安全生产技术(第1章)课件

1、第一章机械安全技术第一节 机械行业安全概要一、机械产品主要类别 机械行业的主要产品种类（12类）：7/27/20221二、机械设备的危险部位及防护对策 (一) 机械设备的危险部位： 机械设备可造成碰撞、夹击、剪刀、卷入等多种伤害。旋转、直线运动等。7/27/20222(二) 机械传动机构防护对策（P3） 安全技术措施分类： 直接类安全技术措施：设计机器时，消除机器本身的不安全因素； 间接类安全技术措施：安装各种安全有效的防护装置，克服使用过程中产生不安全因素； 指导性安全措施：安装、使用、维修的安全规定，保证安全作业。 7/27/202231齿轮啮合传动的防护 齿轮传动机构必须装置全封闭型的防

2、护装置。2皮带传动机械的防护(P3) 皮带传动机构的危险部分： 皮带传动装置的防护要求：7/27/202243联轴器等的防护 一切突出于轴面而不平滑的物件(键、固定螺钉等)均增加了轴的危险性。联轴器上突出的螺钉、销、键等均可能给人们带来伤害。 对联轴器的安全要求(P4) 7/27/20225三、机械伤害类型及预防对策 (一) 机械伤害类型(P4) 一类是机械危害，包括夹挤、碾压、剪切等，另一类是非机械伤害，包括电气危害、噪声危害、温度危害等。 机械装置在任何状态下都可能发生危险： （1）正常工作状态。锋利刀具的运转，机械运转的噪声、振动等。 （2）非正常工作状态。故障意外，包括故障状态和检修保

3、养状态。如电气开关故障，会产生机械不能停机的危险。 （3）非工作状态。机械停止运转处于静止状态时，如由于环境照度不够而导致人员发生碰撞事故等。 机械伤害的主要危险和危害（p45）7/27/20226(二) 机械伤害预防对策1实现机械本质安全(p 5)2保护操作者和有关人员安全(p5)7/27/20227(三) 通用机械安全设施的技术要求(P5-6) 1安全设施设计要素 2机械安全防护装置的一般要求 3对机械设备安全防护罩的技术要求 4对机械设备安全防护网的技术要求7/27/20228四、机械安全设计与机器安全装置（一）本质安全 本质安全是通过机械的设计者，在设计阶段采取措施来消除机械危险的一种

4、机械安全方法。1.采用本质安全技术 本质安全技术是指利用该技术进行机械预定功能的设计和制造，不需要采用其他安全防护措施，就可以在预定条件下执行机械的预定功能时满足机械自身的安全要求。2.限制机械应力3.材料和物质的安全性 应避免采用有毒的材料和物质，应能避免机械本身或由于使用某种材料而产生的气体、液体、粉尘、蒸气或其他物质造成的火灾和爆炸危险。7/27/202294.履行安全人机工程学原则5.设计控制系统的安全原则6.防止气动和液压系统的危险：安全阀7.预防电气危害：低电压7/27/202210（二）失效安全 设计者应该保证当机器发生故障时不出危险。（三）定位安全 把机器的部件安置到不可能触及

5、的地点，通过定位达到安全。（四）机器布置 车间合理的机器安全布局可以使事故明显减少。7/27/202211（五）机器安全装置1.固定安全装置 防止接触机器危险部件的固定的安全装置。2.连锁安全装置 只有当安全装置关合时，机器才能运转；而只有当机器的危险部件停止运动时，安全装置才能开启。3.控制安全装置 要求机器能迅速地停止运动，只有当控制装置完全闭合时，机器才能开动。7/27/2022124.自动安全装置 自动安全装置的机制是把暴露在危险中的人体从危险区域中移开。它仅能使用在有足够的时间来完成这样的动作，仅限于在低速运动的机器上采用。5.隔离安全装置 是一种阻止身体的任何部分靠近危险区域的设施

6、，例如固定的栅栏等。6.可调安全装置7/27/2022137.自动调节安全装置 由于工件的运动而自动开启，当操作完毕后又回到关闭的状态。8.跳闸安全装置 在操作到危险点之前，自动使机器停止或反向运动。9.双手控制安全装置 这种装置迫使操纵者要用两只手来操纵控制器。7/27/202214五、机械制造场所安全技术 (P9-11) (一) 采光 (二) 通道 - 厂区主干道和车间安全通道 (三) 设备布局 (四) 物料堆放 (五) 地面状态7/27/202215第二节、金属切削机床及砂轮机安全技术主要内容：从第二节到第六节介绍5因素、5技术一、金属切削机床的危险因素1机床的危险因素(p11) 2机床

7、常见事故(p11) 7/27/202216二、金属切削机床的安全技术措施1. 机床运转常见的异常现象(6点, P11-12) 温升异常、转速异常、振动和噪声过大、输入输出参数异常。出现撞击声、机床内部缺陷种种现象，都是事故的前兆和隐患。 2. 运动机械中易损件的故障检测(p12)3. 金属切削机床常见危险因素的控制措施(8点，p12)三、 砂轮机的安全技术要求（P13-14）使用砂轮机的安全要求1.禁止侧面磨削。2.不准正面操作。3.不准共同操作，2人共用1台砂轮机严格禁止。 7/27/202217第三节 冲压（剪）机械安全技术(P14-16)一、冲压作业的危险因素（4点P14）二、 冲压作业

