2015安全工程師考試《案例分析》練習（15）

　　【相關知識】
　　一、產(chǎn)品的失效過程可分為以下3個階段：
　?。?）早期故障期。產(chǎn)品在使用初期，由于材質、設計、制造、安裝及調整等環(huán)節(jié)造成的缺陷，或檢驗疏忽等原因存在的固有缺陷陸續(xù)暴露出來，此期間故障率較高，但經(jīng)過不斷的調試和排除故障，加之相互配合件之間的磨合，使故障率較快地降下來，并逐漸趨于穩(wěn)定運轉。
　?。?）偶發(fā)故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數(shù)，表示產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)。這段時間較長，是產(chǎn)品的最佳工作期。這時發(fā)生的故障是隨機的，是偶然原因引起應力增加，當應力超過設計規(guī)定的額定值時，就可能發(fā)生故障。
　?。?）磨損故障期。這個時期的故障迅速上升，因為產(chǎn)品經(jīng)長期使用后，由于磨損和老
　　化，大部分零組部件將接近或達到固有壽命期，所以故障率較高。
　　二、人在人機系統(tǒng)中的主要功能：
　　（1）傳感功能。通過人體感覺器官的看、聽、摸等感知外界環(huán)境的刺激信息，如物體、事件、機器、顯示器、環(huán)境或工作過程等，將這些刺激信息作為輸入傳遞給人的中樞神經(jīng)。
　?。?）信息處理功能。大腦對感知的信息進行檢索、加工、判斷、評價，然后做出決策。
　?。?）操縱功能。將信息處理的結果作為指令，指揮人的行動，即人對外界的刺激作出反應，如操縱控制器、使用工具、處理材料等，最后達到人的預期目的，如機器被開動運轉、零件被加工成形、機器的故障已被排除、缺陷零件已被修復或者更換等。
　　三、人機特性的比較
　　人優(yōu)于機器的能力主要有：信號檢測、圖像識別、靈活性、隨機應變、歸納、推理、判斷、創(chuàng)造性等；
　　機器優(yōu)于人的能力主要有反應、操作速度快，精確性高，輸出功率大，耐久力強，重復性好，短期記憶，能同時完成多種操作、演繹推理以及能在惡劣環(huán)境下工作等。
　　四、人機功能分配原則
　　根據(jù)人機特性的比較，為了充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，人機功能合理分配的原則應該是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、規(guī)律性的、單調的、高價運算的、操作復雜的、環(huán)境條件差的工作，適合于機器來做；而研究、創(chuàng)造、決策、指令和程序的編排、檢查、維修、故障處理及應付不測等工作，適合于人來承擔。
　　五、機械設備結構可靠性設計要點
　?。ㄒ唬┐_定零件合理的安全系數(shù)
　　安全系數(shù)是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔的負荷之比值。確定安全系數(shù)時應考慮以下幾個因素：
　　（1）環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等；
　?。?）使用中發(fā)生超負荷或誤操作時的后果；
　?。?）為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟代價是否合算等。
　　安全系數(shù)的提高應通過優(yōu)化結構設計來達到，而不是簡單地通過增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現(xiàn)。
　?。ǘ┵A備設計（冗余設計）
　　貯備設計是指將若干功能相同的零組部件作為備用機構，當其中某個零組部件出現(xiàn)故障時，備用機構馬上啟動工作，使機器仍能保持正常工作。例如，滾動軸承中的雙排滾珠，當其中一排損壞時，另一排仍可以維持正常工作。
　　采用貯備設計的產(chǎn)品，一般是有劇毒的化工設備、故障率較高的設備、流水生產(chǎn)線上的關鍵設備或一旦出現(xiàn)事故損失較大的設備。
