基于危險性評價500T沖床的安全分析與改進

吳領(lǐng) 胡俊峰

（中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司，貴州 貴陽 550014）

0 引言

沖壓生產(chǎn)是一種效率高的加工方式，和其他機械加工方式相比，非常容易發(fā)生人身安全事故。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，沖壓加工比其他機械加工發(fā)生的人身安全事故要高2~3倍［1-2］。利用500T沖床加工零件時，需要2名操作人員完全進入沖床內(nèi)，采用手工作業(yè)方式在磨具區(qū)域內(nèi)進行送料、定位、取件等，由第三人在模具外控制設(shè)備運行。由于直觀意識到作業(yè)時存在安全風(fēng)險，操作人員工作時長期處于緊張狀態(tài)。人的行為是由其心理狀態(tài)支配的，人的心理狀態(tài)對安全的影響非常重要［3-4］。該加工方式自動化水平低，沒有可靠的防護措施，在生產(chǎn)過程中極易發(fā)生安全生產(chǎn)事故。生產(chǎn)自動化作為一種趨勢，正逐漸滲透到各個制造行業(yè)中［5］，按照“機械化換人、自動化減人、智能化提升”的原則，生產(chǎn)自動化被作為本項目降低作業(yè)安全風(fēng)險的有效措施。

1 沖床作業(yè)現(xiàn)狀

JA36-500C-500T沖床主要用于公司部分零件的沖孔、翻邊等工序，除將環(huán)形零件側(cè)壁孔加工改為激光切割外，其余零件加工現(xiàn)無可替代工藝及設(shè)備。500T沖床加工的零件為筒形零件，主要對筒形零件側(cè)壁進行沖孔及翻邊工序。500T沖床作業(yè)示意圖見圖1。

圖1 500T沖床作業(yè)示意

由于模具較小，為保證零件的法向與設(shè)備平行，需將模具放于馬鞍支撐架上，再將零件套在模具上，零件上方緊貼模具，下方懸空。零件與模具接觸面小，作業(yè)時容易擺動，必須通過操作人員在機床內(nèi)部兩側(cè)扶持零件進行定位加工，上工作臺下落時，操作人員需要及時將頭部往下縮或者側(cè)偏，避免上工作臺下落時對操作人員造成人身傷害，整個操作過程中，2名操作人員始終處于機床運作區(qū)域。

2 危險性評價

針對該沖床的作業(yè)特點，本次安全評估選用作業(yè)條件危險性分析評估方法，即格萊姆打分法。格萊姆打分法由美國的K.J格雷厄姆和G.F.金尼在研究人們在具有潛在危險環(huán)境中作業(yè)的危險性而提出的以所評價的環(huán)境與某些作為參考環(huán)境的對比為基礎(chǔ)的作業(yè)條件危險性評價法，是一種簡單易行的評價作業(yè)條件危險性的方法［6］。

計算公式如式（1）：

式中，D為作業(yè)條件的危險性；L為事故或危險事件發(fā)生的可能性；E為暴露于危險環(huán)境的頻率；C為發(fā)生事故或危險事件的可能結(jié)果。

表2 暴露于潛在危險環(huán)境的分值（E）

結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)實際情況，根據(jù)表1—表3確定3個因素的分值，分別取L=6，E=6，C=7，并將3個分值代入式（1），計算出危險性分值為252，對照危險性分值（表4），該分值對應(yīng)的危險程度為“高度危險，需要立即整改”，即該500T沖床當(dāng)前的危險性等級為高度危險。根據(jù)風(fēng)險性評價結(jié)果，需對500T沖床存在的隱患進行整改，降低其安全風(fēng)險。

表1 事故或危險事件發(fā)生可能性分值（L）

表3 發(fā)生事故或危險事件可能結(jié)果的分值（C）

表4 危險性分值

3 沖床的改進

3.1 方案設(shè)計

為避免2名操作人員直接在沖床內(nèi)扶持零件而導(dǎo)致的風(fēng)險，同時降低改進設(shè)備的安裝過程對生產(chǎn)造成進度滯后的影響，且考慮成本控制，決定保留原有沖床設(shè)備，通過設(shè)計設(shè)備配套的自動化生產(chǎn)方式，使用傳送機構(gòu)和機器人，實現(xiàn)產(chǎn)品的上料、沖壓、下料整個過程的自動運行，確保精確的定位和放置零件，避免人員進入沖床內(nèi)部操作帶來的風(fēng)險，消除操作人員的人身安全隱患，同時降低企業(yè)人工成本和安全風(fēng)險。