8、安全技术（3点P14-15）三、冲压作业的机械化和自动化（P15-16） 7/27/202218四、 剪板机安全技术措施 类型： 平剪 滚剪 震动剪 机械传动：剪切厚度小于10mm的剪板机 液压传动：大于10mm的剪板机 操作剪板机时应注意:(5点,P16)7/27/202219第四节、木工机械安全技术一、 木工机械危险有害因素（5点，P16-17）二、木工机械安全技术措施1.按照有轮必有罩、有轴必有套和锯片有罩、锯条有套，对各种木工机械配置相应的安全防护装置。2.应配置与其机械运转相连接的消声、吸尘或通风装置，以消除或减轻职业危害。3.木工机械的刀轴与电器应有安全联控装置。4.采用安全送料装

9、置或设置分离刀，防反弹安全屏护装置5.专门设置遇事故需紧急停机的安全控制装置7/27/202220第五节 铸造安全技术铸造作为一种金属热加工工艺, 将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中, 待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法。铸造作业一般按造型方法来分类, 习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。7/27/202221一、铸造作业危险有害因素1.火灾及爆炸红热的铸件、飞溅铁水等一旦遇到易燃易爆物品, 极易引发火灾和爆炸事故。2.灼烫浇注时稍有不慎, 就可能被熔融金属烫伤；经过熔炼炉时, 可能被飞溅的铁水烫伤；经过高温铸件时, 也可能被烫伤。3.机械伤害铸造作业过程中, 机械设备、工具或工件的非正

10、常选择和使用, 人的违章操作等, 都可导致机械伤害。如造型机压伤, 设备修理时误启动导致砸伤、碰伤。4.高处坠落由于工作环境恶劣、照明不良, 加上车间设备立体交叉, 维护、检修和使用时, 易从高处坠落。5.尘毒危害在型砂、芯砂运输、加工过程中, 打箱、落砂及铸件清理中, 都会使作业地区产生大量的粉尘, 因接触粉尘、有害物质等因素易引起职业病。6.噪声振动在铸造车间使用的震实造型机、铸件打箱时使用的震动器, 以及在铸件清理工序中，利用风动工具清铲毛刺, 利用滚筒清理铸件等都会产生大量噪声和强烈的振动。7.高温和热辐射铸造生产在熔化、浇铸、落砂工序中都会散发出大量的热量, 在夏季车间温度会达到40

11、 或更高, 铸件和熔炼炉对工作人员健康或工作极为不利。7/27/202222二、铸造作业安全技术措施由于铸造车间的工伤事故远较其他车间为多, 因此, 需从多方面采取安全技术措施。 ( 一 )工艺要求1.工艺布置应根据生产工艺水平、设备特点、厂区场地和厂房条件等, 结合防尘防毒技术综合考虑工艺设备和生产流程的布局。7/27/2022232.工艺设备凡产生粉尘污染的定型铸造设备 ( 如混砂机、筛砂机、带式运输机等 ), 制造厂应配置密闭罩, 非标准设备在设计时应附有防尘设施。型砂准备及砂的处理应密闭化、机械化。输送散料状干物料的带式运输机应设封闭罩。混砂不宜采用扬尘大的爬式翻斗加料机和外置式定量器

12、, 宜采用带称量装置的密闭混砂机。炉料准备的称量、送料及加料应采用机械化装置。3.工艺方法在采用新工艺、新材料时, 应防止产生新污染。冲天炉熔炼不宜加萤石。应改进各种加热炉窑的结构、燃料和燃烧方法, 以减少烟尘污染。回用热砂应进行降温去灰处理。4.工艺操作（P20-21）在工艺可能的条件下, 宜采用湿法作业。落砂、打磨、切割等操作条件较差的场合，宜采用机械手遥控隔离作业。7/27/202224( 二 ) 建筑要求铸造车间应安排在高温车间、动力车间的建筑群内, 建在厂区其他不释放有害物质的生产建筑的下风侧。厂房主要朝向宜南北向。厂房平面布置应在满足产量和工艺流程的前提下同建筑、结构和防尘等要求综

13、合考虑。铸造车间四周应有一定的绿化带。铸造车间除设计有局部通风装置外, 还应利用天窗排风或设置屋顶通风器。熔化、浇注区和落砂、清理区应设避风天窗。有桥式起重设备的边跨, 宜在适当高度位置设置能启 阔的窗扇。( 三 )除尘7/27/202225第六节 锻造安全技术一、锻造的特点（7点，P22-23）二、锻造的危险有害因素（2点，P23）三、锻造的安全技术措施（12点，P23-24）7/27/202226第七节安全人机工程基本知识主要内容：安全人机工程的定义，研究内容，人机系统的类型，机械设计本质安全。一、定义与研究内容(一)安全人机工程的定义安全人机工程是运用人机工程学的理论和方法研究“人-机-

14、环境”系统，并使三者在安全的基础上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门综合性的科学。7/27/202227 (二)安全人机工程的主要研究内容 安全人机工程在所研究的诸多因素中，主要是研究人与机器的关系，主要内容包括如下4个方面： 分析机械设备及设施在生产过程中存在的不安全因素，并有针对性地进行可靠性设计、维修性设计、安全装置设计、安全启动和安全操作设计及安全维修设计等 研究人的生理和心理特性，分析研究人和机器各自的功能特点，进行合理的功能分配，以构成不同类型的最佳人机系统。 研究人与机器相互接触、相互联系的人机界面中信息传递的安全问题。 7/27/202228 分析人机系统的可靠性，建

