摘要：論述了機(jī)械安全的定義及特性,闡述了機(jī)械安全設(shè)計(jì)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及內(nèi)涵,提出了機(jī)械安全設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)程序,為促進(jìn)我國機(jī)械安全設(shè)計(jì)技術(shù)的研究和發(fā)展探討了機(jī)械安全設(shè)計(jì)方法學(xué)。
關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù);現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法;安全設(shè)計(jì);方法研究
1 機(jī)械安全的定義及特性
機(jī)械安全是在按使用說明書規(guī)定的預(yù)定使用條件下,執(zhí)行其功能和在其產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期內(nèi)(運(yùn)輸、安裝、調(diào)整、維修、拆卸和處理時(shí))不產(chǎn)生損傷或危害健康的能力。
機(jī)械安全設(shè)計(jì)是采用先進(jìn)的機(jī)械安全技術(shù),從系統(tǒng)內(nèi)部對機(jī)器可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行識別、分析和評價(jià),根據(jù)其評價(jià)結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)、防護(hù)裝置和使用信息的設(shè)計(jì),使系統(tǒng)可能發(fā)生的事故得到控制,使機(jī)械在其整個(gè)壽命周期都是安全的?，F(xiàn)代產(chǎn)品的機(jī)械安全與傳統(tǒng)安全工程相比,具有以下幾方面的特性：
(1)系統(tǒng)性 隨著系統(tǒng)工程概念的引入,安全設(shè)計(jì)這門新興學(xué)科是建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、環(huán)境學(xué)、勞動衛(wèi)生、人機(jī)工程、計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上,并綜合運(yùn)用這些科學(xué)技術(shù)的新型學(xué)科。
(2)安全性 采用現(xiàn)代安全設(shè)計(jì)方法,通過對機(jī)械危險(xiǎn)的識別、評價(jià)和安全設(shè)計(jì),從而使機(jī)器在整個(gè)壽命周期內(nèi)發(fā)揮預(yù)定功能,包括誤用時(shí),其機(jī)器和人身均是安全的,使人對勞動環(huán)境、勞動內(nèi)容和主動地位的提高得到不斷改善。
(3)友善性 機(jī)械安全設(shè)計(jì)涉及到人和人所控制的機(jī)器,它在人與機(jī)器之間建立起一套滿足人的生理特性、心理特性,充分發(fā)揮人的功能的、提高人機(jī)系統(tǒng)效率的安全系統(tǒng),在設(shè)計(jì)中通過減少操作者的緊張和體力來提高安全性,并以此改善機(jī)器的操作性能和提高其可靠性。
(4)科學(xué)性 機(jī)械安全設(shè)計(jì)包括安全分析、安全評價(jià)和安全設(shè)計(jì),它是應(yīng)用系統(tǒng)工程的原理和方法,全面、系統(tǒng)地對導(dǎo)致危險(xiǎn)的因素進(jìn)行定性、定量分析和評價(jià),尋求降低風(fēng)險(xiǎn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的一門綜合性科學(xué)。它應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的安全設(shè)計(jì),為機(jī)械產(chǎn)品的安全設(shè)計(jì)的科學(xué)化和系統(tǒng)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2 機(jī)械安全技術(shù)的內(nèi)涵及構(gòu)成
機(jī)械安全設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重要組成部分,隨著先進(jìn)制造技術(shù)的推動和市場對機(jī)械產(chǎn)品需求的多樣化,通過10多年來對傳統(tǒng)安全工程的摒棄、擴(kuò)展和延伸,逐步形成了以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo),以基礎(chǔ)科學(xué)、工程技術(shù)以及管理科學(xué)構(gòu)成的多層次的安全科學(xué)。機(jī)械安全技術(shù)是一個(gè)有機(jī)整體,3個(gè)層次的技術(shù)并不是孤立的,它們互相聯(lián)系,構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。
