第一篇：《機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語和方法》GB

機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語和方法

GB/T15706.1-2007

機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語和方法

Safety of machinery-Basic concepts，general principles for design-Part1:Basic terminology，methodology

目次

前言

引言

范圍 規范性引用文件

術語和定義 設計機械時需要考慮的危險

減小風險的策略

附錄A(資料性附錄)機器的圖解表示

用于GB/T 15706的專用術語和表述的英中文對照索引

參考文獻

前言

GB/T 15706《機械安全 基本概念與設計通則》由兩部分組成：

——第1部分：基本術語和方法；

——第2部分：技術原則。

本部分為GB/T 15706的第l部分。

本部分等同采用國際標準ISO12100-1：2003《機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語和方法》(英文版)，并按照我國標準的編寫規則GB/T 1.1-2000做了編輯性修改。

本部分與ISO12100-1：2003的不同為：將標準正文后面的英法德三種文字對照的索引改為英中兩種文字對照的索引。

本部分代替GB/T 15706.1-1995《機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語、方法學》。

本部分由全國機械安全標準化技術委員會(SAC/TC 208)提出并歸口。

本部分負責起草單位：機械科學研究總院中機生產力促進中心。

本部分參加起草單位：長春試驗機研究所、南京食品包裝機械研究所、吉林安全科學技術研究院、中國食品和包裝機械總公司、中聯認證中心、廣東金方圓安全技術檢測有限公司。

本部分主要起草人：聶北剛、李勤、王學智、居榮華、肖建民、寧燕、王國扣、隰永才、張曉飛、富銳、程紅兵、孟憲衛、趙茂程。

本部分所代替標準的歷次版本發布情況為：

——GB/T 15706.1-1995。

引言

GB/T 15706的首要目的是為設計者提供總體框架和指南，使其能夠設計出在預定使用范圍內具備安全性的機器。同時亦為標準制定者提供標準制定的策略。

機械安全的概念是指在風險已經被充分減小的機器的壽命周期內，機器執行其預定功能的能力。

本部分是機械安全系列標準的基礎標準。該系列標準的結構為：

——A類標準(基礎安全標準)，給出適用于所有機械的基本概念、設計原則和一般特征。

——B類標準(通用安全標準)，涉及機械的一種安全特征或使用范圍較寬的一類安全防護裝置：

a)B1類，特定的安全特征(如安全距離、表面溫度、噪聲)標準；

b)B2類，安全裝置(如雙手操縱裝置、聯鎖裝置、壓敏裝置、防護裝置)標準。

——C類標準(機器安全標準)，對一種特定的機器或一組機器規定出詳細的安全要求的標準。

本部分屬于A類標準。

若C類標準的內容偏離本標準第2部分或B類標準的規定，則以C類標準為準。

建議將本部分納入培訓課程和手冊，以便設計者掌握基本術語和通用設計方法。

本部分起草時已參照了ISO/IEC指南51《安全特征 關于標準中該類條款的指南》的內容。

機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語和方法

范圍

本部分規定了用于實現機械安全的基本術語和方法。

本部分陳述的條款供設計者使用。

本部分不涉及家畜、財產或環境的損害或損壞。

規范性引用文件

下列文件中的條款通過GB/T 15706的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據本部分達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。

GB/T 15706.2-2007 機械安全 基本概念與設計通則 第2部分：技術原則(ISO12100-2：2003，IDT)術語和定義

下列術語和定義適用于本部分。

3.1

機械 machinery

機器 machine

由若干個零部件組合而成，其中至少有一個零件是可運動的，并且有適當的機器致動機構、控制和動力系統等。它們的組合具有一定應用目的，如物料的加工、處理、搬運或包裝等。

術語“機械”和“機器”也包括為了同一個應用目的，將其安排、控制得像一臺完整機器那樣發揮它們功能的若干臺機器的組合。

注：附錄A給出了機器的一般圖示。

3.2

可靠性(機器的)reliability(of a machine)

機器、機器的零部件或裝置在規定的條件下和規定的期限內執行規定功能且不出現故障的能力。

3.3

可維護性(機器的)maintainability(of a machine)

根據實際情況，采用特定的方法對機器執行所需的各種維護活動，使其實現或恢復預定使用條件下功能狀態的能力。

3.4

易用性(機器的)usability(of a machine)

機器所具有的，由于其特點或特征，使得機器的功能很容易理解，容易使用的能力。

3.5

傷害 harm

對健康產生的生理上的損傷或危害。

3.6

危險 hazard

潛在的傷害源。

注1：“危險”一詞可由其起源(例如：機械危險和電氣危險)。或其潛在傷害的性質(例如：電擊危險、切割危險、中毒危險和火災危險)進行限定。

注2：本定義中的危險包括：

——在機器的預定使用期間，始終存在的危險(例如：危險運動部件的運動、焊接過程中產生的電弧、不健康的姿勢、噪聲排放、高溫)；

——意外出現的危險(例如：爆炸、意外啟動引起的擠壓危險、泄漏引起的噴射、加速/減速引起的墜落)。

3.7

相關危險 relevant hazard

已識別出的機器本身存在的或由機器引起的危險。

注：相關危險是GB/T 16856所述的過程中某一步驟的結果。

3.8

重大危險 significant hazard

屬于相關危險，需要設計者根據風險評價采用特殊方法去消除或減小的風險。

3.9

危險狀態 hazardous situation

指人員暴露于具有至少一種危險的環境。這類暴露可能會立即或在一定時間之后對人員產生傷害。

3.10

危險區 hazard zone/danger zone

使人員暴露于危險的機械內部和(或)其周圍的任何空間。

3.11

風險 risk

傷害發生概率和傷害發生的嚴重程度的綜合。

3.12

遺留風險 residual risk

采取保護措施之后仍然存在的風險(見圖1)。

注：本部分中，遺留風險是：

——在設計者采取保護措施之后的遺留風險；

——采用了所有的保護措施之后的遺留風險。

3.13

風險評價 risk assessment

包括風險分析和風險評定在內的全過程。

3.14

風險分析 risk analysis

機器限制的確定、危險的識別和風險的評估的組合。

3.15

風險評估 risk estimation

確定傷害可能達到的嚴重程度和傷害發生的概率。

3.16

風險評定 risk evaluation

以風險分析為基礎，判斷是否已達到減小風險的目標。

3.17

充分減小風險 adequate risk reduction

至少在現有的技術水平下，根據合理的要求進行的風險減小。

注：確定風險是否充分減小的判據在5.5中給出。

3.18

保護措施 protective measure

用于達到風險減小的措施。這些措施是由下列人員實施的：

——設計者(本質安全設計、安全防護和附加防護措施、使用信息)；

——使用者(組織方面：安全工作程序、監督、工作許可制度；附加安全防護裝置的提供和使用；個人防護裝置的使用；培訓)。

見圖1。

3.19

本質安全設計措施 inherently safe design measure

通過改變機器設計或機器工作特性，而非使用防護裝置或保護裝置，來消除危險或減小與危險相關的風險的保護措施。

注：標準GB/T 15706.2-2007的第4章，探討了通過本質安全設計方法減小機器風險。

3.20

安全防護 safeguarding

使用安全防護裝置保護人員的措施。這些保護措施使人員遠離那些不能合理消除的危險或者通過本質安全設計方法無法充分減小的風險。

注：標準GB/T 15706.2-2007的第5章對安全保護措施進行了詳細描述。

3.21

使用信息 information for use

由信息載體(如文本、文字、標記、信號、符號、圖表)組成的保護措施。這些載體可以單獨或組合使用，向使用者傳遞信息。

注：GB/T 15706.2-2007中第6章對使用信息進行了詳述。

3.22

機器的預定使用 intended use of a machine

按照使用說明書提供的信息使用機器。

3.23

可預見的誤用 reasonably foreseeable misuse

不是按設計者預定的方法而是按照容易預見的人的習慣來使用機器。

3.24

安全防護裝置safeguard

防護裝置或保護裝置。

3.25

防護裝置 guard

機器的組成部分，用于提供保護的物理屏障。

注1：防護裝置可以：

——單獨使用，對于活動式防護裝置，只有當其“閉合”時才有效，對于固定式防護裝置，只有當其處于“鎖定位置”才有效；

——與帶或不帶防護鎖的聯鎖裝置結合使用，在這種情況下，無論防護裝置處于什么位置都能起到防護作用。

注2：根據設計，防護裝置可以稱作外殼、護罩、蓋、屏、門和封閉式裝置。

注3：防護裝置的類型及其要求。見GB/T 15706.2-2007中5.3.2和GB/T 8196。

3.25.1

固定式防護裝置 fixed guard

以一定方式(如采用螺釘、螺帽、焊接)固定的，只能使用工具或破壞其固定方式才能打開或拆除的防護裝置。

3.25.2

活動式防護裝置 movable guard

不使用工具就能打開的防護裝置。

3.25.3

可調式防護裝置 adjustable guard

整體或者部分可調的固定式或活動式防護裝置。在特定的操作期間，調整件保持固定。

3.25.4

聯鎖防護裝置 interlocking guard

與聯鎖裝置聯用的防護裝置，同機器控制系統一起實現以下功能：

——在防護裝置關閉前，其“抑制”的危險的機器功能不能執行；

——在危險機器功能運行時，若打開防護裝置，則發出停機指令；

——在防護裝置關閉后，防護裝置“抑制”的危險的機器功能可以運行，防護裝置本身的關閉不會啟動危險機器功能。

注：GB/T 18831給出了詳細規定。

3.25.5

帶防護鎖的聯鎖防護裝置 interlocking guard with guard locking

與聯鎖裝置、防護鎖定裝置聯用的防護裝置，同機器控制系統一起實現以下功能：

——在防護裝置關閉和鎖定前，其“抑制”的危險機器功能不能夠執行；

——在防護裝置“抑制”的危險機器功能所產生的風險消失之前，防護裝置保持關閉和鎖定狀態；

——在防護裝置關閉和鎖定后，被防護裝置“抑制”的危險機器功能可以運行，防護裝置本身的關閉和鎖定不會啟動危險機器功能。

注：GB/T 18831給出了詳細的規定。

3.25.6

具有啟動功能的聯鎖防護裝置 interlocking guard with a start function

可控防護裝置 control guard

特殊聯鎖防護裝置，一旦其到達關閉位置，便發出觸發機器危險功能的命令，無須使用離合啟動控制。

注：GB/T 15706.2-2007中5.3.2.5給出了關于使用條件的詳細規定。

3.26

保護裝置 protective device

防護裝置以外的安全裝置。

注：3.26.1～3.26.9給出了保護裝置的實例。

3.26.1

聯鎖裝置 interlocking device

聯鎖 interlock

用于防止危險機器功能在特定條件下(通常是指只要防護裝置未關閉)運行的機械、電氣或者其他類型的裝置。

3.26.2

使動裝置 enabling device

與啟動控制一起使用并且只有連續操動時才能使機器運行的附加手動操作裝置。

注：GB 5226.1—2002中9.2.5.8給出了使動裝置的規定。

3.26.3

止-動控制裝置hold-to-run control device

只有當手動控制裝置(致動機構)動作時才能觸發并保持具有危險性的機器功能運行的控制裝置。

3.26.4

雙手操縱裝置 two-hand control device

至少需要雙手同時操作才能啟動和保持危險機器功能的控制裝置，并以此為該裝置的操作人員提供一種保護措施。

注：GB/T 19671給出了詳細的規定。

3.26.5

敏感保護設備 sensitive protective equipment(SPE)