15、立人机系统可靠性设计原则，据此设计出经济、合理以及可靠性高的人机系统。在人机系统中人始终起着核心和主导作用，机器起着安全可靠的保证作用。解决安全问题的根本是实现生产过程的机械化和自动化，让工业机器人代替人的部分危险操作，从根本上将人从危险作业环境中彻底解脱出来，实现安全生产。 7/27/202229（三）人机系统的类型 人机系统主要有两类，一类为机械化、半机械化控制的人机系统；一类为全自动化控制的人机系统。机械化、半机械化控制的人机系统，人机共体，或机为主体，系统的动力源由机器提供，人在系统中主要充当生产过程的操作者与控制者，即控制器主要由人来操作。在控制系统中设置监控装置，如果人操作失误，机

16、器会拒绝执行或提出警告。在全自动化控制的人机系统中，以机为主体，机器的正常运转完全依赖于闭环系统的机器自身的控制，人只是一个监视者和管理者，监视自动化机器的工作。只有在自动控制系统出现差错时，人才进行干预，采取相应的措施。 7/27/202230二、机械设计本质安全（P25-26） （一）机械设计本质安全的定义机械设计本质安全是指机械的设计者，在设计阶段采取措施来消除安全隐患的一种机械安全方法。包括在设计中排除危险部件，减少或避免在危险区处理工作需求，提供自动反馈设备并使运动的部件处于密封状态之中等。 7/27/202231（二）机械失效安全 机械设计者应该在设计中考虑到当发生故障时不出危险。

17、这一类装置包括操作限制开关，限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置，设置把手和预防下落的装置，失效安全的限电开关等。 7/27/202232（三）机械部件的定位安全 把机械的部件安置到不可能触及的地点，通过定位达到安全的目的。设计者必须考虑到人在正常情况下不会触及到部件，而在某些情况下可能会接触到，例如登着梯子对机械进行维修等情况。 7/27/202233（四）机器的安全布置 在车间内对机器进行合理的安全布局，可以使事故明显减少，布局时要考虑如下因素： 空间：便于操作、管理、维护、调试和清洁。 照明：包括工作场所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止眩目）和为操作机器而需的照明。 管、线布置

18、：不要妨碍在机器附近的安全出入、避免磕绊，有足够的上部空间。保证维修时人员的出入安全。 7/27/202234第八节 人的特性主要内容：人体的静态与动态测量，测量数据的运用准则。人的生理因素包括：感觉器官（视觉、听觉）、机能特性（反应时间）、形态特性（人体特征参数）、生理节奏、疲劳等；人的心理因素包括：心理过程（认识与情感意志）、个性心理（能力、性格、气质与需要、动机）7/27/202235一、人体测量为了使各种与人有关的机械、设备、产品等能够在安全的前提下高效工作, 就须实现 人机的最优结合, 并使人在使用时处于安全、舒适的状态和无害、宜人的环境之中；现代设计就必须充分考虑人体的各种人机学参

19、数。( 一 )人体尺寸测量基础 （P26-28）7/27/202236( 二 )静态测量1.静态测量方法人体尺寸的静态测量属于传统的测量方法, 用途很广。静态人体测量可采取不同的姿 势, 主要有立姿、坐姿、跪姿和卧姿等几种。制作衣服时人体尺寸的测量是常见的人体静态测量的方法, 这种测量是在被测量者静态地站着或坐着的姿势下进行的。静态测量数据 是动态测量的基础, 是设计人机系统不可缺少的参数。2.影响人体测量数据的因素（P30-31）7/27/202237( 三 )动态测量 1.活动空间要完成一项非常简单的任务, 人体也需要某些部位运动, 这就要求有足够的空间, 即活动空间。人在劳动或运动时,

20、人体空间位置与尺寸时刻在变化, 这种变化是动态变化。 动态测量就是测定人体动态变化时的数值。静态测量的数据, 虽可解决许多产品设计问 题, 但人在劳动时, 姿势和体位会频繁变化, 就需用动态数据进行衡量。活动空间的分配依赖于许多因素：使用的人群, 任务, 衣物, 设备及作业性质等。所以一般没有固定的规则或模式。例如, 一名消防队员在特定宽度的通道攀梯时, 就要考虑 他的衣服的不同、携带设备的不同, 以及通道内是否还有另外的物体, 如灯、其他仪器。 在不同的情境要求下, 需要不同尺寸的活动空间。7/27/2022382.伸展域（P31-32）人在各种状况下工作时都需要有足够的活动空间。在工作中人

21、常取站、坐、跪等作业姿势；立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸, 而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉。人在站立并保持脚的站立面不变时, 手臂的活动空间用舒适伸展域来表示。7/27/202239( 四 ) 人体测量数据的运用准则 在运用人体测量数据进行设计时, 应遵循以下几个准则:1.最大最小准则。该准则要求根据具体设计目的选用最小或最大人体参数。如人体身高常用于通道和门的最小高度设计, 为尽可能使所有人(99%以上)通过时不致发生撞头事件, 通道和门的最小高度设计应使用高百分位身高数据；而操作力设计则应按最小操纵力准则设计。2.可调性准则。对与健康安全关系密切或减轻作业疲劳的设计应

22、遵循可调性准则, 在使用对象群体的5%-95%可调。如汽车座椅应在高度、靠背倾角、前后距离等尺度方向上可调。7/27/2022403.平均准则。虽然平均这个概念在有关人使用的产品、用具设计中不太合理, 但诸如门拉手高、锤子和刀的手柄等, 常用平均值进行设计更合理。同理, 对于肘部平放高度设计数而言, 由于主要是能使手臂得到舒适的休息, 故选用第50百分位数据较合理, 对 于中国人而言, 这个高度在1427.9cm之间。4.使用最新人体数据准则。所有国家的人体尺度都会随着年代、社会经济的变化而不同。因此, 应使用最新的人体数据进行设计。5.地域性准则。一个国家的人体参数与地理区域分布、民族等因素

