機械安全設計方法研究

—機械安全設計方法研究論述了機械安全的定義及特性，闡述了機械安全設計技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及內(nèi)涵，提出了機械安全設計的根本內(nèi)容、設計原則和設計程序，為促進我國機械安全設計技術(shù)的研討和發(fā)展探討了機械安全設計方法學。先進制造技術(shù)；現(xiàn)代設計方法；安全設計；方法研討1機械安全的定義及特性機械安全是在按運用說明書規(guī)定的預定運用條件下，執(zhí)行其功能和在其產(chǎn)品的整個壽命周期內(nèi)（運輸、安裝、調(diào)整、修理、拆卸和處理時）不產(chǎn)生損傷或危害健康的力量。機械安全設計是采納先進的機械安全技術(shù)，從系統(tǒng)內(nèi)部對機器可能發(fā)生的危險進行辨認、分析和評價，依據(jù)其評價結(jié)果進行結(jié)構(gòu)、防護裝置和運用信息的設計，使系統(tǒng)可能發(fā)生的事故得到掌握，使機械在其整個壽命周期都是安全的?，F(xiàn)代產(chǎn)品的機械安全與傳統(tǒng)安全工程相比，具有以下幾方面的特性：（1）系統(tǒng)性伴著系統(tǒng)工程概念的引入，安全設計這門新興學科是建立在心理、信息、掌握、牢靠性、失效分析、環(huán)境學、勞動衛(wèi)生、人機工程、計算機等科學技術(shù)基礎上，并綜合運用這些科學技術(shù)的新型學科。（2）安全性采納現(xiàn)代安全設計方法，通過對機械危險的辨認、評價和安全設計，從而使機器在整個壽命周期內(nèi)發(fā)揮預定功能，包括誤用時，其機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）友善性機械安全設計觸及到人和人所掌握的機器，它在人與機器之間建立起一套滿意人的生理特性、心理特性，充足發(fā)揮人的功能的、提高人機系統(tǒng)效率的安全系統(tǒng)，在設計中通過削減操的緊急和體力來提高安全性，并以此改善機器的操作性能和提高其牢靠性。（4）科學性機械安全設計包括安全分析、安全評價和安全設計，它是應用系統(tǒng)工程的原理和方法，全面、系統(tǒng)地對導致危險的因素進行定性、定量分析和評價，尋求降低風險的最優(yōu)設計方案的一門綜合性科學。它應用于機械產(chǎn)品的安全設計，為機械產(chǎn)品的安全設計的科學化和系統(tǒng)化奠定堅實的基礎。2機械安全技術(shù)的內(nèi)涵及構(gòu)成機械安全設計作為現(xiàn)代設計方法的重要組成部分，伴著先進制造技術(shù)的推動和市場對機械產(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、擴展和延長，逐步形成了以系統(tǒng)工程理論為指導，以基礎科學、工程技術(shù)以及管理科學構(gòu)成的多層次的安全科學。機械安全技術(shù)是一個有機整體，3個層次的技術(shù)并不是孤立的，它們相互聯(lián)系，構(gòu)成一個有機的整體。（1）基礎技術(shù)第1個層次是機械安全技術(shù)的理論基礎。機械安全設計在人的心理學、生理學以及系統(tǒng)工程為根本動身點的方法論指導下，經(jīng)過優(yōu)化而形成科學、安全、舒適、友善的機械安全技術(shù)，組成機械安全技術(shù)的核心，它是機械安全技術(shù)的重要組成部分。（2）工程技術(shù)第2個層次是機械安全技術(shù)的相關(guān)單元技術(shù)。該部分主要由現(xiàn)代設計技術(shù)的設計方法學所包含的牢靠性設計、動態(tài)設計、材料設計、強度設計等優(yōu)良設計方法組成。通過應用這些現(xiàn)代設計技術(shù)，從機械結(jié)構(gòu)設計的角度，保證機械的本質(zhì)安全，即機器在整個壽命期內(nèi)發(fā)揮預定功能，包括誤用時其機器和人身是安全的。（3）管理技術(shù)第3個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、安全標準、標準的制定和安全的監(jiān)督實施、安全設計的評審、認證等。