為了保證安全生產(chǎn)，必須根據(jù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的安全要求，進(jìn)行安全設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段采取本質(zhì)安全的技術(shù)措施。本質(zhì)安全是指一般水平的操作者在判斷錯(cuò)誤和誤操作的情況下，生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備仍能保證安全。

一、設(shè)備安全設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1．設(shè)備本質(zhì)安全的意義

“安全第一、預(yù)防為主”的方針體現(xiàn)在當(dāng)安全和生產(chǎn)發(fā)生矛盾時(shí)，安全是第一位的。所有機(jī)械設(shè)備必須符合安全使用要求，在設(shè)備的使用壽命期內(nèi)保證操作者的安全。應(yīng)該要求操作者正確操作，但是把希望完全寄托在操作者的正確操作是危險(xiǎn)的，必須使設(shè)備本身達(dá)到本質(zhì)安全。在設(shè)計(jì)階段必須考慮各種因素。經(jīng)過綜合分析，正確處理設(shè)備性能、產(chǎn)量、效率、可靠性、實(shí)用性、先進(jìn)性、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性和安全性之間的關(guān)系。其中安全性是必須首先考慮的。

不安全的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致不必要的傷害和事故。最好的辦法是采納使用單位包括操作者的建議，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的安全性。安全設(shè)計(jì)的目標(biāo)是產(chǎn)品100%達(dá)到質(zhì)量要求，具有100%可靠性和100%的操作維修安全性。本質(zhì)安全的設(shè)備具有高度的可靠性和安全性，可以杜絕或減少傷亡事故，減少設(shè)備故障，從而提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2．設(shè)備本質(zhì)安全的指導(dǎo)思想

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備安全設(shè)計(jì)的基本要求和制定安全技術(shù)措施的基本原則，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全，可以從三方面入手：

（1）設(shè)計(jì)階段。采用技術(shù)措施來消除危險(xiǎn)，使人不可能接觸或接近危險(xiǎn)區(qū)，如在設(shè)計(jì)中對(duì)齒輪采用遠(yuǎn)距離潤滑或自動(dòng)潤滑，即可避免因加潤滑油而接近危險(xiǎn)區(qū)；將危險(xiǎn)區(qū)安全封閉；采用安全裝置；實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等；這些都是設(shè)計(jì)階段應(yīng)該解決的。

（2）操作階段。建立有計(jì)劃的維護(hù)保養(yǎng)和預(yù)防性維修制度；采用故障診斷技術(shù)，對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測；避免或及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障；對(duì)安全裝置進(jìn)行定期檢查，保證安全裝置始終處于可靠和待用狀態(tài)；提供必要的個(gè)人防護(hù)用品等。

（3）管理措施。指導(dǎo)機(jī)械的安全使用，向用戶及操作人員提供有關(guān)設(shè)備危險(xiǎn)性的資料、安全操作規(guī)程、維修安全手冊等技術(shù)文件；加強(qiáng)對(duì)操作人員的教育和培訓(xùn)，提高工人發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)和處理緊急情況的能力。

上述三方面中，設(shè)計(jì)階段所應(yīng)采取的措施是主要的。后兩方面的措施只是補(bǔ)充。

二、本質(zhì)安全的主要措施。

1．本質(zhì)安全的目的

本質(zhì)安全是指操作失誤時(shí)，設(shè)備能自動(dòng)保證安全；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)排除，能確保人身和設(shè)備安全。為使設(shè)備達(dá)到本質(zhì)而進(jìn)行的研究、設(shè)計(jì)、改造和采取各種措施的最佳組合，都稱為本質(zhì)安全化。

本質(zhì)安全化的目的是：運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是安全科學(xué)的成就，從根本上消除能形成事故的主要條件；如果暫時(shí)達(dá)不到時(shí)，則采取兩種或兩種以上的相對(duì)安全措施，形成最佳組合的安全體系，達(dá)到最大限度的安全。同時(shí)盡可能采取完善的防護(hù)措施，增強(qiáng)人體對(duì)各種危害的抵抗能力。本質(zhì)安全化強(qiáng)調(diào)先進(jìn)技術(shù)手段和物質(zhì)條件在保障安全生產(chǎn)中的重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備本質(zhì)安全化程度也會(huì)不斷提高。不會(huì)停留在現(xiàn)有的水平上。

2．本質(zhì)安全化的主要內(nèi)容

設(shè)備的本質(zhì)安全措施可以通過設(shè)備本身和控制器的安全設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

（1）本質(zhì)安全化的基本思路。

①從根本上消除發(fā)生事故的條件。這是最理想的措施。許多機(jī)械事故是由于人體接觸了危險(xiǎn)點(diǎn)，如果將危險(xiǎn)操作采用自動(dòng)控制，用專用工具代替人手操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化等都是保證人身安全的有效措施。

