摘要：近年来，自动化技术在各个领域快速普及，当今各个行业逐步引进自动化技术，大大提升了产品质量和生产效率。在机械设计过程中，需要充分考虑自动化设备运行中可能出现的安全问题，针对有关设备还要制定保障措施，让设备的安全管理做到有据可依。从实践角度而言，目前在自动化设备中实施安全控制上尚存不足之处，导致设备在运行过程中,无法保证人员安全、产品安全及设备稳定性。
关键词：机械设备；自动化；设计；安全控制管理
在设备的设计阶段，需要对可能存在安全隐患的点进行风险评估，采取相应的预防措施，尽量减小安全风险。在实际生产过程中，需要严格按照行业规范执行，各项操作都要符合规定。简而言之，对自动化设备实施质量控制管理，需要详细分析安全操作规程，并不断完善。对于存在的安全隐患，需要采取相应的预防措施，有效规避风险，提高设备运行的安全性。
1机械设计制造和自动化的简介
我国工业制造领域已经逐渐摒弃传统的生产模式，转向自动化生产模式。自动化设备的研发设计是整个项目的重要环节，在这个环节中，制造功能的实现往往是作为主要目标而被重点关注，而安全控制则容易被忽视。在实施机械设计的过程中，要确保设备处于安全稳定的运行状态，就需要对影响自动化设备的因素进行分析，不断优化设备安全控制性能，使发生安全事故的几率大大降低。
2关于机械设计安全控制的原则分析
2.1人员安全第一
员工是每一个公司的宝贵财富，是第一生产力。设备设施及人员安全管理工作必须坚持“安全第一，预防为主”的方针，必须坚持设备与生产全过程的系统管理方式。机械设计作为自动化项目的一个重要环节，除了保证设备自身的基本功能外，还需要把设备的操作风险和维修风险作为重要因素进行考虑。
2.2设备安全次之
（1）禁止电、气、液混装，禁止强电、弱电混装；在设计阶段，需要对三者进行独立设计，在空间上进行分离，禁止混装。设备电路强弱电混装，容易造成信号干扰，造成设备误动作，存在很大的安全隐患，必须分开设计、走线。（2）选用合适的机械保护装置；如转盘电机与转盘分割器之间增加扭力限制离合器，防止转盘电机过载。机械连接机构采用浮动接头、弹性联轴器等装置，避免机械磨损。（3）选用合适的电气保护装置；电气元件的规格型号选用，必须在经过正确的负载计算，合理选用相应规格。选用规格过小，会造成频繁跳闸及烧毁，使设备无法满足正常的生产需求。选用规格过大，则可能造成电路长期处于过载状态运行而无法实现跳闸保护，严重的将导致电路过热，电控柜着火，进而引发火灾。
2.3产品安全
产品的质量是生产企业的生命线；自动化设备最终的目标是服务于生产。除了考虑人员安全、设备安全外，还需要重点考虑产品的安全。在设备的设计阶段，设备功能除了考虑产品的组装需求外,还需要考虑机械动作可能对产品质量造成的损害。在三维设计图内，可以利用设计软件的模拟功能进行模拟分析，提前发现产品干涉问题。
3机械自动化设备安全控制的现状
3.1设备过载过热
机械设备在运行过程中都会有轻微发热的现象，但是如果温度随着设备的运行时间加长而升高，就需要引起重视。温度升高不仅会影响设备的电气特性，还会危及设备绝缘的安全。设备在验收阶段，试运行时间过短，发热问题没有暴露出来。在后续的长时间持续运行期间，发热与散热达不到平衡，就会导致设备产生过热现象，油液密封效果变差，部件严重损坏，设备运行效率下降[1]。如果不及时处理，可能导致设备安全事故，严重影响企业的生产活动。由此可见，设备发热问题不容忽视，在设备设计、试运行、验收等环节中需要采取科学有效的手段，有效避免并及时发现潜在的隐患，避免造成严重的经济损失。
3.2安全控制管理体系不健全
为了保证机械自动化设备安全稳定运行，制定安全控制管理体系是非常必要的。由于体系不够健全，可能导致设备在设计方面存在安全保护不足，人员上岗安全培训没有得到重视以及设备的日常维修保养没有落实等问题。（1）设备设计造成安全问题。一方面，由于设计师在机械、钢结构、电气等方面的知识盲点，设计中存在安全隐患；另一方面，非标设备设计制作方案审定后，没有经过专业人员的审核，也没有项目的可行性分析验证，设计中存在缺陷,就直接投入施工制作[2]。（2）人员上岗培训不足导致安全问题。大多数企业都有自己的一套系统培训，新员工上岗前都会进行岗位培训，并进行考核。针对现场设备操作人员，其综合素质普遍不高，如未接受专业的操作培训并通过培训考核，就上岗操作，不熟悉操作方法，不仅会造成设备损坏，还会威胁到人身安全。（3）设备的日常维修保养不足。机械自动化设备的日常检修工作，是确保设备安全稳定运行的必要条件。设备在运行的过程中出现问题，技术人员检修未能及时发现并处理，导致设备带病作业，且长时间持续运行，可能导致设备故障甚至导致重大事故。