23、有关, 设计时必须考虑实际服务的区域和民族分布等因素。7/27/2022416.功能修正与最小心理空间相结合准则。国家标准公布的有关人体数据是在裸体或穿单薄内衣的条件下测得的, 测量时不穿鞋。而设计中所涉及的人体尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽条件下的人体尺寸。因此, 考虑有关人体尺寸时, 必须给衣服、鞋、帽留下适当的余量, 也就是应在人体尺寸上增加适当的着装修正量。所有这些修正量总计为功能修正量。于是, 产品的最小功能尺寸可由下式 确定： SminRf 式中：Smin最小功能尺寸； R 第百分位人体尺寸数据； f 功能修正量。7/27/202242功能修正量随产品不同而异, 通常为正值, 但有时

24、也可能为负值。通常用实验方法求 得功能修正量, 但也可以通过统计数据获得。另外, 为了克服人们心理上产生的“空间压抑感”、“高度恐惧感”等心理感受, 或者为了满足人们“求美”、“求奇”等心理需求, 在产品最小功能尺寸上常附加一项增量,称为心理修正量。考虑了心理修正量的产品功能尺寸称为最佳功能尺寸, 可表示为： SopmRfp式中：Sopm最小功能尺寸； R 第百分位人体尺寸数据； f 功能修正量； p 心理修正量。心理修正量可用实验方法司求的, 一般是通过被试者主观评价表的评分结果进行统计分 析求得心理修正量。7/27/202243二、人的生理特性（一）人的感觉与感觉器官 1视觉 常见的几种视

25、觉现象 视觉损伤与视觉疲劳 视觉的运动规律7/27/2022442听觉听觉的功能有分辨声音的高低和强弱，还可以判断环境中声源的方向和远近。 听觉特性 听觉的掩蔽3人的感觉与反应（P36）人们在操纵机械或观察识别事物时，从开始操纵、观察、识别到采取动作，存在一个感知时间过程，即存在一段反应时间。 7/27/202245 反应时间 反应时间是指人从机器或外界获得信息，经过大脑加工分析发出指令到运动器官开始执行动作所需的时间。反应时间是从包括感觉反应时间（从信息开始刺激到感觉器官有感觉所用时间）到开始动作所用时间（信息加工、决策、发令开始执行所用时间）的总和。由于人的生理心理因素的限制，人对刺激的反

26、应速度是有限的。一般条件下，反应时问约为0.10.5 s。对于复杂的选择性反应时间达13 s，要进行复杂判断和认识的反应时间平均达35 s，具体的带有判别的反应时间t可用下式求得： 7/27/202246 t = k log2 (n+1) 式中，k为常数；n为等概率出现的选择对象数；(n+1)是考虑判明是否出现刺激。 为了保证安全作业，一方面在机器设计中，应使操纵速度低于人的反应速度。另一方面应设法提高人的反应速度。 7/27/202247 减少反应时间的途径 一般来说，机器设备的情况、信息的强弱和信息状况等外界条件是影响反映时间的重要因素；而机器的外观造型和操纵机构是否适宜于人的操作要求，以

27、及操作者的生物力学特性等，则是直接影响动作时间的重要因素。 7/27/202248 合理地选择感知类型。比较各类感觉的反应时间，发现听觉和知觉反应时间最短，约0.10.2s，其次是触觉和视觉。所以在设计各类机器时，应根据操纵控制情况，合理选择感觉通道，尽量选用反应时间短的通道去控制和调节机器。 适应人的生理心理要求，按人机工程学原则设计机器。 操作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度，应通过训练来提高人的反应速度。 7/27/202249(二)人体的特征参数（P3640）1.人体特性参数与产品设计和操纵机器有关的人体特性参数很多，归纳起来有如下4类： 静态参数静态参数是指人体在静止状态下测得的

28、形态参数，也称人体的基本尺度，如人体高度及各部分长度尺寸。 动态参数动态参数是指在人体运动状态下，人体的动作范围，主要包括肢体的活动角度和肢体所能达到的距离等两方面的参数。如手臂、腿脚活动时测得的参数。 7/27/202250 生理学参数生理学参数主要是指有关的人体各种活动和工作引起的生理变化，反映人在活动和工作时负荷大小的参数， 包括人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率及人体表面积和体积等。 生物力学参数生物力学参数主要指人体各部分（如手掌、前臂、上臂、躯干（包括头、颈）、大腿和小腿、脚等）出力大小的参数，如握力、拉力、推力、推举力、转动惯量等。 7/27/2022512.人体劳动强度参数（P

29、3640）人体的能量代谢耗氧量（单位L/min）心率F（单位min-1）人的劳动强度7/27/202252(三) 疲劳 1. 疲劳的定义疲劳分为肌肉疲劳 ( 或称体力疲劳 ) 和精神疲劳 ( 或称脑力疲劳 ) 两种。肌肉疲劳是指过度紧张的肌肉局部出现酸痛现象, 一般只涉及大脑皮层的局部区域。而精神疲劳则与中枢神经活动有关, 它是一种弥散的、不愿意再作任何活动和懒惰的感觉, 意味着肌体迫切需要休息。 7/27/2022532疲劳产生的原因及消除途径 (1)疲劳的原因。劳动过程中，人体承受了肉体或精神上的负荷，受工作负荷的影响产生负担，负担随时间推移，不断地积累就将引发疲劳。归结起来疲劳有两个方面

