王博華

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710089）

在制造燈具過(guò)程中，燈體加工是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，但是由于加工工藝特殊，需要基于多種燈體熱加工設(shè)備進(jìn)行反復(fù)加工，才能成型。操作工人利用傳統(tǒng)燈體熱加工設(shè)備生產(chǎn)時(shí)，工作強(qiáng)度過(guò)大，環(huán)境太過(guò)惡劣，很容易出現(xiàn)輕微燙傷與高溫失水等短暫性昏迷的安全事故。所以，在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出可以保證操作工人安全的燈體熱加工設(shè)備開(kāi)始備受社會(huì)各界積極關(guān)注[1]。

1 人機(jī)工程缺陷

傳統(tǒng)人機(jī)工程的相關(guān)研究大部分停留在經(jīng)驗(yàn)與定性分析上，在安全性指導(dǎo)上，并未構(gòu)成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段，機(jī)械行業(yè)出現(xiàn)安全事故的主要原因大致分為三類：操作工人、生產(chǎn)設(shè)備、其他因素，其中，操作工人占據(jù)將近90%。這主要是由于傳統(tǒng)企業(yè)太過(guò)注重設(shè)備投入，為降低運(yùn)行成本，經(jīng)常出現(xiàn)超載與超負(fù)荷設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)象，并未做好及時(shí)定期維護(hù)與保養(yǎng)等相關(guān)工作；操作工人超負(fù)荷勞動(dòng)，極易出現(xiàn)失誤；忽略保護(hù)設(shè)施設(shè)備的全方位應(yīng)用；設(shè)備檢測(cè)與維護(hù)工作不到位；行業(yè)管理有待完善，管理人員專業(yè)技術(shù)能力與經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足[2]。

2 燈體熱加工機(jī)械安全設(shè)計(jì)流程

所謂安全就是操作工人并未受到傷害，沒(méi)有財(cái)產(chǎn)損失。燈體熱加工機(jī)械安全設(shè)計(jì)則是為了安全延伸人類功能?；诠δ?、方案、設(shè)計(jì)、技術(shù)編制、制造工藝到裝配、調(diào)試、使用、維護(hù)，整個(gè)過(guò)程都應(yīng)具備始終遵守安全設(shè)計(jì)原則[3]。燈體熱加工機(jī)械安全設(shè)計(jì)流程具體如圖1所示。

圖1 燈體熱加工機(jī)械安全設(shè)計(jì)流程

3 基于燈體熱加工機(jī)械的故障樹(shù)模型構(gòu)建

3.1 故障樹(shù)模型構(gòu)建

就實(shí)際狀況來(lái)講，導(dǎo)致操作工人發(fā)生人機(jī)事故的事件主要為燙傷、撞傷、煤氣中毒、異物中傷、高溫脫水。基本事件主要包含13 項(xiàng)，由此構(gòu)建故障樹(shù)模型[4]，具體如圖2所示。

圖2 故障樹(shù)模型

符號(hào)所代表的含義與事件發(fā)生概率具體如表1與表2所示。

表1 基本事件含義

表2 事件發(fā)生概率 10-3

3.2 定性分析

故障樹(shù)模型構(gòu)建可選擇故障樹(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù)加以闡述，基于燈體熱加工機(jī)械的故障數(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù)，即

式中：k與m分別為自然數(shù)。

就簡(jiǎn)單故障樹(shù)來(lái)講，只需要展開(kāi)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù)，并利用布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行簡(jiǎn)化即可，即

故障樹(shù)最小割集就是包含最少數(shù)量，且最必備的事件割集。發(fā)生最小割集，頂事件則勢(shì)必會(huì)隨之發(fā)生，目的是明確指出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)。所以，故障樹(shù)定性分析的作用是尋找最小割集。

一般來(lái)說(shuō)，把造成頂事件的最少基本事件集合為最小割集，便可以找到事件潛藏危害。以式（2）找出最小割集，即[X1]、[X2]、[X3，X6]、[X3，X4，X5]、[X7，X8]、[X9]、[X10]、[X11]、[X12]、[X3，X13]。最小割集便是引發(fā)操作工人發(fā)生人機(jī)事故受到損害的嘴可能性因素，對(duì)此，需采取有效措施加以防止[5]。

3.3 定量分析

3.3.1 頂上事件發(fā)生概率

故障樹(shù)模型包括頂上、中間、基本三大事件，以及與門、或門。其中，與門即

而或門即

式中：P（Xi）為Xi事件發(fā)生概率，根據(jù)式（2）～式（4）與表2 數(shù)據(jù)便可以獲得頂上事件發(fā)生概率，即P（T）為0.102 8。

