機械安全技術趨向分析

    隨著社會的進步和科學技術的發(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科，并得到了人們的認同。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。機械安全關系到生產(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。所以機械安全技術得到了廣大機械技術人員和管理人員的高度重視，發(fā)展很快。當然，作為安全學科的一部分，機械安全無論在理論體系方面還是在應用方面，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甚至一門學科來對待來研究是20世紀60年代以后的事情。這主要與科學技術的發(fā)展有關。機械安全技術源于機械故障診斷技術。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防小組(MFPG，Mechanical Fault Prevention 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術交流活動。  

    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。亞洲反應相對慢一些。日本于20世紀70年代初開始研究這項技術，我國于70年代末開始接觸機械診斷技術，于80年代正式研究它，真正應用是90年代llj。機械安全技術另外一個重要的組成部分就是機械安全設計。20世紀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)安全工程設計方法的反思，在常規(guī)的機械設計基礎上提出了機械安全設計的概念。  

    機械安全設計的思想是在設計時盡量采用當代最先進的機械安全技術，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)的設計。這種設計是力圖保證所設計的機械能安全地度過整個生命周期。機械安全技術與傳統(tǒng)的機械設計及安全工程設計方法相比，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：  

    ①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；  
    ②綜合性，機械安全設計綜合運用了心理學、控制論、可靠性工程、環(huán)境科學、工業(yè)工程、計算機及信息科學等方面的知識；  
    ③科學性，機械安全設計包括了機械安全分析、安全評價與安全設計。機械安全技術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險。  

    機械安全技術法規(guī)與標準也是機械安全技術的一個重要組成部分。標準化工作歷來是推廣應用先進的科學技術的重要保障。為了推動機械安全技術，歐洲共同體理事會于1985年與歐洲標準化委員會(CEN)達成協(xié)議，由CEN負責機械安全標準的制定工作。為了完成這一任務，CEN專門建立了23個有關機械安全的標準化委員會，另外還有將近40個技術委員會的工作與機械安全工作有關。這些標準化技術委員會先后一共制定了600多項機械安全方面的標準。此外，歐洲共同體理事會還專門制定了有關機械安全方面的法規(guī)，有力地推動了機械安全學科的發(fā)展。  

    在歐共體帶動下，國際標準化組織(1SO)與CEN先后簽訂了“技術信息交換協(xié)議”，即里斯本協(xié)議、“技術合作協(xié)議”，即維也納協(xié)議，并于1991年1月成立了“機械安全技術委員會”(即ISO／TCl99)。該委員會的任務與目標主要有：  

    ①幫助制造企業(yè)生產(chǎn)符合安全和人類健康的機械產(chǎn)品；  
    ②協(xié)調(diào)制造企業(yè)、用戶和有關方面在安全技術檢查方面的有關事宜；  
    ③統(tǒng)一世界各國機械安全標準的水平；  
    ④消除國際機械產(chǎn)品貿(mào)易技術壁壘，擴大國際機械貿(mào)易市場。  
    ISO／TCl99自從成立以后，在機械安全標準的制定、協(xié)調(diào)方面做了大量的工作，為完善和建設機械安全學科作出了重要的貢獻。  

    3　機械安全技術的現(xiàn)狀及目前存在的主要問題  

    在短短的幾十年里，由于科學技術的突飛猛進，機械安全技術也發(fā)展很快，許多方面已經(jīng)達到了相當高的水平。  

    3．1機械故障診斷技術  

    (1)計算機技術的發(fā)展使得在線監(jiān)測技術日益完善。在線工況監(jiān)視與測量技術的實現(xiàn)使得視情維修制度這種科學的維修制度有了技術保障，并且使得實時診斷成為可能，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)絡系統(tǒng)等技術已經(jīng)大量應用于機械故障診斷，并且很多技術已經(jīng)趨向成熟，如超聲波技術、聲發(fā)射技術、熱象診斷技術、油樣分析技術及渦流診斷技術等。  

    3．2　機械安全設計  

    經(jīng)過30多年的發(fā)展，機械安全設計在國外已形成一套比較成熟的方法。從20世紀90年代開始，歐盟和美國把機械安全設計正式列入國家先進制造技術的體系之中，并將其作為重點扶植的研究領域。他們將安全系統(tǒng)工程方法、安全人機工程學、可靠性工程學等學科結(jié)合起來，從機械結(jié)構(gòu)設計、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計——風險評價模式和設計程序，其目的是將機械的隱患與危險消除在設計過程的每一環(huán)節(jié)上，從而保證機械安全。  
    機械安全設計的主要內(nèi)容由危險識別、風險評價與安全設計組成。危險識別包括機械危險與非機械危險兩方面的內(nèi)容。風險評價即安全評價，它建立在危險識別分析的基礎上，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重程度進行全面評估和評定。作為機械安全設計的最后一個環(huán)節(jié)，安全設計必須一方面將風險評估的結(jié)果作為設計依據(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三方面來進行。  

    3．3  機械安全法規(guī)與標準  

    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、低壓電器設備及建筑用升降機設備外，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標志，最終要求。附件分別是：有關機器與安全性零部件的設計和制造的基本健康與安全要求，機器的合格聲明的要求，CE標志，EC合格聲明書，EC型式試驗，各成員國認可機構(gòu)應考慮的最低標準。  
    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多個由歐洲標準化委員會(CEN)制定的歐盟機械安全指令的協(xié)調(diào)標準。該指令指出，任何符合協(xié)調(diào)標準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，機械安全技術發(fā)展很快。從最近的研究動態(tài)與技術信息分析，機械安全技術的發(fā)展趨勢有：  

    ①進一步發(fā)展機械故障專家診斷系統(tǒng)；  
    ②進一步完善和研究機械故障診斷理論方法；  
    ③進一步完善機械安全檢測技術；  
    ④機械安全設計；  
    ⑤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技術的進步與發(fā)展，大量機械設備的結(jié)構(gòu)、性能與作用等日益高級化、復雜化，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。目前許多機械設備的故障診斷專家系統(tǒng)已趨成熟，但仍有許多復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)絡模型方法、虛擬現(xiàn)實技術、非線性模型理論與技術等。  

    4．3  進一步完善機械安全檢測技術  

    雖然現(xiàn)代化的測試技術與設備在不斷更新，但是機械設備本身的復雜性及其工作環(huán)境的復雜性和大量不可預測的偶發(fā)事件的存在，機械安全檢測技術仍然需要不斷完善和進步。  

    4．4  機械安全設計  

    雖然目前許多機械在安全設計方面已有比較成熟的理論與方法，但是隨著科學技術的進步與發(fā)展，又有新的課題需要解決。此外，對于有些大型、復雜的關鍵機械設備，目前安全設計只有理論，還沒有成熟的、理想的安全設計方法。  

    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，人們提出了建立機械安全保障體系的思路。  

    專家們認為，機械安全保障體系應該由感知體系，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科的理論、技術與方法來實現(xiàn)和保證機械的安全。機械安全保障體系涉及多門學科與技術，目前還在研究與探討之中。