吳領(lǐng) 胡俊峰

（中國(guó)航發(fā)貴州黎陽(yáng)航空動(dòng)力有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550014）

0 引言

沖壓生產(chǎn)是一種效率高的加工方式，和其他機(jī)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(jì)，沖壓加工比其他機(jī)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(shí)，需要2名操作人員完全進(jìn)入沖床內(nèi)，采用手工作業(yè)方式在磨具區(qū)域內(nèi)進(jìn)行送料、定位、取件等，由第三人在模具外控制設(shè)備運(yùn)行。由于直觀意識(shí)到作業(yè)時(shí)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，操作人員工作時(shí)長(zhǎng)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(duì)安全的影響非常重要［3-4］。該加工方式自動(dòng)化水平低，沒(méi)有可靠的防護(hù)措施，在生產(chǎn)過(guò)程中極易發(fā)生安全生產(chǎn)事故。生產(chǎn)自動(dòng)化作為一種趨勢(shì)，正逐漸滲透到各個(gè)制造行業(yè)中［5］，按照“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化提升”的原則，生產(chǎn)自動(dòng)化被作為本項(xiàng)目降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)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(wú)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(duì)筒形零件側(cè)壁進(jìn)行沖孔及翻邊工序。500T沖床作業(yè)示意圖見(jiàn)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(shí)容易擺動(dòng)，必須通過(guò)操作人員在機(jī)床內(nèi)部?jī)蓚?cè)扶持零件進(jìn)行定位加工，上工作臺(tái)下落時(shí)，操作人員需要及時(shí)將頭部往下縮或者側(cè)偏，避免上工作臺(tái)下落時(shí)對(duì)操作人員造成人身傷害，整個(gè)操作過(guò)程中，2名操作人員始終處于機(jī)床運(yùn)作區(qū)域。

2 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

針對(duì)該沖床的作業(yè)特點(diǎn)，本次安全評(píng)估選用作業(yè)條件危險(xiǎn)性分析評(píng)估方法，即格萊姆打分法。格萊姆打分法由美國(guó)的K.J格雷厄姆和G.F.金尼在研究人們?cè)诰哂袧撛谖ｋU(xiǎn)環(huán)境中作業(yè)的危險(xiǎn)性而提出的以所評(píng)價(jià)的環(huán)境與某些作為參考環(huán)境的對(duì)比為基礎(chǔ)的作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法，是一種簡(jiǎn)單易行的評(píng)價(jià)作業(yè)條件危險(xiǎn)性的方法［6］。

計(jì)算公式如式（1）：

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

表2 暴露于潛在危險(xiǎn)環(huán)境的分值（E）

結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)實(shí)際情況，根據(jù)表1—表3確定3個(gè)因素的分值，分別取L=6，E=6，C=7，并將3個(gè)分值代入式（1），計(jì)算出危險(xiǎn)性分值為252，對(duì)照危險(xiǎn)性分值（表4），該分值對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)程度為“高度危險(xiǎn)，需要立即整改”，即該500T沖床當(dāng)前的危險(xiǎn)性等級(jí)為高度危險(xiǎn)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，需對(duì)500T沖床存在的隱患進(jìn)行整改，降低其安全風(fēng)險(xiǎn)。

表1 事故或危險(xiǎn)事件發(fā)生可能性分值（L）

表3 發(fā)生事故或危險(xiǎn)事件可能結(jié)果的分值（C）

表4 危險(xiǎn)性分值

3 沖床的改進(jìn)

3.1 方案設(shè)計(jì)

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(xiǎn)，同時(shí)降低改進(jìn)設(shè)備的安裝過(guò)程對(duì)生產(chǎn)造成進(jìn)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(guò)設(shè)計(jì)設(shè)備配套的自動(dòng)化生產(chǎn)方式，使用傳送機(jī)構(gòu)和機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的上料、沖壓、下料整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)運(yùn)行，確保精確的定位和放置零件，避免人員進(jìn)入沖床內(nèi)部操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，消除操作人員的人身安全隱患，同時(shí)降低企業(yè)人工成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