(1)基礎(chǔ)技術(shù) 第1個(gè)層次是機(jī)械安全技術(shù)的理論基礎(chǔ)。機(jī)械安全設(shè)計(jì)在人的心理學(xué)、生理學(xué)以及系統(tǒng)工程為基本出發(fā)點(diǎn)的方法論指導(dǎo)下,經(jīng)過優(yōu)化而形成科學(xué)、安全、舒適、友善的機(jī)械安全技術(shù),組成機(jī)械安全技術(shù)的核心,它是機(jī)械安全技術(shù)的重要組成部分。
(2)工程技術(shù) 第2個(gè)層次是機(jī)械安全技術(shù)的相關(guān)單元技術(shù)。該部分主要由現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法學(xué)所包含的可靠性設(shè)計(jì)、動態(tài)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)等優(yōu)良設(shè)計(jì)方法組成。通過應(yīng)用這些現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù),從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度,保證機(jī)械的本質(zhì)安全,即機(jī)器在整個(gè)壽命期內(nèi)發(fā)揮預(yù)定功能,包括誤用時(shí)其機(jī)器和人身是安全的。
(3)管理技術(shù) 第3個(gè)層次是安全管理技術(shù)。它是與安全系統(tǒng)的組織與管理有關(guān)的各種技術(shù),主要包括安全技術(shù)的創(chuàng)新、安全規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的制定和安全的監(jiān)督實(shí)施、安全設(shè)計(jì)的評審、認(rèn)證等。它是技術(shù)與管理、科學(xué)與社會緊密結(jié)合,保證安全技術(shù)實(shí)施并使機(jī)械安全達(dá)到合理化和最佳化的條件保證。
(4)支撐技術(shù) 第4個(gè)層次是支持機(jī)械安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)技術(shù)和共性技術(shù),包括機(jī)械安全設(shè)計(jì)必備的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟硬件、信息網(wǎng)絡(luò)和機(jī)械安全行業(yè)數(shù)據(jù)庫等。
以上4個(gè)層次構(gòu)成機(jī)械安全技術(shù)的體系結(jié)構(gòu),但每一個(gè)層次都不等于機(jī)械安全技術(shù)的全部。機(jī)械安全技術(shù)是應(yīng)用上述4個(gè)層次技術(shù)的局部或?qū)ζ溥M(jìn)行系統(tǒng)集成而形成的系統(tǒng)綜合技術(shù)。
3 機(jī)械安全設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
3.1 危險(xiǎn)識別
危險(xiǎn)識別在機(jī)械安全設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位,它的目的是描述危險(xiǎn)的性質(zhì)和識別它們各自危險(xiǎn)所產(chǎn)生的后果。在對機(jī)械進(jìn)行安全設(shè)計(jì)、制定有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)時(shí),必須要對機(jī)器可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)進(jìn)行識別。它是安全評價(jià)和安全設(shè)計(jì)的主要依據(jù),危險(xiǎn)識別的準(zhǔn)確與否,直接影響到安全性能的好壞。
機(jī)器可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)主要分為2大類:
(1)機(jī)械危險(xiǎn) 主要包括擠壓危險(xiǎn)、剪切危險(xiǎn)、切割危險(xiǎn)、纏繞危險(xiǎn)、吸人或卷入危險(xiǎn)、沖擊或碰撞危險(xiǎn)、刺傷或扎傷危險(xiǎn)、摩擦和磨損危險(xiǎn)、高壓流體噴射危險(xiǎn)等。
(2)非機(jī)械危險(xiǎn) 主要包括電氣危險(xiǎn)、熱危險(xiǎn)、噪聲危險(xiǎn)、振動危險(xiǎn)、輻射危險(xiǎn)、材料或物質(zhì)產(chǎn)生的危險(xiǎn)、未遵循人類工效學(xué)原則而產(chǎn)生的危險(xiǎn)及綜合性危險(xiǎn)等。
3.2 安全評價(jià)
風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是在危險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)有工藝水平對機(jī)器在每種危險(xiǎn)狀態(tài)下可能產(chǎn)生傷害的概率和嚴(yán)重度進(jìn)行全面評估和判定。安全評價(jià)的目的是幫助設(shè)計(jì)者根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平,以及由此引起的各種約束確定最優(yōu)的安全措施,使機(jī)器達(dá)到最高安全水平。
