機(jī)械安全技術(shù)趨向分析

    隨著社會(huì)的進(jìn)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(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(jī)械安全技術(shù)的發(fā)展簡史  

    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)械安全作為一門技術(shù)甚至一門學(xué)科來對(duì)待來研究是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，美國于1967年4月成立了機(jī)械故障預(yù)防小組(MFPG，Mechanical Fault Prevention Group)，開始專門研究機(jī)械故障。在其影響下，美國的ASME、EPRI等著名組織與機(jī)構(gòu)也開始仿效，成立了專門的機(jī)構(gòu)從事機(jī)械故障方面的研究并開展學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。  

    在歐洲，英國最早開展這項(xiàng)活動(dòng)，瑞典、丹麥、法國、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年代初開始研究這項(xiàng)技術(shù)，我國于70年代末開始接觸機(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，世界各國通過對(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，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：  

    ①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)來考慮；  
    ②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)；  
    ③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)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／TCl99)。該委員會(huì)的任務(wù)與目標(biāo)主要有：  

    ①幫助制造企業(yè)生產(chǎn)符合安全和人類健康的機(jī)械產(chǎn)品；  
    ②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；  
    ③統(tǒng)一世界各國機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)的水平；  
    ④消除國際機(jī)械產(chǎn)品貿(mào)易技術(shù)壁壘，擴(kuò)大國際機(jī)械貿(mào)易市場(chǎng)。  
    ISO／TCl99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治觥r(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。  

    3．2　機(jī)械安全設(shè)計(jì)  

    經(jīng)過30多年的發(fā)展，機(jī)械安全設(shè)計(jì)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(jī)械安全設(shè)計(jì)正式列入國家先進(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，從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全防護(hù)、使用信息三方面來考慮機(jī)械的安全性。美國在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方面來進(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，EC型式試驗(yàn)，各成員國認(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是歐盟各國內(nèi)部使用的強(qiáng)制性執(zhí)行的文件。它要求各國要在一定的時(shí)間內(nèi)將其轉(zhuǎn)化成本國法律。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，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：  

    ①進(jìn)一步發(fā)展機(jī)械故障專家診斷系統(tǒng)；  
    ②進(jìn)一步完善和研究機(jī)械故障診斷理論方法；  
    ③進(jìn)一步完善機(jī)械安全檢測(cè)技術(shù)；  
    ④機(jī)械安全設(shè)計(jì)；  
    ⑤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，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)不能解決問題。在這種情況下，人們提出了建立機(jī)械安全保障體系的思路。  

    專家們認(rèn)為，機(jī)械安全保障體系應(yīng)該由感知體系，信息傳輸、提取與處理體系，分析體系，安全反應(yīng)體系，自診斷體系和管理體系組成。這種安全保障體系的核心思想是綜合利用各學(xué)科的理論、技術(shù)與方法來實(shí)現(xiàn)和保證機(jī)械的安全。機(jī)械安全保障體系涉及多門學(xué)科與技術(shù)，目前還在研究與探討之中。