②設(shè)備能自動(dòng)防止操作失誤和設(shè)備故障。操作失誤是操作人員違反操作規(guī)程的行為，設(shè)備故障是設(shè)備或其零、部件的功能受到損傷或破壞，以致不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)而使其技術(shù)性能下降甚至完全喪失。這些現(xiàn)象在生產(chǎn)中是難以完全避免的。因此設(shè)備應(yīng)有自動(dòng)防范措施，以避免發(fā)生事故。這些措施應(yīng)能達(dá)到：即使操作失誤，也不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生事故；即使出現(xiàn)故障，應(yīng)能自動(dòng)排除，切換或安全停機(jī)；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，不論操作人員是否發(fā)現(xiàn)，設(shè)備應(yīng)能自動(dòng)報(bào)警，并作出應(yīng)急反應(yīng)，更理想的是還能顯示設(shè)備發(fā)生故障的部位。

（2）常用的措施。

⑴采用機(jī)械化、自動(dòng)化和遙控技術(shù)。這是消除危險(xiǎn)因素和人接觸最佳方案。機(jī)械的可靠性一般比人的可靠性高，人易受生理、心理以及外界因素的影響，一般認(rèn)為的人失誤率在1%以上。設(shè)計(jì)優(yōu)良的機(jī)械，其故障率至少在0.1%以下，使用可靠性高的零、部件，機(jī)械的故障率可達(dá)到0.01%。采用機(jī)械化、自動(dòng)化和遙控技術(shù)代替人的手工操作，是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)備故障率，防止錯(cuò)誤操作，保證操作者安全和設(shè)備安全最有效的措施。尤其適用于危險(xiǎn)作業(yè)和在惡劣的作業(yè)環(huán)境中代替人進(jìn)行操作。

⑵采用可靠性設(shè)計(jì)，提高機(jī)械設(shè)備的可靠性。

⑶采用安全防護(hù)裝置。當(dāng)無法消除危險(xiǎn)因素時(shí)，采用安全防護(hù)裝置隔離危險(xiǎn)因素是最常用的技術(shù)措施。帶有聯(lián)鎖裝置的防護(hù)罩是最好的本質(zhì)安全措施。

⑷安裝保險(xiǎn)裝置，保險(xiǎn)裝置又叫故障保險(xiǎn)裝置。這種裝置的作用與安全防護(hù)裝置稍有不同。它能在設(shè)備產(chǎn)生超壓、超溫、超速、超載、超位等危險(xiǎn)因素時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)控制并消除或減弱上述危險(xiǎn)。安全閥、單向閥、超載保護(hù)裝置、限速器、限位開關(guān)、爆破片、熔斷器、保險(xiǎn)絲、力矩限制器、極限位置限制器等都是常用的保險(xiǎn)裝置。

⑸采用自監(jiān)測、報(bào)警和處理系統(tǒng)。利用現(xiàn)代化儀器儀表對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測和故障診斷。當(dāng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警，發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，并且動(dòng)作出應(yīng)急反應(yīng)，如自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)切換到備用設(shè)備等。

⑹采用冗余技術(shù)。冗余技術(shù)是可靠性設(shè)計(jì)常采用的一種技術(shù)，即在設(shè)計(jì)中增加冗余元件或冗余（備用）設(shè)備，平時(shí)只用其中一個(gè)，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，冗余設(shè)備或冗余元件能自動(dòng)切換。

⑺采用傳感技術(shù) 在危險(xiǎn)區(qū)設(shè)置光電式、感應(yīng)式、壓力傳感式傳感器，當(dāng)人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，可立即停機(jī)，終止危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)。

⑻安裝緊急停車開關(guān)。

⑼向操作者提供機(jī)械關(guān)鍵安全功能是否正常（設(shè)備的自檢功能）的信息。

⑽設(shè)計(jì)程序聯(lián)鎖開關(guān)。設(shè)計(jì)對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤指令時(shí)，禁止啟動(dòng)的操縱器。這些關(guān)鍵程序只有在正常操作指令下才能啟動(dòng)機(jī)械。

⑾配備使操作者容易觀察的，能顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障的顯示器。

⑿采用多重安全保障措施。對(duì)于危險(xiǎn)性大的作業(yè)，要求設(shè)備運(yùn)行絕對(duì)安全可靠。為了防止出現(xiàn)故障和發(fā)生誤操作，應(yīng)采用雙重或多重安全保障措施，使設(shè)備運(yùn)行萬無一失。

二、可靠性設(shè)計(jì)

1．可靠性技術(shù)和可靠性設(shè)計(jì)

設(shè)備在規(guī)定的時(shí)期內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力稱為設(shè)備的可靠性?？煽啃约夹g(shù)已成為提高使用壽命、減少設(shè)備故障、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要手段?？煽啃约夹g(shù)和安全技術(shù)有密切的關(guān)系，但兩者又不完全相同。