用于探測人體或人體局部，并向控制系統發出正確信號以降低被探測人員風險的設備。當人體或人體局部超出預定范圍，如進入危險區(觸發)，或在預定區域內檢測到有人存在(現場感應)，或在以上兩種情況均發生時，敏感保護設備將發出信號。

3.26.6

有源光-電保護裝置(AOPD)active opto-electronic protective device(AOPD)

通過光-電發射和接收元件完成感應功能的裝置，可探測特定區域內由于不透光物體出現引起的該裝置內光線的中斷。

注：GB/T 19436．2給出了詳細的規定。

3.26.7

機械抑制裝置 mechanical restraint device

在機構中引入了能靠其自身強度防止危險運動的機械障礙(如楔、軸、撐桿、止轉棒)的裝置。

3.26.8

限制裝置 limiting device

防止機器或危險機器狀態超過設計限度(如空間限度、壓力限度、載荷力矩限度等)的裝置。

3.26.9

有限運動控制裝置 limited movement control device

與機器控制系統一起作用的，使得單次致動只允許機器元件做有限運動的控制裝置。

3.27

阻擋裝置 impeding device

物理障礙物，如低位柵欄、欄桿。其設置不能阻礙人員進入危險區，但能通過在自由進入處設置障礙物減小進入危險區的概率。

3.28

安全功能 safety function

其失效后會立即造成風險增加的機器功能。

3.29

意外啟動 unexpected start-up／unintended start-up

由如下原因引起的任何由于其不可預測性而產生危險的啟動：

——由于控制系統的內部失效或外部因素對控制系統的影響導致的啟動指令；

——由于對機器的啟動控制器或其他零部件(如傳感器或動力控制元件)的不適宜的動作所產生的啟動指令；

——動力源中斷后又恢復產生的啟動；

——機器的零部件受到內部或外部的影響(重力、風力、內燃機的自動點火等)產生的啟動。

注：在正常操作期間，自動機器的啟動不是意外啟動，但就操作者而言可視為不期望的啟動。在這種情況下，為了防止意外事故的發生應使用安全防護措施(見GB/T 15706.2-2007第5章)。

[選自GB/T 19670-2005《機械安全 防止意外啟動》中3.2]

3.30

危險失效 failure to danger

由機械或其動力供應中產生的并且會增加風險的所有故障。

3.31

故障 fault

產品不能完成要求的功能的狀態。預防性維護或其他計劃的行動或因缺乏外部資源的情況除外。

注1：故障通常是產品自身失效引起的，但即使失效未發生．故障也可能存在。

[IEV 191-05-01]

注2：在機械領域，英語術語“fault(故障)”通常是按照IEV 191-05-01給出的定義等同使用。

注3：實際中，術語“故障(fault)”和“失效(failure)”通常作為同義詞使用。

3.32

失效 failure

產品完成要求的功能的能力的中斷。

注1：失效后。產品處于故障狀態。

注2：“failure(失效)”與“fault(故障)”的區別在于，失效是一次事件，故障是一種狀態。

注3：這里定義的“失效”，不適用于僅由軟件構成的產品。

[IEV 191-04-01]

3.33

共因失效 common cause failure

由單一事件引發的不同產品的失效，這些失效不互為因果。

注：共因失效不應與共模失效相混淆。

[IEV 191-04-23]

3.34

共模失效 common mode failure

以相同故障模式為特征的產品失效。

注：由于共模失效可能由不同原因引起，因此不應將共模失效與共因失效混淆。

[IEV191-04-24]

3.35

緊急狀態 emergency situation

必須立即終止或阻止的危險狀態。

注：緊急狀態可發生在：

——機器正常運行期間(例如由于人員的交互作用或受外界影響)；

——由于機器任何部件發生故障或失效。

3.36

緊急操作 emergency operation

用于終止或阻止緊急狀態的所有操作和功能。

3.37

急停 emergency stop

該功能：

——阻止正在發生的或降低所存在的對人員的危險、對機械或正在進行中的工作的損害；

——由單人動作觸發。

注：GB 16754給出了詳細規定。

3.38

排放值 emission value

將機器產生的排放物(例如噪聲、振動、危險物質、輻射)進行量化后的數字值。

注1：排放值屬于機器性能信息的一部分，是進行風險評價的基礎數據。

注2：術語“排放值(emission value)”不應與“暴露值(exposure value)”相混淆。暴露值是指在機器使用中，對人員在排放物中暴露程度的量化。暴露值能用排放值進行估算。

注3：建議利用標準方法(如比較相同的機器)測定排放物量值和其伴隨的不確定性。

3.39

可比較的排放數據 comparative emission data

從同類機器上收集到的用作比較的一組排放值數據。

注：關于噪聲的比較，見ISO 11689。

設計機械時需要考慮的危險

4.1 概述

本章提供對基本危險的描述，以幫助設計者去識別所考慮的機器可能產生的相關危險和重大危險，以及與機器的預定使用環境有關的危險(見5.3)。

注：關于與機械相關的可能存在的危險及危險狀態的更詳細列表，見GB/T 16856-1997的附錄A。

4.2 機械危險

4.2.1 與機器、機器零部件或其表面、工具、工件、載荷、飛射的固體或流體物料有關的機械危險可能會導致：

——擠壓；

——剪切；

——切割或切斷；

——纏繞；

——吸入或卷入；

——沖擊；

——刺傷或刺穿；

——摩擦或磨損；

——高壓流體噴射(噴出危險)。

4.2.2 由機器、機器零部件(包括加工材料夾緊機構)、工件或載荷產生的機械危險是有條件的。主要由以下因素產生：

——形狀：切削元件、銳邊、角形部件，即使其是靜止的；

——相對位置：機器零件運動時可能產生擠壓、剪切、纏繞區域的相對位置；

——抗翻轉性(考慮動能)；

——質量和穩定性：在重力的影響下可能運動的零部件的勢能；

——質量和速度：可控或不可控運動中的零部件的動能；

——加速度/減速度；

——機械強度不夠：可能產生危險的斷裂或破裂；

——彈性元件(彈簧)的位能或在壓力或真空下的液體或氣體的勢能；

——工作環境。

4.3 電氣危險

這類危險是由造成傷害或死亡的電擊或灼傷引起的，產生原因包括：

——人體與以下要素的接觸：

a)帶電部件，例如在正常操作狀態下用于傳導的導線或導電零件(直接接觸)；

b)在故障條件下變為帶電的零件，尤其是絕緣失效而導致的帶電部件(間接接觸)；

——人體接近帶電部件，尤其在高壓范圍內；

——絕緣不適用于可合理預見的使用條件；

——靜電現象，例如人體與帶電荷的零件接觸；

——熱輻射；

——由于短路或過載而產生的諸如熔化顆粒噴射或化學作用等引起的現象。

電擊的驚嚇可以造成人員的跌倒(或由人員造成的物品掉落)。

4.4 熱危險

熱危險可以導致：

——由于與超高溫的物體或材料、火焰或爆炸物及熱源輻射接觸造成的燒傷或燙傷；

——炎熱或寒冷的工作環境對健康的損害。

4.5 噪聲危險

噪聲可以導致：

——永久性聽力喪失；

——耳鳴；

——疲勞、壓力；

——其他影響，如失去平衡、失去知覺；

——干擾語言通訊或對聽覺信號的接受。

4.6 振動危險

振動可能傳至全身(使用移動設備)，尤其是手和臂(使用手持式和手導式機器)。

最劇烈的振動(或長時間不太劇烈的振動)可能產生嚴重的人體機能紊亂(腰背疾病和脊柱損傷)。全身振動和血脈失調會引起嚴重不適，如因手臂振動引起的白指病、神經和骨關節失調。

4.7 輻射危險

此類危險具有即刻影響(如灼傷)或者長期影響(如基因突變)，由各種輻射源產生，可由非離子輻射或離子輻射產生：

——電磁場(例如低頻、無線電頻率、微波范圍等)；

——紅外線、可見光和紫外線；

——激光；

——X射線和γ射線；

——α、β射線，電子束或離子束，中子。

4.8 材料和物質產生的危險

由機械所加工、使用、產生或排出的各種材料和物質及用于構成機械的各種材料可能產生不同危險：

——由攝入、皮膚接觸、經眼睛和黏膜吸入的，有害、有毒、有腐蝕性、致畸、致癌、誘變、刺激或過敏的液體、氣體、霧氣、煙霧、纖維、粉塵或懸浮物所導致的危險；

——火災與爆炸危險；

——生物(如霉菌)和微生物(病毒或細菌)危險。

4.9 機械設計時忽略人類工效學原則產生的危險

機械與人的特征和能力不協調，表現為：

——生理影響(如肌肉-骨骼的紊亂)，由于不健康的姿勢、過度或重復用力等所致；

——心理-生理影響，由于在機器的預定使用限制內對其進行操作、監視或維護而造成的心理負擔過重或準備不足、壓力等所致；

——人的各種差錯。

4.10 滑倒、絆倒和跌落危險

忽視地板的表面情況和進入方法可以導致因滑倒、絆倒或跌落而造成的人身傷害。

4.11 綜合危險

看似微不足道的危險，其組合相當于重大危險。

4.12 與機器使用環境有關的危險

若所設計的機器用于會導致各種危險的環境(如溫度、風、雪、閃電)，則應考慮這些危險。減小風險的策略

5.1 總則

5.1.1 不采取保護措施，機器上出現的危險遲早會導致傷害。

5.1.2 保護措施是設計者和使用者所采取措施的組合(見圖1)。在設計階段采取的措施優于在使用階段由使用者采取的補救措施，而且通常更有效。

5.1.3 考慮類似機器使用者的經驗，及潛在用戶的需求信息，設計者應遵循下列工作順序(見圖2)：

——規定機器的各種限制和預定使用(見5.2)；

——鑒別危險和伴隨的危險狀態(見第4章和5.3)；

——對每一種識別出的危險和危險狀態進行風險評估(見5.3)；

——評定風險并決定減小風險的要求(見5.3)；

——用采取的保防措施來消除危險或減小危險伴隨的風險(見5.4和5.5)。

上述的前四條內容與風險評價相關聯，詳細信息可見GB／T 16856。

5.1.4 為了最大程度地減小風險，應考慮下述四種因素。圖2中給出了減小風險策略的流程，其過程是迭代的，并可能需要連續數次應用才能達到風險的減小。減小風險過程應充分利用現有技術。

