《机械安全基本概念与设计通则第2部分技术原则》GB.docx
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《机械安全基本概念与设计通则第2部分技术原则》GB
机械安全基本概念与设计通则第2部分：
技术原则
GB/T15706.2-2007/ISO12100-2：
2003代替GB/T15706.2-1995
机械安全 基本概念与设计通则 第2部分：
技术原则
Safetyofmachinery-Basicconcepts,generalprinciplesfordesign-Part2：
Technicalprinciples
目次
前言
引言
1 范围
2 规范性引用文件
3 术语和定义
4 本质安全设计措施
5 安全装置与补充保护措施
6 使用信息
参考文献
前言
GB/T157066机械安全基本概念与设计通则》由两部分组成：
——第1部分：
基本术语和方法；
——第2部分：
技术原则。
本部分为GB/T15706的第2部分。
本部分等同采用国际标准ISO12100-2：
2003《机械安全基本概念与设计通则第2部分：
技术原则》（英文版），并按照我国标准的编写规则GB/T1.1-2000做了编辑性修改。
本部分代替GB/T15706.2-1995《机械安全 基本概念与设计通则 第2部分：
技术原则与规范》。
本部分由全国机械安全标准化技术委员会（SAC/TC208）提出并归口。
本部分负责起草单位：
机械科学研究总院中机生产力促进中心。
本部分参加起草单位：
南京食品包装机械研究所、长春试验机研究所、吉林安全科学技术研究院、中国食品和包装机械总公司、中联认证中心、广东金方圆安全技术检测有限公司。
本部分主要起草人：
聂北刚、李勤、居荣华、王学智、宁燕、肖建民、王国扣、隰永才、张晓飞、富锐、程红兵、孟宪卫、张一宁。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为：
——GB/T15706.2-1995。
引言
GB/T15706的首要目的是为设计者提供总体框架和指南，使其能够设计出在预定使用范围内具备安全性的机器。
同时亦为标准制定者提供标准制定的策略。
机械安全的概念是指在风险已经被充分减小的机器的寿命周期内，机器执行其预定功能的能力。
本部分是机械安全系列标准的基础标准。
该系列标准的结构为：
——A类标准（基础安全标准），给出适用于所有机械的基本概念、设计原则和一般特征。
——B类标准（通用安全标准），涉及机械的一种安全特征或使用范围较宽的一类安全防护装置：
a） B1类，特定的安全特征（如安全距离、表面温度、噪声）标准；
b） B2类，安全装置（如双手操纵装置、联锁装置、压敏装置、防护装置）标准。
——C类标准（机器安全标准），对一种特定的机器或一组机器规定出详细的安全要求的标准。
本部分属于A类标准。
若C类标准的内容偏离本标准第2部分或B类标准的规定，则以C类标准为准。
建议将本部分纳入培训课程和手册，以便设计者掌握基本术语和通用设计方法。
本部分起草时已参照了ISO/IEC指南51《安全特征关于标准中该类条款的指南》的内容。
机械安全基本概念与设计通则第2部分：
技术原则
1 范围
本部分规定了帮助设计者在机械设计中实现安全的技术原则。
在解决具体问题时，GB/T15706.2应与GB/T15706.1共同使用。
GB/T15706的两个部分可以独立于其他文件单独使用，或作为制定其他A类标准、B类或C类标准的基础。
本部分不涉及对家畜、财产或环境造成的损害。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T15706的本部分的引用而成为本部分的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB5226.1-2002 机械安全 机械电气设备 第1部分：
通用技术条件（IEC60204-1：
2000，IDT）
GB/T15706.1-2007 机械安全 基本概念与设计通则 第1部分：
基本术语和方法
（ISO12100-1：
2003，IDT）
3 术语和定义
GB/T15706.1-2007中确立的术语和定义适用于本部分。
4 本质安全设计措施
4.1 概述
本质安全设计措施是风险减小流程中的第一步也是最重要的步骤。
