起重機械的安全評價方法初探

陳文雄

（涼山州特種設備監督檢驗所，四川 涼山 615000）

起重設備作為重要的機械設備，隨著使用的數量越來越多，相應的使用范圍也越來越廣，起重機械具有特殊的結構型式并且具有獨特的運動方式，在使用過程中，起重設備存在眾多的危險因素，這也是造成起重設備發生安全事故的原因之一，所以對起重設備進行細致的安全狀態評估來提升其自身的安全性能顯得十分必要。

起重機械的本質安全體現在人、機、環境、管理等各個環節中，增強設備的整體完整性、優化起重機械的資源配置，這樣可以進一步提升設備的整體可靠性，本質安全理念中，事故在一定的范圍內都可被認為是可以預防和避免的，能否達到理想化的安全，需要對其進行相關的安全評價，對可能發生事故的危險源進行分層歸納，通過一定的數學理論研究方法，對可能發生的危險進行定性和定量的分析，以此來找到最小的事故發生率，最小的事故損失以及最大的經濟效益。

1 起重機械安全評價方法

1.1 安全評價方法的設計思路

安全評價方法是由若干部分構成的，從能夠反映其在工作狀態時存在的可相互關聯的各個安全要素和方面入手，根據這些影響因素的特性和分類來設計評價方法，設計時盡量將可能引起事故發生的危險因素全部考慮進去，同時兼顧指標的定量定性分析，可以更好地、全面地對起重機械安全性能進行評價。

研究發現，起重機械從最開始的設計環節到最后的使用和管理環節的各個階段，目前的數據統計和分析方法多存在一些缺陷。優化設計、動力學分析、疲勞以及壽命判斷，設備管理、風險評估等評價方法雖然具有一定的優勢但仍有很大不足。所以應引入機械本質安全的概念和危險源分層的理念，將嚴重影響整個起重機械系統安全的因素進行劃分和歸納，分析產生這些風險的原因，這樣進一步提出相應的解決問題的方向、方法和措施，縮減危險發生的概率，采用安全評價方法來對相關具體解決問題的方案正確性和可行性進行評定，使得起重設備運行過程中的各個環節趨于常規化、標準化，完善起重設備的安全評價方法，以進一步使本質安全得到更大的提高。

1.2 危險源的分析歸納和評價方法的構建

2011年5月30日，某廠鑄造車間10t/3t橋式起重機司機，在開動大車和10t主鉤去吊鋼水包的同時將3t副鉤提升，結果在主鉤鉤掛鋼水包時，副鉤碰撞到電動葫蘆外殼，導致繩斷，鉤頭墜落，將正在掛鉤的司機砸傷。

從此案例中，可分析其原因為以下幾點。

（1）設備本體方面：上升限位開關常閉觸頭未串入電動機的主回路內，而是串入其上升接觸器線圈回路中的控制回路內，因而發生了雖吊鉤已撞碰限位開關線圈回路分斷，但是因接觸器觸頭粘連，電動機持續通電吊鉤繼續提升而導致鉤頭墜落傷人。

（2）突發事件應急處理方面：應急處理和事故處理的措施不完整。包括對應急救護中心的設置、應急處理預案的日常演習等方面，本單位均未做出完整有效的措施。

（3）單位本質安全文化方面：起重設備使用單位對安全工作不夠重視，安全管理體系未落實到位。

（4）人員組織保障方面：操作人員違反起重機操作規程：①不準同時開動三個機構運行。②不準用限位器和各聯鎖開關作為停車手段。設備常規例檢、定期檢查維護保養不善，以致發生接觸器觸頭燒焦而粘連的故障。

從以上案例可以得出危險源的歸納是指將可能引起起重設備發生危險的各個影響因素分解、分析與歸納，確定發生這些危險的原因并找到其根源，這樣可以使起重設備的管理人員和操作人員能夠第一時間掌握產品的相關信息，進而在事故發生前即可及時預防和維護，從而避免事故的發生。在對危險源進行歸納時，主要采用分層歸納的方法，并保證這些因素相互之間不會發生相交，如下圖1所示。

圖1 起重機械安全層次分析圖

基于前文中起重機械安全評價方法的設計思路，根據引起起重機械事故發生的各個因素的內容、原因、以及自身的特性，可將其涉及的危險因素歸納為四個方面：起重機械本體危險源、突發事件處理危險源、單位安全文化危險源和人員組織保障危險源。

起重機械本體危險源：起重機械本體的危險源是直接給起重設備安全運行帶來影響的最根本、最重要的因素，涵蓋于起重設備的設計計算、生產、運輸、吊裝、調試、養護、維修、改造、設備主體與保護機構等若干方面。從起重機械本體危險源方面管控危險源，需要嚴格監督制造企業相關起重設備的制造資質，該資質是否在有效期內；產品是否需要型式試驗，型式試驗合格與否；安裝資質許可等級；維修改造單位是否具有相應的資質。從起重機械結構上入手，穩定性如何；塑性變形、裂紋等缺陷是否在要求范圍之內；梁結構預拱值和下撓值是否滿足國家標準的要求；外購件（動力源、減速裝置、制動裝置等）異常與否；安全保護系統是否齊全、有效；起重設備使用單位的管理部門和崗位的責權劃分是否明確。從根本上減少起重設備發生事故的概率。

突發事件應急處理方面的危險源：突發事件應急處理方面的危險源主要有兩點：應急處理和事故處理，并且包括這兩個方面的緊急措施的完整性（包括處理預案的完整性）。應急處理的預案是否經過科學的論證、專業的審核和時效更新，應急處理時的裝備是否完善、應急救護中心的設置、應急處理預案的日常演習。