實施該過程時，有必要按下列優先次序進行考慮：

——在壽命周期所有階段內的機器的安全；

——機器完成其功能的能力；

——機器的易用能力；

——機器制造、使用和拆卸的成本。

注1：對這些原則理想化的應用需要機器的使用知識、事故史和健康記錄、有效的風險減小技術以及對在機器使用上有關法律體制的了解。

注2：當在技術發展后出現了具有低風險的等效機器設計后，在特定時間內可接受的機器設計就無需再評價了。

5.1.5 針對機器的連續安全運行，保護措施的易于使用和不妨礙其預定使用是很重要的。否則會出現為獲取機器的最高效用而摒棄使用保護措施。

5.1.6 如有用于測量排放的標準(或其他合適的)方法，宜將其與現存機械或樣機一起使用，以測定排放值和可比較的排放數據。使得設計者能做到：

——估計與排放有關的風險；

——評定設計階段采取的保護措施的有效性；

——在技術文件中向潛在客戶提供排放的定量信息；

——在使用信息中向用戶提供排放的定量信息。

除可用測量參數描述的排放外的其他危險可以用類似方法予以處理。

5.2 機器的限制規范

機器的設計從其各種限制的規范開始(也可見GB/T 16856-1997第5章)：

——使用限制：

a)機器的預定使用，包括不同的機器運行模式、使用階段和操作者的不同干預過程；

b)機器可預見的誤用。

——空間限制(例如機器的運動范圍、機器安裝和維護所需的空間、“操作者-機器”的接口、“機器-動力源”的接口)。

——時間限制：針對預定用途的，機器和(或)其部件(例如工具、磨損件、電氣零件等)的可預見的“壽命極限”。

5.3 危險的識別、風險的評估和風險的評定

識別了機器產生的各種危險后(持久危險和意外出現的危險，見3.6和第4章)，設計者應盡可能地根據定量的因素對每一種危險進行風險評定，并最終依據風險評定的結果決定是否需要減小風險。為此設計者應考慮不同的運行模式和干預過程，尤其是：

a)在機器的整個壽命周期中人與機器的相互作用，描述如下：

1)構造。

2)運輸、組裝和安裝。

3)試運轉。

4)使用：

——設定、示教/編程或過程轉換；

——操作；

——清洗；

——故障排查；

——維護。

5)停用、拆除及從安全角度進行的處置。

b)機器的可能狀態：

1)機器執行預定功能(機器正常運轉)。

2)由于各種原因，機器不能執行預定功能(即失效)，這些原因包括：

——被加工材料或工件的性能或尺寸的變化；

——機器的一個(或多個)零部件或輔助裝置的失效；

——外部干擾(如沖擊、振動、電磁干擾)；

——設計錯誤或缺陷(如軟件錯誤)；

——動力源干擾；

——環境條件(如損壞的工作地面)。

c)操作者下意識的行為或機器可預見的誤用，例如：

——操作者對機器失去控制(特別是手持式或移動式機器)的行為；

——人對使用中機器發生的失效、事故或故障的條件反射行為；

——精神不集中或粗心大意導致的行為；

——工作中“走捷徑”導致的行為；

——為保持機器在所有情況下運轉所承受的壓力導致的行為；

——特定人員的行為(如兒童、傷殘人等)。

在5.4中規定的和圖2所示的減小風險的三步法中，完成其每步后均須進行風險評估和風險評定。

進行風險評價時，應考慮在已識別的危險中，其傷害可能是最嚴重的風險。對可預見的嚴重程度最高的風險，即使其發生的頻率很低，也應加以考慮。

5.4 借助保護措施消除危險或減小風險

通過消除危險，或單獨或同時減小下述兩個決定風險的因素，可以達到借助保護措施消除危險或減小風險的目標：

a)所考慮危險產生傷害的嚴重程度；

b)傷害發生的概率。

所有預定用于達到此目標的保護措施應根據下列順序進行，即“三步法”(也可見圖1和圖2)。

——本質安全設計措施（見GB/T15706.2-2007第4章）。

注：這是不采用諸如安全防護或補充保護措施，而消除危險的唯一階段。

——安全防護和可能的補充保護措施（見GB/T15706.2—2007第5章）。

——關于遺留風險的使用信息（見GB/T15706.2—2007第6章）。

使用信息不應取代本質安全設計措施，或安全防護或補充保護措施的正確使用。

與機器的各種運行模式和干預過程（見5.3）相適宜的保護措施，能防止操作者在遇到技術難題時，使用危險的干預技術。

5.5 風險減小目標的實現

依照5.4和圖2，實現充分減小風險和得到一個滿意的風險降低的比較結果（若有）后便可終止風險減小的迭代過程（GB/T16856—1997中的8.3）。

能夠對下列每個問題給出肯定的回答時，可認為實現了充分的風險減小：

——是否考慮了所有的運行狀況和干預程序；

——是否應用了5.4規定的方法；

——危險是否已消除，或由危險產生的風險是否降低到可行的最低水平；

——是否確定所采取的措施不會產生新的危險；

——是否向用戶充分告知和警告了遺留風險；

——是否確定所采取的保護措施不會危及操作者的工作狀態；

——所采取的保護措施是否彼此協調；

——是否已充分考慮到為專業/工業用設計的機器用于非專業/非工業范圍時產生的后果；

——是否確定所采取的措施不會過分地降低機器的功能。

附錄A

（資料性附錄）

機器的圖解表示

圖A.1給出了機器的圖解表示。

用于GB/T15706的專用術語和表述的英中文對照索引

參考文獻

[1] ISO/IEC指南51：1999 安全特征 關于標準中該類條款的導則

[2] ISO l 1689 聲學 機械設備的噪聲發射數據比較程序

[3] GB 16754 機械安全 急停 設計原則(GB 16754-1997，eqv ISO/IEC 13850：1995)

[4] GB/T 19671-2005 機械安全 雙手操縱裝置 功能狀況及設計原則(ISO 1385l：2002，MOD)

[5] GB/T 19670-2005 機械安全 防止意外啟動(ISO 14118：2000，MOD)

[6] GB/T 18831 機械安全 帶防護裝置的聯鎖裝置 設計和選擇原則(GB/T 18831--2002，ISO 14119：1998，MOD)

[7] GB/T 8196-2003 機械安全 防護裝置 固定式和活動式防護裝置設計與制造一般要求(ISO 14120：2002，MOD)

[8] GB/T 16856-1997 機械安全 風險評價的原則(eqv prEN 1050：1994)

[9] GB 5226.1-2002 機械安全 機械電氣設備 第1部分：通用技術條件(IEC 60204-1：

2000，IDT)

[10] GB/T 19436.2 機械電氣安全 電敏防護裝置 第2部分：使用有源光電防護器件(AOP-Ds)設備的特殊要求(GB/T 19436.2-2004，IEC 61496-2：1997，IDT)

[11] IEC 60050-191(IEV 191)國際電工詞匯第191章：可信性與服務質量

【發布日期】20070302

【實施日期】20070901

第二篇：《機械安全 基本概念與設計通則 第2部分：技術原則》GB

機械安全 基本概念與設計通則 第2部分：技術原則

GB/T15706.2-2007/ISO12100-2：2003代替GB/T15706.2-1995

機械安全 基本概念與設計通則 第2部分：技術原則

Safety of machinery-Basic concepts, general principles for design-Part2：Technical principles

目次

前言

引言

范圍 規范性引用文件

術語和定義

本質安全設計措施

安全裝置與補充保護措施

使用信息

參考文獻

前言

GB/T 157066機械安全基本概念與設計通則》由兩部分組成：

——第1部分：基本術語和方法；

——第2部分：技術原則。

本部分為GB/T 15706的第2部分。

本部分等同采用國際標準ISO 12100-2：2003《機械安全基本概念與設計通則第2部分：技術原則》(英文版)，并按照我國標準的編寫規則GB/T 1.1-2000做了編輯性修改。

本部分代替GB/T 15706.2-1995《機械安全 基本概念與設計通則 第2部分：技術原則與規范》。

本部分由全國機械安全標準化技術委員會(SAC/TC 208)提出并歸口。

本部分負責起草單位：機械科學研究總院中機生產力促進中心。

本部分參加起草單位：南京食品包裝機械研究所、長春試驗機研究所、吉林安全科學技術研究院、中國食品和包裝機械總公司、中聯認證中心、廣東金方圓安全技術檢測有限公司。

本部分主要起草人：聶北剛、李勤、居榮華、王學智、寧燕、肖建民、王國扣、隰永才、張曉飛、富銳、程紅兵、孟憲衛、張一寧。

本部分所代替標準的歷次版本發布情況為：

——GB/T 15706.2-1995。

引言

GB/T 15706的首要目的是為設計者提供總體框架和指南，使其能夠設計出在預定使用范圍內具備安全性的機器。同時亦為標準制定者提供標準制定的策略。

機械安全的概念是指在風險已經被充分減小的機器的壽命周期內，機器執行其預定功能的能力。

本部分是機械安全系列標準的基礎標準。該系列標準的結構為：

——A類標準(基礎安全標準)，給出適用于所有機械的基本概念、設計原則和一般特征。

——B類標準(通用安全標準)，涉及機械的一種安全特征或使用范圍較寬的一類安全防護裝置：

a)B1類，特定的安全特征(如安全距離、表面溫度、噪聲)標準；

b)B2類，安全裝置(如雙手操縱裝置、聯鎖裝置、壓敏裝置、防護裝置)標準。

——C類標準(機器安全標準)，對一種特定的機器或一組機器規定出詳細的安全要求的標準。

本部分屬于A類標準。

若C類標準的內容偏離本標準第2部分或B類標準的規定，則以C類標準為準。建議將本部分納入培訓課程和手冊，以便設計者掌握基本術語和通用設計方法。

本部分起草時已參照了ISO/IEC指南51《安全特征關于標準中該類條款的指南》的內容。

機械安全基本概念與設計通則 第2部分：技術原則

范圍

本部分規定了幫助設計者在機械設計中實現安全的技術原則。

在解決具體問題時，GB/T 15706.2應與GB/T 15706.1共同使用。GB/T 15706的兩個部分可以獨立于其他文件單獨使用，或作為制定其他A類標準、B類或C類標準的基礎。

本部分不涉及對家畜、財產或環境造成的損害。

規范性引用文件

下列文件中的條款通過GB/T 15706的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據本部分達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。

GB 5226.1-2002 機械安全 機械電氣設備 第1部分：通用技術條件(IEC 60204-1：2000，IDT)

GB/T 15706.1-2007 機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語和方法

(ISO 12100-1：2003，IDT)術語和定義

GB/T 15706.1-2007中確立的術語和定義適用于本部分。

本質安全設計措施

4.1 概述

本質安全設計措施是風險減小流程中的第一步也是最重要的步驟。這是因為盡管所采取的保護措施作為機器固有部分可能是有效的，然而經驗表明即使設計得再好的安全防護也可能失去作用或被違反，甚至使用信息不被遵循。

本質安全設計措施是通過適當選擇機器的設計特性和(或)暴露人員與機器的交互作用，消除危險或減小風險而達到的。

注：當僅通過本質安全設計措施不足以達到減小風險時，第5章給出了為達到減小風險的目的要采用的安全防護和附加措施(見GB/T 15706.1-2007第5章中的設計三步法)。

