感應式、壓力傳感式傳感器，當人進入危險區(qū)，可立即停機，終止危險運動。

⑻安裝緊急停車開關。

⑼向操作者提供機械關鍵安全功能是否正常（設備的自檢功能）的信息。

⑽設計程序聯(lián)鎖開關。設計對出現(xiàn)錯誤指令時，禁止啟動的操縱器。這些關鍵程序只有在正常操作指令下才能啟動機械。

⑾配備使操作者容易觀察的，能顯示設備運行狀態(tài)和故障的顯示器。

⑿采用多重安全保障措施。對于危險性大的作業(yè)，要求設備運行絕對安全可靠。為了防止出現(xiàn)故障和發(fā)生誤操作，應采用雙重或多重安全保障措施，使設備運行萬無一失。

二、可靠性設計

1．可靠性技術和可靠性設計

設備在規(guī)定的時期內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力稱為設備的可靠性?？煽啃约夹g已成為提高使用壽命、減少設備故障、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要手段。可靠性技術和安全技術有密切的關系，但兩者又不完全相同。

許多可靠性技術采用的方法已被安全技術所采用，許多基本概念也用到安全技術和安全管理上。安全技術所用到的事故樹分析（FTA）就是沿用可靠性工程的故障樹分析方法。故障模式影響分析（FMEA）和故障模式影響及危害度分析（FMECA）也是可靠性工程的重要方法。安全技術措施有許多也是可靠性技術常用到的措施。因此，可以說安全技術的基礎是可靠性技術。但是可靠性技術不能完全代替安全技術?？煽啃约夹g只能解決物質(zhì)條件的安全，安全技術還要解決操作設備的人的安全。當然如果沒有可靠性技術提供物質(zhì)保證，安全技術也是無能為力的。設備的本質(zhì)安全在很大程度上要依靠可靠性技術。

可靠性設計是設備安全設計的重要內(nèi)容。任何設備都必須具備一定的工作性能，要求使用方便、容易維修、經(jīng)久耐用。在設計時，應該綜合考慮下列因素：

（1）經(jīng)濟性、設備用途和使用條件；

（2）設備設計的復雜性和成熟程度；

（3）設備制造時的復雜性和難度；

（4）設備結(jié)構(gòu)上不出現(xiàn)故障，即“結(jié)構(gòu)可靠性”高；

（5）精度滿足使用要求，即“使用可靠性高”；

（6）在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力高，即設備的可靠性高。這個時期的使用壽命（無故障工作時間），在可靠性工程中稱為“保險期”，要求使用壽命長；

（7）設備有效性高，即故障率低；

（8）維修性高，出了故障能很快發(fā)現(xiàn)并容易排除故障；

（9）對設備安全性的要求。

后6個因素都與設備的可靠性有關。

2．可靠性設計的基本知識

（1）可靠性設計的意義。

可行性設計是可靠性工程的重要組成部分。這里只介紹與機械安全有關的基本知識，以便設備管理人員、安全工作人員能運用所介紹的知識在工作中正確地處理下列問題：

①比較和選擇可靠性高的設備；

②對設備故障進行記錄、分析，研究故障機理，隨時將故障資料反饋給設備設計、制造單位，以便改進設計和提高制造質(zhì)量，從而提高設備的可靠性；

③針對現(xiàn)有設備在運行中暴露出來的不安全因素，在現(xiàn)有設備上設計一些簡單易行、可靠的安全裝置，以確保設備的安全運行；

④指導制訂提高可靠性、維修性的方案。

（2）可靠度和故障率。

①可靠性和可靠度?？煽啃允窃u價設備在使用壽命期內(nèi)可信賴程度的指標。是指設備在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。而設備在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率為可靠度?？梢杂每煽慷葘υO備的可靠性進行具體的試驗、測量和比較，也就是可以對可靠性進行定量的測定和衡量，并加以表示。

a可靠度研究的對象 可靠度研究的對象可以是一個系統(tǒng)、一臺設備或其中一個零件。設備是由千百個零件組成的，如果其中一個零件出現(xiàn)故障，有可能使整個設備出現(xiàn)故障；因此研究設備可靠度要從研究零件入手。

b規(guī)定的條件 包括設備所處的作業(yè)環(huán)境、使用條件和維修條件。

作業(yè)環(huán)境：溫度、濕度、壓力、振動、沖擊、粉塵、日曬、雨淋等；

使用條件：負荷大小和性質(zhì)，操作人員的技術水平等；

c規(guī)定的時間隨著設備使用時間的延長、零部件的磨損、材料的腐蝕老化而使性能下降，可靠性也將下降，因此可靠性是時間的函數(shù)。使用時間不同的設備，其可靠性是不能等價比較的。規(guī)定的時間一般應以能達到以最少修理費用和停工損失來確定，如機床一般選定為兩次計劃修理之間的時間（無故障工作時間）

d規(guī)定的功能 指既有明確的功能指標，如功率、流量、速度等，又有明確的失效（出現(xiàn)故障、不能正常工作）界限，如設備質(zhì)量下降到制造時質(zhì)量的百分之幾就應報廢等。

②故障和故障率。故障表示設備處于不正常狀態(tài)。設備在投入使用和運行過程中，由于某種原因，使設備或其零、部件喪失了其規(guī)定功能的事件稱為故障。由此可見，可靠性和故障是反映設備運行正反兩個方面的狀態(tài)。

故障率是指在任意給定的時間內(nèi)，設備或零件出現(xiàn)故障的概率以λ表示。隨著時間延長，故障率增加。

③零件可靠度與設備可靠度