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机床大讲堂第92讲——提升机床操作安全性的研究


《制造技术与机床》杂志创刊于1951年,是我国机械工业科技期刊中创刊早、发行量大、影响面广的刊物之一,拥有广泛、专业的读者群体。本刊属中文核心期刊,中国科技论文统计用刊和《中国学术期刊文摘》摘录用期刊。




提升机床操作安全性的研究


导读
  简要介绍了国内外机床安全设计、制造和操作的概况。以铣床为例对其操作安全防护现状进行了详细分析,提出提升机床操作安全标准的必要性,视安全质量与产品质量并重。推荐了标准贯彻实施的方案,促进与同行的共同交流


  20世纪90年代初,欧盟和美国将机床设备的安全性能正式列为研究内容,目前己有较好的应用。他们将系统安全工程方法、安全人机工程学、可靠性及可维护性等结合起来,从机床的结构设计、安全防护和提供使用信息3大方面来保证机器的安全性。国内虽然在可靠性及可维护性设计方面有研究,但还缺乏经验,至于如何对机床设备的安全性能评价及优化则是刚刚提出的概念,几乎没有人专门研究,而这些又正是目前机床设计中所必须考虑的问题。欧盟和美国遵照系统安全工程方法,在20世纪90年代已相继制定和颁布了统一的机床安全风险评价模式,旨在把危险消除在设计过程的每一个环节,使自己生产的机床达到本质上的安全。而我国由于没有相应的评估模式和安全设计规范,不能开展安全评估,即使进行过一些简单的评估,也是在产品出来之后。这也是我国与欧美先进国家的差距之一。要想缩小此差距,提升机床操作安全性,首先应保证被操作的机床具备可靠的安全性,也就是说产品的机电质量安全不单纯是机械的、液压的、电气的等各自方面的质量安全,而是还要考虑通过联锁装置、限位装置、自动检测装置、安全标志和安全色等全面的来保障产品整体上的质量安全性能并达到或高于有关标准要求;然后按有关规定进行评估;最后再按机床操作安全标准要求进行正确操作,才能提升机床操作的安全性。


1
机床操作安全防护现状和要求及现有机床安全标准情况

1.1铣床


  铣床分为普通铣床和数控铣床(含加工中心)。多年来普通铣床的设计、制造一直不带机床安全防护罩、导轨防护罩等,操作手柄、手轮存在缠绕危险,运动部件存在挤压、剪切危险,加工过程中切屑、冷却液四处飞溅存在扎伤、喷伤、烫伤和滑倒等危险,未能实现人机隔离,机床上的安全警告标志也比较少,操作时存在安全隐患。近年来,因国家强制性标准的要求和出口商检监督检查限制,对出口普通铣床进行了安全方面的改进,增加了简易的机床防护罩和其他安全防护功能,在说明书中补充了安全方面的内容,在基本结构不变的情况下尽可能完善其安全性。


  数控铣床(含加工中心)一般是高档机床,功能多、结构复杂、配置先进、加工精度高、生产效率高、自动化程度高,但产生的危险也多,所以制造商特别重视其安全质量的保证。通常从以下几个方面考虑和研究:


  (1)通过设计,尽可能排除或减少所有潜在的危险因素(即适当地选择设计结构,尽量减少操作者介入危险区的需要,以限制其面临危险等)。


  (2)通过设计,对不能避免或充分限制的危险,采取必要的安全防护装置(防护装置、安全装置)。


  (3)对于无法通过设计排除或减少的,而且安全防护装置对其无效或不完全有效的遗留危险,用信息通知和警告操作者(采用警告标志、并在使用说明书中表述);需要特别注意的是机床的安全信息是保证机床安全的最后一道防线,但不能完全依靠安全信息来弥补设计的缺陷和解决机床存在的危险和隐患。


  所以,数控铣床(含加工中心)均带全封闭式机床防护罩,导轨防护罩、自动排屑装置、联锁保护、干涉区设置、安全警告标志并配安全操作说明书等资料。在操作者熟悉机床使用说明书安全部分内容和遵守相应安全操作规程的前提下操作是很安全的。


  由于目前安全性试验方面的标准欠缺,未能对防护装置进行模拟试验,仅靠多年的经验数据设计板厚和结构,缺乏科学依据。一旦操作者因使用机床而造成伤害时,制造商又不能提供与产品安全设计、安全制造、安全使用等方面有关的数据和资料,那么制造商将承担巨额罚金。国内某个机床厂销往美国的机床曾经发生了严重的人身伤害事故,举证时提供不了机床安全使用方面的相关资料,最终被判罚赔付操作者超过机床本身价值数十倍的赔偿金。所以安全性试验方面的问题亟待解决。


1.2铣床设计、制造和使用的安全标准


  主要包括:


  GB 2893—2008安全色;

  GB 2894—2008安全标志;