4.2 幾何因素和物理特性的考慮

4.2.1 幾何因素

幾何因素可以是，如：

——所設計的機械的形狀，使得從操縱位置上對工作區和危險區的直接觀察范圍最大，如減少盲點、考慮人類視覺的特點，在必要處選擇和安置間接觀察裝置(例如鏡子)。尤其是當安全操作需要操作者長期進行直接控制時，例如：

a)移動式機器的行走和工作區域；

b)提升載荷或人員的提升機械的運行區；

c)物料處理時，手持式或手導式機器的工具的接觸區域。

機器的設計應使在主控制位置上的操作者能確保危險區中沒有暴露人員：

——機械零部件的形狀和相對位置。例如：通過加大運動部件之間的最小間距來避免擠壓和剪切危險，使得人體的相應部分可以安全地進入，或通過減小間距使人體的任何部分不能進入其中(見GB 12265.1、GB 12265.2、GB 12265.3)。

——要避免銳邊、尖角和凸出部分。目的是不允許人員可靠近的機械部分存在有銳邊、尖角、粗糙面、可能造成傷害的凸出部分以及可能“鉤刮”人體部位或衣服的開口。特別對金屬薄板，其邊緣應除去毛刺、折邊或倒角。對可能造成“鉤刮”的管口端，應進行包覆。

——所設計的機器的形狀，要保證合理的操作位置及手動控制裝置(致動機構)的可接近性。

4.2.2 物理特性

物理特性可以是，如：

——對致動力的限制，使其足夠低，保證所致動的部件不會產生機械危險。

——對運動部件的質量和(或)速度及其動能的限制。

——根據排放源特性，對其排放的限制：

a)從聲源減小噪聲的措施(見ISO/TR 11688-1)；

b)從振動源減少振動的措施，包括諸如重新分配或附加質量以及改變過程參數，例如：運動的頻率和(或)振幅等(手持式和手導式機械，見CR 1030-1)；

c)減少危險物質排放的措施，例如：使用更安全的物質或使用降低粉塵的工藝；

d)減少放射源輻射的措施，例如：避免使用危險放射源，在滿足機器正常功能的情況下將輻射功率限制在最低水平，通過設計使放射源射線束集中于目標之上，加大放射源和操作者之間的距離或提供遠程操作裝置；

e)5.4.5中給出的減小非電離輻射的措施(見：EN 12198-1和：EN 12198-3)。

4.3 機械設計的通用技術知識

通用技術知識可以從設計技術規范中取得(例如標準、設計規范、計算規則)。這些知識涵蓋：

a)機械應力，例如：

——對諸如螺栓的連接、焊接等，通過采用正確計算、構造和緊固方法進行的應力限制；

——借助過載保護裝置(如采用：“易熔”塞、限壓閥、斷路器、力矩限制裝置等)進行的應力限制；

——避免在可變應力(主要是周期應力)下零件產生的疲勞；

——回轉件的靜平衡和動平衡。

b)材料及其性質，例如：

——抗腐蝕、抗老化、抗磨蝕和抗磨損；

——硬度、延展性、脆性；

——均勻性；

——毒性；

——易燃性。

c)下列項目的排放值：

——噪聲；

——振動；

——危險物質；

——輻射。

如果特殊零部件或者裝配件的可靠性對安全起關鍵作用(例如：繩、鏈條、用于吊裝重物或人員的吊裝附件)，則其應力值應乘以適當的工作系數。

4.4 適用技術的選擇

在某些應用場合，通過技術的選用，可以消除一種或多種危險，或者減小風險，例如：

a)預定用于爆炸氛圍中的機器，采用：

——全氣動或液壓控制系統及機器致動機構；

——“本質安全”的電氣設備(見EN 50020)。

b)對特定的待加工產品，如溶劑：保證加工設備的溫度遠遠低于溶劑的燃點。

c)避免高噪聲的替代設備，例如：

——以電氣設備代替氣動設備；

——在某些條件下，用水切割代替機械設備。

4.5 應用零件間的強制機械作用原則

如果一個機械零件運動不可避免的使另一個零件通過直接接觸或通過剛性連接件隨其一起運動，則這些零件是以強制模式連接的。這種強制模式的一個例子就是電路開關設備的強制打開操作(見GB 14048.5-2001和GB/T 1883l-2002中5.7)。

注：若一個機械部件的運動造成允許另一個部件自由運動(例如因為重力、彈力)，則前者對后者不存在強制機械作用。

4.6 穩定性規定

機器應設計成具有足夠的穩定性，使得在規定的使用條件下可以安全地使用。為此，需考慮的因素包括：

——底座的幾何形狀；

——包括載荷在內的重量分布；

——由于機器部件、機器本身或機器所夾持部分的運動而產生的可能使機器傾覆的力矩的動力；

——振動；

——重心的擺動；

——設備行走或安裝于不同地點(例如地面條件，斜坡)處的支承面的特性；

——外力(例如風力、人力)。

對包括搬運、運輸、安裝、使用、停用和拆除在內的機器壽命周期的各個階段，都應該考慮機器的穩定性問題。

與安全防護有關的其他穩定性的保護措施在5.2.6中給出。

4.7 可維護性規定

設計機器時，應考慮以下可維護性因素：

——可接近性，考慮環境和人體尺寸，包括工作服和所使用工具的尺寸；

——易于處理，考慮人的能力；

——專用工具和設備數目的限制。

4.8 遵循人類工效學的原則

4.8.1 機械設計中應注意人類工效學原則，以減輕操作者心理、生理壓力和緊張程度。在基礎設計階段，對操作者和機器進行功能分配(自動化程度)時，應考慮這些原則。

注：這樣亦能改善操作的性能和可靠性，從而降低在機器使用的所有階段內的出錯概率。

應考慮預定使用機器人群的人體尺寸、力量和姿勢、運動幅度、動作重復頻率(見GB/T 1524l和GB/T 15241.2)。

“人—機”相互作用的所有要素，如操縱器、信號裝置以及日期顯示裝置，都應設計得易于理解，使操作者和機器間的相互作用盡可能清楚、明確。

(見EN 614-

1、GB/T 16251、EN 13861和GB 18209.1)。

設計者在設計機器時，尤其要注意4.8.2~4.8.8中的人類工效學要求。

4.8.2 避免操作者在機器使用過程中的緊張姿勢和動作(如提供適合于不同操作者的機器調整工具)。

4.8.3 機器，尤其是手持和移動式機器的設計，應考慮到人力的可及范圍、控制機構的操動，以及人的手、臂、腿等解剖學結構。

4.8.4 盡可能避免噪聲、振動、熱效應(如極端溫度)。

4.8.5 避免將操作者的工作節奏與自動的連續循環連在一起。

4.8.6 當機器和(或)其防護裝置的結構特征使得環境照明不足時，應在機器上或其內部提供對工作區、調整設置區及日常維護區的局部照明。應避免會引起風險的光線的閃動、耀眼、陰影和頻閃效應。若光源的位置在使用中需進行調整，則其位置不應對調整者構成任何危險。

4.8.7 手動控制裝置(致動機構)的選用、配置和標記應滿足以下需求：

——必須清晰可見、可識別，必要處適當加標志(見5.4)；

——必須能安全的即時操作，而且作用明確(例如：操縱器的標準布置，可以使操作者由一臺機器轉到另一臺具有同樣操作模式的同類型的機器上工作時，減少差錯概率)；

——它們的位置(對按鈕)和運動(對手柄和手輪)與它們的作用應是恒定的(見GB 18209.3)；

——它們的操作不會引起附加風險。

也可見EN 894-3。

當所構造和設計的控制部分執行幾個不同動作時，即它們不是一一對應的(如鍵盤等)，所執行的動作應清晰的顯示出來，并且必要時應經過確認。

應根據人類功效學原則，使控制部分的布局、行程和操作阻力與所要執行的操作相匹配。應考慮由于采用必要的或可預見使用的個人防護裝備(如防護鞋、手套等)所帶來的約束。

4.8.8 指示器、刻度盤和視覺顯示裝置的設計與配置應符合以下要求：

——它們在人員能察覺的參數和特征范圍之內；

——就操作者的要求和預定使用而言，信息的顯示應便于察看、識別和理解，即應耐久、清晰、含義確切；

——操作者在操作位置可以察覺到。

4.9 防止電氣危險

GB 5226.1-2002給出了關于機械的電氣設備設計的通用技術規定，特別是第6章給出對防電擊防護的措施。對特定機器的有關要求見相應的國家標準(例如：GB 13690、GB 3883、GB 4706系列標準)。

4.10 防止來自氣動設備和液壓設備的危險

機器的氣動和液壓設備應按以下要求設計：

——不能超出回路的最大額定壓力(通過限壓裝置)；

——不能因壓力激增或升高、壓力損失或降低、真空度損失導致危險；

——不會因為泄漏或部件失效而導致危險的流體噴射，或軟管突發危險運動(如：甩動)；

——儲氣罐、蓄氣罐或類似容器(如充氣蓄能器)應符合這些設備的設計規則；

——設備的所有部件，尤其是管子和軟管，應針對外來有害影響采取保護措施；

——當機器與動力源斷開后(見5.5.4)，儲氣罐等類似容器(如充氣蓄能器)應盡可能自動卸壓，如果無法實現，應提供隔離、局部卸壓及壓力顯示的措施(見GB/T 19670-2005第5章)；

——應對所有在機器與動力源斷開后仍保持壓力的部件，提供清晰標識的排空裝置，以及對機器進行任何調整設定或維護前必須對這些部件進行卸壓的警示牌。

也可見GB/T 3766和GB/T 7932。

4.11 本質安全設計方法在控制系統上的應用

4.11.1 概述

控制系統設計措施的選用應使得其有關安全的性能能夠提供足夠的風險減小(見GB/T 16855.1)。

機器控制系統的正確設計可以避免未能預見的或潛在的危險機器行為。

危險機器工況的典型起因是：

——不合適的設計或控制系統邏輯的修改(意外的或有意的)；

——控制系統的一個或幾個零件暫時或永久的缺陷或失效；．

——控制系統動力源的變化或失效；

——控制裝置的選用、設計和配置不當。

危險機器工況的典型例子：

——無意的/意外的啟動(見GB/T 19670)；

——速度變化失控；

——運動中的零部件不能停止；

——機器的可動部件或機器夾緊的工件掉落或飛出；

——保護裝置被抑制(失效或失敗)造成的機器動作。

為了防止機器的危險工況實現功能上的安全，控制系統的設計應符合子條款4.11和4.12中提出的原則和方法。根據具體情況，這些原則和方法可以單獨使用，也可以聯合使用(見GB/T 16855.1和GB 5226.1-2002的第9章~第12章)。

