机械产品的安全性分析

沈智海

随着社会经济的高速发展和自动化装备复杂程度的提高，装备安全性问题越来越受到广泛重视，安全标准不断提高。据统计全球范围内机械事故约占事故总数的1/3，机械安全的研究成为必不可少的重要课题。

美国在20世纪70年代成立了机械故障预防小组（MFPG），自此便开始了针对机械故障的研究工作。我国对机械安全的研究起步相对较晚，到70年代末开始接触和了解机械诊断技术，在80年代时正式地对机械安全领域展开研究，在90年代得到了真正的应用。目前我国不断通过政策法规的发布以及机械安全行业标准对机械安全规范引导，使其走上了健康发展的道路，并且在机械安全科学技术学者的不断努力下，机械安全在装备制造领域内取得了显著的进步。

机械产品GS的安全认证

1.GS安全认证

认证指的是由可以充分信任的第三方证实某一经鉴定的产品或服务符合特定标准或规范性文件的活动。安全认证则是从产品安全的角度出发，对产品的安全性能的鉴定。

GS认证源自德语“Geprufte Sicherheit”（安全性已认证），也有“Germany Safety”（德国安全）的意思。以德国产品安全法（SGS）为依据，按照欧盟统一标准EN或德国工业标准DIN进行检测的一种自愿性认证，是欧洲市场公认的德国安全认证标志。

①首次会议

通过首次会议，检测机构或代理机构将向申请者的产品工程师解释认证的具体所需程序和所执行的相关标准，并提供所需要递交的文件的清单表格。

②项目申请

由申请者提交符合要求的文件。公司提交了在首次会议中提到的要求文件，对于电器部分，提交了电气产品的总装配图，电气原理图，电器元件材料清单，产品使用及安装说明书，系列型号及其之间差异的说明等具体文件。

③技术会议

在检测机构检查过申请者的文件资料之后，将会安排与申请者的技术人员进行技术会议。

④样品测试

测试将依照所适用的标准进行，可以在制造商的实验室或检验机构的任何一个驻在各国的实验室进行。

⑤工厂检查

GS认证要求对生产的场所进行与安全相关的程序检查，主要分为三部分：

机械部分：对机器存在安全隐患的部分进行分等级的防护处理；

电气部分：对电器柜、人机界面HMI、操作面板、复位按钮、接线盒和机器的走线布局等部分的位置和功能进行安全性检查；

机器跑车检查：对机器在使用时的运转情况及影响进行检测。

⑥签发证书

GS证书以德文为主并附有英文版本，通过GS认证的产品同时会得到CE证明。

机械安全风险评价

机械安全性的提高是产品层次和流通程度的提高过程，如何最大程度地实现和保障机器的安全性能成为首要问题，产品安全性能的提升方法有很多，最有效的方法是对产品进行机械风险评价，提出消除和减少隐患的安全解决方案。

1.风险评价的概念

风险评价是指确定危害事件发生的概率和模拟事件的危害程度，计算其风险值的大小，对其可接受性作出评价。以系统方式对机械危险进行考察的一系列逻辑步骤并提出风险预防、减控措施及应急预案，运用安全系统工程原理对系统中存在的风险因素进行辨识与分析从而实现系统安全。判断系统发生事故和职业危害的可能性及其严重程度，从而为制定防范措施和管理决策提供科学依据。

2.安全风险评价

①风险矩阵法

是根据两个风险参数方向（危害程度和危险发生概率），将危险事件划分出等级，形成一个风险矩阵（二维或多维表格），定性的去对风险大小进行衡量。伤害的严重程度可以分为灾难性的、严重的、中等的、轻微。伤害发生的概率可以分为高、中、低、无。或者可以更为细致的划分，使用数字1～10或字母A～Z。这种安全风险评价方法虽然具有快速，简单的优点。并且可以直观的在二维风险图（如图2所示）或风险打分系统表上找出风险等级。

②定量风险评价

定量风险评价是一种纯数学计算的方法。可以计算出特定的安全问题的发生概率。但是定量风险评价需要一系列由下到上能反映因果关系的因素，和具体数值（如：设备发生故障或操作人员操作不当的概率）。一般使用定量风险评价方法时，多使用故障树来分析和说明。一般分析过程如下：某安全问题故障树的建立，将问题作为顶事件→找出导致顶事件发生的各原因作为中间事件→再次细分找出导致中间事件的原因作为基本事件→根据基本事件的发生概率逐级计算直至计算出顶事件的概率。

