淺析我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展情況和設(shè)計(jì)中的安全隱患

廖江瀟 陳又靜

近年來(lái)，隨著機(jī)械制造工藝的進(jìn)步，我國(guó)安全生產(chǎn)理念也在不斷地發(fā)展，人們的安全生產(chǎn)觀念普遍有所增強(qiáng)，對(duì)安全生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)也更加深入，因此設(shè)備和產(chǎn)品的安全與否成為了如今人們關(guān)注的重點(diǎn)。尤其是當(dāng)下國(guó)家發(fā)展步入新常態(tài)時(shí)期，更要把安全提到前所未有的高度。本文介紹了我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中可能存在的安全隱患進(jìn)行了深入的剖析，并就如何避免機(jī)械設(shè)計(jì)中的安全隱患提出了一些探討。

一、序言

目前，作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，機(jī)械制造業(yè)仍然是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要支撐;作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要依托，機(jī)械制造業(yè)是我國(guó)城鎮(zhèn)就業(yè)的主要渠道和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的集中體現(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)的數(shù)量不斷增加，企業(yè)的規(guī)模不斷的擴(kuò)大，所使用到的機(jī)械設(shè)備也越來(lái)越多。但是，由于整體機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)相對(duì)落后，導(dǎo)致設(shè)備和產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就存在安全隱患，進(jìn)而在使用中引發(fā)生產(chǎn)安全事故。因此，研究出機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的安全隱患，并在設(shè)計(jì)階段從根本上消除安全隱患，不論是對(duì)于從業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全考慮，抑或是從經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度考慮都是極其必要的。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

自人類踏入工業(yè)文明以來(lái)，機(jī)械制造業(yè)就成為了推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步的最大動(dòng)力?，F(xiàn)如今，人類的生產(chǎn)生活更是離不開機(jī)械設(shè)備。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)械制造業(yè)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著主導(dǎo)地位，特別是近年來(lái)，在飛機(jī)、汽車等行業(yè)我國(guó)均取得了令人矚目的成就，但整體來(lái)看，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)大部分依然沒(méi)有在世界上取得領(lǐng)先地位。究其原因，還是因?yàn)樽鳛闄C(jī)械制造發(fā)展前提和基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與國(guó)外還存在較大差距。

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將之轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)是一個(gè)正向的，即從整體到局部細(xì)化。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)基本形成了常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)兩種，但其基本流程類似。首先，應(yīng)當(dāng)形成設(shè)計(jì)構(gòu)想和完善設(shè)計(jì)策略;其次，形成大體概念后再根據(jù)工況進(jìn)行強(qiáng)度分析進(jìn)而選定合適的材質(zhì);最后，根據(jù)要求確定整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這就是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本流程和內(nèi)容。

（二）我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展中的問(wèn)題

改革開放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，但是我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)卻并沒(méi)有突破性的提高，這是因?yàn)?，我?guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展一直受到下面二者的影響和制約。1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。在人口紅利的帶動(dòng)下，我國(guó)的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)眾多，且均以小型機(jī)械或低端制造業(yè)為主，影響了高精尖機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的研發(fā)。2.研究和投入的不足制約了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。我國(guó)企業(yè)一味追求短平快的盈利模式，導(dǎo)致資金和人才過(guò)多的流入了虛擬經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域內(nèi)，而技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步往往取決于研究和投入，研發(fā)動(dòng)力的缺失嚴(yán)重拖慢了我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的步伐！

三、機(jī)械設(shè)計(jì)中的隱患分析

十九大以來(lái)，黨和國(guó)家強(qiáng)調(diào)要將發(fā)展的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，要建立國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)、產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量不斷提高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化、綠色低碳和節(jié)約高效的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系。對(duì)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重視和產(chǎn)品的質(zhì)量與安全被提到了前所未有的高度，下面筆者就機(jī)械設(shè)計(jì)中常見的問(wèn)題與安全隱患進(jìn)行分析。

（一）結(jié)構(gòu)與材料隱患

機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)與材料是一臺(tái)機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和安全的決定性因素。不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇會(huì)導(dǎo)致加工難度和精度的不同。不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致加工難度過(guò)大或精度要求過(guò)高往往使得產(chǎn)品本身存在致命缺陷，與建筑領(lǐng)域不同，比薩斜塔可以成為奇觀，但若出現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備上導(dǎo)致的將是無(wú)情的事故。而不合理的材料選擇會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量、性能、參數(shù)不達(dá)標(biāo)。最可怕的是使用過(guò)程中，因?yàn)椴牧线_(dá)不到強(qiáng)度極限而出現(xiàn)的機(jī)械傷害事故屢見不鮮。

（二）工藝設(shè)計(jì)隱患

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，因?yàn)楫a(chǎn)品的不同，會(huì)采取不同的加工工藝。其中不少是具有較高風(fēng)險(xiǎn)性的，尤其是一些需要使用或會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)化學(xué)品的特殊加工工藝，例如電鍍、電解等工藝在生產(chǎn)中往往會(huì)伴隨可燃性氣體的產(chǎn)生，若在工藝設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)置妥善的防護(hù)手段，一旦電氣設(shè)備出現(xiàn)短路極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故。隨著我國(guó)機(jī)械加工業(yè)向著重型化和復(fù)雜化發(fā)展，因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)本身的不安全性導(dǎo)致的事故頻發(fā)。

