机械安全技术趋向分析

发布时间：2007年01月18日
作者：中国数控机床网
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1　前言
随着社会的进步和科学技术的发展，安全问题越来越受到人们的重视，安全已经逐渐形成了一门独立的学科，并得到了人们的认同。众所周知，机械工业是母工业，它是所有产业的基础。机械安全关系到生产人员的人身安全、企业的财产安全，是可持续发展的重要组成部分。所以机械安全技术得到了广大机械技术人员和管理人员的高度重视，发展很快。当然，作为安全学科的一部分，机械安全无论在理论体系方面还是在应用方面，仍然存在许多问题和不足，需要人们努力去完善，去解决。
2 机械安全技术的发展简史
机械是一种古老的装置，人类已经使用了几千年。但是，将机械安全作为一门技术甚至一门学科来对待来研究是20世纪60年代以后的事情。这主要与科学技术的发展有关。机械安全技术源于机械故障诊断技术。美国是发源地。在真正意识到机械安全的重要性以后，美国于1967年4月成立了机械故障预防小组(MFPG，Mechanical Fault Prevention Group)，开始专门研究机械故障。在其影响下，美国的ASME、EPRI等著名组织与机构也开始仿效，成立了专门的机构从事机械故障方面的研究并开展学术交流活动。
在欧洲，英国最早开展这项活动，瑞典、丹麦、法国、挪威、葡萄牙等虽然起步较晚，但是进步很快。亚洲反应相对慢一些。日本于20世纪70年代初开始研究这项技术，我国于70年代末开始接触机械诊断技术，于80年代正式研究它，真正应用是90年代llj。机械安全技术另外一个重要的组成部分就是机械安全设计。20世纪80年代，由于市场竞争激烈，加上机械事故的日益增多，世界各国通过对传统安全工程设计方法的反思，在常规的机械设计基础上提出了机械安全设计的概念。
机械安全设计的思想是在设计时尽量采用当代最先进的机械安全技术，事先对机械系统内部可能发生的安全隐患及危险进行识别、分析和评价，然后再根据其评价结果来进行具体结构的设计。这种设计是力图保证所设计的机械能安全地度过整个生命周期。机械安全技术与传统的机械设计及安全工程设计方法相比，主要体现在以下几个方面：
①系统性，它自始至终运用了系统工程的思想，将机械作为一个系统来考虑；
②综合性，机械安全设计综合运用了心理学、控制论、可靠性工程、环境科学、工业工程、计算机及信息科学等方面的知识；
　③科学性，机械安全设计包括了机械安全分析、安全评价与安全设计。机械安全技术既全面又综合地考虑了各种影响因素，通过定性、定量的分析和评价，最大限度地降低了机械在安全方面的风险。
　机械安全技术法规与标准也是机械安全技术的一个重要组成部分。标准化工作历来是推广应用先进的科学技术的重要保障。为了推动机械安全技术，欧洲共同体理事会于1985年与欧洲标准化委员会(CEN)达成协议，由CEN负责机械安全标准的制定工作。为了完成这一任务，CEN专门建立了23个有关机械安全的标准化委员会，另外还有将近40个技术委员会的工作与机械安全工作有关。这些标准化技术委员会先后一共制定了600多项机械安全方面的标准。此外，欧洲共同体理事会还专门制定了有关机械安全方面的法规，有力地推动了机械安全学科的发展。
　在欧共体带动下，国际标准化组织(1SO)与CEN先后签订了“技术信息交换协议”，即里斯本协议、“技术合作协议”，即维也纳协议，并于1991年1月成立了“机械安全技术委员会”(即ISO／TCl99)。该委员会的任务与目标主要有：
①帮助制造企业生产符合安全和人类健康的机械产品；
②协调制造企业、用户和有关方面在安全技术检查方面的有关事宜；
③统一世界各国机械安全标准的水平；
④消除国际机械产品贸易技术壁垒，扩大国际机械贸易市场。
ISO／TCl99自从成立以后，在机械安全标准的制定、协调方面做了大量的工作，为完善和建设机械安全学科作出了重要的贡献。
3　机械安全技术的现状及目前存在的主要问题
　在短短的几十年里，由于科学技术的突飞猛进，机械安全技术也发展很快，许多方面已经达到了相当高的水平。
3．1机械故障诊断技术
　 (1)计算机技术的发展使得在线监测技术日益完善。在线工况监视与测量技术的实现使得视情维修制度这种科学的维修制度有了技术保障，并且使得实时诊断成为可能，并且已有众多的机械故障诊断软件系统可供实用。
