機械安全設計

第二章機械安全設計機械設計：

功能要求——技術、經(jīng)濟安全要求——以人為出發(fā)點機械安全設計的總體目標：使機械產(chǎn)品達到本質安全設計階段：避免、警告使用階段：誤用、事故

1基本技術原則：風險評價優(yōu)先采用本質安全措施符合人類工效學的準則符合安全衛(wèi)生要求考慮安全措施和安全設計的程序主要內容：機械安全設計考慮的四大方面機械安全設計的主要內容結構安全設計、控制系統(tǒng)有關安全部件的設計、防護裝置、附加信息機械安全防護裝置的設計：安全防護裝置分類安全防護裝置設置安全防護裝置設計要求2常用概念故障：設備在工作過程中，因某種原因“喪失規(guī)定功能”或危害安全的現(xiàn)象。隱患：在某個條件下,事物以及事件中所存在的不穩(wěn)定并且影響到個人或者他人安全利益的因素。危險：材料、物品、系統(tǒng)、工藝過程、設施或場所對人、財產(chǎn)或環(huán)境具有產(chǎn)生危害的潛能。風險：某一特定危險情況發(fā)生的可能性和后果的組合。安全：免除不了、可接受的損害風險狀態(tài)。

安全不是完全沒有損害，故障不一定會有危險。3第一節(jié)機械安全設計的基本技術原則一、對所設計的機械進行風險評價1.1、風險指在某一特定環(huán)境下，在某一特定時間段內，某種損失發(fā)生的可能性。換句話說，是在某一個特定時間段里，人們所期望達到的目標與實際出現(xiàn)的結果之間產(chǎn)生的距離。

風險是由風險因素、風險事故和風險損失等要素組成。廣義：不確定性、狹義：損失不確定性4

1.2、風險的大小：具體的情況

機器的類型、用途、使用方法、出入現(xiàn)場的難易程度使用人員的素質、技能與工作態(tài)度對危險的了解程度和所采取的避免危險的技能

51.3、風險評價

以系統(tǒng)方式對與機械有關的危險進行考察的一系列邏輯步驟。危險分析：機械的設計、使用時間、事故的傷害危險評定

找到在現(xiàn)有水平下最合適的安全措施

定性方法：直觀定量方法：補充

6機械設計的風險評價所需要的信息機器的各種限制因素；機器的各壽命階段的技術要求；機器的設計圖樣和說明機器特性的其他資料；動力來源的有關信息；可能得到的事故歷史及案例資料；其他任何有損人體健康的信息；71.4、機械風險評價:

機械風險評價是指以機械或機械系統(tǒng)為研究對象，用系統(tǒng)方式分析機器使用階段可能產(chǎn)生的各種危險、一切可能的危險狀態(tài)，以及在危險狀態(tài)下可能發(fā)生損傷或危害健康的危險事件，并對危險事件的概率和程度進行全面評價的一系列邏輯步驟和選代過程。

與機械的特定狀態(tài)或技術過程有關的風險由以下兩個要素組合得出：

（1）發(fā)生損傷或危害健康的概率。這種概率與人員暴露于危險中的頻次和面臨危險的持續(xù)時間有關，與危險事件出現(xiàn)的概率有關。

（2）損傷或危害健康的可預見的最嚴重程度。這種嚴重程度有一定的隨機性，與多種因素的綜合影響和作用有關，這些因素如何影響和怎樣作用具有很大的偶然性，難以預見。

81.5、風險評價的步驟及內容

（1）風險分析：研究機械和人在規(guī)定的使用條件下，面臨或處于一種或幾種危險因素的狀態(tài)或環(huán)境。包括：1）機械限制的確定機械的壽命、使用范圍、使用者的訓練水平2）危險識別機械類危險：各種傷害如擠壓，纏繞等。非機械類危險：電氣危險、熱危險、噪聲危險、振動等。3）風險評估考慮在機械危險狀態(tài)下，造成人員傷害的幾率和傷害程度傷害的嚴重度傷害出現(xiàn)的概率防護對象的性質、損傷的嚴重度、對人傷害的范圍、對機器傷害的范圍暴露危險區(qū)的頻次和持續(xù)時間、危險事件出現(xiàn)的概率、避免傷害的可能性9

（2）風險評定：風險分析后要進行風險的評定，以確定機械是否需要減少風險或是否達到了安全的要求。實現(xiàn)安全的迭代過程10

風險評定可以采用的方法：

1）對所見到的可能導致?lián)p傷和危害健康的各種危險狀態(tài)逐一核對采取的安全措施，評定是否達到了風險減小的目標。2）在具有可比性的條件下，與已經(jīng)過風險評價并被認為安全的類似機械進行對比。其對比的條件：a:現(xiàn)有的工藝水平的風險減小是可接受的；b:使用的工藝是可比的；c:危險和風險要素是可比的；d:技術目標是可比的；e:使用條件是可比的；11編制風險評價報告

