基于危险性评价500T冲床的安全分析与改进_吴领.pdf

61基于危险性评价 500T 冲床的安全分析与改进吴领 胡俊峰（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵州 贵阳 550014）摘要针对 500T 冲床存在的操作人员在冲床内作业的安全隐患，采用作业条件危险性分析半定量评价方法对其进行危险性评价，根据评价结果制定安全整改措施。以机器人为主的自动化冲压方式是目前社会生产中较为普遍的一种，主要从设备本质安全度提升、安全风险降低两方面出发，提出自动化生产单元方案，采用 PLC 对整个系统进行控制，保障人员身心安全。关键词冲床危险性评价自动化PLCSafety analysis and improvement of 500T punch based on risk assessmentWU LingHU Junfeng（AECC Guizhou Liyang Aviation Power Co.，Ltd.，Guiyang Guizhou 550014，China）AbstractAiming atthepotentialsafety hazardofoperators working in the500Tpunching machine，semi-quantitativeevaluation method of operating conditions hazard analysis was used to evaluate the hazards，and safety corrective me-asures were formulated based on the evaluation results.The robot-based automated stamping method is a more com-mon one in the current social production.The article mainly focuses on two aspects of equipment intrinsic safety en-hancement and safety risk reduction，and proposes an automated production cell solution，using PLC to control thewhole system and guarantee the physical and mental safety of personnel.Key wordspunchrisk assessmentautomationPLC0引言冲压生产是一种效率高的加工方式，和其他机械加工方式相比，非常容易发生人身安全事故。据有关资料统计，冲压加工比其他机械加工发生的人身安全事故要高 23 倍1-2。利用 500T 冲床加工零件时，需要 2 名操作人员完全进入冲床内，采用手工作业方式在磨具区域内进行送料、定位、取件等，由第三人在模具外控制设备运行。由于直观意识到作业时存在安全风险，操作人员工作时长期处于紧张状态。人的行为是由其心理状态支配的，人的心理状态对安全的影响非常重要3-4。该加工方式自动化水平低，没有可靠的防护措施，在生产过程中极易发生安全生产事故。生产自动化作为一种趋势，正逐渐渗透到各个制造行业中5，按照“机械化换人、自动化减人、智能化提升”的原则，生产自动化被作为本项目降低作业安全风险的有效措施。1冲床作业现状JA36-500C-500T冲床主要用于公司部分零件的冲孔、翻边等工序，除将环形零件侧壁孔加工改为激光切割外，其余零件加工现无可替代工艺及设备。500T 冲床加工的零件为筒形零件，主要对筒形零件侧壁进行冲孔及翻边工序。500T 冲床作业示意图见图 1。图 1500T 冲床作业示意由于模具较小，为保证零件的法向与设备平行，需将模具放于马鞍支撑架上，再将零件套在模具上，零件上方紧贴模具，下方悬空。零件与模具接触面小，作业时容易摆动，必须通过操作人员在机床内部两侧扶持零件进行定位加工，上工作台下落时，操作人员需要及时将头部往下缩或者侧偏，避免上工作台下落时对操作人员造成人身伤害，整个操作过程中，2 名操作人员始终处于机床运作区域。2023 年第 49 卷第 2 期February 2023622危险性评价针对该冲床的作业特点，本次安全评估选用作业条件危险性分析评估方法，即格莱姆打分法。格莱姆打分法由美国的 K.J 格雷厄姆和 G.F.金尼在研究人们在具有潜在危险环境中作业的危险性而提出的以所评价的环境与某些作为参考环境的对比为基础的作业条件危险性评价法，是一种简单易行的评价作业条件危险性的方法6。计算公式如式（1）：D=L E C（1）式中，D 为作业条件的危险性；L 为事故或危险事件发生的可能性；E 为暴露于危险环境的频率；C 为发生事故或危险事件的可能结果。