30、的主要原因。 1)工作条件因素。泛指一切对劳动者的劳动过程产生影响的工作环境。 劳动制度和生产组织不合理。如作业时间过久、强度过大、速度过快、体位欠佳等。 机器设备和工具条件差，设计不良。如控制器、显示器不适合于人的心理及生理要求。 工作环境很差。如照明欠佳，噪声太强，振动、高温、高湿以及空气污染等。7/27/2022542)作业者本身的因素。作业者因素包括作业者的熟练程度、操作技巧、身体素质及对工作的适应性，营养、年龄、休息、生活条件以及劳动情绪等。这里，大多数影响因素都会带来生理疲劳，但是机体疲劳与主观疲劳感未必同时发生，有时机体尚未进入疲劳状态，却出现了主观疲劳感。如对工作缺乏兴趣时常常

31、如此。有时机体早已疲劳却无疲劳感，如出于对工作具有高度责任感、特殊爱好或急中生智的情境之中时。造成心理疲劳的诱因主要有： 7/27/202255劳动效果不佳。在相当长时期内没有取得满意的成果，会引发心理疲劳。劳动内容单调。作业动作单一、乏味，不能引起作业者的兴趣。如流水线上分工过细的专门操作，显示器前的监视工作等。劳动环境缺少安全感。涉及技术方面的安全防护设施和职业的稳定性，以及不适的督导和过分的暗示，造成心理压力与精神负担。劳动技能不熟练。当工作任务的繁复程度远远超过了劳动者能力水平。困难大，负担重，压力大，力不能负时，也易产生心理疲劳。劳动者本人的思维方式及行为方式导致的精神状态欠佳、人际

32、关系不好，上下级关系紧张，以及家庭生活的不顺等都可能引起心理疲劳。7/27/202256 消除疲劳的途径消除疲劳的途径归纳起来有以下几方面：在进行显示器和控制器设计时应充分考虑人的生理心理因素； 通过改变操作内容、播放音乐等手段克服单调乏味的作业；改善工作环境, 科学地安排环境色彩、环境装饰及作业场所布局，合理的温湿度，充足的光照等；避免超负荷的体力或脑力劳动，合理安排作息时间，注意劳逸结合等。3.疲劳的测定（P41）4.单调作业与轮班作业（P41-43）7/27/202257三、人的心理特性（P4345） （一）能力（二）性格（三）气质（四）需要与动机（五）情绪与情感（六）意志 7/27/2

33、02258第九节 机械的特性 主要内容：机械安全的定义及特性，机械设备故障诊断技术。机械的可靠性度量指标，可靠性设计，维修性设计一、机械安全的定义及特性（P45-46）（一）机械安全定义（二）机械安全的特性7/27/202259现代机械安全应具有以下几方面的特性：1. 系统性现代机械的安全应建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、环境学、劳动卫生、计算机等科学技术基础上, 并综合与系统地运用这些科学技术。2. 防护性通过对机械危险的智能化设计，应使机器在整个寿命周期内发挥预定功能，包括误操作时, 其机器和人身均是安全的, 使人对劳动环境、劳动内容和主动地位的提高得到不断改善。 7/27/20

34、22603. 友善性机械安全设计涉及到人和人所控制的机器, 它在人与机器之间建立起一套满足人的生理特性、心理特性, 充分发挥人的功能的、提高人机系统效率的安全系统, 在设计中通过减少操作者的紧张和体力来提高安全性, 并以此改善机器的操作性能和提高其可靠性。4. 整体性现代机械的安全设计必须全面、系统地对导致危险的因素进行定性、定量分析和评价, 整体寻求降低风险的最优设计方案。 7/27/202261二、机械设备故障诊断技术（P4648）( 一 ) 机械设备状态监测及故障诊断模型故障诊断是研究机械设备运行状态变化的信息, 进而识别、预测和监视机械运行状态的技术方法。 在设备状态监测和故障诊断中,

35、 设备的状态向量是设备异常或故障信息的重要载体，是设备故障诊断的客观依据，所以及时而正确地掌握状态向量是进行诊断的先决条件，为此就要用传感器或其他检测手段进行状态信号的监测。 7/27/202262( 二 ) 故障诊断的基本流程及实施步骤 故障诊断包括诊断文档建立和诊断实施两大部分。诊断实施过程是故障诊断的中心工作，它可以细分为4 个基本步骤:(1) 信号检测。按不同诊断目的选择最能表征设备状态的信号, 对该类信号进行全面地检测, 并将其汇集在一起, 形成一个设备工作状态信号子集, 该子集称为初始模式向量。(2) 特征提取 ( 或称信号处理 ) 。将初始模式向量进行维数变换、形式变换, 去掉冗

36、余信息, 提取故障特征, 形成待检模式。(3) 状态识别。将待检模式与样板模式 ( 故障档案)对比, 进行状态分类。(4) 诊断决策。根据判别结果采取相应的对策。对策主要是指对设备及其工作进行必要的预测和干预。 7/27/202263(三) 故障诊断技术（P47-48）故障诊断与状态监测的技术包括振动信号的检测与分析等5点内容。 7/27/202264三、机械的可靠性设计与维修性设计（一）可靠性定义及其度量指标（P4849）1.可靠性定义所谓可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。这里所说的规定条件包括所处的环境条件、使用条件、维修条件。规定时间是指产品的可靠性与使