3.2 生產(chǎn)結(jié)構(gòu)及整體布局

沖床的批產(chǎn)加工工藝已經(jīng)成熟，為避免工藝改變帶來不必要的時間及生產(chǎn)成本浪費，通過與設(shè)備現(xiàn)有的雙手按鈕及急停回路連接實現(xiàn)對沖床的控制，新增自動化系統(tǒng)與現(xiàn)有沖床不作通訊，通過IO或繼電器連接，不改變沖床現(xiàn)有的操作方式。改進后的自動化沖壓單元包括現(xiàn)有500T沖床、機器人、進料輸送臺、出料輸送滾筒、夾具存放機構(gòu)、視覺檢測系統(tǒng)及檢測傳感器支架、檢測傳感器、安全門、觸摸屏操作臺、機器人IC5控制柜、PLC及工控機柜、后方安全圍欄（帶安全門）、前方安全圍欄（帶安全門）等13部分，作業(yè)示意圖見圖2。

圖2 500T沖床自動化沖壓單元作業(yè)示意

4 安全風(fēng)險的降低

設(shè)計自動化沖壓單元從沖壓安全加工角度考慮并執(zhí)行，新增自動化系統(tǒng)需要符合安全生產(chǎn)要求，降低設(shè)備和操作人員作業(yè)時存在的安全風(fēng)險，除了采取在特定位置布置醒目的安全警示標(biāo)識的安全可視化手段，還包括提升設(shè)備本質(zhì)安全度等3個方面。

4.1 提升設(shè)備本質(zhì)安全度

通過提升設(shè)備本質(zhì)安全度，保護人員安全。當(dāng)發(fā)生緊急事故時，按下紅色EMO按鈕可使得所有的機械運動立刻停止，機器人自身帶有與系統(tǒng)集成的碰撞報警功能，并設(shè)計帶有急停及觸電保護功能。進料輸送臺及出料輸送滾筒在操作側(cè)具備獨立的急停按鈕，方便突發(fā)狀況時緊急停止運行，其兩側(cè)帶有工件在位檢測傳感器及行程阻擋限位。視覺檢測系統(tǒng)用于工件底孔的精準(zhǔn)定位，并與機器人進行通訊協(xié)助機器人抓取工件。在整個作業(yè)過程中，操作人員只需在圍欄外操作，安全風(fēng)險得到顯著降低。

4.2 增加安全防護裝置

提升設(shè)備本質(zhì)安全度后，還需加裝安全防護裝置。一是在自動化單元外設(shè)置網(wǎng)格式安全圍欄，便于操作人員觀察工作站內(nèi)情況，使得設(shè)備運行時隔離操作人員與設(shè)備，在沖床前后配置安全光柵，當(dāng)操作人員身體任何部位進入沖床時設(shè)備可自動停止運轉(zhuǎn)。二是加裝安全門鎖與系統(tǒng)急停串聯(lián)，在異常開門時可即刻停止設(shè)備運轉(zhuǎn)，操作人員正常進入設(shè)備內(nèi)檢查時，需要按下請求進入按鈕，解鎖安全門后方可進入。

4.3 構(gòu)建控制系統(tǒng)

PLC作為系統(tǒng)主控，與機器人控制系統(tǒng)相結(jié)合，控制系統(tǒng)與沖壓設(shè)備相互通訊，可與沖床實現(xiàn)聯(lián)動，同時作為主控系統(tǒng)保證沖床在與機器人協(xié)調(diào)工作時相互的安全性。

4.4 設(shè)備改進后的危險性評價

結(jié)合設(shè)備改進后的生產(chǎn)作業(yè)實際情況，根據(jù)表1—表3確定3個因素的分值，分別取L=1，E=1，C=3，并將3個分值代入式（1），計算出危險性分值為0.6，根據(jù)危險性分值（表4），改進后的沖床作業(yè)危險程度為“稍有危險，或許可以接受”，即該500T沖床當(dāng)前的危險性等級為稍有危險。

5 結(jié)論

按照“機械化換人、自動化減人”的原則，對沖床進行危險性分析與安全改進，實現(xiàn)有效預(yù)防生產(chǎn)安全事故發(fā)生的目標(biāo)。通過設(shè)備安全設(shè)計，落實防人因措施，確保安全可控，提出對原有的傳統(tǒng)沖壓設(shè)備配備上下料機械手而建成自動化沖壓單元，該方法可解放勞動力，有效降低安全風(fēng)險，保證操作人員安全的同時顯著降低人工成本。

1）通過對現(xiàn)有沖床設(shè)備進行危險性分析，得出結(jié)論為現(xiàn)有沖床設(shè)備危險程度為“高度危險，需要立即整改”。

2）將原有的手工作業(yè)方式改進為自動化生產(chǎn)作業(yè)方式后，按照格萊姆打分法，取L=0.5，E=6，C=3，將3個分值代入式（1），計算出危險性分值為9，對照危險性分值表，危險程度為“稍有危險，或許可以接受”，改進后的沖床安全風(fēng)險可控。

3）500T沖床改進為自動化沖壓單元后，操作人員由3人減少為1人，明顯降低了人工成本及人員操作安全風(fēng)險。

4）通過完善沖壓作業(yè)的安全技術(shù)措施，有效提升設(shè)備本質(zhì)安全度，保證操作人員良好的心理狀態(tài)，顯著降低作業(yè)的安全風(fēng)險。