機械安全技術(shù)趨向分析

1、機械安全技術(shù)趨向分析1 前言 隨著社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，安全問題越來越受到人們的 重視，安全已經(jīng)逐漸形成了一門獨立的學(xué)科，并得到了人們的認(rèn)同。 眾所周知，機械工業(yè)是母工業(yè)，它是所有產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。機械安全關(guān)系 到生產(chǎn)人員的人身安全、企業(yè)的財產(chǎn)安全，是可持續(xù)發(fā)展的重要組成 部分。所以機械安全技術(shù)得到了廣大機械技術(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，機械安全無論在理 論體系方面還是在應(yīng)用方面，仍然存在許多問題和不足，需要人們努 力去完善，去解決。2 機械安全技術(shù)的發(fā)展簡史 機械是一種古老的裝置，人類已經(jīng)使用了幾千年。但是，將機械 安全作為一門技術(shù)甚至一門學(xué)科來對待來

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)。機械安全技術(shù)源于機械故障 診斷技術(shù)。美國是發(fā)源地。在真正意識到機械安全的重要性以后，美 國于 1967 年 4 月成立了機械故障預(yù)防小組 (MFPG， Mechanical Fault Preve ntion Group)，開始專門研究機械故障。在其影響下，美國的 ASME 、EPRI 等著名組織與機構(gòu)也開始仿效，成立了專門的機構(gòu)從事 機械故障方面的研究并開展學(xué)術(shù)交流活動。在歐洲，英國最早開展這項活動，瑞典、丹麥、法國、挪威、葡 萄牙等雖然起步較晚，但是進步很快。亞洲反應(yīng)相對慢一些。日本于 20世紀(jì) 70 年代初開始研究這

3、項技術(shù)，我國于 70 年代末開始接觸機械 診斷技術(shù)，于80年代正式研究它，真正應(yīng)用是 90年代llj。機械安全 技術(shù)另外一個重要的組成部分就是機械安全設(shè)計。 20世紀(jì) 80年代，由 于市場競爭激烈，加上機械事故的日益增多，世界各國通過對傳統(tǒng)安 全工程設(shè)計方法的反思，在常規(guī)的機械設(shè)計基礎(chǔ)上提出了機械安全設(shè) 計的概念。機械安全設(shè)計的思想是在設(shè)計時盡量采用當(dāng)代最先進的機械安全技術(shù)，事先對機械系統(tǒng)內(nèi)部可能發(fā)生的安全隱患及危險進行識別、分 析和評價，然后再根據(jù)其評價結(jié)果來進行具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這種設(shè)計 是力圖保證所設(shè)計的機械能安全地度過整個生命周期。機械安全技術(shù) 與傳統(tǒng)的機械設(shè)計及安全工程設(shè)計方法相比，主

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

5、機械安全標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。為了完成這 一任務(wù)， CEN 專門建立了 23 個有關(guān)機械安全的標(biāo)準(zhǔn)化委員會， 另外還 有將近 40 個技術(shù)委員會的工作與機械安全工作有關(guān)。 這些標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù) 委員會先后一共制定了 600 多項機械安全方面的標(biāo)準(zhǔn)。此外，歐洲共 同體理事會還專門制定了有關(guān)機械安全方面的法規(guī)，有力地推動了機 械安全學(xué)科的發(fā)展。在歐共體帶動下，國際標(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“機械安全技術(shù)委員會”(即ISO/TCI99)。該 委員會的任務(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)一世界各國機械安全標(biāo)準(zhǔn)的水平； 消除國際機械產(chǎn)品貿(mào)易技術(shù)壁壘，擴大國際機械貿(mào)易市場。ISO/TCI99 自從成立以后，在機械安全標(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)機械安全學(xué)科作出了重要的貢獻。3 機械安全技術(shù)的現(xiàn)狀及目前存在的主要問題 在短短的幾十年里，由于科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，機械安全技術(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 機械故障診斷技術(shù)(1) 計算機技術(shù)的發(fā)展使得在線監(jiān)測技術(shù)日益完善。在線工況監(jiān)視 與測量技術(shù)的實現(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，并且使得實時診斷成

7、為可能，并且已有眾多的機械故障診斷軟件 系統(tǒng)可供實用。(2) 故障診斷方法不斷出現(xiàn)新成果?；疑治?、時間序列分析、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 機械安全設(shè)計經(jīng)過 30 多年的發(fā)展， 機械安全設(shè)計在國外已形成一套比較成熟的 方法。從 20 世紀(jì) 90 年代開始，歐盟和美國把機械安全設(shè)計正式列入 國家先進制造技術(shù)的體系之中，并將其作為重點扶植的研究領(lǐng)域。他 們將安全系統(tǒng)工程方法、安全人機工程學(xué)、可靠性工程學(xué)等學(xué)科結(jié)合 起