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(lái)不必要的時(shí)間及生產(chǎn)成本浪費(fèi)，通過(guò)與設(shè)備現(xiàn)有的雙手按鈕及急?；芈愤B接實(shí)現(xiàn)對(duì)沖床的控制，新增自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)有沖床不作通訊，通過(guò)IO或繼電器連接，不改變沖床現(xiàn)有的操作方式。改進(jìn)后的自動(dòng)化沖壓?jiǎn)卧ìF(xiàn)有500T沖床、機(jī)器人、進(jìn)料輸送臺(tái)、出料輸送滾筒、夾具存放機(jī)構(gòu)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)傳感器支架、檢測(cè)傳感器、安全門(mén)、觸摸屏操作臺(tái)、機(jī)器人IC5控制柜、PLC及工控機(jī)柜、后方安全圍欄（帶安全門(mén)）、前方安全圍欄（帶安全門(mén)）等13部分，作業(yè)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 500T沖床自動(dòng)化沖壓?jiǎn)卧鳂I(yè)示意

4 安全風(fēng)險(xiǎn)的降低

設(shè)計(jì)自動(dòng)化沖壓?jiǎn)卧獜臎_壓安全加工角度考慮并執(zhí)行，新增自動(dòng)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(shí)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，除了采取在特定位置布置醒目的安全警示標(biāo)識(shí)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(gè)方面。

4.1 提升設(shè)備本質(zhì)安全度

通過(guò)提升設(shè)備本質(zhì)安全度，保護(hù)人員安全。當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，按下紅色EMO按鈕可使得所有的機(jī)械運(yùn)動(dòng)立刻停止，機(jī)器人自身帶有與系統(tǒng)集成的碰撞報(bào)警功能，并設(shè)計(jì)帶有急停及觸電保護(hù)功能。進(jìn)料輸送臺(tái)及出料輸送滾筒在操作側(cè)具備獨(dú)立的急停按鈕，方便突發(fā)狀況時(shí)緊急停止運(yùn)行，其兩側(cè)帶有工件在位檢測(cè)傳感器及行程阻擋限位。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)用于工件底孔的精準(zhǔn)定位，并與機(jī)器人進(jìn)行通訊協(xié)助機(jī)器人抓取工件。在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，操作人員只需在圍欄外操作，安全風(fēng)險(xiǎn)得到顯著降低。

4.2 增加安全防護(hù)裝置

提升設(shè)備本質(zhì)安全度后，還需加裝安全防護(hù)裝置。一是在自動(dòng)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(yùn)行時(shí)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(jìn)入沖床時(shí)設(shè)備可自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。二是加裝安全門(mén)鎖與系統(tǒng)急停串聯(lián)，在異常開(kāi)門(mén)時(shí)可即刻停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，操作人員正常進(jìn)入設(shè)備內(nèi)檢查時(shí)，需要按下請(qǐng)求進(jìn)入按鈕，解鎖安全門(mén)后方可進(jìn)入。

4.3 構(gòu)建控制系統(tǒng)

PLC作為系統(tǒng)主控，與機(jī)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)作為主控系統(tǒng)保證沖床在與機(jī)器人協(xié)調(diào)工作時(shí)相互的安全性。

4.4 設(shè)備改進(jìn)后的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

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

5 結(jié)論

按照“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”的原則，對(duì)沖床進(jìn)行危險(xiǎn)性分析與安全改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)有效預(yù)防生產(chǎn)安全事故發(fā)生的目標(biāo)。通過(guò)設(shè)備安全設(shè)計(jì)，落實(shí)防人因措施，確保安全可控，提出對(duì)原有的傳統(tǒng)沖壓設(shè)備配備上下料機(jī)械手而建成自動(dòng)化沖壓?jiǎn)卧?，該方法可解放勞?dòng)力，有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保證操作人員安全的同時(shí)顯著降低人工成本。

1）通過(guò)對(duì)現(xiàn)有沖床設(shè)備進(jìn)行危險(xiǎn)性分析，得出結(jié)論為現(xiàn)有沖床設(shè)備危險(xiǎn)程度為“高度危險(xiǎn)，需要立即整改”。

2）將原有的手工作業(yè)方式改進(jìn)為自動(dòng)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(gè)分值代入式（1），計(jì)算出危險(xiǎn)性分值為9，對(duì)照危險(xiǎn)性分值表，危險(xiǎn)程度為“稍有危險(xiǎn)，或許可以接受”，改進(jìn)后的沖床安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

3）500T沖床改進(jìn)為自動(dòng)化沖壓?jiǎn)卧螅僮魅藛T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(xiǎn)。

4）通過(guò)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(xiǎn)。