这是因为尽管所采取的保护措施作为机器固有部分可能是有效的，然而经验表明即使设计得再好的安全防护也可能失去作用或被违反，甚至使用信息不被遵循。
本质安全设计措施是通过适当选择机器的设计特性和（或）暴露人员与机器的交互作用，消除危险或减小风险而达到的。
注：
当仅通过本质安全设计措施不足以达到减小风险时，第5章给出了为达到减小风险的目的要采用的安全防护和附加措施（见GB/T15706.1-2007第5章中的设计三步法）。
4.2 几何因素和物理特性的考虑
4.2.1 几何因素
几何因素可以是，如：
——所设计的机械的形状，使得从操纵位置上对工作区和危险区的直接观察范围最大，
如减少盲点、考虑人类视觉的特点，在必要处选择和安置间接观察装置（例如镜子）。
尤其是当安全操作需要操作者长期进行直接控制时，例如：
a） 移动式机器的行走和工作区域；
b） 提升载荷或人员的提升机械的运行区；
c） 物料处理时，手持式或手导式机器的工具的接触区域。
机器的设计应使在主控制位置上的操作者能确保危险区中没有暴露人员：
——机械零部件的形状和相对位置。
例如：
通过加大运动部件之间的最小间距来避免挤压和剪切危险，使得人体的相应部分可以安全地进入，或通过减小间距使人体的任何部分不能进入其中（见GB12265.1、GB12265.2、GB12265.3）。
——要避免锐边、尖角和凸出部分。
目的是不允许人员可靠近的机械部分存在有锐边、尖角、粗糙面、可能造成伤害的凸出部分以及可能“钩刮”人体部位或衣服的开口。
特别对金属薄板，其边缘应除去毛刺、折边或倒角。
对可能造成“钩刮”的管口端，应进行包覆。
——所设计的机器的形状，要保证合理的操作位置及手动控制装置（致动机构）的可接近性。
4.2.2 物理特性
物理特性可以是，如：
——对致动力的限制，使其足够低，保证所致动的部件不会产生机械危险。
——对运动部件的质量和（或）速度及其动能的限制。
——根据排放源特性，对其排放的限制：
a） 从声源减小噪声的措施（见ISO/TR11688-1）；
b） 从振动源减少振动的措施，包括诸如重新分配或附加质量以及改变过程参数，例如：
运动的频率和（或）振幅等（手持式和手导式机械，见CR1030-1）；
c） 减少危险物质排放的措施，例如：
使用更安全的物质或使用降低粉尘的工艺；
d） 减少放射源辐射的措施，例如：
避免使用危险放射源，在满足机器正常功能的情况下将辐射功率限制在最低水平，通过设计使放射源射线束集中于目标之上，加大放射源和操作者之间的距离或提供远程操作装置；
e） 5.4.5中给出的减小非电离辐射的措施（见：
EN12198-1和：
EN12198-3）。
4.3 机械设计的通用技术知识
通用技术知识可以从设计技术规范中取得（例如标准、设计规范、计算规则）。
这些知识涵盖：
a） 机械应力，例如：
——对诸如螺栓的连接、焊接等，通过采用正确计算、构造和紧固方法进行的应力限制；
——借助过载保护装置（如采用：
“易熔”塞、限压阀、断路器、力矩限制装置等）进行的应力限制；
——避免在可变应力（主要是周期应力）下零件产生的疲劳；
——回转件的静平衡和动平衡。
b） 材料及其性质，例如：
——抗腐蚀、抗老化、抗磨蚀和抗磨损；
——硬度、延展性、脆性；
——均匀性；
——毒性；
——易燃性。
c） 下列项目的排放值：
——噪声；
——振动；
——危险物质；
——辐射。
如果特殊零部件或者装配件的可靠性对安全起关键作用（例如：
绳、链条、用于吊装重物或人员的吊装附件），则其应力值应乘以适当的工作系数。
4.4 适用技术的选择
在某些应用场合，通过技术的选用，可以消除一种或多种危险，或者减小风险，例如：
a） 预定用于爆炸氛围中的机器，采用：
——全气动或液压控制系统及机器致动机构；
——“本质安全”的电气设备（见EN50020）。
b） 对特定的待加工产品，如溶剂：
保证加工设备的温度远远低于溶剂的燃点。
c） 避免高噪声的替代设备，例如：
——以电气设备代替气动设备；
——在某些条件下，用水切割代替机械设备。
4.5 应用零件间的强制机械作用原则
如果一个机械零件运动不可避免的使另一个零件通过直接接触或通过刚性连接件随其一起运动，则这些零件是以强制模式连接的。
这种强制模式的一个例子就是电路开关设备的强制打开操作（见GB14048.5-2001和GB/T1883l-2002中5.7）。
注：