許多可靠性技術(shù)采用的方法已被安全技術(shù)所采用，許多基本概念也用到安全技術(shù)和安全管理上。安全技術(shù)所用到的事故樹分析（FTA）就是沿用可靠性工程的故障樹分析方法。故障模式影響分析（FMEA）和故障模式影響及危害度分析（FMECA）也是可靠性工程的重要方法。安全技術(shù)措施有許多也是可靠性技術(shù)常用到的措施。因此，可以說安全技術(shù)的基礎(chǔ)是可靠性技術(shù)。但是可靠性技術(shù)不能完全代替安全技術(shù)。可靠性技術(shù)只能解決物質(zhì)條件的安全，安全技術(shù)還要解決操作設(shè)備的人的安全。當(dāng)然如果沒有可靠性技術(shù)提供物質(zhì)保證，安全技術(shù)也是無能為力的。設(shè)備的本質(zhì)安全在很大程度上要依靠可靠性技術(shù)。

可靠性設(shè)計(jì)是設(shè)備安全設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。任何設(shè)備都必須具備一定的工作性能，要求使用方便、容易維修、經(jīng)久耐用。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮下列因素：

（1）經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備用途和使用條件；

（2）設(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成熟程度；

（3）設(shè)備制造時(shí)的復(fù)雜性和難度；

（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)上不出現(xiàn)故障，即“結(jié)構(gòu)可靠性”高；

（5）精度滿足使用要求，即“使用可靠性高”；

（6）在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力高，即設(shè)備的可靠性高。這個(gè)時(shí)期的使用壽命（無故障工作時(shí)間），在可靠性工程中稱為“保險(xiǎn)期”，要求使用壽命長；

（7）設(shè)備有效性高，即故障率低；

（8）維修性高，出了故障能很快發(fā)現(xiàn)并容易排除故障；

（9）對(duì)設(shè)備安全性的要求。

后6個(gè)因素都與設(shè)備的可靠性有關(guān)。

2．可靠性設(shè)計(jì)的基本知識(shí)

（1）可靠性設(shè)計(jì)的意義。

可行性設(shè)計(jì)是可靠性工程的重要組成部分。這里只介紹與機(jī)械安全有關(guān)的基本知識(shí)，以便設(shè)備管理人員、安全工作人員能運(yùn)用所介紹的知識(shí)在工作中正確地處理下列問題：

①比較和選擇可靠性高的設(shè)備；

②對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行記錄、分析，研究故障機(jī)理，隨時(shí)將故障資料反饋給設(shè)備設(shè)計(jì)、制造單位，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)和提高制造質(zhì)量，從而提高設(shè)備的可靠性；

③針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備在運(yùn)行中暴露出來的不安全因素，在現(xiàn)有設(shè)備上設(shè)計(jì)一些簡單易行、可靠的安全裝置，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行；

④指導(dǎo)制訂提高可靠性、維修性的方案。

（2）可靠度和故障率。

①可靠性和可靠度。可靠性是評(píng)價(jià)設(shè)備在使用壽命期內(nèi)可信賴程度的指標(biāo)。是指設(shè)備在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。而設(shè)備在規(guī)定條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率為可靠度。可以用可靠度對(duì)設(shè)備的可靠性進(jìn)行具體的試驗(yàn)、測量和比較，也就是可以對(duì)可靠性進(jìn)行定量的測定和衡量，并加以表示。

a可靠度研究的對(duì)象 可靠度研究的對(duì)象可以是一個(gè)系統(tǒng)、一臺(tái)設(shè)備或其中一個(gè)零件。設(shè)備是由千百個(gè)零件組成的，如果其中一個(gè)零件出現(xiàn)故障，有可能使整個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障；因此研究設(shè)備可靠度要從研究零件入手。

b規(guī)定的條件 包括設(shè)備所處的作業(yè)環(huán)境、使用條件和維修條件。

作業(yè)環(huán)境：溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、沖擊、粉塵、日曬、雨淋等；

使用條件：負(fù)荷大小和性質(zhì)，操作人員的技術(shù)水平等；

c規(guī)定的時(shí)間隨著設(shè)備使用時(shí)間的延長、零部件的磨損、材料的腐蝕老化而使性能下降，可靠性也將下降，因此可靠性是時(shí)間的函數(shù)。使用時(shí)間不同的設(shè)備，其可靠性是不能等價(jià)比較的。規(guī)定的時(shí)間一般應(yīng)以能達(dá)到以最少修理費(fèi)用和停工損失來確定，如機(jī)床一般選定為兩次計(jì)劃修理之間的時(shí)間（無故障工作時(shí)間）

d規(guī)定的功能 指既有明確的功能指標(biāo)，如功率、流量、速度等，又有明確的失效（出現(xiàn)故障、不能正常工作）界限，如設(shè)備質(zhì)量下降到制造時(shí)質(zhì)量的百分之幾就應(yīng)報(bào)廢等。

②故障和故障率。故障表示設(shè)備處于不正常狀態(tài)。設(shè)備在投入使用和運(yùn)行過程中，由于某種原因，使設(shè)備或其零、部件喪失了其規(guī)定功能的事件稱為故障。由此可見，可靠性和故障是反映設(shè)備運(yùn)行正反兩個(gè)方面的狀態(tài)。

故障率是指在任意給定的時(shí)間內(nèi)，設(shè)備或零件出現(xiàn)故障的概率以λ表示。隨著時(shí)間延長，故障率增加。

③零件可靠度與設(shè)備可靠度