機械自動化設計安全控制管理探討

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摘要：近年來，自動化技術在各個領域快速普及，當今各個行業逐步引進自動化技術，大大提升了產品質量和生產效率。在機械設計過程中，需要充分考慮自動化設備運行中可能出現的安全問題，針對有關設備還要制定保障措施，讓設備的安全管理做到有據可依。從實踐角度而言，目前在自動化設備中實施安全控制上尚存不足之處，導致設備在運行過程中,無法保證人員安全、產品安全及設備穩定性。

關鍵詞：機械設備；自動化；設計；安全控制管理

在設備的設計階段，需要對可能存在安全隱患的點進行風險評估，采取相應的預防措施，盡量減小安全風險。在實際生產過程中，需要嚴格按照行業規范執行，各項操作都要符合規定。簡而言之，對自動化設備實施質量控制管理，需要詳細分析安全操作規程，并不斷完善。對于存在的安全隱患，需要采取相應的預防措施，有效規避風險，提高設備運行的安全性。

1機械設計制造和自動化的簡介

我國工業制造領域已經逐漸摒棄傳統的生產模式，轉向自動化生產模式。自動化設備的研發設計是整個項目的重要環節，在這個環節中，制造功能的實現往往是作為主要目標而被重點關注，而安全控制則容易被忽視。在實施機械設計的過程中，要確保設備處于安全穩定的運行狀態，就需要對影響自動化設備的因素進行分析，不斷優化設備安全控制性能，使發生安全事故的幾率大大降低。

2關于機械設計安全控制的原則分析

2.1人員安全第一

員工是每一個公司的寶貴財富，是第一生產力。設備設施及人員安全管理工作必須堅持“安全第一，預防為主”的方針，必須堅持設備與生產全過程的系統管理方式。機械設計作為自動化項目的一個重要環節，除了保證設備自身的基本功能外，還需要把設備的操作風險和維修風險作為重要因素進行考慮。

2.2設備安全次之

（1）禁止電、氣、液混裝，禁止強電、弱電混裝；在設計階段，需要對三者進行獨立設計，在空間上進行分離，禁止混裝。設備電路強弱電混裝，容易造成信號干擾，造成設備誤動作，存在很大的安全隱患，必須分開設計、走線。（2）選用合適的機械保護裝置；如轉盤電機與轉盤分割器之間增加扭力限制離合器，防止轉盤電機過載。機械連接機構采用浮動接頭、彈性聯軸器等裝置，避免機械磨損。（3）選用合適的電氣保護裝置；電氣元件的規格型號選用，必須在經過正確的負載計算，合理選用相應規格。選用規格過小，會造成頻繁跳閘及燒毀，使設備無法滿足正常的生產需求。選用規格過大，則可能造成電路長期處于過載狀態運行而無法實現跳閘保護，嚴重的將導致電路過熱，電控柜著火，進而引發火災。

2.3產品安全

產品的質量是生產企業的生命線；自動化設備最終的目標是服務于生產。除了考慮人員安全、設備安全外，還需要重點考慮產品的安全。在設備的設計階段，設備功能除了考慮產品的組裝需求外,還需要考慮機械動作可能對產品質量造成的損害。在三維設計圖內，可以利用設計軟件的模擬功能進行模擬分析，提前發現產品干涉問題。

3機械自動化設備安全控制的現狀

3.1設備過載過熱

機械設備在運行過程中都會有輕微發熱的現象，但是如果溫度隨著設備的運行時間加長而升高，就需要引起重視。溫度升高不僅會影響設備的電氣特性，還會危及設備絕緣的安全。設備在驗收階段，試運行時間過短，發熱問題沒有暴露出來。在后續的長時間持續運行期間，發熱與散熱達不到平衡，就會導致設備產生過熱現象，油液密封效果變差，部件嚴重損壞，設備運行效率下降[1]。如果不及時處理，可能導致設備安全事故，嚴重影響企業的生產活動。由此可見，設備發熱問題不容忽視，在設備設計、試運行、驗收等環節中需要采取科學有效的手段，有效避免并及時發現潛在的隱患，避免造成嚴重的經濟損失。

3.2安全控制管理體系不健全

為了保證機械自動化設備安全穩定運行，制定安全控制管理體系是非常必要的。由于體系不夠健全，可能導致設備在設計方面存在安全保護不足，人員上崗安全培訓沒有得到重視以及設備的日常維修保養沒有落實等問題。（1）設備設計造成安全問題。一方面，由于設計師在機械、鋼結構、電氣等方面的知識盲點，設計中存在安全隱患；另一方面，非標設備設計制作方案審定后，沒有經過專業人員的審核，也沒有項目的可行性分析驗證，設計中存在缺陷,就直接投入施工制作[2]。（2）人員上崗培訓不足導致安全問題。大多數企業都有自己的一套系統培訓，新員工上崗前都會進行崗位培訓，并進行考核。針對現場設備操作人員，其綜合素質普遍不高，如未接受專業的操作培訓并通過培訓考核，就上崗操作，不熟悉操作方法，不僅會造成設備損壞，還會威脅到人身安全。（3）設備的日常維修保養不足。機械自動化設備的日常檢修工作，是確保設備安全穩定運行的必要條件。設備在運行的過程中出現問題，技術人員檢修未能及時發現并處理，導致設備帶病作業，且長時間持續運行，可能導致設備故障甚至導致重大事故。