單位本質安全文化危險源：主要指起重設備使用單位對安全工作重視與否，安全管理檔案是否完善、更新，安全管理體系是否落實等方面。

人員組織保障危險源：人員組織保障方面的危險源主要是指在起重機械使用過程中相關人員崗位的設置和使用起重機械的人員情況。包括起重機械操作崗位的數量、操作者是否具有相應的作業證書，操作人員的安全培訓，操作起重機械的記錄及日常監督考核、該崗位的職能、體制，起重機械的相應規程、設備常規例檢，定期檢查維護保養等。

本文提出的安全評價方法采用打分制。是從起重機械本體、突發事件處理、單位安全文化、人員組織保障四個方面進行評價。首先對以上安全評價數據進行熵權模糊處理，接著通過一定的數學算法和模擬實驗驗證，最后獲得評價結果，進而確定該起重機械的危險等級。危險性等級分為四個檔次：低、中、高、極高四個等級，危險分檔越高，事故越易發生，發生事故的損失也越大。

1.3 利用模糊綜合評價方法對起重設備進行安全評價

現階段采用的評價起重機械安全的多數方法，雖然具有簡單實用、步驟簡潔等特點，但由于這些評價的方法缺少評價細則的數據支持，一些條目只能用定性的方式而無法用定量的方式量化評定，使得這種方法存在主觀影響因素較大的缺陷。

建立一套可定量對起重機械進行安全評價的方法顯得尤為重要。這里引入模糊數學的方法來對起重機械的安全狀態進行定量評價。

（1）因素集的構建。以影響起重機械安全狀態評價的若干因素作為集合內的元素，這樣構成的集合即是本文所指的安全因素集。

把影響起重設備的若干安全因素分為四個方面，以此建立集合為：U={U1,U2,U3,U4}。

其中：

U1={u11,ul2,ul3,ul4,ul5,ul6}={剩余的起重機械壽命狀態，起重機械實際應力狀態，起重機械剛度狀態，起重機械存在的塑性變形狀態，是否存在裂紋以及裂紋狀態，起重機械表面涂裝及腐蝕狀態}。

U2={u21,u22,u23}={起重機械主要構件，安全防護設備，電氣設備}。

U3={u31,u32,u33,u34}={起重機械的使用狀況，設備的承載能力，動力的傳輸性能，機構構件情況}。

U4={u41,u42,u43,u44}={已工作時間，在編狀態，維護經歷，其它}。

（2）權重集的構建。集合中四組元素間設定權重A=（ai1，ai2，ai3，ai4........ain）， 取U1組 內 權 重Al=(a11，a12，a13，a14)， 取U2組 內 權 重A2=(a21，a22，a23，a24)，取U3組內權重A3=(a31，a32，a33，a34)，取U4組內權重A4=(a41，a42，a43，a44)。依據實際工作中積累的數據，對以上權重進行取值。這主要是根據各因素對系統整體安全的重要程度而取的，當然也具有一定的經驗性和主觀性。

（3）評價集的構建。將起重機械安全狀況預設為優秀、較好、普通、較差、極差共五種。即評價集V={優秀，較好，普通，較差，極差}。

（4）評價矩陣的確定。因素組1的評價矩陣Rl具有的性能狀態，按要求可劃分為若干檔次：優秀、較好、可用、待修以及報廢，數學評價分值檔可分為0、1、2、3、4，以此對應起重設備的評價集V={優秀，較好，普通，較差，極差}。例如因素組1中第1個因素是剩余的起重機械壽命狀態，通過技術手段得知該起重設備剩余的工作年限為5年，則該起重機安全狀態為良好,對應的評價集V第一行的Rll=(r1,r2,r3,r4,r5)，同理可以求得Rl2,R13,R14,R15,R16,從而得到R=[R11,R12,R13,R14,R15,R16]T，它是一個6×5矩陣。

因素組2的評價矩陣R2=[R21,R22,R23]T，獲取R2的辦法同因素組1的評價矩陣相近，按照日常安全管理檢驗清單逐項對設備的主要構件、防護構件以及控制部件進行安全核查，將檢測后的結果與集合V={優秀，較好，普通，較差，極差}內的元素對應。以此獲得R2，R2是3×5矩陣。

同樣的方法，因素組3的評價矩陣R3=[R31,R32,R33,R34]T（4×5矩陣），因素組4的評價矩陣R4=[R41,R42,R43,R44]T（4×5矩陣）。

1.4 模糊矩陣復合評價

利用模糊矩陣復合運算法來進行模糊綜合評價。

B1=A1·R1=(b11,b12,b13,bl4,b15)，其中：

r1j是R1評價矩陣中的元素，即R=[r1j]6×5。

同理根據B1=A1·R1，可以求出B2,B3,B4,得到總評價矩陣R=[B1,B2,B3,B4]T，它是一個4×5矩陣。從而得到綜合評價B=A·R=(b1,b2,b3,b4,b5)。

最后將B進行歸一化：

這就是最終的綜合評價。例如得到B=(0.5,0.25,0.1,0.05,0.1)，這說明，對于該設備的最終評價，認為處于優秀狀態的有50%；認為處于較好狀態的有25%；認為處于普通狀態的有10%；認為處于較差狀態的有5%；認為處于極差狀態的有10%。

2 結語

本文所述的起重設備安全評估方法是以模糊數學的方式對起重設備的安全性能進行評價與預估，將起重設備的危險源進行歸納和劃分，使起重設備在制造、組裝、應用及管理等單位之中形成一個有機整體，實現對起重設備有效的安全狀態管理，將起重設備的傳統管理評價方法提升為現代管理評價方法，可實現起重設備維護時的主動性和預知性，使起重設備在其合理的安全使用時間內的各項指標、性能達到最大化，進而使經濟效益達到最大化。

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