它是技術(shù)與管理、科學與社會緊密結(jié)合，保證安全技術(shù)實施并使機械安全到達合理化和最正確化的條件保證。（4）支撐技術(shù)第4個層次是支持機械安全設計的基礎技術(shù)和共性技術(shù)，包括機械安全設計必備的計算機輔助設計的軟硬件、信息網(wǎng)絡和機械安全行業(yè)數(shù)據(jù)庫等。以上4個層次構(gòu)成機械安全技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，但每一個層次都不等于機械安全技術(shù)的全部。機械安全技術(shù)是應用上述4個層次技術(shù)的局部或?qū)ζ溥M行系統(tǒng)集成而形成的系統(tǒng)綜合技術(shù)。3機械安全設計的主要內(nèi)容3.1危險辨認危險辨認在機械安全設計中占有非常重要的地位，它的目的是描述危險的性質(zhì)和辨認它們各自危險所產(chǎn)生的后果。在對機械進行安全設計、制定有關(guān)安全標準和風險評價時，必需要對機器可能產(chǎn)生的危險進行辨認。它是安全評價和安全設計的主要依據(jù)，危險辨認的精確與否，直接影響到安全性能的好壞。機器可能產(chǎn)生的危險主要分為2大類：（1）機械危險主要包括擠壓危險、剪切危險、切割危險、纏繞危險、吸人或卷入危險、沖擊或碰撞危險、刺傷或扎傷危險、摩擦和磨損危險、高壓流體噴射危險等。（2）非機械危險主要包括電氣危險、熱危險、噪聲危險、振動危險、輻射危險、材料或物質(zhì)產(chǎn)生的危險、未遵循人類工效學原則而產(chǎn)生的危險及綜合性危險等。3.2安全評價風險評價是在危險分析的基礎上，依據(jù)現(xiàn)有工藝水平對機器在每種危險狀態(tài)下可能產(chǎn)生損害的概率和嚴峻度進行全面評估和判斷。安全評價的目的是幫忙設計者依據(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，使機器到達最高安全水平。（1）風險評價要素風險評價通常包括以下3個方面的要素：①評估可能損害的嚴峻度?？赏ㄟ^損害的范圍、損害的限度、損害的嚴峻度等因素進行評估。②人們暴露于危險區(qū)的頻率。通過對進入危險區(qū)的性質(zhì)、頻次、持續(xù)時間和人數(shù)等因素來進行評估。③預測危險顯現(xiàn)的概率。主要對以下因素進行預測：機器及其它元器件的牢靠性及有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，類似機器事故歷史資料。（2）風險評價的定性方法風險要素評估完成后，需對機器進行危險評價，以確定機器是否到達安全要求。（3）綜合運用各種系統(tǒng)安全分析和評價方法采納系統(tǒng)工程方法進行風險評價已有近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)進行風險評價。從分析的數(shù)理角度動身，這些方法可分為定性分析和定量分析。從分析的規(guī)律觀點動身，又可分為歸納法和演繹法。其中，不少方法是相像的、重復的，但是根據(jù)系統(tǒng)壽命周期的時間進程，這些系統(tǒng)安全分析方法之間又互有聯(lián)系，各有利弊。在傷亡事故分析預測方面，比擬常用的系統(tǒng)安全分析方法有初步危險分析（PHA）故障類型和影響危險度分析（FMECA）大事樹分析（ETA）故障樹分析（FTA）管理疏忽和危險樹分析（MORT）等。其中，在我國乃至國際上應用最廣泛的是故障樹分析。3.3機械安全設計依據(jù)風險評估的結(jié)果進行安全設計，在選擇安全設計的最優(yōu)方法時，必需遵循以下原則：（1）結(jié)構(gòu)安全設計機械安全設計的第一步是對其進行結(jié)構(gòu)設計，結(jié)構(gòu)安全設計應考慮的主要因素如下：①使機器外觀到達本質(zhì)安全的結(jié)構(gòu)設計；②使機器有關(guān)運動參數(shù)到達安全的設計；③合理規(guī)定和計算零部件的強度和應力；④合理選用材料；⑤選用本質(zhì)安全技術(shù)和動力源；⑥應用強制機械作用原則；⑦應用人機工程原則；⑧應用人類工效學原則；⑨提高機器及零件的牢靠性；10使機器的調(diào)整、修理點位于危險區(qū)之外。（2）安全防護措施的選用與設計對通過合理的結(jié)