機(jī)械安全技術(shù)趨向分析

1、機(jī)械安全技術(shù)趨向分析1 前言 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的 重視，安全已經(jīng)逐漸形成了一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，并得到了人們的認(rèn)同。 眾所周知，機(jī)械工業(yè)是母工業(yè)，它是所有產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。機(jī)械安全關(guān)系 到生產(chǎn)人員的人身安全、企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全，是可持續(xù)發(fā)展的重要組成 部分。所以機(jī)械安全技術(shù)得到了廣大機(jī)械技術(shù)人員和管理人員的高度 重視，發(fā)展很快。當(dāng)然，作為安全學(xué)科的一部分，機(jī)械安全無(wú)論在理 論體系方面還是在應(yīng)用方面，仍然存在許多問(wèn)題和不足，需要人們努 力去完善，去解決。2 機(jī)械安全技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 機(jī)械是一種古老的裝置，人類已經(jīng)使用了幾千年。但是，將機(jī)械 安全作為一門(mén)技術(shù)甚至一門(mén)學(xué)科來(lái)對(duì)待來(lái)

2、研究是 20 世紀(jì) 60 年代以后 的事情。這主要與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有關(guān)。機(jī)械安全技術(shù)源于機(jī)械故障 診斷技術(shù)。美國(guó)是發(fā)源地。在真正意識(shí)到機(jī)械安全的重要性以后，美 國(guó)于 1967 年 4 月成立了機(jī)械故障預(yù)防小組 (MFPG， Mechanical Fault Preve ntion Group)，開(kāi)始專門(mén)研究機(jī)械故障。在其影響下，美國(guó)的 ASME 、EPRI 等著名組織與機(jī)構(gòu)也開(kāi)始仿效，成立了專門(mén)的機(jī)構(gòu)從事 機(jī)械故障方面的研究并開(kāi)展學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。在歐洲，英國(guó)最早開(kāi)展這項(xiàng)活動(dòng)，瑞典、丹麥、法國(guó)、挪威、葡 萄牙等雖然起步較晚，但是進(jìn)步很快。亞洲反應(yīng)相對(duì)慢一些。日本于 20世紀(jì) 70 年代初開(kāi)始研究這

3、項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)于 70 年代末開(kāi)始接觸機(jī)械 診斷技術(shù)，于80年代正式研究它，真正應(yīng)用是 90年代llj。機(jī)械安全 技術(shù)另外一個(gè)重要的組成部分就是機(jī)械安全設(shè)計(jì)。 20世紀(jì) 80年代，由 于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，加上機(jī)械事故的日益增多，世界各國(guó)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)安 全工程設(shè)計(jì)方法的反思，在常規(guī)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出了機(jī)械安全設(shè) 計(jì)的概念。機(jī)械安全設(shè)計(jì)的思想是在設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用當(dāng)代最先進(jìn)的機(jī)械安全技術(shù)，事先對(duì)機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部可能發(fā)生的安全隱患及危險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、分 析和評(píng)價(jià)，然后再根據(jù)其評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì) 是力圖保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械能安全地度過(guò)整個(gè)生命周期。機(jī)械安全技術(shù) 與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及安全工程設(shè)計(jì)方法相比，主

4、要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方 面： 系統(tǒng)性，它自始至終運(yùn)用了系統(tǒng)工程的思想，將機(jī)械作為一個(gè) 系統(tǒng)來(lái)考慮； 綜合性，機(jī)械安全設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了心理學(xué)、控制論、可靠性工程、環(huán)境科學(xué)、工業(yè)工程、計(jì)算機(jī)及信息科學(xué)等方面的知識(shí)； 科學(xué)性，機(jī)械安全設(shè)計(jì)包括了機(jī)械安全分析、安全評(píng)價(jià)與安全 設(shè)計(jì)。機(jī)械安全技術(shù)既全面又綜合地考慮了各種影響因素，通過(guò)定性、 定量的分析和評(píng)價(jià)，最大限度地降低了機(jī)械在安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械安全技術(shù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)也是機(jī)械安全技術(shù)的一個(gè)重要組成部 分。標(biāo)準(zhǔn)化工作歷來(lái)是推廣應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的重要保障。為了推 動(dòng)機(jī)械安全技術(shù)，歐洲共同體理事會(huì)于 1985 年與歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) (CEN)達(dá)成協(xié)議，由CEN負(fù)責(zé)