4機械自動化設備中安全管理控制策略

機械自動化設備中安全管理控制中，需要從設備穩定性設計、電氣安全控制輔助、安全控制策略等幾個方面著手。具體如下：

4.1設備穩定性設計

機械裝置長期運行中發生故障是不可避免的。要最大程度地減少故障發生率，使得生產損耗降低，就要對設備運行中可能發生的問題進行預測，采取相應的措施，不斷優化設計，使故障發生幾率降低。如在氣缸驅動機構的安裝中，為避免氣缸軸與滑軌的平行度有偏差，導致機構運行阻力過大，一般在氣缸桿與連接機構中間增加浮動接頭或彈性聯軸器進行連接，用以消除因加工誤差或安裝誤差導致的機械阻力。如圖1所示：轉盤結構是自動化設備常用的一款設計結構，為防止轉盤因為卡料，電機強制帶動，導致機械損壞，一般在轉盤電機與轉盤分割器之間增加扭力限制離合器。當轉盤端因卡料或外力等原因無法轉動時，電機軸端輸出扭矩大于扭力限制離合器的設定扭矩時，離合器自動脫開，電機空轉，同時將信號傳至PLC。其機構如圖2所示：

4.2電氣安全控制輔助

針對自動化設備而言，機械設計與電氣設計兩者是相輔相成、不可偏廢的。特別針對存在人機交互的設備而言，電氣安全控制顯得尤為重要。一般設備而言，對操作員來說，危險源主要來自電、壓縮空氣、機械動作等。在設備的電氣控制系統內，我們會加入安全繼電器對整個設備的危險源進行控制。所謂“安全繼電器”并不是“沒有故障的繼電器”，而是它具有強制導向接點結構,萬一發生接點熔結現象時也能確保安全。其主要有以下幾個作用；①在緊急停止解除時，機器不能突然再啟動；②萬一機器安全電路發生故障時，可以停止機器動力電源；③安全電路發生故障時，機器不能再啟動。圖3為Pilz安全繼電器應用接線圖：

4.3安全控制策略

安全高于生產，在自動化項目的實施過程中，設備安全控制需要貫穿始末。在設計階段，設計師需要從機械設計、電氣設計等角度考慮安全問題，避免因追求設備功能而忽視安全問題。在設備驗收階段，驗收團隊需要充分考慮生產過程中可能出現的各種情景，對設備安全機制進行測試、驗證，有問題及時改進，以確保后續使用過程中安全、可靠。在設備啟用階段，使用部門需要對上崗人員進行嚴格的崗位培訓，尤其需要注重安全培訓，并且通過考核合格后，方可上崗。在設備使用階段，設備管理部門需要制定完善的設備維護保養計劃，嚴格執行日常點檢，嚴格執行設備保養。從技術角度而言，當前中國的機械自動化技術水平與西方發達國家相比還有不小的差距，要縮短中國與西方在技術上的差距，促使推動安全控制步入一個新的臺階，有關部門需要繼續學習先進技術，并針對技術方面的問題展開交流，引進先進技術和高等技術人才，使自動化技術不斷發展并優化[3-5]。

5結語

綜上所述，在實施自動化項目的過程中，高度重視安全問題是確保設備安全穩定運行的關鍵。機械自動化設備在運行的過程中，要使其各項功能充分發揮，要求各項參數符合相關標準，以確保設備順利運行。同時，為有效提高設備的工作效率，相關人員應在做好安全控制工作的同時，還要將先進的技術手段合理運用，不斷優化設備的性能。當前來看，中國機械自動化技術仍然在積極研究開發中，但是產生了重視技術、忽視安全的問題。對于這種現象，有關企業需要端正機械設計自動化的態度，構建安全評價體系，以優化機械設備綜合質量。

參考文獻

[1]孫山.機械自動化設計與制造問題及改進分析[J].南方農機,2020(8):166.

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[3]胡海亮,高開強,王博,等.機械設計自動化設備的安全控制方案研究[J].科學技術創新,2019(16):197-198.

[4]王明昌.自動化技術在機械設計制造中的應用探討[J].新型工業化,2020,10(5):72-73.

[5]王芳.新形勢下自動化技術在機械設計制造中的應用[J].新型工業化,2021,11(2):159-160,162.

作者：王俊生 單位：品譜（廈門）工業有限公司