為了保證安全生產(chǎn)，必須根據對機械設備的安全要求，進(jìn)行安全設計。在設計階段采取本質(zhì)安全的技術(shù)措施。本質(zhì)安全是指一般水平的操作者在判斷錯誤和誤操作的情況下，生產(chǎn)系統和設備仍能保證安全。
一、設備安全設計的主要內容
1．設備本質(zhì)安全的意義
“安全第一、預防為主”的方針體現在當安全和生產(chǎn)發(fā)生矛盾時(shí)，安全是第一位的。所有機械設備必須符合安全使用要求，在設備的使用壽命期內保證操作者的安全。應該要求操作者正確操作，但是把希望完全寄托在操作者的正確操作是危險的，必須使設備本身達到本質(zhì)安全。在設計階段必須考慮各種因素。經(jīng)過(guò)綜合分析，正確處理設備性能、產(chǎn)量、效率、可靠性、實(shí)用性、先進(jìn)性、使用壽命、經(jīng)濟性和安全性之間的關(guān)系。其中安全性是必須首先考慮的。
不安全的設計會(huì )導致不必要的傷害和事故。最好的辦法是采納使用單位包括操作者的建議，不斷改進(jìn)設計，提高設備的安全性。安全設計的目標是產(chǎn)品100%達到質(zhì)量要求，具有100%可靠性和100%的操作維修安全性。本質(zhì)安全的設備具有高度的可靠性和安全性，可以杜絕或減少傷亡事故，減少設備故障，從而提高設備利用率，實(shí)現安全生產(chǎn)。
2．設備本質(zhì)安全的指導思想
根據生產(chǎn)設備安全設計的基本要求和制定安全技術(shù)措施的基本原則，為了實(shí)現設備的本質(zhì)安全，可以從三方面入手：
（1）設計階段。采用技術(shù)措施來(lái)消除危險，使人不可能接觸或接近危險區，如在設計中對齒輪采用遠距離潤滑或自動(dòng)潤滑，即可避免因加潤滑油而接近危險區；將危險區安全封閉；采用安全裝置；實(shí)現機械化和自動(dòng)化等；這些都是設計階段應該解決的。
（2）操作階段。建立有計劃的維護保養和預防性維修制度；采用故障診斷技術(shù)，對運行中的設備進(jìn)行狀態(tài)監測；避免或及早發(fā)現設備故障；對安全裝置進(jìn)行定期檢查，保證安全裝置始終處于可靠和待用狀態(tài)；提供必要的個(gè)人防護用品等。
（3）管理措施。指導機械的安全使用，向用戶(hù)及操作人員提供有關(guān)設備危險性的資料、安全操作規程、維修安全手冊等技術(shù)文件；加強對操作人員的教育和培訓，提高工人發(fā)現危險和處理緊急情況的能力。
上述三方面中，設計階段所應采取的措施是主要的。后兩方面的措施只是補充。
二、本質(zhì)安全的主要措施。
1．本質(zhì)安全的目的
本質(zhì)安全是指操作失誤時(shí)，設備能自動(dòng)保證安全；當設備出現故障時(shí)，能自動(dòng)發(fā)現并自動(dòng)排除，能確保人身和設備安全。為使設備達到本質(zhì)而進(jìn)行的研究、設計、改造和采取各種措施的最佳組合，都稱(chēng)為本質(zhì)安全化。
本質(zhì)安全化的目的是：運用現代科學(xué)技術(shù)，特別是安全科學(xué)的成就，從根本上消除能形成事故的主要條件；如果暫時(shí)達不到時(shí)，則采取兩種或兩種以上的相對安全措施，形成最佳組合的安全體系，達到最大限度的安全。同時(shí)盡可能采取完善的防護措施，增強人體對各種危害的抵抗能力。本質(zhì)安全化強調先進(jìn)技術(shù)手段和物質(zhì)條件在保障安全生產(chǎn)中的重要作用。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，設備本質(zhì)安全化程度也會(huì )不斷提高。不會(huì )停留在現有的水平上。
2．本質(zhì)安全化的主要內容
設備的本質(zhì)安全措施可以通過(guò)設備本身和控制器的安全設計來(lái)實(shí)現。
（1）本質(zhì)安全化的基本思路。
①從根本上消除發(fā)生事故的條件。這是最理想的措施。許多機械事故是由于人體接觸了危險點(diǎn)，如果將危險操作采用自動(dòng)控制，用專(zhuān)用工具代替人手操作，實(shí)現機械化等都是保證人身安全的有效措施。