37、用时间的长短有密切关系，可靠性是时间的函数。7/27/2022652.可靠性度量指标可靠度可靠度数值应根据具体产品的要求来确定, 一般原则是根据故障发生后导致事故的后果和经济损失而定。7/27/202266故障率 ( 或失效率)故障率是指工作到 t 时刻尚未发生故障的产品, 在该时刻后单位时间内发生故障的概率。故障率也是时间的函数, 记为（t），称为故障率函数。产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的, 其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线, 也称浴盆曲线。 7/27/202267 平均寿命 ( 或平均无故障工作时间)对非维修产品称平均寿命, 其观测值为产品发生失效前的平均工作时间,

38、或所有试验产品都观察到寿命终了时，它们寿命的算术平均值对于维修产品来说, 称平均无故障工作时间或平均故障问隔时间, 其观测值等于在使用寿命周期内的某段观察期间累积工作时 间与发生故障次数之比。 7/27/202268 维修度 维修度是指维修产品发生故障后, 在规定条件 ( 备件贮备、维修工具、维修方法及维修技术水平等 ) 和规定时间内能修复的概率, 它是维修时间 r 的函数, 用 M（z）表示, 称为维修度函数。 有效度 狭义可靠度 R(t) 与维修度 M ( ) 的综合称为有效度, 也称广义可靠度。其定义是, 对维修产品, 在规定的条件下使用, 在规定维修条件下修理, 在规定的时间内具有或维

39、持其规定功能处于正常状态的概率。 7/27/202269（二）维修性设计 （P49-50）1. 维修及维修性所谓维修是指使产品保持在正常使用和运行状态, 以及为排除故障或缺陷所采取的一切措施, 包括设备运行过程中的维护保养、设备状态监测与故障诊断以及故障检修、调整和最后的验收试验等直至恢复正常运行等一系列工作。简言之, 为保持或恢复产品规定功能采取的技术措施叫做维修。维修性是指对故障产品修复的难易程度, 即在规定条件和规定时间内, 完成某种产品维修任务的难易程度。 7/27/2022702. 产品结构的维修性设计维修性设计是指产品设计时, 设计师应从维修的观点出发, 保证当产品一旦出故障, 能

40、容易地发现故障, 易拆、易检修、易安装, 即可维修度要高。维修度是产品的固有性质,它属于产品固有可靠性的指标之一。维修度的高低直接影响产品的维修工时、维修费用, 影响产品的利用率。维修性设计中应考虑的主要问题有可达性、零组部件的标准化和互换性、维修人员的安全等内容。 7/27/2022713.可靠性设计与维修性设计的关系可靠性设计和维修性设计是从不同的角度来保证产品的可靠性。前者着重从保证产品的工作性能出发, 力求不出故障或少出故障, 是解决本质安全问题, 在方案设计和结构设 计阶段就设法消除危险与有害因素；后者则是从维修的角度考虑, 一旦产品发生故障, 其本身就能自动及时发现故障, 并且显示

41、故障或发出警报信号, 并能自动排除故障或中止故障。 7/27/202272第十节 人机作业环境一、光环境（P50-52）（一）光的度量（二）照明对作业的影响二、色彩环境（P52-53）（一）颜色的特性（二）色彩对人的影响7/27/202273三、微气候环境（P53-57） (一)构成微气候的要素及相互联系 1空气温度 空气温度是评价热环境的主要指标，它分为舒适温度和允许温度。 舒适温度是指人的主观感觉舒适的温度或指人体生理上的适宜温度。常用的是以人主观感觉到舒适的温度作为舒适温度。生理学上对舒适温度规定为，人坐着休息、穿薄衣、无强迫热对流，在通常地球引力和海平面的气压条件下，未经热习服(也称为

42、热适应，指人长期在高温下生活和工作，相应习惯热环境)的人所感到的舒适温度。按照这一规定，舒适温度应在(213)范围内。7/27/202274允许温度通常是指基本上不影响人的工作效率、身心健康和安全的温度范围。其温度范围一般是舒适温度(35)。对人的工作效率有影响的低温，通常是在10以下。低温对人体最普遍的伤害是冻伤。除此之外，人体还会出现一系列的低温症状。首先出现的是心跳加快、颤抖等现象，接着出现头痛等不适反应。当人体的深部温度降到27以下时，人即濒临死亡。在低温下工作所消耗的体力，通常比在常温环境下要高。工作效率在人体不能保持体温时才起变化。低温对人的工作效率的影响最敏感的是手指的精细操作。

43、7/27/2022752空气湿度 空气的干湿程度即空气湿度。湿度有绝对湿度和相对湿度两种。作业环境的湿度通常采用相对湿度来表示。相对湿度在80以上称为高气湿，低于30称为低气湿。空气相对湿度对人体的热平衡和温热感有重大作用，特别是在高温或低温的条件下，高气湿对人体的作用就更明显。高温高湿时，人体散热更加困难；低温高湿下人会感到更加阴冷。一般情况下，相对湿度在3070时感到舒适。 7/27/202276 3气流速度 气流主要是在温度差形成的热压力作用下产生的。气流速度通常以米每秒表示。据测定，在室外的舒适温度范围内，一般气流速度为015 ms时，人即可感到空气新鲜。在室内，即使温度适宜，由于空气