  GB 5226.1—2008机械电气安全 机械电气设备第1部分:通用技术条件;

  GB/T 8196—2003机械安全防护装置固定式和活动式防护装置设计与制造一般要求;

  GB 12265.1—1997机械安全防止上肢触及危险区的安全距离;

  GB 12265.2—2000机械安全防止下肢触及危险区的安全距离;

  GB 12265.3—1997机械安全避免人体各部位挤压的最小距离;

  GB/T 15706.1—2007机械安全 基本概念与设计通则 第1部分:基本术语、方法学;

  GB/T 15706.2—2007机械安全 基本概念与设计通则 第2部分:技术原则与规范;

  GB/T 16754—2008机械安全 急停 设计原则;

  GB/T 16769—2008金属切削机床 噪声声压级测量方法;

  GB/T 16855.1—2008机械安全控制系统有关安全控制部件 第1部分:设计通则;

  GB/T 16856.1—2008机械安全风险评价第1部分:原则;

  GB/T 16856.2—2008机械安全风险评估 第2部分:实施指南和方法举例;

  GB/T 17454.1—2008机械安全 压敏防护装置 第1部分:压敏垫和压敏地板设计和试验通则;

  GB/T 17888.1—2008机械安全 进入机器和工业设备的固定设施第1部分:进入两级平面之间的固定设施的选择;

  GB/T 17888.2—2008机械安全 进入机器和工业设备的固定设施第2部分:工作平台和通道;

  GB/T 17888.3—2008机械安全 进入机器和工业设备的固定设施第3部分:楼梯、阶梯和护栏;

  GB/T 17888.4—2008机械安全 进入机器和工业设备的固定设施第4部分:固定式直梯;

  GB/T 18153—2000机械安全 可接触表面温度确定热表面温度限值的工效学数据;

  GB 18209.1—2010机械安全指示、标志和操作第1部分:关于视觉、听觉和触觉信号要求;

  GB 18209.2—2010机械安全指示、标志和操作第2部分:标志要求;

  GB 18209.3—2010机械安全指示、标志和操作第3部分:操作件的位置和操作要求;

  GB/T 18569.1—2001机械安全 减少由机械排放的危害性物质对健康的风险第1部分:用于机械制造商的原则和规范;

  GB/T 18569.2—2001机械安全 减少由机械排放的危害性物质对健康的风险第2部分:产生验证程序的方法学;

  GB/T 18717.1—2002用于机械安全的人类工效学设计第1部分:全身进入机械的开口尺寸确定原则;

  GB/T 18717.2—2002用于机械安全的人类工效学设计第2部分:人体局部进入机械的开口尺寸确定原则;

  GB/T 18717.3—2002用于机械安全的人类工效学设计第3部分:人体测量尺寸;

  GB/T 18831—2010机械安全带防护装置的联锁装置设计和选择原则。


  从标准数量上看比较多,但是领头标准是GB15760和GB5226.1。这两个标准,行业内几乎无人不知,多年来在机床产品设计、制造、使用、用户合同或协议签署、产品验收、行检、商检等方面提供了权威性的依据,发挥了非常重要的作用。但是GB15760中有关安全操作的内容偏少,直接引用标准编号的内容较多,对于专业厂家来说难以确定执行的具体内容或方法,操作起来比较困惑;再者,关于机床危险分析、风险评价、危险模拟试验的具体方法和实例性内容严重缺乏。

2
研究提升机床操作安全标准的必要性


  机床安全是制造业赖以生存和发展的基础,涉及到国民经济各个部门和人们的安全与健康。由于机床安全性能不好,每年都要造成很多的工伤事故和大量的财产损失。据不完全统计,我国机械工业的大中型企业中,由于机床安全性不好而引起的人身伤亡事故每年都达到数百起。机床安全水平的高低对打入国际市场与国际竞争有着十分重要的影响。许多机床设备,尤其是一些大型成套设备,由于安全方面的原因,国内用户不愿使用国内设备,不得不花费大量外汇从国外进口。同样,由于国产机床的安全性问题,极大地限制了其进入国际市场。目前,世界上一些工业发达国家和地区都将机器的安全性用立法的形式严加控制。在机床设备的国际贸易中,其安全性的好坏己构成了贸易技术壁垒的重要内容。所以说研究提升机床操作安全标准是企业获得长远发展和跨越技术壁垒的根本途径之一,非常必要。


  如今国内机床制造商和使用企业已经呈现多元化格局,由国企、私企、外企等形式构成。各企业生产的机床也随着科学技术的进步快速向高质量、高安全性方向迈进,产品质量和安全质量共同构成了技术发展的核心。各企业都在紧锣密鼓地研究安全方面的标准、技术法规、安全操作规程等,通过多年的探讨也都拥有了自己的贯标经验。所以,我们认为可以走博采众长、优势互补、资源共享之路,来制定通用机床安全操作标准。