8、來，從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全防護、使用信息三方面來考慮機械的安 全性。美國在 90 年代已建立起一套機械安全設(shè)計風(fēng)險評價模式和 設(shè)計程序，其目的是將機械的隱患與危險消除在設(shè)計過程的每一環(huán)節(jié) 上，從而保證機械安全。機械安全設(shè)計的主要內(nèi)容由危險識別、 風(fēng)險評價與安全設(shè)計組成。 危險識別包括機械危險與非機械危險兩方面的內(nèi)容。風(fēng)險評價即安全 評價，它建立在危險識別分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的工藝水平對機械 在每一種危險狀態(tài)下可能產(chǎn)生的傷害的概率與嚴(yán)重程度進行全面評估 和評定。作為機械安全設(shè)計的最后一個環(huán)節(jié)，安全設(shè)計必須一方面將 風(fēng)險評估的結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)，另一方面則必須從具體結(jié)構(gòu)、安全防 護措施與安全使用信息

9、三方面來進行。3 3 機械安全法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn) 目前在機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)布的機械安全指令98/37/EC。該指令從1998年8月起實施。機 械安全指令98/37/EC最早的版本是1989年的89/392/EEC，中 間還有兩個版本：91/368/EEC與93/44/EEC。按照機械安全指令 98/37/EC 的規(guī)定，除了醫(yī)療器械、低壓電器設(shè)備及建筑用升降機設(shè) 備外，所有機器和安全性零件都在其適用范圍。指令由正文及 7 個附 件組成。正文包括：機械的范圍、投放市場與自由流通、合格評定程序、 CE 標(biāo)志，最終要求。附件分別是：有關(guān)機器與安全性零部件的設(shè)計和 制造的基本

10、健康與安全要求，機器的合格聲明的要求， CE 標(biāo)志， EC 合格聲明書， EC 型式試驗，各成員國認(rèn)可機構(gòu)應(yīng)考慮的最低標(biāo)準(zhǔn)。機械安全指令 98/37/EC 是歐盟各國內(nèi)部使用的強制性執(zhí)行的 文件。它要求各國要在一定的時間內(nèi)將其轉(zhuǎn)化成本國法律。指令列舉 了 60多個由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會（CEN）制定的歐盟機械安全指令的協(xié)調(diào) 標(biāo)準(zhǔn)。該指令指出，任何符合協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的機械都可視為符號指令98/37/EC 的要求。4 發(fā)展趨向 近年來，機械安全技術(shù)發(fā)展很快。從最近的研究動態(tài)與技術(shù)信息 分析，機械安全技術(shù)的發(fā)展趨勢有： 進一步發(fā)展機械故障專家診斷系統(tǒng)； 進一步完善和研究機械故障診斷理論方法； 進一步完善機械安

11、全檢測技術(shù)； 機械安全設(shè)計； 建立機械安全保障體系。4.1 進一步發(fā)展機械故障專家診斷系統(tǒng)20 多年來，機械故障診斷專家系統(tǒng)研究一直比較活躍。其原因是 因為隨著科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展，大量機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能與作用 等日益高級化、復(fù)雜化，修理人員一般很難憑經(jīng)驗解決問題，需要利 用人工智能，將專家的知識系統(tǒng)地存入計算機內(nèi)以提供診斷支援。目 前許多機械設(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 題有待進一步研究與探討。4 2 進一步完善和研究機械故障診斷理論與方法目前許多機械工程專家正在研究一些新的機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)實技術(shù)、非線性模型理論與技術(shù)等。4 3 進一步完善機械安全檢測技術(shù)雖然現(xiàn)代化的測試技術(shù)與設(shè)備在不斷更新，但是機械設(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)測的偶發(fā)事件的存在，機 械安全檢測技術(shù)仍然需要不斷完善和進步。4 4 機械安全設(shè)計雖然目前許多機械在安全設(shè)計方面已有比較成熟的理論與方法， 但是隨著科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展，又有新的課題需要解決。此外，對 于有些大型、復(fù)雜的關(guān)鍵機械設(shè)備，目前安全設(shè)計只有理論，還沒有 成熟的、理想的安全設(shè)計方法。4 5 建立機械安全保障體系現(xiàn)代機械的發(fā)展方向為大型、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