5、機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。為了完成這 一任務(wù)， CEN 專門(mén)建立了 23 個(gè)有關(guān)機(jī)械安全的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)， 另外還 有將近 40 個(gè)技術(shù)委員會(huì)的工作與機(jī)械安全工作有關(guān)。 這些標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù) 委員會(huì)先后一共制定了 600 多項(xiàng)機(jī)械安全方面的標(biāo)準(zhǔn)。此外，歐洲共 同體理事會(huì)還專門(mén)制定了有關(guān)機(jī)械安全方面的法規(guī)，有力地推動(dòng)了機(jī) 械安全學(xué)科的發(fā)展。在歐共體帶動(dòng)下，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(1SO)與CEN先后簽訂了“技 術(shù)信息交換協(xié)議”，即里斯本協(xié)議、“技術(shù)合作協(xié)議”，即維也納協(xié)議， 并于1991年1月成立了“機(jī)械安全技術(shù)委員會(huì)”(即ISO/TCI99)。該 委員會(huì)的任務(wù)與目標(biāo)主要有： 幫助制造企業(yè)生產(chǎn)符合安全和人類健康的

6、機(jī)械產(chǎn)品； 協(xié)調(diào)制造企業(yè)、用戶和有關(guān)方面在安全技術(shù)檢查方面的有關(guān)事 宜； 統(tǒng)一世界各國(guó)機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)的水平； 消除國(guó)際機(jī)械產(chǎn)品貿(mào)易技術(shù)壁壘，擴(kuò)大國(guó)際機(jī)械貿(mào)易市場(chǎng)。ISO/TCI99 自從成立以后，在機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)的制定、協(xié)調(diào)方面做 了大量的工作，為完善和建設(shè)機(jī)械安全學(xué)科作出了重要的貢獻(xiàn)。3 機(jī)械安全技術(shù)的現(xiàn)狀及目前存在的主要問(wèn)題 在短短的幾十年里，由于科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)械安全技術(shù)也 發(fā)展很快，許多方面已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。3 1 機(jī)械故障診斷技術(shù)(1) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得在線監(jiān)測(cè)技術(shù)日益完善。在線工況監(jiān)視 與測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)使得視情維修制度這種科學(xué)的維修制度有了技術(shù)保 障，并且使得實(shí)時(shí)診斷成

7、為可能，并且已有眾多的機(jī)械故障診斷軟件 系統(tǒng)可供實(shí)用。(2) 故障診斷方法不斷出現(xiàn)新成果?；疑治?、時(shí)間序列分析、倒 頻譜分析、全息譜分析、故障診斷人工智能專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)等技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于機(jī)械故障診斷，并且很多技術(shù)已經(jīng)趨向成 熟，如超聲波技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、熱象診斷技術(shù)、油樣分析技術(shù)及渦 流診斷技術(shù)等。32 機(jī)械安全設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò) 30多年的發(fā)展， 機(jī)械安全設(shè)計(jì)在國(guó)外已形成一套比較成熟的 方法。從 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，歐盟和美國(guó)把機(jī)械安全設(shè)計(jì)正式列入 國(guó)家先進(jìn)制造技術(shù)的體系之中，并將其作為重點(diǎn)扶植的研究領(lǐng)域。他 們將安全系統(tǒng)工程方法、安全人機(jī)工程學(xué)、可靠性工程學(xué)等學(xué)科結(jié)合 起來(lái)

8、，從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全防護(hù)、使用信息三方面來(lái)考慮機(jī)械的安 全性。美國(guó)在 90 年代已建立起一套機(jī)械安全設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模式和 設(shè)計(jì)程序，其目的是將機(jī)械的隱患與危險(xiǎn)消除在設(shè)計(jì)過(guò)程的每一環(huán)節(jié) 上，從而保證機(jī)械安全。機(jī)械安全設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容由危險(xiǎn)識(shí)別、 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與安全設(shè)計(jì)組成。 危險(xiǎn)識(shí)別包括機(jī)械危險(xiǎn)與非機(jī)械危險(xiǎn)兩方面的內(nèi)容。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即安全 評(píng)價(jià)，它建立在危險(xiǎn)識(shí)別分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的工藝水平對(duì)機(jī)械 在每一種危險(xiǎn)狀態(tài)下可能產(chǎn)生的傷害的概率與嚴(yán)重程度進(jìn)行全面評(píng)估 和評(píng)定。作為機(jī)械安全設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，安全設(shè)計(jì)必須一方面將 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)，另一方面則必須從具體結(jié)構(gòu)、安全防 護(hù)措施與安全使用信息三