若一个机械部件的运动造成允许另一个部件自由运动（例如因为重力、弹力），则前者对后者不存在强制机械作用。
4.6 稳定性规定
机器应设计成具有足够的稳定性，使得在规定的使用条件下可以安全地使用。
为此，需考虑的因素包括：
——底座的几何形状；
——包括载荷在内的重量分布；
——由于机器部件、机器本身或机器所夹持部分的运动而产生的可能使机器倾覆的力矩的动力；
——振动；
——重心的摆动；
——设备行走或安装于不同地点（例如地面条件，斜坡）处的支承面的特性；
——外力（例如风力、人力）。
对包括搬运、运输、安装、使用、停用和拆除在内的机器寿命周期的各个阶段，都应该考虑机器的稳定性问题。
与安全防护有关的其他稳定性的保护措施在5.2.6中给出。
4.7 可维护性规定
设计机器时，应考虑以下可维护性因素：
——可接近性，考虑环境和人体尺寸，包括工作服和所使用工具的尺寸；
——易于处理，考虑人的能力；
——专用工具和设备数目的限制。
4.8 遵循人类工效学的原则
4.8.1 机械设计中应注意人类工效学原则，以减轻操作者心理、生理压力和紧张程度。
在基础设计阶段，对操作者和机器进行功能分配（自动化程度）时，应考虑这些原则。
注：
这样亦能改善操作的性能和可靠性，从而降低在机器使用的所有阶段内的出错概率。
应考虑预定使用机器人群的人体尺寸、力量和姿势、运动幅度、动作重复频率（见GB/T1524l和GB/T15241.2）。
“人—机”相互作用的所有要素，如操纵器、信号装置以及日期显示装置，都应设计得易于理解，使操作者和机器间的相互作用尽可能清楚、明确。
（见EN614-1、GB/T16251、EN13861和GB18209.1）。
设计者在设计机器时，尤其要注意4.8.2~4.8.8中的人类工效学要求。
4.8.2 避免操作者在机器使用过程中的紧张姿势和动作（如提供适合于不同操作者的机器调整工具）。
4.8.3 机器，尤其是手持和移动式机器的设计，应考虑到人力的可及范围、控制机构的操动，以及人的手、臂、腿等解剖学结构。
4.8.4 尽可能避免噪声、振动、热效应（如极端温度）。
4.8.5 避免将操作者的工作节奏与自动的连续循环连在一起。
4.8.6 当机器和（或）其防护装置的结构特征使得环境照明不足时，应在机器上或其内部提供对工作区、调整设置区及日常维护区的局部照明。
应避免会引起风险的光线的闪动、耀眼、阴影和频闪效应。
若光源的位置在使用中需进行调整，则其位置不应对调整者构成任何危险。
4.8.7 手动控制装置（致动机构）的选用、配置和标记应满足以下需求：
——必须清晰可见、可识别，必要处适当加标志（见5.4）；
——必须能安全的即时操作，而且作用明确（例如：
操纵器的标准布置，可以使操作者由一台机器转到另一台具有同样操作模式的同类型的机器上工作时，减少差错概率）；
——它们的位置（对按钮）和运动（对手柄和手轮）与它们的作用应是恒定的（见GB18209.3）；
——它们的操作不会引起附加风险。
也可见EN894-3。
当所构造和设计的控制部分执行几个不同动作时，即它们不是一一对应的（如键盘等），所执行的动作应清晰的显示出来，并且必要时应经过确认。
应根据人类功效学原则，使控制部分的布局、行程和操作阻力与所要执行的操作相匹配。
应考虑由于采用必要的或可预见使用的个人防护装备（如防护鞋、手套等）所带来的约束。
4.8.8 指示器、刻度盘和视觉显示装置的设计与配置应符合以下要求：
——它们在人员能察觉的参数和特征范围之内；
——就操作者的要求和预定使用而言，信息的显示应便于察看、识别和理解，即应耐久、清晰、含义确切；
——操作者在操作位置可以察觉到。
4.9 防止电气危险
GB5226.1-2002给出了关于机械的电气设备设计的通用技术规定，特别是第6章给出对防电击防护的措施。
对特定机器的有关要求见相应的国家标准（例如：
GB13690、GB3883、GB4706系列标准）。
4.10 防止来自气动设备和液压设备的危险
机器的气动和液压设备应按以下要求设计：
——不能超出回路的最大额定压力（通过限压装置）；
——不能因压力激增或升高、压力损失或降低、真空度损失导致危险；
——不会因为泄漏或部件失效而导致危险的流体喷射，或软管突发危险运动（如：
甩动）；
——储气罐、蓄气罐或类似容器（如充气蓄能器）应符合这些设备的设计规则；
——设备的所有部件，尤其是管子和软管，应针对外来有害影响采取保护措施；