44、流动速度小，也会有沉闷感。 7/27/202277 4热辐射 热辐射包括太阳辐射和人体与其周围环境之间的辐射。任何两种不同温度的物体之间都有热辐射存在，它不受空气影响，直至两物体的温度相平衡为止。当物体温度高于人体皮肤温度时，热量从物体向人体辐射而使人体受热，称为正辐射；相反，热量从人体向物体辐射时，称为负辐射。人体对负辐射不很敏感，往往一时感觉不到，会因负辐射散失大量热量而受凉。但负辐射有利于人体散热，在防暑降温上有一定意义。7/27/202278温度、湿度、风速和热辐射对人体的影响有时可以相互替代，某一条件的变化对人体的影响，可由另一条件的变化所补偿。例如，人体受热辐射所获得的热量可以被低

45、气温抵消，当气温增高时，若气流速度加大，会使人体散热增加，从而使人并不感到酷热难耐。低温、高湿使人体散热增加，导致冻伤；高温、高湿使人体丧失蒸发散热机能，导致热疲劳乃至中暑。微气候对人的影响是由其构成因素共同作用而产生的，所以，实践中必须综合评价微气候的这些种类的条件。7/27/202279(二)人体对微气候环境的感受与评价 1人体的热交换与平衡 2人体对微气候环境的主观感觉 衡量微气候环境的舒适程度是相当困难的，不同的人有不同的估价。一般认为，“舒适”有两种含义，一种是指主观感到的舒适；另一种是指人体生理上的适宜度。比较常用的是以人的主观感觉作为标准的舒适度。人的工作效率与所处环境舒适度感受

46、通常为正相关。(1)舒适的温度。人主观感到舒适的温度与许多因素有关，从客观环境来看，湿度越大，风速越小，则舒适温度偏低；反之则偏高。从主观条件看，体质、年龄、性别、服装、劳动强度、热习服等均对舒适温度有重要影响。7/27/202280(2)舒适的湿度。舒适的湿度一般为4060。湿度在70以上为高气湿，在30以下为低气湿。在不同的空气湿度下，人的感觉不同，温度越高，高湿度的空气对人的感觉和工作效率的消极影响越大。据舒伯特和希尔经过大量的研究证明，室内空气湿度()与室内气温t()的关系为： =18872t (122t26) 例如室温t=20时，湿度最好是=1887220=44，即44。(3)舒适的

47、风速。在工作人数不多的房间里，空气的最佳速度为03 ms；而在拥挤的房间里为04 ms。室内温度和湿度很高时，空气流速最好是l2ms。 7/27/2022813微气候环境的综合评价 研究微气候环境对人体的影响，不能仅考虑其中某个因素，因为人进入作业场所时，要受温度、湿度、风速和热辐射等多种因素的综合影响。因此，要综合评价微气候环境。目前，评价微气候环境有四种方法或指标。 (三)微气候环境对人体的影响7/27/202282第十一节 人机系统一、人机信息及能量交换系统模型人机系统的任何活动实质上是信息及能量的传递和交换。人机之间在进行信息及能量的传递和交换中, 首先是人的感觉器官 ( 眼、耳等 )

48、 从显示装置上感受到机器及环境作用 于人的信息, 经大脑中枢神经的综合、分析、判断做出决策, 然后命令运动器官 ( 手或脚 ) 向机器的控制器发出控制信息, 即操纵机器相应的执行机构 ( 手柄或按钮等 ) 完成各种相虚的运动机能 ( 移动或转动 ), 且将控制的效果反映在显示器上, 构成一个信息及能量传递的闭环系统。到此, 人机系统完成了一次功能循环。 7/27/202283二、人机功能分配（P5860） 在人机系统中 , 人与机完成各自的功能 , 只有二者合理配合 , 协调一致 , 才能使人机 系统达到最佳效果。为此 , 需要深入了解和研究人机各自的特征 , 进行比较 , 扬长避短 , 充分

49、发挥各自的特长。( 一 ) 人在人机系统中的主要功能人在人机系统中主要有 3 种功能: 7/27/202284(1) 传感功能。通过人体感觉器官的看、听、摸等感知外界环境的剌激信息, 如物体、事件、机器、显示器、环境或工作过程等, 将这些刺激信息作为输入传递给人的中枢神经。(2) 信息处理功能。大脑对感知的信息进行检索、加工、判断、评价, 然后做出决策。 (3) 操纵功能。将信息处理的结果作为指令, 指挥人的行动, 即人对外界的刺激作出反应, 如操纵控制器、使用工具、处理材料等, 最后达到人的预期目的, 如机器被开动运转、零件被加工成形、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。 7/2

50、7/202285( 二 ) 人机特性的比较人体本身就是一部复杂的、特殊的机器。人与机器的特性包括许多内容, 但就从人机系统中信息及能量的接受、传递、转换过程来讲, 我们可以归纳为以下 4 个方面来比较, 即信息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等。人优于机器的能力主要有：信号检测、图像识别、灵活性、随机应变、归纳、推理、判断、创造性等；机械优于人的能力主要有反应、操作速度快，精确性高，输出功率大，耐久力强，重复性好，短期记忆，能同时完成多种操作、演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。7/27/202286（三）人机功能分配原则人机功能合理分配的原则：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高

51、的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作适合机器来做。研究、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合于人来承担。7/27/202287三、人机系统可靠性计算（P6063）（一）系统中人的可靠性计算式中：a1输入可靠度，考虑感知信号及其意义，时有失误； a2判断可靠度，考虑进行判断时失误； a3输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关；7/27/202288式中 r(t)连续性操作人的基本可靠度； t 连续工作时间； l(t)t时间内人的差错率。7/27/202289式中 N总动作次数； n失败动作次数； p概率符号。7/27/202