控制系統的設計應使操作者能與機器進行安全簡單的互動，這要求采取下面的一種或多種方法：

——進行啟動和停止狀態的系統分析；

——提供各種規定的操作模式(例如：正常停機后啟動，運行過程中斷后或急停后再啟動，取下裝在機器上的工件，在機器零件失效的情況下部分機器的運轉)；

——清晰地顯示故障；

——提供防止意外啟動指令產生的措施(例如封閉啟動裝置)(見GB/T 19670-2005中圖1)；

——保持停止指令(例如聯鎖)以防止可能產生危險機器工況的重新啟動(見GB/T 19670-2005中圖1)。

多臺機器的組合可分為緊急停機區、保護裝置作用的停止區、動力斷開的能量耗散區。應清楚地界定不同的區域，及應屬于不同區域的機器的部件。同樣，應清楚表明屬于各個區域的控制裝置(例如：急停裝置、動力源斷開裝置)和(或)保護裝置。各區域之間接口的設計應使得，一個區域內的功能不會導致因干預已停止的另外區域內產生危險。

控制系統的設計應將機械部件、機器本身、機械夾持的工件和/或載荷的運動限定在安全設計參數(例如：范圍、速度、加速、減速、負荷能力)以內。應留有動態效應(例如：負荷擺動)裕量。

例如：

——非遙控的步進控制機械，其移動速度應與步行速度保持一致；

——載人車輛和人員升降用運載工具的運動范圍、速度、加速和減速應限定在非危險的數值范圍內，并考慮操作者和機器的總反應時間；

——提升載荷的機械部件的移動范圍應限制在規定限度以內。

若機械的設計中包括同步使用可單獨使用的元件，則其控制系統的設計應能預防因不同步造成的危險。

4.11.2 啟動內部動力源/接通外部能源供應

啟動內部動力源或接通外部能源供應不應導致工作部件的啟動(例如：內燃機啟動不應導致可移動機器的運動，接通主電源不應導致電機工作部件的啟動，見GB 5226.1-2002的7.5。

4.11.3 機構的啟動/停止

機構的啟動或加速運動的基本動作宜通過施加或增大電壓或流體壓力來實現；或者，如果考慮采用二進制邏輯元件，通過由0狀態變到1狀態去實現(若1代表最高能態)。

機構的停止或減速運動的基本動作宜通過去除或降低電壓或流體壓力來實現；或者，如果考慮采用二進制邏輯元件，通過由1狀態變到0狀態去實現(若1代表最高能態)。

注：在某些應用中(例如高壓開關裝置)這些原則不能使用。則宜采取其他措施來實現同等置信級別的停止或減速。

若為使操作者能保持對減速的持久性控制，未使用這些原則(例如自動推進的可移動的機器的液壓制動裝置)，那么就應在機器上設置供主制動系統失效時減速或停止用的裝置。

4.11.4 動力中斷后的重新啟動

動力中斷后重新接通時，如果機器自發的重新啟動會產生危險，就應當防止(如采用自保持繼電器、接觸器或閥門)。

4.11.5 動力源的中斷

機器的設計應能防止因動力供應中斷或波動過大導致的危險狀態。至少應滿足以下要求：

——應保持機械的停止功能；

——對因安全需要必須保持操作的所有裝置，應以有效的方式操作以保持安全(如鎖緊、夾緊裝置，冷卻或加熱裝置，自行走機器的動力輔助導向)；

——對因勢能而產生運動的機械部件或機械所夾持的工件和/或負荷，應能保持允許其安全降下所需的必要時間。

4.11.6 自動監控的使用

自動監控用于確保由保護措施執行的安全功能，即使在執行該功能的某零部件或元件的能力被削弱，或因過程條件變化產生危險時，其功能不會失效。

在下一次安全功能啟動之前，自動監控既可以瞬時監測故障又可以周期性檢測故障。在這兩種情況下，保護措施均可立即啟動或延遲到特定事件發生時再啟動(例如機器循環開始的時候)。

這些保護措施可以是，例如：

——危險過程的停止；

——對失效引發首次停機，防止其重新啟動；

——報警的觸發。

4.11.7 采用可編程電子控制系統實施的安全功能

4.11.7.1 概述

具有可編程電子設備(如可編程控制器)的控制系統可用于執行機器的安全功能。使用可編程的電子控制系統時，有必要考慮其與安全功能要求有關的性能要求。

可編程電子控制系統的設計，應充分降低那些不利于安全相關功能執行的隨機硬件失效的概率和系統失效的可能性。若采用可編程電子控制系統執行監控功能，應考慮其檢測故障的特點(進一步指導，見IEC 61508)。

注：針對機械安全的IEC 62061和GB/T 16855.1兩個標準中提供了適用于可編程電子控制系統的指南。

宜設置可編程電子控制系統并進行確認，以保證各安全功能達到規定的性能[例如IEC 61508的安全完整性水平(SIL)]。確認包括試驗和分析(如靜態、動態或失效分析)，以證明所有部件能夠相互正確作用，執行安全功能，且不會發生非預期的功能。

4.11.7.2 硬件方面

硬件(包括傳感器、致動機構、邏輯運算器等)的選型(和/或設計)和設置應同時滿足安全功能和待執行該功能的要求，特別是通過以下方式：

——結構約束(例如系統結構、故障容許能力、故障的檢測能力)；

——選擇(和/或設計)具有適當的硬件隨機危險失效概率的設備和裝置。

將避免系統性失效和控制系統的故障的措施和技術納入到硬件中。

4.11.7.3 軟件方面

軟件[包括內部操作軟件(或系統軟件)和應用軟件]的設計應符合安全功能的性能規范(見IEC 61508-3)。

4.11.7.4 應用軟件

應用軟件不宜由用戶進行重新編程。這些可以通過在非可重編程存儲器固化軟件[如微控制器、專用集成電路(ASIC)]的方法實現。

在需要用戶重編程的情況，宜采取如下方法限制對涉及安全功能軟件的進入：

——鎖定；

——授權密碼。

4.11.8 有關手動控制的原則

a)手動控制裝置的設計和定位配置應符合4.8.7給出的有關人類工效學原則。

b)每個啟動控制裝置附近均應配置停止控制裝置。若啟動/停止功能通過止一動控制方式實現，應另設單獨的停止控制裝置，以防止止一動控制裝置釋放后不能發出停止指令而造成的風險。

c)除某些必須位于危險區的如急停裝置或示教盒等控制裝置之外，手動控制裝置應配置于危險區所能達及的區域之外(見GB 18209.3-2002第4章)。

d)控制裝置及控制位置的設置應盡可能使操作者能夠觀察到工作區域或危險區。

除在其他位置可以更安全的實現控制功能之外，移動式機器的隨車駕駛人員應能夠從駕駛位置操動機器操作所要求的所有控制裝置。

載人升降機械上的升降操縱裝置，及用于移動運載機的操縱裝置，通常應位于運載機內。如果安全操作要求將控制裝置置于運載機外，則應為機內操作者提供防止運載機危險運動的手段。

e)若幾個控制裝置可能啟動同一危險元素，則控制線路的布局應使得在給定時間內，只能有一個控制裝置有效。此點尤為適用于由操作者攜帶便攜控制裝置(如示教盒)進入危險區內手動控制的機械。

f)為了規避風險，控制致動機構的設計或防護應只能在主動操作下才會動作(見ISO 9355-1和GB/T 17161)。

g)對于依賴操作者持久的直接控制才能安全運行的機器功能，應借助控制裝置的設計和定位等措施，確保操作人員處于控制位置上。

h)對于無線控制，在接收不到正確的控制信號情況下，包括失去聯絡時，應執行自動停機功能(見GB 5226.1-2002的9.2.7)。

4.11.9 設定、示教、過程轉換、故障查找、清洗或維護的控制模式

機器在設定、示教、過程轉換、故障查找、清洗或維護時，需要移開或拆除防護裝置和(或)禁止使用保護裝置，且為此有必要使機器或機器的某些部件運轉時，則應采用同時滿足下列要求的特殊控制模式以保證操作者的安全：

——禁止使用所有其他控制方式；

——只有通過連續觸發使動裝置，止一動控制裝置或雙手操縱裝置，才能允許危險元件運轉；

——只有在風險被減小的條件下(例如降速、降低功率/動力、利用如有限運動控制裝置進行的步進操作)，才能允許危險元件運轉。

注：對于某些專用機器，也可能有更合適的其他保護方式。

控制模式應與下列一條或多條措施相結合：

——盡可能限制進入危險區；

——急停控制裝置應位于操作者立即可達的范圍內；

——便攜式控制裝置(示教盒)和(或)局部控制裝置不應遮擋被控部分。

(見GB 5226.1-2002中的9.2.4)。

4.11.10 控制和操作模式的選擇

若所設計和制造的機械允許用于幾種有著不同保護措施和(或)工作程序要求的控制和操作模式(如允許調整、設定、維護、檢查)，則應備有能鎖定在各位置的模式選擇器。選擇器的每個位置都應清晰無疑并對應單一操作或控制模式。

選擇器可以用限制某些人員使用某些機器功能的方法來代替(例如：使用某種數控功能的口令)。

4.11.11 獲得電磁兼容性(EMC)的措施

關于電磁兼容性的指南，見GB 5226.1-2002的4.4.2和GB 17799系列標準。

4.11.12 輔助故障排查診斷系統的規定

控制系統中應包括輔助故障排查的診斷系統，以便無須禁止使用任何保護措施。

注：這類系統不僅能提高機械的有效性和可維護性。還可以減少維護人員暴露于危險。

4.12 使安全功能的失效概率降至最低

機器的安全不僅取決于控制系統的可靠性，而且還取決于機器所有部件的可靠性。

安全功能的持續運行對機器的安全使用至關重要。可以通過4.12.1~4.12.3所示方式實現。

4.12.1 可靠零部件的使用

“可靠零部件”是指在預定使用條件下(包括環境條件)，能夠經受住與設備使用有關的全部干擾和應力(包括環境狀態)的零部件，在預定的使用時段或操作次數中，它們具有低的機器危險故障發生概率。零部件的選擇應綜合考慮上述全部因素(見4.13)。

注1：“可靠零部件”不等同于“經驗證的零部件”(見GB/T 16855.1-2005中6.22)。

注2：應考慮的環境條件包括，例如：沖擊、振動、冷、熱、濕度、粉塵、腐蝕和(或)蝕磨物質、靜電、電磁場。由此產生的干擾包括，例如：絕緣失效、控制系統部件功能暫時或永久失效。

4.12.2 “定向失效模式”部件的使用

“定向失效模式”部件或系統是指其主要失效模式已事先知道的部件或系統，其使用時發生的失效只會引起機器功能的非危險性變化。

注：在有些情況下，有必要采取附加措施限制此類失效的負面影響。

宜始終考慮使用這類部件，特別是在未采用冗余的地方。

4.12.3 部件或子系統的加倍(或冗余)