——当机器与动力源断开后（见5.5.4），储气罐等类似容器（如充气蓄能器）应尽可能自动卸压，如果无法实现，应提供隔离、局部卸压及压力显示的措施（见GB/T19670-2005第5章）；
——应对所有在机器与动力源断开后仍保持压力的部件，提供清晰标识的排空装置，以及对机器进行任何调整设定或维护前必须对这些部件进行卸压的警示牌。
也可见GB/T3766和GB/T7932。
4.11 本质安全设计方法在控制系统上的应用
4.11.1 概述
控制系统设计措施的选用应使得其有关安全的性能能够提供足够的风险减小（见GB/T16855.1）。
机器控制系统的正确设计可以避免未能预见的或潜在的危险机器行为。
危险机器工况的典型起因是：
——不合适的设计或控制系统逻辑的修改（意外的或有意的）；
——控制系统的一个或几个零件暂时或永久的缺陷或失效；．
——控制系统动力源的变化或失效；
——控制装置的选用、设计和配置不当。
危险机器工况的典型例子：
——无意的/意外的启动（见GB/T19670）；
——速度变化失控；
——运动中的零部件不能停止；
——机器的可动部件或机器夹紧的工件掉落或飞出；
——保护装置被抑制（失效或失败）造成的机器动作。
为了防止机器的危险工况实现功能上的安全，控制系统的设计应符合子条款4.11和4.12中提出的原则和方法。
根据具体情况，这些原则和方法可以单独使用，也可以联合使用（见GB/T16855.1和GB5226.1-2002的第9章~第12章）。
控制系统的设计应使操作者能与机器进行安全简单的互动，这要求采取下面的一种或多种方法：
——进行启动和停止状态的系统分析；
——提供各种规定的操作模式（例如：
正常停机后启动，运行过程中断后或急停后再启动，取下装在机器上的工件，在机器零件失效的情况下部分机器的运转）；
——清晰地显示故障；
——提供防止意外启动指令产生的措施（例如封闭启动装置）（见GB/T19670-2005中图1）；
——保持停止指令（例如联锁）以防止可能产生危险机器工况的重新启动（见GB/T19670-2005中图1）。
多台机器的组合可分为紧急停机区、保护装置作用的停止区、动力断开的能量耗散区。
应清楚地界定不同的区域，及应属于不同区域的机器的部件。
同样，应清楚表明属于各个区域的控制装置（例如：
急停装置、动力源断开装置）和（或）保护装置。
各区域之间接口的设计应使得，一个区域内的功能不会导致因干预已停止的另外区域内产生危险。
控制系统的设计应将机械部件、机器本身、机械夹持的工件和/或载荷的运动限定在安全设计参数（例如：
范围、速度、加速、减速、负荷能力）以内。
应留有动态效应（例如：
负荷摆动）裕量。
例如：
——非遥控的步进控制机械，其移动速度应与步行速度保持一致；
——载人车辆和人员升降用运载工具的运动范围、速度、加速和减速应限定在非危险的数值范围内，并考虑操作者和机器的总反应时间；
——提升载荷的机械部件的移动范围应限制在规定限度以内。
若机械的设计中包括同步使用可单独使用的元件，则其控制系统的设计应能预防因不同步造成的危险。
4.11.2 启动内部动力源/接通外部能源供应
启动内部动力源或接通外部能源供应不应导致工作部件的启动（例如：
内燃机启动不应导致可移动机器的运动，接通主电源不应导致电机工作部件的启动，见GB5226.1-2002的7.5。
4.11.3 机构的启动/停止
机构的启动或加速运动的基本动作宜通过施加或增大电压或流体压力来实现；或者，如果考虑采用二进制逻辑元件，通过由0状态变到1状态去实现（若1代表最高能态）。
机构的停止或减速运动的基本动作宜通过去除或降低电压或流体压力来实现；或者，如果考虑采用二进制逻辑元件，通过由1状态变到0状态去实现（若1代表最高能态）。
注：
在某些应用中（例如高压开关装置）这些原则不能使用。
则宜采取其他措施来实现同等置信级别的停止或减速。
若为使操作者能保持对减速的持久性控制，未使用这些原则（例如自动推进的可移动的机器的液压制动装置），那么就应在机器上设置供主制动系统失效时减速或停止用的装置。
4.11.4 动力中断后的重新启动
动力中断后重新接通时，如果机器自发的重新启动会产生危险，就应当防止（如采用自保持继电器、接触器或阀门）。
4.11.5 动力源的中断
机器的设计应能防止因动力供应中断或波动过大导致的危险状态。
至少应满足以下要求：
——应保持机械的停止功能；