3
制定通用机床安全操作标准及研究与现有标准的关系


参考国外有关标准、技术法规、产品安全操作说明书等,按照现有的国家法律、法规、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等,结合现有标准的执行情况尤其是用户反映的意见和建议,以及目前机床产品在安全方面的发展趋势和迫切需要,研究在现有标准基础上制定适合铣床操作安全的通用标准。采用部分引用和或参考引用的方式将适合铣床安全操作的内容直接写入标准文本,尽量减少直接引用标准编号的方式,制定一个内容全面,符合时代发展需要,可操作性强的一本通形式的安全操作标准。


  一项轰动行业的强制性新标准一旦批准、发布、实施,肯定会对现有生产和销售的机床产品产生一定的限制性影响,但这一影响将对提高机床产品的安全质量,提升安全水平发挥巨大的推动作用,以技术法规的威力强制促使机床制造商和用户企业正确地认识和接受这个新生力量。全面贯彻执行新标准将会使机床制造商加大产品安全设计、制造、生产、使用、管理、宣传等方面的投入力度和重视程度,从源头上入手视安全质量与产品质量同等重要,在产品设计制造使用的各个阶段考虑安全问题,并采取切实可行的有效措施排除和解决安全隐患,从根本上改进和提高产品的安全质量,提升安全水平,售给用户一个安全可靠放心使用的产品。

4
研究标准的贯彻实施并提出相关方案以及政策意见和建议


4.1标准的贯彻实施及相关方案


  强制性安全标准由于其特殊性,颁布、贯彻实施前应及时在公众煤体、行业内部甚至对外的有关信息上公开宣传,让全社会的人增强安全意识,引起有关部门领导和员工的高度重视。使相关企业能够积极主动地购买有关标准和资料、参加培训、结合本企业实际学习研究标准并准备贯彻实施标准。


  标准归口单位进行贯标指导,组织标准宣贯培训班,由标准制定人员或专家主讲。设立专门的答疑或咨询部门或网站,为贯标企业排忧解难。


  在企业贯标方案中,虽说是机床操作安全标准,但对机床制造商和用户企业同等重要,所以都必须认真对待,严格贯彻执行。


  (1)组织有关人员积极参加行业协会组织的各项活动,培训班等。及时了解国内外标准制、修订信息,尤其是安全标准方面的技术法规、标准、规定、指令、试验方法等。


  (2)成立安全标准贯彻实施小组,技术中心主任任组长,组员由标准化员、产品主管设计员、工艺主管设计员、检验员、车间技术员组成,进行明确的分工合作。


  (3)标准化技术人员负责主草其他人员参与制定贯标细则,完成后下发至有关部门和车间,组织标准宣贯会,使有关人员拥有标准、了解标准、熟悉标准、执行标准。


  (4)借助企业的宣传部门在厂内通过广播、宣传栏、横幅、局域网、短信等进行大力宣传,唤起全厂员工的安全意识。


  (5)产品主管设计员、工艺主管设计员、检验员、车间技术员、操作员均须按照细则要求进行相应工作。


  (6)标准化技术人员全面负责贯标实施工作,跟踪服务对贯标中出现的技术问题进行协调处理,作好贯标记录,并进行长期监督检查工作。


4.2政策意见和建议


  (1)目前安全生产技术改进整体力度较弱,政府应出台有关安全制造、安全使用和安全技术改进方面的优惠政策,设立安全技术改造项目转口,从项目的申报、审核等环节对安全技术改造项目适当加大支持力度,鼓励机床制造商和机床使用企业进行安全技术改进,淘汰产能落后、安全隐患多的普通机床,普及数控机床的使用量,提高产品质量和安全质量。


  (2)完善强制性国家标准的贯彻监督机制,制定效果显著的奖罚办法。国家或行业部门应进一步加强强制性标准实施的监督、抽查和指导工作,逐步扩大抽查覆盖面和频次,尤其是重大安全问题的限期整改和复查。建立机床操作安全性信息公共平台,加大宣传力度,提高认知度,加强信息的收集与研究工作,将有参考价值的案例、好的做法和经验等在行业内部公开发布,实现资料和有关证据的共享。


  (3)尝试进行机床产品安全认证工作,通过认证的颁发证书,通不过的限期改进,多次改进仍无法通过的禁止生产或重新设计制造再认证,直至认证通过后才能正常生产使用。

5
结语


  机床产品在操作中存在的安全隐患是能够通过机床的安全设计、安全制造、安全性评价等措施解决的。这需要制造商和用户共同完成,作为制造商必须确保产品的安全质量,不能以安全的代价攫取利润;作为操作者必须阅读和理解《机床使用说明书》,严格遵守安全操作标准,禁止违规操作。


作者:孔香梅等

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