在計(jì)算出事件概率，卻無(wú)法滿足給定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)，但是不會(huì)燈體功能，其中與門安全性設(shè)計(jì)方式來(lái)源于故障樹(shù)分析法，其中頂事件轉(zhuǎn)變?yōu)樽钚「罴M合，根據(jù)故障樹(shù)邏輯關(guān)系明確最小割集形式，頂事件發(fā)生概率則是通過(guò)最小割集組合形式明確，在基本事件發(fā)生概率確定的基礎(chǔ)上，頂事件發(fā)生概率主要受故障樹(shù)邏輯關(guān)系影響。在故障樹(shù)中，從基本事件到頂事件的邏輯圖中不包含與門，表示基本事件必然是頂事件的最小割集子集，在進(jìn)行頂事件發(fā)生概率計(jì)算時(shí)，直接添加便可，因此，其數(shù)值直接影響著頂事件出現(xiàn)幾率。與門的安全性設(shè)計(jì)方式就是通過(guò)多元化措施在故障樹(shù)中添加與門，防止或消除系統(tǒng)最薄弱部分，在實(shí)踐情況下，還需提供一定的安全保障措施，從基本事件到頂事件邏輯線下，以安全性標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，保留與門。

3.3.2 基本事件概率重要度系數(shù)

概率重要度系數(shù)在很大程度上反映了基本事件發(fā)生的概率變化趨勢(shì)對(duì)于頂事件概率變化造成的影響，數(shù)值越大，則代表影響越大，這就需要在制定措施時(shí)，著重安排。其一，結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)，代表零部件在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的重要作用，由其所處位置決定。其二，概率重要度，代表基本事件發(fā)生概率對(duì)頂事件發(fā)生概率的影響。其三，關(guān)鍵重要度，代表基本事件在故障樹(shù)結(jié)構(gòu)中占據(jù)的位置造成的影響性，為頂事件發(fā)生概率變化與基本事件發(fā)生概率變化的比值，是診斷故障的關(guān)鍵性指標(biāo)。

概率重要度系數(shù)即

通過(guò)式（2）、式（5）以及表2數(shù)據(jù)，獲得基本事件概率重要度系數(shù)，具體如表3所示。

表3 基本事件概率重要度系數(shù)

通過(guò)表3數(shù)據(jù)得出基本事件概率重要度排序，即

從式（6）可知，X1、X2、X7、X9、X10、X11、X12對(duì)頂事件的影響最為突出[6]。

4 優(yōu)化方案

通過(guò)定性與定量分析，可知碎玻璃割傷與輕微燙傷的發(fā)生概率最高，這主要是由于燈體熱加工設(shè)備都屬于開(kāi)放式布局，設(shè)備周圍并未配置防護(hù)罩，此設(shè)計(jì)的最大弊端就是在加工時(shí)產(chǎn)生的熱量都會(huì)被設(shè)備四周環(huán)境吸收，這也是導(dǎo)致操作工人夏季工作時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)中暑現(xiàn)象的重要原因。此外，由于橡膠軟管引發(fā)的煤氣中毒事件發(fā)生幾率非常小，這主要是因?yàn)樵跓趔w熱加工設(shè)備中，軟管是非常關(guān)鍵的連接型零部件，所以非常重視設(shè)備裝配的軟管質(zhì)量，而且由于煤氣具有獨(dú)特性氣味，操作工人工作時(shí)極易發(fā)現(xiàn)。

燈體熱加工機(jī)械優(yōu)化方案為：首先，機(jī)械設(shè)備中添加封閉性防護(hù)罩，其中內(nèi)壁夾層添加隔熱棉，防護(hù)罩的主側(cè)面保留安裝有機(jī)玻璃的窗口，便于后續(xù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，而在防護(hù)罩后側(cè)保留后門，以便于進(jìn)行保養(yǎng)；其次，防護(hù)罩上方保留通風(fēng)口，通風(fēng)口和廠房上方主通氣管之間保持有機(jī)銜接，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)把加工時(shí)產(chǎn)生的熱量快速排出；再次，安裝自動(dòng)下料裝置，防止下料時(shí)對(duì)操作工人造成燙傷；然后，在防護(hù)罩上安裝防氣體泄漏的報(bào)警裝置，一旦出現(xiàn)氣體泄漏，工人可及時(shí)關(guān)閉設(shè)備，保證自身安全；最后，創(chuàng)建與人體工效學(xué)相符的控制面板，以便于操作工人開(kāi)展工作[7]。

5 結(jié) 論

總之，通過(guò)故障數(shù)模型的定性與定量分析，能夠預(yù)估基本事件發(fā)生概率，并判斷出事故發(fā)生原因與潛藏危險(xiǎn)。通過(guò)事故原因分析可制定可行的、有效的安全措施，從而最大程度上防止和消除事故出現(xiàn)。因此，本文首先基于故障樹(shù)模型的定性與定量分析，全面展示既有燈體熱加工設(shè)備極有可能造成的傷害，發(fā)現(xiàn)設(shè)備設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)制定可行的、有效的燈體熱加工設(shè)備改造優(yōu)化方案，有效防止或者消除了設(shè)備對(duì)工人身體造成傷害，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備操作內(nèi)容的完善，以及操作工人的安全意識(shí)。