在機器相關安全部件的設計中，可以使用部件的加倍(或冗余)，以便當一個部件失效時，另一個部件(或其他部件)能繼續執行其功能，從而保證安全功能繼續有效。

為了保證啟動正確的動作，更應通過自動監控(見4.11.6)或某些情形下的周期檢查監控部件的失效。周期檢查的間隔要小于部件的預期壽命。

可通過采用多樣化設計和(或)工藝技術避免共因失效(如由于電磁干擾)或共模失效。

4.13 通過設備可靠性限制操作者面臨危險

提高機械各組成部分的可靠性，降低需要糾正的事故發生的頻率，從而可以減少面臨危險。

機器的動力系統(操作部分)、控制系統、安全功能和其他功能系統都適用這一可靠原則。

應采用可靠性已知的關鍵安全部件(如某些傳感器)。

防護裝置和保護裝置的元件尤其要可靠，因其失效會使人員面臨危險，且可靠性差還會加速其報廢。

4.14 通過裝料(或)卸料操作機械化或自動化限制操作者面臨危險

裝、卸料操作和更為普遍的一般搬運(工件、材料、物資等)操作的機械化和自動化可以減少人員在作業點面臨危險，從而限制由這些操作產生的風險。

可以通過機器人、搬運裝置、傳動機構、鼓風設備實現自動化。可以通過例如進料滑道、推桿、手動分度工作臺實現機械化。

自動送進和移出裝置對預防機器操作者事故是很有益的，但在檢修其故障時會產生一定危險。應注意保證使用這些裝置后，不會在這些裝置和機器部件或被加工的工件/材料之間引發進一步的危險(如鉤掛、擠壓)。若不能保證，應提供適當的安全防護裝置(見第5章)。

詳盡研究整個設備的所有控制與操作模式中全部安全功能的執行情況，帶有控制系統的自動送進和移出裝置與相關機器的控制系統應該是相互關聯的。

4.15 通過置調整設定和維護點于危險區外限制操作者面臨危險

應通過將維護、潤滑和調整設定點設置在危險區外面，最大程度地減少進入危險區的需要。

安全裝置與補充保護措施

5.1 概述

如果無法通過本質安全設計合理消除危險或充分減小風險，則應使用防護罩和保護裝置來保護人員。可能必須采用包括附加設備在內的補充保護措施(例如急停設備)，見GB/T 15706.1-2007中5.4。

各類防護裝置和保護裝置的定義見GB/T 15706.1-2007中3.25和3.26。

某些安全防護裝置可用于避免面臨多種危險(例如：用于防止進入機械危險區域的固定式防護裝置，也同時用于降低噪聲等級和收集有毒排放物)。

5.2 防護裝置和保護裝置的選擇和實施

5.2.1 概述

根據運動件的性質(見圖1)和進入危險區的需要，本章給出選擇和使用防護裝置和保護裝置的指南。采用這些裝置的主要目的是防止運動部件對人員產生危險(見圖1)。

對特定機器安全防護裝置的正確選用，應根據對該機器的風險評價結果進行。

在為特定機械或危險區選用合適的安全防護裝置時，固定式防護裝置很簡單，應該將其使用在機械正常運轉(無故障運行)期間不需要操作者進入危險區的場合。

當需要進入危險區的頻次增加，導致固定防護裝置不能回放，則需要使用其他保護措施(如活動式聯鎖防護裝置、敏感保護設備)。

有時需要聯合使用幾個安全防護裝置。例如，將固定防護裝置與將工件送至機器的機械送料裝置聯合使用，可以排除進入危險區的主要危險。再采用一個觸發裝置，就可以防止進一步的由機械送料裝置與固定防護裝置間可能產生的卷入或剪切危險。

應考慮圍繞控制位置或干涉區域的范圍，提供針對多種危險的組合保護，這些危險包括：

——由墜落或彈射物體導致的危險(例如墜落物體防護結構)；

——排放物危險(例如對噪聲、振動、輻射、有害物質的防護措施)；

——因環境造成的危險(例如對熱、冷、惡劣天氣的防護措施)；

——機械翻倒或翻轉的危險(例如翻轉或翻倒的防護結構)。

對封閉式工作位置(例如室和艙)的設計，應考慮與可見性、照明、氣候條件、進入途徑、姿勢等相關的人類工效學原則。

5.2.2 正常運行期間不需要進入危險區的場合

在機械正常運行過程中不需要進入危險區的場合，應選用下列安全防護裝置：

a)固定式防護裝置(見GB/T 8196)；

b)有或沒有防護鎖的聯鎖防護裝置(見GB/T 18831、GB/T 8196和本部分的5.3.2.3)；

c)自動關閉防護裝置(見GB/T 8196-2003的3.3.2)；

d)敏感保護設備，如電敏保護設備(見GB/T 19436.1、GB/T 19436.2)或壓敏墊(見GB/T 17454.1)。

5.2.3 正常運行期間需要進入危險區的場合

在機械正常運行期間需要進入危險區的場合，應選用下列安全防護裝置：

a)有或沒有防護鎖的聯鎖防護裝置(見GB/T 1883l、GB/T 8196和本部分的5.3.2.3)；

b)敏感保護設備，如電敏保護設備(見GB/T 19436.1、GB/T 19436.2)；

c)可調式防護裝置；

d)自關閉式防護裝置(見GB/T 8196-2003的3.3.2)；

e)雙手操縱裝置(見GB 19671)；

f)具有啟動功能的聯鎖防護裝置(可控防護裝置)(見本部分的5.3.2.5)。

5.2.4 對機器設定、示教、過程轉換、故障排查、清洗或維護時需要進入危險區的場合

機器的設計應盡可能保證，提供給生產操作人員的安全防護裝置既可保護執行設定、演示、過程轉換、故障排查、清洗或維護的人員的安全，又不妨礙其任務的執行。此類任務應在風險評價中作為機器使用的組成部分進行確認和考慮(見GB/T 15706.1-2007中5.3)。

注：在進行一些無須機器與其動力源保持聯系的工作任務(特別是維護和修理任務)時，動力源斷開和停機后的能量釋放(見5.5.4，也可見GB/T 19670-2005的4.1和第5章)可確保提供最高等級的保護。

5.2.5 敏感防護設備的選擇和應用”

5.2.5.1 選擇

由于敏感保護設備檢測功能所基于的技術的多樣性，所以各類靈敏保護設備用于安全應用時的適合程度也大相徑庭。下面為設計者提供針對各種應用選擇最合適的裝置的準則。

敏感保護設備的類型包括，例如：

——光幕；

——掃描裝置，例如激光掃描器；

——壓敏墊；

——觸發桿、觸發線。

1)詳細資料，見IEC/TS 62046草案。

敏感防護設備可以用來：

——用于觸發；

——用于現場感應；

——用于觸發和現場感應；

——滿足嚴格條件的機器重新啟動的操作。

注：有些類型的敏感保護設備既不適用于現場感應，也不適用于觸發的目的。

對具有下列特性的機械，不能單獨使用敏感防護設備：

——機械具有拋射材料或零部件的可能；

——有防止排放(噪聲、輻射、粉塵等等)的需要；

——無規律的或過度的停機時間；

——機器不具有在單個工作循環中停機的能力。

5.2.5.2 實施

a)宜考慮以下因素：

——檢測區域的大小、特點和配置布局(見GB/T 19876，該標準涉及某些類型的敏感保護設備的配置布局問題)；

——設備對故障狀態的反應(電敏保護裝置見GB/T 19436.1、GB/T 19436.2)；

——被規避的可能性；

——檢測能力及其隨時間的變化(例如：由于對諸如反射表面、其他人工光源、日光或空氣雜質的這類不同環境條件的敏感性而造成的結果)。

注：GB/T 19436.1規定了電敏保護設備的檢測能力。

b)敏感保護設備應集成在操作部分并與機器的控制系統相聯結，使得：

——一旦探測到人員或人體的部分就立即給出指令。

——所探測到的人體或人體的部分的撤回，不會自動重新啟動危險機器功能；因此，控制系統應維持敏感保護設備發出的指令直至新的指令發出。

——危險機器功能的重新啟動，是操作人員主動作用位于危險區之外的控制裝置的結果。且從該位置上，操作人員可以觀察危險區。

——除抑制階段外，敏感保護設備的探測功能被中斷時，機器無法運轉。

注：抑制是指安全功能被控制系統有關安全部件臨時自動暫停(見GB/T 16855.1)。

——探測場地的位置和形狀，可能和固定式防護裝置一起，防止在未被探測到的情況下，人或人體的部分進入或處于危險區。

注：對于細節，例如對于有源光電防護裝置的故障特征，宜考慮使用GB/T 19436.1、GB/T 19436.2。

5.2.5.3 對用于循環啟動的敏感保護設備的附加要求

在此類特殊應用中，機器工作循環的啟動由被檢測到的人體或人體部分從敏感保護設備探測區撤出引起，且不需要任何額外啟動指令，因此有別于5.2.5.2 b)中的第二點。在接通電源后，或當被敏感保護設備的觸發功能引起停機后，機器的工作循環應該只有通過主動驅動啟動控制器方能啟動。對于由敏感保護設備引發的循環啟動，只能采用符合GB/T 19436系列標準的有源光一電保護裝置(AOPD)，且：

a)滿足將有源光一電保護裝置用做觸發和現場感應裝置(見GB/T 19436.2)的要求[特別是位置、最小距離(見GB 19876)、探測能力、可靠性和對控制和制動系統的監控]；

b)機器的循環時間短，且在清空后的感測區機器的重新啟動裝置穢限制在與單個正常循環相匹配的周期內；

c)進入AOPD的感測區或開啟聯鎖防護裝置是進入危險區的唯一途徑；

注：上述危險區是指，由感測區的清空而啟動的危險元件(包括輔助設備和傳輸元件)的操作區域。

d)若有多個AOPD用于機器的安全防護，則其中只能有一個具有循環再啟動的能力；

e)對于自動循環啟動產生的較高的風險，AOPD和控制系統相關部分應較之正常工作條件具有較高的有關安全的性能。

5.2.6 穩定性的保護措施

若無法通過本質安全設計措施，如重量分配(見4.6)，達到穩定性，就有必要采用下述措施來保持機器的穩定性：

——地腳螺栓；

——鎖定裝置；

——運動限制器或機械止擋；

——加速或減速限制器；

——載荷限制器；

——接近穩定性或傾覆極限時發出警示的警報器。

5.2.7 其他的保護裝置

對于要求操作者連續控制的機器(如移動式機器、起重機)，若操作人員的任何錯誤都可能引發危險狀態，則應為該機器裝備必要的裝置使其運行保持在規定的限度內，特別是：

——操作者對危險區缺乏充分的能見度時；

——操作者對有關安全參數(例如距離、速度、負載的質量、斜坡的角度)的實際數值缺乏了解時；

——危險來自由操縱者控制之外的運行所引發時。

必要的裝置包括，例如：

——限制運動參數(距離、角度、速度、加速度)的裝置；

——過載和力矩限裝置；

——防止與其他機器互相碰撞或妨礙的裝置；

——防止對移動式機械的步行操作者或其他行人產生危險的裝置；

——防止零部件或組件應力過度的扭矩限制裝置或斷開點；

——限制壓力、溫度的裝置；

——監控排放的裝置；

——防止操作人員不在控制位置進行操作的裝置；

——防止現場無穩定平衡器時進行提升操作的裝置；

——限制機器在斜面上傾斜的裝置；

——保證部件在移動之前處于安全位置的裝置。

在操作者控制范圍之外的機器運行裝置觸發的自動保護停機措施(如危險運動的自動停止)宜預先發出或伴隨發出警示信號，使得操作者能采取適當的措施(見6.3)。

5.3 防護裝置和保護裝置的設計要求

5.3.1 一般要求

防護裝置和保護裝置的設計應適合預定使用的用途，并考慮相關的機械危險和其他危險。防護裝置和保護裝置應與機器的工作環境相適應，且設計得不易被損壞。為減少使其損壞的誘因，應保證其對機器運轉期間的各種動作和機器壽命期各階段的干擾降至最低程度。