②設備能自動(dòng)防止操作失誤和設備故障。操作失誤是操作人員違反操作規程的行為，設備故障是設備或其零、部件的功能受到損傷或破壞，以致不能正常運轉而使其技術(shù)性能下降甚至完全喪失。這些現象在生產(chǎn)中是難以完全避免的。因此設備應有自動(dòng)防范措施，以避免發(fā)生事故。這些措施應能達到：即使操作失誤，也不會(huì )導致設備發(fā)生事故；即使出現故障，應能自動(dòng)排除，切換或安全停機；當設備發(fā)生故障時(shí)，不論操作人員是否發(fā)現，設備應能自動(dòng)報警，并作出應急反應，更理想的是還能顯示設備發(fā)生故障的部位。
（2）常用的措施。
⑴采用機械化、自動(dòng)化和遙控技術(shù)。這是消除危險因素和人接觸最佳方案。機械的可靠性一般比人的可靠性高，人易受生理、心理以及外界因素的影響，一般認為的人失誤率在1%以上。設計優(yōu)良的機械，其故障率至少在0.1%以下，使用可靠性高的零、部件，機械的故障率可達到0.01%。采用機械化、自動(dòng)化和遙控技術(shù)代替人的手工操作，是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強度，減少設備故障率，防止錯誤操作，保證操作者安全和設備安全最有效的措施。尤其適用于危險作業(yè)和在惡劣的作業(yè)環(huán)境中代替人進(jìn)行操作。
⑵采用可靠性設計，提高機械設備的可靠性。
⑶采用安全防護裝置。當無(wú)法消除危險因素時(shí)，采用安全防護裝置隔離危險因素是最常用的技術(shù)措施。帶有聯(lián)鎖裝置的防護罩是最好的本質(zhì)安全措施。
⑷安裝保險裝置，保險裝置又叫故障保險裝置。這種裝置的作用與安全防護裝置稍有不同。它能在設備產(chǎn)生超壓、超溫、超速、超載、超位等危險因素時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)控制并消除或減弱上述危險。安全閥、單向閥、超載保護裝置、限速器、限位開(kāi)關(guān)、爆破片、熔斷器、保險絲、力矩限制器、極限位置限制器等都是常用的保險裝置。
⑸采用自監測、報警和處理系統。利用現代化儀器儀表對運行中的設備狀態(tài)參數進(jìn)行在線(xiàn)監測和故障診斷。當出現異?，F象時(shí)，能自動(dòng)報警，發(fā)出聲、光報警信號，并且動(dòng)作出應急反應，如自動(dòng)停機、自動(dòng)切換到備用設備等。
⑹采用冗余技術(shù)。冗余技術(shù)是可靠性設計常采用的一種技術(shù)，即在設計中增加冗余元件或冗余（備用）設備，平時(shí)只用其中一個(gè)，當發(fā)生事故時(shí)，冗余設備或冗余元件能自動(dòng)切換。
⑺采用傳感技術(shù) 在危險區設置光電式、感應式、壓力傳感式傳感器，當人進(jìn)入危險區，可立即停機，終止危險運動(dòng)。
⑻安裝緊急停車(chē)開(kāi)關(guān)。
⑼向操作者提供機械關(guān)鍵安全功能是否正常（設備的自檢功能）的信息。
⑽設計程序聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)。設計對出現錯誤指令時(shí)，禁止啟動(dòng)的操縱器。這些關(guān)鍵程序只有在正常操作指令下才能啟動(dòng)機械。
⑾配備使操作者容易觀(guān)察的，能顯示設備運行狀態(tài)和故障的顯示器。
⑿采用多重安全保障措施。對于危險性大的作業(yè)，要求設備運行絕對安全可靠。為了防止出現故障和發(fā)生誤操作，應采用雙重或多重安全保障措施，使設備運行萬(wàn)無(wú)一失。
二、可靠性設計
1．可靠性技術(shù)和可靠性設計
設備在規定的時(shí)期內，在規定的條件下，完成規定功能的能力稱(chēng)為設備的可靠性?？煽啃约夹g(shù)已成為提高使用壽命、減少設備故障、實(shí)現安全生產(chǎn)的重要手段?？煽啃约夹g(shù)和安全技術(shù)有密切的關(guān)系，但兩者又不完全相同。