　　貯備設計的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或設計不當將會因增加體積、重量和費用而導致相反的效果。
　　（三）耐環(huán)境設計
　　在產(chǎn)品設計時要考慮環(huán)境條件的影響，應進行耐機械應力（振動、沖擊等）設計和抗氣候條件（高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風化、腐蝕等）設計。設計時就應預計產(chǎn)品實際使用的環(huán)境條件，并采取相應的耐環(huán)境措施。為此，在設計、試制階段要進行實驗室模擬或現(xiàn)場作預計環(huán)境條件下的可靠性試驗，如耐久性試驗、壽命試驗、環(huán)境試驗、可靠性測定和可靠性驗證等試驗。
　?。ㄋ模┖唵位蜆藴驶O計
　　產(chǎn)品簡單化和標準化是提高可靠性的關鍵，即產(chǎn)品在滿足功能要求的前提下，其結構越簡單越好，因為這時零件數(shù)少了，發(fā)生故障的機會就少了。
　　在簡單化和標準化設計中應注意如下幾點：
　?。?）應避免單純追求高水平及復雜化，盡量選用標準件。
　?。?）要處理好極限設計，設計時應考慮并保證產(chǎn)品在各種惡劣條件下工作的可靠性，可以通過保險機構、連鎖機構等安全裝置或安全措施來解決。
　?。ㄎ澹┨岣呓Y合部的可靠性
　　機械產(chǎn)品都是由若干零部件組成，故零部件間的結合部位很多。結合部位的配合性質有相對靜止的，也有相對運動的，還有要求密封的，所以相應的有各種連接方式，如有螺栓螺母連接、焊接連接、銷子或鍵連接、齒輪齒條連接、滑板與導軌連接或主軸與軸承連接以及法蘭、密封圈與轉軸或箱體連接等。這些結合部位的故障率一般都比較高，所以極易誘發(fā)其他故障的發(fā)生。為此，在可靠性設計時應特別注意設法提高結合部位的可靠度，即保證結合部的連接強度、剛度及配合精度和密封要求等。
　　（六）結構安全設計
　　在結構設計時，要做到結構合理，從根本上消除危險與有害因素，使操作者徹底從危險部位或危險狀態(tài)下解脫出來，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性的根本出路。例如，鐵路上兩節(jié)車廂之間的聯(lián)接器，傳統(tǒng)的方法用的是連桿插銷聯(lián)接器，工人在脫開或連接兩節(jié)車廂時，必須接近兩節(jié)車廂之間進行拔出或插入銷子的操作，這時工人就處于可能被兩節(jié)車廂撞擊或擠傷的危險部位中，隨時都可能被撞傷。而現(xiàn)在使用的車輛自動聯(lián)接器，不需工人到兩節(jié)車廂之間直接操作，而是利用低速相碰觸自動連接。因為根除了危險因素，當然也就不會發(fā)生被車廂撞傷的事故了。
　?。ㄆ撸┰O置齊全的安全裝置
　　作為可靠性較高的現(xiàn)代化機械設備，已具備也必須具備必要的安全裝置，以便用來防止超載、超行程、超溫、超壓、誤操作、誤接觸、外部環(huán)境突變（如停電、停氣等）而引起的事故以及限制事故的擴大。一般都是通過在線監(jiān)測儀器及時捕捉異常信號的變化，當超限時立即發(fā)出警報信號、故障顯示或自動停機等。這是設計、制造部門應完成的任務，絕不應把危險與有害因素等事故隱患留給用戶。
　?。ò耍┤藱C界面設計
　　人機界面是人與機器交換信息的環(huán)節(jié)，如果人機界面設計不當，人與機器相接觸造成能量逸出，將直接會導致事故發(fā)生。所以在人機界面設計時，即人機工程設計時，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機協(xié)調關系，如人的正常生理能力和允許限度。要求所設計的顯示器，長時間觀察或監(jiān)聽而不易疲勞；操縱機構應設計成在操作時需要用的操作力不大，有“手感”而不沉重；控制器和顯示器應盡量少而集中，配置合理，避免操作失誤；且設有連鎖保護裝置，做到即使誤操作某一控制器也不會引起事故。

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