注：更多信息見GB/T 8196、GB/T 16855.1、GB 19671、GB/T 18831、GB/T 17454.1、GB/T 19436.1、GB/T 19436.2。

防護裝置和保護裝置應當：

——結構堅固耐用；

——不增加任何附加危險；

——不容易出現旁路或變得無法操作；

——其位置距危險區有足夠的距離；

——對觀察生產過程的視野障礙最小；

——如有可能，通過只進入必須工作的區域，使防護裝置和安全裝置不必移開，便能夠進行工具的安裝和/或更換及維護等基本工作。

防護裝置的開口見GB 12265.1和GB 12265.2。

5.3.2 防護裝置的要求

5.3.2.1 防護裝置的功能

防護裝置必須具有下列功能：

——防止進入被防護裝置封閉的空間；

——容納或接收可能由機器拋出或掉下的材料、工件、切屑、液體，減少由機器產生的排放(噪聲、輻射、諸如粉塵、煙霧、氣體等危險物質)。

此外，它們還要能對電、溫度、火、爆炸物、振動等具有特別防護作用，并考慮能見度(見GB／T 8196)和操作者位置人類工效學(例如易用性、操作者的運動、姿勢、重復運動)等的要求。

5.3.2.2 對固定式防護裝置的要求

固定防護裝置應用以下方式固定在所需的地方：

——永久固定(如通過焊接)；

——或借助于緊固件(螺釘、螺栓、螺母等)固定，不使用工具就不能將其移動或打開，不用緊固件便無法將其關閉(見GB/T 8196)。

注：固定防護裝置可以采用鉸接，以便于打開。

5.3.2.3 對活動式防護裝置的要求

a)防止由移動傳動件產生危險的活動防護裝置應符合以下要求：

——打開時盡可能與機械保持相對固定(一般是通過鉸鏈或導軌連接)；

——是聯鎖的防護裝置(必要時帶防護鎖)(見GB/T 18831)。

見圖1。

b)防止非傳動的運動件產生危險的活動式防護裝置，應與機器的操縱系統一起設計，使得：

——在操作者可達范圍內，運動件不能啟動。一旦運動件啟動，操作者不能觸及運動件；這可通過采用聯鎖防護裝置來實現，必要時，防護裝置可帶防護鎖。

——只有通過有意識的動作，才能對防護裝置進行調整，例如使用工具或鑰匙。

——若防護裝置的某部件缺失或失效，則要阻止運動件的啟動或停止運動件。這可以通過自動監控來實現(見4.11.6)。

見圖1和GB/T 18831。

5.3.2.4 對可調式防護裝置的要求

只有對因操作原因危險區不能完全封閉的地方，可采用可調式防護裝置。并應當符合以下要求：

——設計上應保證在一個給定的運轉期間內，調整后狀態保持恒定；

——不使用工具就能容易調整。

5.3.2.5 對具有啟動功能的聯鎖防護裝置(可控防護裝置)的要求

當下列條件全部得到滿足時，才能使用具有啟動功能的聯鎖防護裝置：

——滿足對聯鎖防護裝置的全部要求(見GB/T 18831)。

——機器的工作循環時間短。

——將防護裝置打開的最長時間設為低值(等效于循環時間)。一旦超過該時間，通過關閉具有啟動功能的聯鎖防護裝置將不能觸發危險功能，且重新啟動前必須進行復位。

——當防護裝置關閉后，機器的尺寸或形狀不允許操作者或其身體某部分停留在危險區內或危險區和防護裝置之間(見GB/T 8196)。

——所有其他防護裝置，無論固定式(可拆卸式)還是活動式均為聯鎖防護裝置。

——在對與具有啟動功能的聯鎖防護裝置相伴的聯鎖裝置的設計上，借助諸如加倍設置位置檢測器以及使用自動監控的方法(見4.11.6)，使得其失效不能導致無意/意外的啟動。

——防護裝置采用穩定的打開方式(如借助于彈簧或配重)，使得不會因其自身重量掉下時，觸發啟動。

5.3.2.6 由防護裝置帶來的危險

應注意可能由以下因素帶來的危險：

——防護裝置的結構(如銳邊或尖角，材料)；

——防護裝置的運動(由動力驅動防護裝置產生的剪切或擠壓區和由易于下落的重型防護裝置產生的危險)。

5.3.3 保護裝置的技術特征

保護裝置的選擇或設計及與控制系統的連接，應確保能夠正確地執行其安全功能。

保護裝置的選擇既應符合相應的產品標準(例如：對于有源光一電保護裝置，見GB/T 19436.2)，又應根據GB/T 16855.1所規定的一項或多項原則進行設計。

保護裝置設置及與控制系統相連接，不應輕易失去作用。

5.3.4 固定不同類型安全防護裝置的措施

由于機器作業內容的變化需要使用不同類型的安全防護裝置，則宜提供容易固定每類安全防護的措施。

5.4 減少排放物的安全防護

5.4.1 概述

若從4.2.2中所述的排放源不足以減少排放物，則應為機器提供附加的保護措施。

5.4.2 噪聲

附加保護措施包括，例如：

——封閉式外殼(見GB/T 19886)；

——機器上的隔板；

——消聲器(見ISO14163)。

5.4.3 振動

附加保護措施包括，諸如減振固定件或懸掛座椅等用于振動源和暴露人員之間進行振動隔離的減震裝置。

固定式工業機械的振動隔離措施，見EN 1299。

5.4.4 危險物質

附加保護措施包括，例如：

——機器的密封(帶負壓的封裝)；

——帶過濾的局部排氣通風；

——用液體潤濕；

——機器區域的特殊通風(氣幕、操作艙)見GB/T 18569.1。

5.4.5 輻射

附加保護措施包括，例如：

——采用過濾和吸收；

——采用衰減擋板或防護裝置。

5.5 補充保護措施

5.5.1 概述

根據機器預定使用的用途及可預見的誤用，可能不得不采用一些既非本質安全設計措施，也非安全防護(使用防護裝置和/或保護裝置)，也非使用信息的保護措施。這類措施包括在5.5.2～5.5.6中，但并非局限于此。

5.5.2 實現急停功能的部件和元件

若根據風險評價，機器需要通過部件或元件來實現急停功能，以避免已發生或即將發生的緊急狀態，則要遵守下列要求：

——致動機構應容易識別，清晰可見，且隨手可及。

——應盡可能快地停止危險過程，且不會引發附加危險。若此點不能實現或風險不能降低，則應考慮執行急停功能是否為最佳解決方法。

——急停控制應觸發或允許觸發某些必要的安全防護裝置的運動。

注：更詳細的措施見GB 16754。

一旦執行緊急停機命令的急停裝置的動作完成，則應維持該指令的作用直至其復位為止。應該只有在已經發出急停指令的位置，才能復位。該裝置的復位不應重新啟動機器，僅能允許重新啟動。

實現急停功能的電氣部件和元件的設計和選擇的詳細資料，見GB 5226系列標準。

5.5.3 被困人員逃生和救援的措施

被困人員逃生和救援的措施可包括如下：

——在可能使操作者陷入危險的設施中的逃生通道和躲避處；

——供急停后人工移動某些元部件的裝置；

——供某些元部件反向運動的裝置；

——下降裝置的固定點；

——受困人員的呼救通訊工具。

5.5.4 動力源斷開和能量耗散的措施

特別在考慮維護和修理時，針對下述活動，機器應具備動力源斷開及釋放儲存能量的技術手段：

a)機器(或指定的機器部件)與所有動力斷開(脫開、分離)；

b)在斷開位置鎖定斷開裝置(或其他的保護)；

c)釋放能量，若此法不可行或不實際，可以遏制(容納)任何可能引起危險的儲存能量；

d)通過安全工作程序驗證按照上述a)，b)和c)所采取的措施已達到預期效果。

見GB/T 19670-2005第5章和GB 5226.1-2002中5.5和5.6。

5.5.5 便捷安全搬運機器及其重型零部件的規定

應為無法移動或無法用手動搬運的機器及其零部件配備供吊運的適當的附屬裝置。

這些附屬裝置可以是：

——具有吊環、吊鉤、吊環螺栓或起重用螺孔的標準吊裝裝置；

——當從地面不可能設置附屬設備時，采用帶起重吊鉤的自動抓取裝置；

——為叉車搬運機器用的導向槽；

——集成到機器上的起吊裝置和器具。

對在工作中可通過手動拆除的機器部件，應提供安全拆除和更換的方法。

也可見6.4 c)第三款。

5.5.6 安全進入機器的措施

機器的設計應使得其操作及與調整和/或維護相關的所有常規作業盡量在地面完成。若無法實現，機器應具備為執行這些任務提供安全進入的機內平臺、階梯或其他設施，但要注意保證這種平臺或階梯不能導致操作者進入機器危險區。

在工作條件下使用的步行區應盡量用防滑材料制造以防止滑倒危險，并應根據其距地面的高度提供適當的護欄(見GB 17888.3)。

在大型自動化設備中，應特別注意給出如通道、跨越橋或交叉點等的安全進入的途徑。

位于一定高度的機器部件的進入途徑應具備防止跌落的綜合措施(例如扶梯、折迭梯及平臺的防護欄和/或梯子的安全籠)。必要時，還應提供防止人員從高處跌落的防護設施的停泊點(例如人員提升機械的運載工具或升降控制站)。

無論何時，通道口都應朝向安全的位置。其設計應能防止意外打開產生的危險。

應提供進入通道必需的輔助裝置(例如臺階、把手)。控制裝置的設計和布局定位應防止被用作進入通道的輔助裝置。

若提升貨物和/或人員的機械要停靠在固定高度，則應為其設置聯鎖防護裝置，防止因未能正確停靠造成平臺上人員的跌落。當防護裝置打開時，要防止提升平臺的運動。

詳細規定見GB 17888.1~GB 17888.4。

使用信息

6.1 一般要求

起草使用信息是機器設計的組成部分(見GB/T 15706.1-2007的圖1)。使用信息由文本、文字、標記、信號、符號或圖表等組成，以單獨或聯合使用的形式向使用者傳遞信息。供專業和/或非專業人員使用。