許多可靠性技術(shù)采用的方法已被安全技術(shù)所采用，許多基本概念也用到安全技術(shù)和安全管理上。安全技術(shù)所用到的事故樹(shù)分析（FTA）就是沿用可靠性工程的故障樹(shù)分析方法。故障模式影響分析（FMEA）和故障模式影響及危害度分析（FMECA）也是可靠性工程的重要方法。安全技術(shù)措施有許多也是可靠性技術(shù)常用到的措施。因此，可以說(shuō)安全技術(shù)的基礎是可靠性技術(shù)。但是可靠性技術(shù)不能完全代替安全技術(shù)?？煽啃约夹g(shù)只能解決物質(zhì)條件的安全，安全技術(shù)還要解決操作設備的人的安全。當然如果沒(méi)有可靠性技術(shù)提供物質(zhì)保證，安全技術(shù)也是無(wú)能為力的。設備的本質(zhì)安全在很大程度上要依靠可靠性技術(shù)。
可靠性設計是設備安全設計的重要內容。任何設備都必須具備一定的工作性能，要求使用方便、容易維修、經(jīng)久耐用。在設計時(shí)，應該綜合考慮下列因素：
（1）經(jīng)濟性、設備用途和使用條件；
（2）設備設計的復雜性和成熟程度；
（3）設備制造時(shí)的復雜性和難度；
（4）設備結構上不出現故障，即“結構可靠性”高；
（5）精度滿(mǎn)足使用要求，即“使用可靠性高”；
（6）在規定條件下和規定時(shí)間內，完成規定功能的能力高，即設備的可靠性高。這個(gè)時(shí)期的使用壽命（無(wú)故障工作時(shí)間），在可靠性工程中稱(chēng)為“保險期”，要求使用壽命長(cháng)；
（7）設備有效性高，即故障率低；
（8）維修性高，出了故障能很快發(fā)現并容易排除故障；
（9）對設備安全性的要求。
后6個(gè)因素都與設備的可靠性有關(guān)。
2．可靠性設計的基本知識
（1）可靠性設計的意義。
可行性設計是可靠性工程的重要組成部分。這里只介紹與機械安全有關(guān)的基本知識，以便設備管理人員、安全工作人員能運用所介紹的知識在工作中正確地處理下列問(wèn)題：
①比較和選擇可靠性高的設備；
②對設備故障進(jìn)行記錄、分析，研究故障機理，隨時(shí)將故障資料反饋給設備設計、制造單位，以便改進(jìn)設計和提高制造質(zhì)量，從而提高設備的可靠性；
③針對現有設備在運行中暴露出來(lái)的不安全因素，在現有設備上設計一些簡(jiǎn)單易行、可靠的安全裝置，以確保設備的安全運行；
④指導制訂提高可靠性、維修性的方案。
（2）可靠度和故障率。
①可靠性和可靠度?？煽啃允窃u價(jià)設備在使用壽命期內可信賴(lài)程度的指標。是指設備在規定條件下、規定時(shí)間內，完成規定功能的能力。而設備在規定條件下和規定的時(shí)間內，完成規定功能的概率為可靠度?？梢杂每煽慷葘υO備的可靠性進(jìn)行具體的試驗、測量和比較，也就是可以對可靠性進(jìn)行定量的測定和衡量，并加以表示。
a可靠度研究的對象 可靠度研究的對象可以是一個(gè)系統、一臺設備或其中一個(gè)零件。設備是由千百個(gè)零件組成的，如果其中一個(gè)零件出現故障，有可能使整個(gè)設備出現故障；因此研究設備可靠度要從研究零件入手。
b規定的條件 包括設備所處的作業(yè)環(huán)境、使用條件和維修條件。
作業(yè)環(huán)境：溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、沖擊、粉塵、日曬、雨淋等；
使用條件：負荷大小和性質(zhì)，操作人員的技術(shù)水平等；
c規定的時(shí)間隨著(zhù)設備使用時(shí)間的延長(cháng)、零部件的磨損、材料的腐蝕老化而使性能下降，可靠性也將下降，因此可靠性是時(shí)間的函數。使用時(shí)間不同的設備，其可靠性是不能等價(jià)比較的。規定的時(shí)間一般應以能達到以最少修理費用和停工損失來(lái)確定，如機床一般選定為兩次計劃修理之間的時(shí)間（無(wú)故障工作時(shí)間）
d規定的功能 指既有明確的功能指標，如功率、流量、速度等，又有明確的失效（出現故障、不能正常工作）界限，如設備質(zhì)量下降到制造時(shí)質(zhì)量的百分之幾就應報廢等。
②故障和故障率。故障表示設備處于不正常狀態(tài)。設備在投入使用和運行過(guò)程中，由于某種原因，使設備或其零、部件喪失了其規定功能的事件稱(chēng)為故障。由此可見(jiàn)，可靠性和故障是反映設備運行正反兩個(gè)方面的狀態(tài)。
故障率是指在任意給定的時(shí)間內，設備或零件出現故障的概率以λ表示。隨著(zhù)時(shí)間延長(cháng)，故障率增加。
③零件可靠度與設備可靠度