（三）質(zhì)量控制隱患

質(zhì)量控制隱患一般出現(xiàn)在產(chǎn)品精加工的精度控制上，精度是產(chǎn)品質(zhì)量最直接的體現(xiàn)，但更高的精度必然帶來(lái)更高的成本。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中為了節(jié)約成本，往往會(huì)出現(xiàn)在設(shè)計(jì)中降低精度要求的情況。特別是在一些大型軸、軸承等零件的加工上，由于本身質(zhì)量和體積較大，因?yàn)榧庸ぞ鹊牟蛔愠３霈F(xiàn)連接過(guò)緊過(guò)度摩擦提前到達(dá)材料屈服極限使零件報(bào)廢。又或者因?yàn)檫B接過(guò)松，出現(xiàn)污穢物進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部引發(fā)故障。

（四）安全設(shè)計(jì)隱患

機(jī)械設(shè)備的安全設(shè)計(jì)，目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)并排除隱患。其不僅包括了設(shè)備的報(bào)警、自動(dòng)啟停、自鎖等主動(dòng)安全部件，也包括了緊急狀況時(shí)的被動(dòng)防護(hù)措施。目前我國(guó)的機(jī)械制造行業(yè)中對(duì)于安全設(shè)計(jì)的考慮還有所欠缺，尤其是一些大型、重型機(jī)械設(shè)備和高自動(dòng)化的大型生產(chǎn)流水線，常因?yàn)樽詸z系統(tǒng)的不完善，再加上設(shè)備復(fù)雜、體積龐大導(dǎo)致人為點(diǎn)檢時(shí)有疏漏而留下隱患。又因?yàn)楦鞑考蚋鞴^(qū)之間缺少聯(lián)動(dòng)的緊急制動(dòng)裝置，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。另外，由于設(shè)備安裝布置時(shí)的不合理引發(fā)的安全事故也很常見。

四、如何解決問(wèn)題與隱患

（一）革新機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化

所謂機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化就是一套完善的由法律法規(guī)、安全標(biāo)準(zhǔn)以及評(píng)分細(xì)則三者所組成的體系。傳統(tǒng)的機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化是在機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)階段堅(jiān)持“以人為本”的原則，利用多重防護(hù)的方法避免機(jī)械設(shè)備的不安全因素，本質(zhì)的提高安全系數(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求，機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)越發(fā)有了向制造和使用階段擴(kuò)展的趨勢(shì)，這點(diǎn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中更為明顯。由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)其全面性和先進(jìn)性，近年來(lái)越來(lái)越多的國(guó)家采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為其本國(guó)的機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)，更進(jìn)一步強(qiáng)化和鞏固了其優(yōu)勢(shì)地位。因此不僅是為了提高我國(guó)機(jī)械行業(yè)的安全水平，更是為了搶奪技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，革新機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)化勢(shì)在必行。

（二）發(fā)展智能化的設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未來(lái)的機(jī)械設(shè)備必然是人、機(jī)械設(shè)備、操作環(huán)境互相協(xié)調(diào)三位一體的，而要達(dá)到這種狀態(tài)就需要將現(xiàn)在的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展到智能化的層面。與傳統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)相比，智能化的機(jī)械設(shè)備不僅更健全可靠，更重要的是其具有更加豐富的功能、更加高效的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和更少的損耗，可以顯著的提高社會(huì)的整體生產(chǎn)力。

（三）充分利用信息化和大數(shù)據(jù)

當(dāng)今的社會(huì)是一個(gè)信息化和大數(shù)據(jù)的時(shí)代，在信息化和大數(shù)據(jù)的加持下未來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)向模塊化、并行化發(fā)展。個(gè)人的力量始終的渺小的，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行模塊化、并行化的設(shè)計(jì)方式不僅可以集思廣益、提高設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)難度，同時(shí)也可以有效減少設(shè)計(jì)中的疏漏與隱患。另一方面在大數(shù)據(jù)的平臺(tái)之下，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了設(shè)計(jì)者與人工智能結(jié)合的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其不僅可以自動(dòng)分析從而幫助設(shè)計(jì)者選擇最優(yōu)方案，還可以突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的固有模式探索更多的潛能。

五、結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)是推動(dòng)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展壯大的根本，是衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)實(shí)力的硬指標(biāo)。毋庸置疑目前我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家還有不小的差距，但我們發(fā)展的前景和動(dòng)力十分誘人。正如習(xí)總書記在十九大報(bào)告中提出，中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造轉(zhuǎn)變;中國(guó)速度向中國(guó)質(zhì)量轉(zhuǎn)變;制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。在新時(shí)代和新形勢(shì)下，我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平將跨出歷史性的一步。（作者單位：1江蘇省通州灣江海聯(lián)動(dòng)開發(fā)示范區(qū)應(yīng)急管理局;2江蘇大學(xué)安全工程專業(yè)）