52、290式中 b1作业时间系数；b2 作业操作频率系数；b3 作业危险度系数；b4 作业生理和心理条件系数；b5作业环境条件系数；(1-r) 作业的基本失效概率或基本不可靠度。7/27/202291（二）人机系统的可靠性计算式中 RS人机系统可靠度； RH人的操作可靠度； RM机器设备可靠度。7/27/2022921. 两人监控人机系统的可靠度(1) 异常状况时，相当于两人并联，可靠度比一人控制的系统增大了，这时操作者切断电源的可靠度为 RHb( 正确操作的概率 )： 7/27/202293RHb =1-（1-R1）(1-R2) (2) 正常状况时，相当于两人串联，可靠度比一人控制的系统减小了，

53、即产生误操作的概率增大了，操作者不切断电源的可靠度为RHc 险 ( 不产生误动作的概率 ):RHc= R1R2从监视的角度考虑，首要问题是避免异常状况时的危险, 即保证异常状况时切断电源的可靠度, 而提高正常状况下不误操作的可靠度则是次要的, 因此这个监控系统是可行的。所以两人监控的人机系统的可靠度 Rsr 为 : 7/27/202294异常情况时, Rsr =1 一 (1-R1)(1-R2)RM正常情况时, Rsr = RHcRM = R1R2RM 7/27/2022952. 多人表决的冗余人机系统可靠度 上述两人监控作业是单纯的并联系统, 所以正常操作和误操作两种概率都增加了, 而由多数人

54、表决的人机系统就可以避免这种情况。若由几个人构成控制系统, 当其中 f 个人的控制工作同时失误时, 系统才会失败, 我们称这样的系统为多数人表决的冗余人机系统。设每个人的可靠度均为 R, 则系统全体人员的操作可靠度 RHn 为 : r-1RHn = Cn（1R） R1 i=0 7/27/202296式中Cn一n 个人中有 i 个人同意时事件数, Cn = n! / i! (n- I)! , 且规定Cn =1。多数人表决的冗余人机系统可靠度的计算公式为: r-1RHn = Cn（1R） R1 RM i=0 7/27/202297 3. 控制器监控的冗余人机系统可靠度设监控器的可靠度为 RMK,

55、则人机系统的可靠度 Rsk 为 : Rsk = 1-(1-RMKRH)(1- RH) RM 4. 自动控制冗余人机系统可靠度设自动控制系统的可靠度为 RMz , 则人机系统的可靠度 Rsz 为: Rsz = 1- (1- RMz RH)(1- RMz ) RM 7/27/202298四、人机系统可靠性设计基本原则 （P6364）1. 系统的整体可靠性原则从人机系统的整体可靠性出发, 合理确定人与机器的功能分配, 从而设计出经济可靠的人机系统。一般情况下, 机器的可靠性高于人的可靠性, 实现生产的机械化和自动化, 就可将人从机器的危险点和危险环境中解脱出来, 从根本上提高了人机系统可靠性。7/2

56、7/2022992. 高可靠性组成单元要素原则系统要采用经过检验的、高可靠性单元要素来进行设计。3. 具有安全系数的设计原则由于负荷条件和环境因素随时间而变化, 所以可靠性也是随时间变化的函数, 并且随时间的增加, 可靠性在降低。因此, 设计的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。7/27/20221004. 高可靠性方式原则为提高可靠性, 宜采用冗余设计、故障安全装置、自动保险装置等高可靠度结构组合方式。(1) 系统“自动保险”装置。自动保险, 就是即使是外行不懂业务的人或不熟练的人进行操作, 也能保证安全, 不受伤害或不出故障。这是机器设备设计和装置设计的根本性指导思想, 是本质安全化追求

57、的目标。要通过不断完善结构, 尽可能地接近这个目标。7/27/2022101(2) 系统“故障安全”结构。故障安全, 就是即使个别零部件发生故障或失效, 系统性能不变, 仍能可靠工作。系统安全常常是以正常的准确的完成规定功能为前提。可是, 由于组成零件产生故障而引起误动作, 常常导致重大事故发生。为达到功能准确性, 采用保险结构方法可保证系统的可靠性。7/27/2022102从系统控制的功能方面来看, 故障安全结构有以下几种: 消极被动式。组成单元发生故障时, 机器变为停止状态。 积极主动式。组成单元发生故障时, 机器一面报警, 一面还能短时运转。 运行操作式。即使组成单元发生故障, 机器也能

58、运行到下次的定期检查。 通常在产业系统中, 大多为消极被动式结构。 7/27/20221035. 标准化原则为减少故障环节, 应尽可能简化结构, 尽可能采用标准化结构和方式。6. 高维修度原则为便于检修故障, 且在发生故障时易于快速修复, 同时为考虑经济性和备用方便, 应采用零件标准化、部件通用化、设备系列化的产品。7. 事先进行试验和进行评价的原则对于缺乏实践考验和实用经验的材料和方法, 必须事先进行试验和科学评价, 然后再根据其可靠性和安全性而选用。7/27/20221048. 预测和预防的原则要事先对系统及其组成要素的可靠性和安全性进行预测。对已发现的问题加以必要的改善, 对易于发生故障或事故的薄弱环节和部位也要事先制定预防措施和应变措施。9. 人机工程学原则从正确处理人一机一环境的合理关系出发, 采用人类易于使用并且差错较少的方式。 10. 技术经济性原则不仅要考虑可靠性和安全性, 还必须考虑系统的质量因素和输出功能指标。其中