風險評價的結果應形成文件（文字材料、圖表與數(shù)據(jù)），報告內容除了合同書、參加單位人員的資質文件外，還應包括以下內容：

第一，評價依據(jù)，如法規(guī)、標準等文獻；

第二，評價機械的預期使用、技術標準規(guī)范和限制范圍、操作程序和對人員的要求等；

第三，識別預期使用中的危險、危險狀態(tài)和危險事件的種類、原因和存在部位；

第四，搜集的有關信息，例如事故，職業(yè)病歷史，測試、統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對類似機械進行風險評價獲得的經(jīng)驗和教訓等；

第五，通過安全措施要達到的目標；

第六，為消除危險或減小風險所實施的安全措施建議。121.6、風險評價的方法

危險性預先分析（PHA，PreliminaryHazardAnalysis

）故障模式與影響分析（FMEA，F(xiàn)aultModesandEffectsAnalysis

）致命度分析（CA

，CriticalAnalysis

）故障樹分析（FTA，F(xiàn)aultTreeAnalysis）事件樹分析（ETA，EventTreeAnalysis）前因－后果分析法（ReasonandResult

Analysis）德爾菲法（DELPHL)風險系統(tǒng)分析組織法（MOSAR）

13PHA（初始危險分析）（1）將目標機器系統(tǒng)劃分為若干部件或子系統(tǒng)；（2）分析確定哪些部件或者子系統(tǒng)最有可能出現(xiàn)風險；（3）確定每項風險后，評估可能產(chǎn)生傷害的風險，并按照嚴重程度歸類；（4）依據(jù)風險類別采取適當?shù)陌踩胧?。故障模式與影響分析在產(chǎn)品設計過程中，通過對產(chǎn)品各組成部分的潛在的各種故障模式及其對產(chǎn)品功能的影響進行分析，把每一個潛在故障模式按照它的嚴酷程度進行分類，提出可以采取的預防措施，用以提高產(chǎn)品可靠性。14致命度分析致命度分析就是對系統(tǒng)中各個不同的嚴重故障模式計算臨界值——致命度指數(shù)，即給出某故障模式產(chǎn)生致命度影響的概率。它是一種定量分析方法：與故障類型和影響分析結合使用時，叫做故障類型、影響及致命度分析。

故障樹分析故障樹分析(FTA)技術是美國貝爾電報公司的電話實驗室于1962年開發(fā)的，它采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預測性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。一般來講，安全系統(tǒng)工程的發(fā)展也是以故障樹分析為主要標志的。

15事件樹事件樹分析是從一個初始事件開始，按順序分析事件向前發(fā)展中各個環(huán)節(jié)成功與失敗的過程和結果。是一種時序邏輯的事故分析方法，它以一初始事件為起點，按照事故的發(fā)展順序，分成階段，一步一步地進行分析，每一事件可能的后續(xù)事件只能取完全對立的兩種狀態(tài)（成功或失敗，正常或故障，安全或危險等）之一的原則，逐步向結果方面發(fā)展，直到達到系統(tǒng)故障或事故為止。所分析的情況用樹枝狀圖表示，故叫事件樹。

16德爾菲法采用背對背的通信方式征詢專家小組成員的預測意見，經(jīng)過幾輪征詢，使專家小組的預測意見趨于集中，最后做出符合市場未來發(fā)揮在那趨勢的預測結論。德爾菲法又名專家意見法，是依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即團隊成員之間不得互相討論，不發(fā)生橫向聯(lián)系，只能與調查人員發(fā)生關系，以反覆的填寫問卷，以集結問卷填寫人的共識及搜集各方意見，可用來構造團隊溝通流程，應對復雜任務難題的管理技術。17風險評價時注意：（1）掌握足夠信息，并進行仔細研究、分析；（2）系統(tǒng)的高危險性并不意味著事故的必然性；18二、優(yōu)先采用本質安全措施

1、盡量采用各種有效的、先進的技術手段，從根本上消除危險的存在；2、使機器具有自動防止誤操作的能力；3、使機器具有完善的自我保護功能；19三、符合人類功效學的準則