表 1事故或危险事件发生可能性分值（L）分值事故或危险情况发生可能性10完全会被预料到6相当可能3不经常，但可能1完全意外，极少可能0.5可以设想，但高度不可能0.2极不可能0.1实际上不可能表 2暴露于潜在危险环境的分值（E）分值暴露于危险环境的情况10连续暴露于潜在危险环境6逐日在工作时间内暴露3每周一次或偶然地暴露2每月暴露一次1每年几次出现在潜在危险环境0.5非常罕见地暴露表 3发生事故或危险事件可能结果的分值（C）分值可能结果100大灾难，许多人死亡40灾难，数人死亡15非常严重，一人死亡7严重，严重伤害3重大，致残1引人注目，需要救护表 4危险性分值分值危险程度320极其危险，不能继续作业160 320高度危险，需要立即整改70 160显著危险，需要整改20 70可能危险，需要注意20稍有危险，或许可以接受结合生产作业实际情况，根据表 1表 3 确定 3个因素的分值，分别取L=6，E=6，C=7，并将3 个分值代入式（1），计算出危险性分值为252，对照危险性分值（表4），该分值对应的危险程度为“高度危险，需要立即整改”，即该 500T 冲床当前的危险性等级为高度危险。根据风险性评价结果，需对 500T 冲床存在的隐患进行整改，降低其安全风险。3冲床的改进3.1方案设计为避免 2 名操作人员直接在冲床内扶持零件而导致的风险，同时降低改进设备的安装过程对生产造成进度滞后的影响，且考虑成本控制，决定保留原有冲床设备，通过设计设备配套的自动化生产方式，使用传送机构和机器人，实现产品的上料、冲压、下料整个过程的自动运行，确保精确的定位和放置零件，避免人员进入冲床内部操作带来的风险，消除操作人员的人身安全隐患，同时降低企业人工成本和安全风险。3.2生产结构及整体布局冲床的批产加工工艺已经成熟，为避免工艺改变带来不必要的时间及生产成本浪费，通过与设备现有的双手按钮及急停回路连接实现对冲床的控制，新增自动化系统与现有冲床不作通讯，通过IO或继电器连接，不改变冲床现有的操作方式。改进后的自动化冲压单元包括现有 500T 冲床、机器人、进料输送台、出料输送滚筒、夹具存放机构、视觉检测系统及检测传感器支架、检测传感器、安全门、触摸屏操作台、机器人 IC5 控制柜、PLC 及工控机柜、后方安全围栏（带安全门）、前方安全围栏（带安全门）等13 部分，作业示意图见图 2。图 2500T 冲床自动化冲压单元作业示意4安全风险的降低设计自动化冲压单元从冲压安全加工角度考虑63并执行，新增自动化系统需要符合安全生产要求，降低设备和操作人员作业时存在的安全风险，除了采取在特定位置布置醒目的安全警示标识的安全可视化手段，还包括提升设备本质安全度等 3 个方面。4.1提升设备本质安全度通过提升设备本质安全度，保护人员安全。当发生紧急事故时，按下红色EMO按钮可使得所有的机械运动立刻停止，机器人自身带有与系统集成的碰撞报警功能，并设计带有急停及触电保护功能。进料输送台及出料输送滚筒在操作侧具备独立的急停按钮，方便突发状况时紧急停止运行，其两侧带有工件在位检测传感器及行程阻挡限位。视觉检测系统用于工件底孔的精准定位，并与机器人进行通讯协助机器人抓取工件。在整个作业过程中，操作人员只需在围栏外操作，安全风险得到显著降低。4.2增加安全防护装置提升设备本质安全度后，还需加装安全防护装置。一是在自动化单元外设置网格式安全围栏，便于操作人员观察工作站内情况，使得设备运行时隔离操作人员与设备，在冲床前后配置安全光栅，当操作人员身体任何部位进入冲床时设备可自动停止运转。二是加装安全门锁与系统急停串联，在异常开门时可即刻停止设备运转，操作人员正常进入设备内检查时，需要按下请求进入按钮，解锁安全门后方可进入。4.3构建控制系统PLC作为系统主控，与机器人控制系统相结合，控制系统与冲压设备相互通讯，可与冲床实现联动，同时作为主控系统保证冲床在与机器人协调工作时相互的安全性。4.4设备改进后的危险性评价结合设备改进后的生产作业实际情况，根据表1表 3 确定 3 个因素的分值，分别取L=1，E=1，C=3，并将 3 个分值代入式（1），计算出危险性分值为 0.6，根据危险性分值（表4），改进后的冲床作业危险程度为“稍有危险，或许可以接受”，即该 500T 冲床当前的危险性等级为稍有危险。5结论按照“机械化换人、自动化减人”的原则，对冲床进行危险性分析与安全改进，实现有效预防生产安全事故发生的目标。通过设备安全设计，落实防人因措施，确保安全可控，提出对原有的传统冲压设备配备上下料机械手而建成自动化冲压单元，该方法可解放劳动力，有效降低安全风险，保证操作人员安全的同时显著降低人工成本。1）通过对现有冲床设备进行危险性分析，得出结论为现有冲床设备危险程度为“高度危险，需要立即整改”。2）将原有的手工作业方式改进为自动化生产作业方式后，按照格莱姆打分法，取 L=0.5，E=6，C=3，将 3 个分值代入式（1），计算出危险性分值为 9，对照危险性分值表，危险程度为“稍有危险，或许可以接受”，改进后的冲床安全风险可控。3）500T 冲床改进为自动化冲压单元后，操作人员由 3 人减少为 1 人，明显降低了人工成本及人员操作安全风险。4）通过完善冲压作业的安全技术措施，有效提升设备本质安全度，保证操作人员良好的心理状态，显著降低作业的安全风险。参考文献1 陆元三.冲压生产安全事故及预防措施 J.中小企业管理与科技，2009（12）：264-265.2 郭胜利.基于安全人机工程学 J23 型冲床的分析与改进J.人类工效学，2019，21（6）：54.3 栗继祖.安全心理学 M.北京：中国劳动社会保障出版社，2015：8.4 鲁建平.冲压生产安全问题的系统思考 J.机械装备研发，2019（9）：102-103.5 彭国庆.基于气动机械手的自动化冲压生产线的设计 J.锻压技术，2012，37（3）：85-88.6 刘铁民.安全评价方法应用指南 M.北京：化学工业出版社，2005：39-42.作者简介吴领，主要从事安全环保工作。胡俊峰，主要从事安全生产工作。（收稿日期：2022-01-10）