4机械自动化设备中安全管理控制策略
机械自动化设备中安全管理控制中，需要从设备稳定性设计、电气安全控制辅助、安全控制策略等几个方面着手。具体如下：
4.1设备稳定性设计
机械装置长期运行中发生故障是不可避免的。要最大程度地减少故障发生率，使得生产损耗降低，就要对设备运行中可能发生的问题进行预测，采取相应的措施，不断优化设计，使故障发生几率降低。如在气缸驱动机构的安装中，为避免气缸轴与滑轨的平行度有偏差，导致机构运行阻力过大，一般在气缸杆与连接机构中间增加浮动接头或弹性联轴器进行连接，用以消除因加工误差或安装误差导致的机械阻力。如图1所示：图1浮动接头/弹性联轴器转盘结构是自动化设备常用的一款设计结构，为防止转盘因为卡料，电机强制带动，导致机械损坏，一般在转盘电机与转盘分割器之间增加扭力限制离合器。当转盘端因卡料或外力等原因无法转动时，电机轴端输出扭矩大于扭力限制离合器的设定扭矩时，离合器自动脱开，电机空转，同时将信号传至PLC。其机构如图2所示：
4.2电气安全控制辅助
针对自动化设备而言，机械设计与电气设计两者是相辅相成、不可偏废的。特别针对存在人机交互的设备而言，电气安全控制显得尤为重要。一般设备而言，对操作员来说，危险源主要来自电、压缩空气、机械动作等。在设备的电气控制系统内，我们会加入安全继电器对整个设备的危险源进行控制。所谓“安全继电器”并不是“没有故障的继电器”，而是它具有强制导向接点结构,万一发生接点熔结现象时也能确保安全。其主要有以下几个作用；①在紧急停止解除时，机器不能突然再启动；②万一机器安全电路发生故障时，可以停止机器动力电源；③安全电路发生故障时，机器不能再启动。图3为Pilz安全继电器应用接线图：
4.3安全控制策略
安全高于生产，在自动化项目的实施过程中，设备安全控制需要贯穿始末。在设计阶段，设计师需要从机械设计、电气设计等角度考虑安全问题，避免因追求设备功能而忽视安全问题。在设备验收阶段，验收团队需要充分考虑生产过程中可能出现的各种情景，对设备安全机制进行测试、验证，有问题及时改进，以确保后续使用过程中安全、可靠。在设备启用阶段，使用部门需要对上岗人员进行严格的岗位培训，尤其需要注重安全培训，并且通过考核合格后，方可上岗。在设备使用阶段，设备管理部门需要制定完善的设备维护保养计划，严格执行日常点检，严格执行设备保养。从技术角度而言，当前中国的机械自动化技术水平与西方发达国家相比还有不小的差距，要缩短中国与西方在技术上的差距，促使推动安全控制步入一个新的台阶，有关部门需要继续学习先进技术，并针对技术方面的问题展开交流，引进先进技术和高等技术人才，使自动化技术不断发展并优化[3-5]。
5结语
综上所述，在实施自动化项目的过程中，高度重视安全问题是确保设备安全稳定运行的关键。机械自动化设备在运行的过程中，要使其各项功能充分发挥，要求各项参数符合相关标准，以确保设备顺利运行。同时，为有效提高设备的工作效率，相关人员应在做好安全控制工作的同时，还要将先进的技术手段合理运用，不断优化设备的性能。当前来看，中国机械自动化技术仍然在积极研究开发中，但是产生了重视技术、忽视安全的问题。对于这种现象，有关企业需要端正机械设计自动化的态度，构建安全评价体系，以优化机械设备综合质量。
参考文献
[1]孙山.机械自动化设计与制造问题及改进分析[J].南方农机,2020(8):166.
[2]刘谊.机械自动化设备设计的安全控制管理研究[J].汽车世界,2019(21):114-115.
[3]胡海亮,高开强,王博,等.机械设计自动化设备的安全控制方案研究[J].科学技术创新,2019(16):197-198.
[4]王明昌.自动化技术在机械设计制造中的应用探讨[J].新型工业化,2020,10(5):72-73.
[5]王芳.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用[J].新型工业化,2021,11(2):159-160,162.
作者：王俊生 单位：品谱（厦门）工业有限公司
返回机械论文列表