1、正確地布置各種控制操作裝置

2、正確地選擇工作平臺的位置及高度20

4、出入工作地點要方便3、盡量提供合適的工作座椅21

四、符合安全衛(wèi)生要求

要求機器不得排放超過規(guī)定的各種有害物質，若不能消除有害物質的排放，必須配備處理有害物質的裝置。22五、按考慮機械安全措施的原則和設計程序進行安全設計

1、機械安全措施

1）消除產(chǎn)生危險的原因2）減少接觸機器危險部件的需求3）提供安全裝置使人難以接近機器的危險部位4）提供保護裝置或防護服

232、安全設計的程序1）考慮設備的本質安全2）對控制裝置的選擇3）考慮機器的實效安全4）考慮維護及隔離方法5）定位安全6）機器布置24FAA:SafetyOrderofPrecedenceDescriptionPriorityDefinitionDesignforminimumrisk.1Designtoeliminaterisks.Iftheidentifiedriskcannotbeeliminated,reduceittoanacceptablelevelthroughdesignselection.Incorporatesafetydevices.2Ifidentifiedriskscannotbeeliminatedthroughdesignselection,reducetheriskviatheuseoffixed,automatic,orothersafetydesignfeaturesordevices.Provisionsshallbemadeforperiodicfunctionalchecksofsafetydevices.Providewarningdevices.3Whenneitherdesignnorsafetydevicescaneffectivelyeliminateidentifiedrisksoradequatelyreducerisk,devicesshallbeusedtodetecttheconditionandtoproduceanadequatewarningsignal.Warningsignalsandtheirapplicationshallbedesignedtominimizethelikelihoodofinappropriatehumanreactionandresponse.Warningsignsandplacardsshallbeprovidedtoalertoperationalandsupportpersonnelofsuchrisksasexposuretohighvoltageandheavyobjects.Developproceduresandtraining.4Whereitisimpracticaltoeliminaterisksthroughdesignselectionorspecificsafetyandwarningdevices,proceduresandtrainingareused.However,concurrenceofauthorityisusuallyrequiredwhenproceduresandtrainingareappliedtoreducerisksofcatastrophic,hazardous,major,orcriticalseverity.FromFAASystemSafetyHandbook25種類優(yōu)先等級詳細說明最小風險設計1設計中消除風險。如果已確認的風險不能被消除，則通過設計選擇將其減少到可接受水平。加入安全裝置2如果通過設計選擇不能消除已知風險，則使用固定的、自動的或其他安全設計特征或裝置降低風險。應當明文規(guī)定對安全設備做定期性能檢查。裝備警告裝置3當設計和安全裝置都不能有效地消除已知風險或充分降低風險時，則應采用能探測到風險狀況并發(fā)出警告信號的設備。警告信號及其應用應設計成能最大限度地減少不正確的人為反應和響應的可能性。應設立警告表示及警告牌警告運行人員和地面保障人員勿接觸高電壓和重物之類的風險。開發(fā)程序及培訓4當通過設計選擇或特殊的安全和警告裝置來消除風險都不可行時，則應使用程序及培訓。然而，使用程序及培訓來減少災難性的、危險的、嚴重的或緊急嚴重程度的風險，需要得到管理當局的同意。安全優(yōu)先次序26第二節(jié)機械安全設計的主要內容一、機械的安全設計

1、零件安全

在規(guī)定載荷和規(guī)定時間內，零件不發(fā)生斷裂、過度變形、磨損、腐蝕等

2、整機安全

保證整個技術系統(tǒng)在規(guī)定條件下實現(xiàn)總的功能

3、工作安全

對操作人員的防護，保證人身安全和身心健康4、環(huán)境安全

對整個系統(tǒng)的周圍環(huán)境和人不造成危害和污染，同時也保證機器對環(huán)境的適應性27二、安全設計的方法及應用

1、直接安全設計法遵循三個原理1）安全存在原理零件和零件之間在規(guī)定載荷和時間內安全。受力、試驗負荷、腐蝕、溫度、老化。2）有限損壞原理功能被破壞或干擾時，破壞次要部件。安全銷、安全閥、易損件等。安全銷座

安全銷

28二、安全設計的方法及應用

3）冗余配置原理重復的備用系統(tǒng)。飛機的多驅動和副油箱、壓力容器的兩個安全閥、礦山排水的水泵系統(tǒng)采用三套配置（運轉、維修、備用)。

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2、間接安全設計法通過防護系統(tǒng)和保護裝置來實現(xiàn)技術系統(tǒng)的安全可靠。如：液壓回路中的安全閥

3、提示性安全設計法在危害出現(xiàn)前，通過指示燈、警鈴等提醒人們注意，及時停止機器的工作，排除故障。如：行駛機械在燃油箱的燃油所剩不多時，指示燈亮。

30三、機械安全設計的主要內容

1、機械結構的安全設計2、消除和減少機械危險的設計3、機械控制系統(tǒng)安全部件的設計4、機械安全裝置的設計5、機械的安全使用信息6、機械的附加預防措施的設計311、機械結構的安全設計

1）機械零、部件形狀和相對位置的設計2）限制運動件的質量和速度3）限制往復運動件的運動距離和加速度4）限制彈性元件的位能5）限制操縱器的操縱力6）限制機器的噪聲和振動7）限制機器的表面溫度328）合理規(guī)定和計算零件的強度和應力9）合理選用材料10）采用本質安全的技術、工藝和動力源11）采用強制機械作用原則12）遵循人類功效學原則13）提高機器及其零部件的可靠性14）提高裝卸和送取料工作的機械化、自動化程度15）