2.2　机械安全风险预警的概念

机械安全的研究对象为具有运动部件的机械或机器，与生产系统密切相关。生产系统是由人、机器、物料、环境、管理组成的复杂系统。根据因果连锁理论、轨迹交叉理论、能量意外释放理论、瑞士奶酪模型等事故致因理论，管理缺陷会导致人的不安全行为、机器的不安全状态、物料的不安全状态和环境的不安全条件产生，这些是引发事故的直接因素。事故的发生不仅是人的不安全行为、机器的不安全状态、物料的不安全状态、环境的不安全条件、管理缺陷各因素单独作用的结果，还是这些因素耦合作用的结果。

风险预警是依靠技术手段减少事故发生的一种措施，其核心在于通过实时监测生产系统状态信息，分析风险大小，并采取风险减小措施。生产系统中的管理因素属于规章制度，其执行主体为管理人员、作业人员等。规章制度无法通过技术措施实时捕捉其状态变化。因规章制度缺陷导致的不安全因素体现在人的不安全行为、机器的不安全状态、物料的不安全状态和环境的不安全条件上，所以可通过监测人、机器、物料、环境状态信息来反映管理因素。物料在生产系统中由机器加工和处理，其不安全状态的产生由机器的不安全状态导致。例如，在机床切削工件时，因机床夹具松动导致工件飞出，因机床未安装防护门导致加工过程中切屑飞溅。因此可通过监控机器状态信息来达到消除物料的不安全状态的目的。

本书基于实时、预防、定量、分级的原则，考虑机械安全研究范畴及机械安全风险预警实现的可行性，提出了机械安全风险预警的概念：机械安全风险预警通常考虑人、机器、环境及其耦合效应等要素，针对这些要素可能产生的风险，通过在线数据监测与评估，对可能发生的不安全状态按级别发出警告，并及时采取相应的防范措施，以达到人体免受伤害的目的。

图2.6所示为机械安全风险预警要素及其关系示意图。即使存在人的不安全行为、机器的不安全状态、环境的不安全条件，当三者之间无叠加时，也均处于安全状态。假如机器当前处于运行状态，虽然机器中存在能够对人体产生伤害的运动部件，但人被安全围栏隔离，不能接近机器，就不会产生机械安全问题。而当存在人的不安全行为、机器的不安全状态、环境的不安全条件时，且出现了人-机器、人-环境、机器-环境、人-机器-环境叠加的情况（如人接近机器的运动部件），机械安全风险将大大增加。此时可对人的不安全行为、机器的不安全状态、环境的不安全条件开展风险预警，并及时采取一定的措施，这将缩小危险状态边界、扩大安全状态边界，使人、机器、环境达到安全状态。

机械安全风险预警是一种预防机械事故、提高安全管理效率和水平的有效手段。对机械安全风险预警方法的研究是现代机械安全管理的需要。

开展机械安全风险预警应遵循的原则包括但不限于以下几点。

（1）机械安全风险预警的对象为针对风险评估确定的重大危险（重大危险指已识别为相关危险，需要设计者根据风险评价采用特殊方法来消除或减小的风险［4］），以及认为需要预警的危险。

（2）考虑人、机器、环境因素及其耦合效应。

（3）建立由软、硬件组成的机械安全风险预警系统，且符合功能安全要求［4］。

（4）技术的可行性与经济性。

（5）成本效益分析。成本效益分析有助于建立准确的关键性能指标，以衡量开展机械安全风险预警的可行性、有效性、经济性，考虑的主要因素有因风险造成人员、机器的损失成本，生产损失的成本，影响生产效率的成本，风险预警系统的全寿命周期费用。

本书根据风险预警的特点，结合如图2.7所示的机械安全风险评估与减小流程，提出了如图2.8所示的考虑风险预警的机械安全风险减小流程。针对需要减小的风险，优先采用本质安全措施，如果不能达到预定的风险减小的目的，则可采用安全防护及补充保护措施或机械安全风险预警，在机器支持通过数字化监测获取状态信息的情况下开展风险预警工作。当通过风险预警减小风险时，风险评估除考虑机器的规定限制和预定使用外，还可考虑随着时间、应用情况等变化而出现的人、机器、环境状态的改变。对于采取机械安全风险预警措施后还存在的剩余风险，通过使用信息来减小。