③机械安全风险评价的过程

机械安全风险评价方法的使用目的一般有二：首先是对现有的安全问题进行评估，确定出问题的风险水平（发生概率和伤害程度）。其次是对机器所采取的多个安全防护措施或者安全解决方案进行评估，通过对减少风险的多少来进行比较后择优选取。然而，无论是用于哪种目的，都必须要对评价的过程有详细的了解。尤其是对所进行风险评价的机器设备的基本信息要有全面且具体的了解。识别机械在一个完整过程中的性能、时间、空间、环境和涉及的有关人员， 每个阶段需要执行的任务等相关参数，确定限制/分析的范围， 有的放矢地进行风险评价。图3为一个机械安全风险评价的完整流程图。

3.MK1060模切机安全风险评价

根据评价方法和具体评价过程，针对天津长荣印刷设备有限公司MK1060模切机的部分安全问题进行具体评价。

第一步，首先是对机器的各种限制的确定。MK1060全自动平压平模切机是一个高速自动化设备。对其各种资料的搜索不难完成。以下是对其限制的确定（部分）：

①MK1060平压平模切所依照的标准为国际标准ISO，机械和电气设计部分分别采用ISO12100、ISO13849/50/51/54/55/56/57、ISO14118/19/20/21/22等，大部分的ISO标准都有相对应的欧盟标准和中国国标，在国标中，产品执行GB/T 25680-2010。然而欧盟标准相比国际标准更完整，严格，因此GS安全认证在进行机械安全风险评价是所依照的是欧盟标准EN。

②机器工作的环境：海拔高度不超过1000米；周围介质温度为-10℃～45℃；环境温度为10℃～35℃；空气相对湿度不大于85%；周围介质中没有易燃、易爆及腐蚀性物质。

③各种操作说明：机器的所有概况，机器的安装说明，机器的控制说明，机器各部分详细说明和操作说明，机器的润滑和保养维护。

第二步，危险识别。经过对机器各个阶段了解和运转观察，以个别安全风险综合较高的单元为例列出4个危险示例：

A.让纸板（挡纸板）下压与输纸平台形成的挤压动作是否会对人的手指造成伤害。

B.收纸部的牙排所经过的地方在机器运转（牙排转动时），是否牙排会打到手，造成伤害（在不停机取样时，操作者需把手伸进收纸部）。

C.主开关（空开）的控制杆没有突出色泽标记（控制杆为银灰色，与电器柜内部大部分颜色相近），人在电器柜处操作时是否会因不注意而被打到任何部位。

D.给纸上限光电为高等级激光，为水平直射飞达操作处，是否会对人的眼睛造成伤害。

第三步，初始风险评价首先是评价方法的选择，在4个评价方法中选择一个合适的方法进行评价。根据本次评价机器及识别出的危险的特点，选择风险矩阵法。

按照风险打分评分系统对风险a、风险b、风险c和风险d进行评估预测。得到如图4所示的风险等级排列顺序。对机器采取风险a的模拟测试，当机器运转时，经过实际测试，其危险伤害程度为轻微级别，且发生概率较小，风险a等级为“可忽略”。

通过对牙排各项数据的了解，包括其运行时产生的速度和力，同时牙排为金属制品，在高速转动下会产生的较大的冲击，若伤及人身，将会产生严重的后果。因此通过对具体数据的分析，其危险严重程度为严重级别。此危险的发生的可能性为很可能级别，风险b的综合级别为“高”。

因为控制杆为静止状态，有时候会发生不小心的碰撞，根据现场观察和历史经验得出此危险造成的伤害程度为“适中”级别，且发生的概率“可能”，因此风险c的等级为“中”。

给纸处使用中的一对光电的激光等级为class II（属于中等输出激光，如果照射到人眼将会造成伤害），通过对所使用光电的产品参数进行评价危险d，得到风险d为严重级别，根据现场实地调查和理论上的分析得出此危险发生的概率为“可能”级别。因此风险d的等级为“高”。

总结

本文主要介绍了GS认证以及认证的流程，重点介绍了矩阵风险评估和定量风险评估在机械安全领域的应用，简单地描述了机械安全风险评价的流程。对长荣MK1060模切机进行风险矩阵评估，对现存的风险进行了详细的危险等级排序。

机械安全学研究倡导从机器本身出发，即在机器设计伊始，将各种安全因素考虑其中，由此研发出具备安全功能的装置，从而简化和保证了机器在生产时的安全性能。这种机械安全的设计理念值得研发人员学习，在机械安全领域仍有很大的空间值得探索与研究。

作者单位：天津长荣印刷设备股份有限公司