9、方面來(lái)進(jìn)行。3 3 機(jī)械安全法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn) 目前在機(jī)械安全方面影響最大的行政法規(guī)是歐洲共同體所制定與 發(fā)布的機(jī)械安全指令98/37/EC。該指令從1998年8月起實(shí)施。機(jī) 械安全指令98/37/EC最早的版本是1989年的89/392/EEC，中 間還有兩個(gè)版本：91/368/EEC與93/44/EEC。按照機(jī)械安全指令 98/37/EC的規(guī)定，除了醫(yī)療器械、低壓電器設(shè)備及建筑用升降機(jī)設(shè) 備外，所有機(jī)器和安全性零件都在其適用范圍。指令由正文及 7 個(gè)附 件組成。正文包括：機(jī)械的范圍、投放市場(chǎng)與自由流通、合格評(píng)定程序、 CE 標(biāo)志，最終要求。附件分別是：有關(guān)機(jī)器與安全性零部件的設(shè)計(jì)和 制造的基本健康

10、與安全要求，機(jī)器的合格聲明的要求， CE 標(biāo)志， EC 合格聲明書(shū)， EC 型式試驗(yàn)，各成員國(guó)認(rèn)可機(jī)構(gòu)應(yīng)考慮的最低標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械安全指令 98/37/EC 是歐盟各國(guó)內(nèi)部使用的強(qiáng)制性執(zhí)行的 文件。它要求各國(guó)要在一定的時(shí)間內(nèi)將其轉(zhuǎn)化成本國(guó)法律。指令列舉 了 60多個(gè)由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）制定的歐盟機(jī)械安全指令的協(xié)調(diào) 標(biāo)準(zhǔn)。該指令指出，任何符合協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械都可視為符號(hào)指令98/37/EC的要求。4 發(fā)展趨向 近年來(lái)，機(jī)械安全技術(shù)發(fā)展很快。從最近的研究動(dòng)態(tài)與技術(shù)信息 分析，機(jī)械安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有： 進(jìn)一步發(fā)展機(jī)械故障專家診斷系統(tǒng)； 進(jìn)一步完善和研究機(jī)械故障診斷理論方法； 進(jìn)一步完善機(jī)械安全檢測(cè)

11、技術(shù)； 機(jī)械安全設(shè)計(jì)； 建立機(jī)械安全保障體系。4.1 進(jìn)一步發(fā)展機(jī)械故障專家診斷系統(tǒng)20 多年來(lái)，機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)研究一直比較活躍。其原因是 因?yàn)殡S著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，大量機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能與作用 等日益高級(jí)化、復(fù)雜化，修理人員一般很難憑經(jīng)驗(yàn)解決問(wèn)題，需要利 用人工智能，將專家的知識(shí)系統(tǒng)地存入計(jì)算機(jī)內(nèi)以提供診斷支援。目 前許多機(jī)械設(shè)備的故障診斷專家系統(tǒng)已趨成熟，但仍有許多復(fù)雜的難 題有待進(jìn)一步研究與探討。4 2 進(jìn)一步完善和研究機(jī)械故障診斷理論與方法目前許多機(jī)械工程專家正在研究一些新的機(jī)械故障診斷理論與方 法，如小波包變換診斷的理論與方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型方法、虛擬 現(xiàn)實(shí)技術(shù)、非線性模型理論與技術(shù)等。4 3 進(jìn)一步完善機(jī)械安全檢測(cè)技術(shù)雖然現(xiàn)代化的測(cè)試技術(shù)與設(shè)備在不斷更新，但是機(jī)械設(shè)備本身的 復(fù)雜性及其工作環(huán)境的復(fù)雜性和大量不可預(yù)測(cè)的偶發(fā)事件的存在，機(jī) 械安全檢測(cè)技術(shù)仍然需要不斷完善和進(jìn)步。4 4 機(jī)械安全設(shè)計(jì)雖然目前許多機(jī)械在安全設(shè)計(jì)方面已有比較成熟的理論與方法， 但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，又有新的課題需要解決。此外，對(duì) 于有些大型、復(fù)雜的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，目前安全設(shè)計(jì)只有理論，還沒(méi)有 成熟的、理想的安全設(shè)計(jì)方法。4 5 建立機(jī)械安全保障體系現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展方向?yàn)榇笮?、重載和高速化，智能化及微型化三 化一體。由于涉及安全的因素很多，單一學(xué)科的理論與方法已經(jīng)不