　 (2)故障诊断方法不断出现新成果。灰色分析、时间序列分析、倒频谱分析、全息谱分析、故障诊断人工智能专家系统、人工神经网络系统等技术已经大量应用于机械故障诊断，并且很多技术已经趋向成熟，如超声波技术、声发射技术、热象诊断技术、油样分析技术及涡流诊断技术等。
3．2　机械安全设计
　　经过30多年的发展，机械安全设计在国外已形成一套比较成熟的方法。从20世纪90年代开始，欧盟和美国把机械安全设计正式列入国家先进制造技术的体系之中，并将其作为重点扶植的研究领域。他们将安全系统工程方法、安全人机工程学、可靠性工程学等学科结合起来，从机械结构设计、安全防护、使用信息三方面来考虑机械的安全性。美国在90年代已建立起一套机械安全设计——风险评价模式和设计程序，其目的是将机械的隐患与危险消除在设计过程的每一环节上，从而保证机械安全。
机械安全设计的主要内容由危险识别、风险评价与安全设计组成。危险识别包括机械危险与非机械危险两方面的内容。风险评价即安全评价，它建立在危险识别分析的基础上，根据现有的工艺水平对机械在每一种危险状态下可能产生的伤害的概率与严重程度进行全面评估和评定。作为机械安全设计的最后一个环节，安全设计必须一方面将风险评估的结果作为设计依据，另一方面则必须从具体结构、安全防护措施与安全使用信息三方面来进行。
3．3 机械安全法规与标准
目前在机械安全方面影响最大的行政法规是欧洲共同体所制定与发布的机械安全指令98／37／EC。该指令从1998年8月起实施。机械安全指令98／37／EC最早的版本是1989年的89／392／EEC，中间还有两个版本：91／368／EEC与93／44／EEC。按照机械安全指令98／37／EC的规定，除了医疗器械、低压电器设备及建筑用升降机设备外，所有机器和安全性零件都在其适用范围。指令由正文及7个附件组成。
正文包括：机械的范围、投放市场与自由流通、合格评定程序、CE标志，最终要求。附件分别是：有关机器与安全性零部件的设计和制造的基本健康与安全要求，机器的合格声明的要求，CE标志，EC合格声明书，EC型式试验，各成员国认可机构应考虑的最低标准。
机械安全指令98／37／EC是欧盟各国内部使用的强制性执行的文件。它要求各国要在一定的时间内将其转化成本国法律。指令列举了60多个由欧洲标准化委员会(CEN)制定的欧盟机械安全指令的协调标准。该指令指出，任何符合协调标准的机械都可视为符号指令98／37／EC的要求。
4 发展趋向
近年来，机械安全技术发展很快。从最近的研究动态与技术信息分析，机械安全技术的发展趋势有：
①进一步发展机械故障专家诊断系统；
②进一步完善和研究机械故障诊断理论方法；
③进一步完善机械安全检测技术；
④机械安全设计；
⑤建立机械安全保障体系。
4.1 进一步发展机械故障专家诊断系统
20多年来，机械故障诊断专家系统研究一直比较活跃。其原因是因为随着科学技术的进步与发展，大量机械设备的结构、性能与作用等日益高级化、复杂化，修理人员一般很难凭经验解决问题，需要利用人工智能，将专家的知识系统地存入计算机内以提供诊断支援。目前许多机械设备的故障诊断专家系统已趋成熟，但仍有许多复杂的难题有待进一步研究与探讨。
4．2 进一步完善和研究机械故障诊断理论与方法
目前许多机械工程专家正在研究一些新的机械故障诊断理论与方法，如小波包变换诊断的理论与方法、人工神经网络模型方法、虚拟现实技术、非线性模型理论与技术等。
4．3 进一步完善机械安全检测技术
虽然现代化的测试技术与设备在不断更新，但是机械设备本身的复杂性及其工作环境的复杂性和大量不可预测的偶发事件的存在，机械安全检测技术仍然需要不断完善和进步。
4．4 机械安全设计
虽然目前许多机械在安全设计方面已有比较成熟的理论与方法，但是随着科学技术的进步与发展，又有新的课题需要解决。此外，对于有些大型、复杂的关键机械设备，目前安全设计只有理论，还没有成熟的、理想的安全设计方法。
4．5 建立机械安全保障体系
现代机械的发展方向为大型、重载和高速化，智能化及微型化三化一体。由于涉及安全的因素很多，单一学科的理论与方法已经不能解决问题。在这种情况下，人们提出了建立机械安全保障体系的思路。
专家们认为，机械安全保障体系应该由感知体系，信息传输、提取与处理体系，分析体系，安全反应体系，自诊断体系和管理体系组成。这种安全保障体系的核心思想是综合利用各学科的理论、技术与方法来实现和保证机械的安全。机械安全保障体系涉及多门学科与技术，目前还在研究与探讨之中。