——对因安全需要必须保持操作的所有装置，应以有效的方式操作以保持安全（如锁紧、夹紧装置，冷却或加热装置，自行走机器的动力辅助导向）；
——对因势能而产生运动的机械部件或机械所夹持的工件和/或负荷，应能保持允许其安全降下所需的必要时间。
4.11.6 自动监控的使用
自动监控用于确保由保护措施执行的安全功能，即使在执行该功能的某零部件或元件的能力被削弱，或因过程条件变化产生危险时，其功能不会失效。
在下一次安全功能启动之前，自动监控既可以瞬时监测故障又可以周期性检测故障。
在这两种情况下，保护措施均可立即启动或延迟到特定事件发生时再启动（例如机器循环开始的时候）。
这些保护措施可以是，例如：
——危险过程的停止；
——对失效引发首次停机，防止其重新启动；
——报警的触发。
4.11.7 采用可编程电子控制系统实施的安全功能
4.11.7.1 概述
具有可编程电子设备（如可编程控制器）的控制系统可用于执行机器的安全功能。
使用可编程的电子控制系统时，有必要考虑其与安全功能要求有关的性能要求。
可编程电子控制系统的设计，应充分降低那些不利于安全相关功能执行的随机硬件失效的概率和系统失效的可能性。
若采用可编程电子控制系统执行监控功能，应考虑其检测故障的特点（进一步指导，见IEC61508）。
注：
针对机械安全的IEC62061和GB/T16855.1两个标准中提供了适用于可编程电子控制系统的指南。
宜设置可编程电子控制系统并进行确认，以保证各安全功能达到规定的性能[例如IEC61508的安全完整性水平（SIL）]。
确认包括试验和分析（如静态、动态或失效分析），以证明所有部件能够相互正确作用，执行安全功能，且不会发生非预期的功能。
4.11.7.2 硬件方面
硬件（包括传感器、致动机构、逻辑运算器等）的选型（和/或设计）和设置应同时满足安全功能和待执行该功能的要求，特别是通过以下方式：
——结构约束（例如系统结构、故障容许能力、故障的检测能力）；
——选择（和/或设计）具有适当的硬件随机危险失效概率的设备和装置。
将避免系统性失效和控制系统的故障的措施和技术纳入到硬件中。
4.11.7.3 软件方面
软件[包括内部操作软件（或系统软件）和应用软件]的设计应符合安全功能的性能规范（见IEC61508-3）。
4.11.7.4 应用软件
应用软件不宜由用户进行重新编程。
这些可以通过在非可重编程存储器固化软件[如微控制器、专用集成电路（ASIC）]的方法实现。
在需要用户重编程的情况，宜采取如下方法限制对涉及安全功能软件的进入：
——锁定；
——授权密码。
4.11.8 有关手动控制的原则
a） 手动控制装置的设计和定位配置应符合4.8.7给出的有关人类工效学原则。
b） 每个启动控制装置附近均应配置停止控制装置。
若启动/停止功能通过止一动控制方式实现，应另设单独的停止控制装置，以防止止一动控制装置释放后不能发出停止指令而造成的风险。
c） 除某些必须位于危险区的如急停装置或示教盒等控制装置之外，手动控制装置应配置于危险区所能达及的区域之外（见GB18209.3-2002第4章）。
d） 控制装置及控制位置的设置应尽可能使操作者能够观察到工作区域或危险区。
除在其他位置可以更安全的实现控制功能之外，移动式机器的随车驾驶人员应能够从驾驶位置操动机器操作所要求的所有控制装置。
载人升降机械上的升降操纵装置，及用于移动运载机的操纵装置，通常应位于运载机内。
如果安全操作要求将控制装置置于运载机外，则应为机内操作者提供防止运载机危险运动的手段。
e） 若几个控制装置可能启动同一危险元素，则控制线路的布局应使得在给定时间内，只能有一个控制装置有效。
此点尤为适用于由操作者携带便携控制装置（如示教盒）进入危险区内手动控制的机械。
f） 为了规避风险，控制致动机构的设计或防护应只能在主动操作下才会动作（见ISO9355-1和GB/T17161）。
g） 对于依赖操作者持久的直接控制才能安全运行的机器功能，应借助控制装置的设计和定位等措施，确保操作人员处于控制位置上。
h） 对于无线控制，在接收不到正确的控制信号情况下，包括失去联络时，应执行自动停机功能（见GB5226.1-2002的9.2.7）。
4.11.9 设定、示教、过程转换、故障查找、清洗或维护的控制模式
机器在设定、示教、过程转换、故障查找、清洗或维护时
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