(1)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)要素風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)通常包括以下3個(gè)方面的要素:
①評估可能傷害的嚴(yán)重度。可通過傷害的范圍、傷害的限度、傷害的嚴(yán)重度等因素進(jìn)行評估。②人們暴露于危險(xiǎn)區(qū)的頻率。通過對進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)的性質(zhì)、頻次、持續(xù)時(shí)間和人數(shù)等因素來進(jìn)行評估。③預(yù)測危險(xiǎn)出現(xiàn)的概率。主要對以下因素進(jìn)行預(yù)測:機(jī)器及其它元器件的可靠性及有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),類似機(jī)器事故歷史資料。
(2)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的定性方法
風(fēng)險(xiǎn)要素評估完成后,需對機(jī)器進(jìn)行危險(xiǎn)評價(jià),以確定機(jī)器是否達(dá)到安全要求。
(3)綜合運(yùn)用各種系統(tǒng)安全分析和評價(jià)方法
采用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)已有近20年的歷史,發(fā)展了數(shù)十種系統(tǒng)安全分析方法,能從各種不同的角度對系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。從分析的數(shù)理角度出發(fā),這些方法可分為定性分析和定量分析。從分析的邏輯觀點(diǎn)出發(fā),又可分為歸納法和演繹法。其中,不少方法是相似的、重復(fù)的,但是按照系統(tǒng)壽命周期的時(shí)間進(jìn)程,這些系統(tǒng)安全分析方法之間又互有聯(lián)系,各有利弊。
在傷亡事故分析預(yù)測方面,比較常用的系統(tǒng)安全分析方法有初步危險(xiǎn)分析(PHA)、故障類型和影響危險(xiǎn)度分析(FMECA)、事件樹分析(ETA)、故障樹分析(FTA)、管理疏忽和危險(xiǎn)樹分析(MORT)等。其中,在我國乃至國際上應(yīng)用最廣泛的是故障樹分析。
3.3 機(jī)械安全設(shè)計(jì)
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估的結(jié)果進(jìn)行安全設(shè)計(jì),在選擇安全設(shè)計(jì)的最優(yōu)方法時(shí),必須遵循以下原則：
(1)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)機(jī)械安全設(shè)計(jì)的第一步是對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素如下:①使機(jī)器外觀達(dá)到本質(zhì)安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);②使機(jī)器有關(guān)運(yùn)動參數(shù)達(dá)到安全的設(shè)計(jì);③合理規(guī)定和計(jì)算零部件的強(qiáng)度和應(yīng)力;④合理選用材料;⑤選用本質(zhì)安全技術(shù)和動力源;⑥應(yīng)用強(qiáng)制機(jī)械作用原則;⑦應(yīng)用人機(jī)工程原則;⑧應(yīng)用人類工效學(xué)原則;⑨提高機(jī)器及零件的可靠性;10使機(jī)器的調(diào)整、維修點(diǎn)位于危險(xiǎn)區(qū)之外。
(2)安全防護(hù)措施的選用與設(shè)計(jì)對通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍不能避免或充分減小的危險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)合理選用和設(shè)計(jì)安全裝置和(或)防護(hù)裝置進(jìn)行防護(hù)。
(3)提供充分的安全使用信息對通過合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采用安全防護(hù)措施都無法消除或充分減小的那些遺留風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)通過提供安全使用信息的方式通知和警告用戶和使用者,使他們在使用機(jī)器時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救安全措施。