注：使用信息的構成和表示方法也可見GB/T 19678。

6.1.1 應向使用者提供關于機器預定使用信息，特別應考慮機器的所有工作方式。

使用信息應包含保證安全和正確使用機器所需各項說明。

鑒于此，使用信息應向使用者告知或警示遺留風險。

該信息應指明：

——是否需要培訓；

——是否需要個人保護裝置；

——可能需要的附加防護裝置或保護裝置(見GB/T 15706.1-2007中圖l的腳注d)。

不應排除從機器名稱和描述來合理預期機器用途的事實，亦應對不按使用信息中描述的方式而使用其他方式使用機器，尤其要對可預見的誤用造成的風險進行警示。

6.1.2 使用信息應以單獨或組合的形式涵蓋機器的運輸、裝配和安裝、試運轉、使用(設定、示教/編程或過程轉換、操作、清洗、故障排查和維護)以及必要時的停用、拆除和處置。

6.2 使用信息的位置和屬性

應根據風險、使用者需要使用信息的時間和機器的設計情況，決定在下述位置需否提供使用信息或部分信息：

——在機器內或機器上(見6.3和6.4)；

——在附帶文件中(特別是操作手冊，見6.5)；

——在包裝上；

——通過其他手段，如機器外的信號和警示。

應采用標準化措辭傳達警示等重要信息(也可見GB/T 19678)。

6.3 信號和警示裝置

視覺信號(如閃光燈)和聽覺信號(如警報器)可用于警示諸如機器啟動或超速等即將發生的危險事件。

此類信號也可用于自動保護措施觸發前對操作者的警示(見5.2.7最后一段)。

此類信號必須符合以下基本要求：

——在危險事件出現之前發出；

——含義確切；

——能被明顯地察覺到，并能與所用的其他信號相區分；

——容易被使用者和其他人員明確識別。

警示裝置的設計以及配置布局應便于查看。使用信息應對警示裝置的定期查看做出規定。

設計者應注意，由于過多的視覺和(或)聽覺信號引起“感覺飽和”造成的風險，它也會導致警示裝置失去作用。

注：通常有必要就此主題和使用者進行磋商。

6.4 標志、符號(象形圖)、文字警示

機械應具有必要的標志：

a)供其明確識別用的標志，至少包括：

——制造廠家的名稱與地址；

——系列或型式的說明；

——序列號(如果有)。

b)表明其符合強制性要求的標志：

——印記；

——文字性敘述(如預定在潛在爆炸氛圍中使用的機器)。

c)針對其安全使用的標志，例如：

——旋轉部件的最高轉速；

——工具的最大直徑；

——機器本身和(或)可拆卸部件的質量(以千克表示)；

——最大工作載荷；

——穿著個人防護裝備的必要性；

——防護裝置的調整數據；

——檢查頻次。

直接印刷在機器上的信息宜牢固持久，并且在機器的整個預期壽命內保持清晰可見。

符號或文字警示不應只寫“危險”二字。

標志、符號和文字警示應易于理解并含義明確，特別是與機器功能相關的部分。與使用文字警示相比宜優先使用易于理解的符號(形象圖示)。

只宜采用機器使用時所處文化氛圍內能夠理解的標記和圖形。

對首次使用某機械的國家，該機械的文字警示應采用該國家的語言，如有要求，可采用操作者容易理解的語言。

注：某些國家對使用特別語言的要求有專門的法律規定。

標志必須符合公認的標準(見GB/T 3168、ISO 7000，特別是象形圖、符號、顏色)。

有關電氣設備的標志見GB 5226系列。

6.5 隨機文件(尤其是操作手冊)

6.5.1 內容

操作手冊或其他文字說明(如包裝上的說明)應包括：

a)關于機器的運輸、搬運和貯存的信息，例如：

——機器的貯存條件；

——尺寸、質量、重心位置；

——搬運說明(例如顯示吊裝設備施力點的圖樣)。

b)機器安裝和試運轉的有關信息，例如：

——固定或錨定和振動緩沖要求；

——裝配和安裝條件；

——使用和維護所需的空間；

——允許的環境條件(例如溫度、濕度、振動、電磁輻射等)；

——機器與動力源的連接說明(尤其是防止電氣過載)；

——關于廢棄物的清除或處置建議；

——必要時，給出使用者必須采取的保護措施的建議，如附加安全防護裝置(見GB/T 15706.1-2007中圖1的腳注d)、安全距離、安全符號和信號。

c)關于機器自身的信息，例如：

——對機器、機器附件、防護裝置和(或)保護裝置的詳細說明；

——機器預定的全部應用范圍，包括禁用范圍，如果可能，還應考慮原有機器的變型；

——圖表(尤其是安全功能的圖解表示)；

——由機器產生的噪聲、振動數據，由機器發出的輻射、氣體、蒸汽及粉塵等數據，以及所使用的測量方法；

——電氣設備的技術文件(見GB 5226系列標準)；

——證明機器符合有關強制性要求的文件。

d)有關機器使用的信息，如：

——預定的用途；

——手動控制裝置的使用說明(致動機構)；

——設定和調整；

——停機的模式和方法(尤其是急停)；

——設計上采取的保護措施無法消除的風險；

——由應用或使用某些附件后可能產生的特殊風險，以及關于此類應用所需的專用安全防護裝置的信息；

——可預見的誤用和禁用；

——故障的識別和定位、修復及調修后的再啟動；

——需使用的個人保護設備，及要求進行的培訓。

e)維護信息，例如：

——安全功能檢查的性質和頻次；

——關于需規定的技術知識或特殊技能的熟練人員(維護人員、專家)專門執行的維護說明；

——關于無需特定技能，便可以由使用者(如操作者)實施的維護活動(如更換部件)的說明；

——便于維護人員執行維護任務(尤其是查找故障)的圖樣和圖表。

f)關于停用、拆卸和處置的信息。

g)關于緊急狀態的信息，例如：

——所用消防設備的類型；

——關于有害物質可能的排放或泄漏的警示，若可能，指明消除其影響的措施。

h)宜明顯區別為技術熟練人員提供的維護說明[e)中第二款]和為非熟練人員提供的維護說明[e)中第三款]。

6.5.2操作手冊的編制

a)印刷字體的型式和大小應盡可能保證最好的清晰度。安全警示和(或)注意事項宜使用多種顏色、符號和(或)大號字體加以強調。

b)若機器首次在某國使用，則使用信息的版本應采用該國家的語言。若使用一種以上 的語言，每一種語言都要易于和其他語言區分，并應盡量使譯文和相關插圖放在一起。

注：某些國家對使用特別語言的要求有專門的法律規定。

c)如果插圖有助于理解，文字宜配有插圖。插圖宜由詳細的文字說明進行補充，例如手動控制裝置(致動機構)的定位和識別；插圖不宜與伴隨的文字說明分開，并宜按操作順序給出。

d)宜考慮以表格形式給出信息以助于理解。表格宜靠近相關的文字內容。

e)尤其是對于要求快速識別的部件，宜考慮顏色的使用。

f)若使用信息很長，宜給出內容列表和(或)索引。

g)涉及到要求立即采取措施的有關安全操作的說明，宜以便于操作者隨時獲取的形式給出。

6.5.3 對使用信息的起草及編輯的建議

a)與機器型號的關系：使用信息應明確地與機器的特定型號相關聯。

b)信息的傳遞原則：為了獲得最好效果，準備使用信息時宜遵循“察看一思考一使用”的信息的傳遞過程，及操作的時序。宜預先提問“如何做?”、“為什么?”，并給出答案。

c)使用信息應盡量簡明，術語及單位前后的表述宜保持一致，對不常用的技術術語，給出明確的解釋。

d)若能預計機器將用于非專業使用，則宜以便于非專業使用者理解的形式編寫操作說明書。對于為安全使用機器而要求使用的個人防護設備，則宜在機器上及包裝上給出明確建議，使這類信息在銷售時得以顯著的顯現出來。

e)文件的耐久性和可用性：承載使用說明文件的介質宜持久耐用(即能經受住使用者頻繁地拿取翻看)。在其上標出“留置備查”是有益的。若采用電子形式(如CD、DVD、磁帶)保存使用信息，則關于需要立即采取措施的有關安全問題的信息應經常進行硬拷貝備份，供隨時備查。

參 考 文 獻

[1]CR 1030-1 手-臂振動 振動危險減小的指南 第1部分：通過機械設計的工程方法

[2]EN 614-1 機械安全人類工效學設計原則 第1部分：術語和一般原則

[3]EN 894-3 機械安全 顯示器和控制致動器設計的人類工效學要求 第3部分：控制致動器

[4]EN 1299 機械振動與沖擊 機器振動的隔離 振動源隔離的應用信息

[5]EN 12198-1 機械安全 機械排放輻射風險的評價與減小 第1部分：通用原則

[6]EN 12198-3 機械安全 機械排放輻射風險的評價與減小 第3部分：用衰減或屏蔽減小輻射

[7]EN 13861 機械安全 人類工效學標準在機械設計中應用的指南

[8]EN 50020 潛在爆炸環境中的電氣設備 本質安全“i”

[9]EN 61029 便攜式電動 電氣工具的安全

[10]GB 5226 機械安全 機械電氣設備(GB 5226.1-2002，IEC 60204-1：2000，IDT；GB 5226.2-2002，IEC 60204-32：1998，IDT；GB 5226.3-2005，IEC 60204-11：2000，IDT；GB 5226.4-2005，IEC 60204-31：2001，IDT)

[11]GB 4706.1 家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求(GB 4706.1-2005，IEC 60335-1：2004(Ed4.1)，IDT)

[12]GB 3883 手持式電動工具的安全(GB 3883--2005，IEC 60745-2：2003，IDT)

[13]GB 14048.5-2001 低壓開關設備和控制設備 第5-1部分 控制電路電器和開關元件機電式控制電路電器(eqv IEC 60947-5-1：1997)

[14]IEC 61000-6 電磁兼容(EMC)第6部分：通用標準(GB/T 17799.1-1999，idt IEC 61000-6-1：1997；GB/T 17799.2-2003，IEC 61000-6-2：1999，IDT；GB 17799.3-2001，idt IEC61000-6-3：1996；GB 17799.4-2001，idt IEC 61000-6-4：1997)

[15]GB 18209.1 機械安全 指示、標志和操作 第1部分：關于視覺、聽覺和觸覺信號的要求(GB 18209.1-2000，idt IEC 61310-1：1995)

[16]GB 18209.3 機械安全 指示、標志和操作 第3部分：操作件的位置和操作的要求(GB 18209.3-2002，IEC 61310-3：1999，IDT)

[17]GB/T 19436.1 機械電氣安全 電敏防護裝置 第1部分：一般要求和試驗(GB/T 19436.1-2004，IEC 61496-1：1997，IDT)

[18]GB/T 19436.2 機械電氣安全 電敏防護裝置 第2部分：使用有源光電防護器件(AOP-Ds)設備的特殊要求(GB/T 19436.2-2004，IEC 61496-2：1997，IDT)

[19]IEC 61508 電氣、電子、可編程電子的有關安全系統的功能性安全

[20]IEC/TS 62046 機械安全 人體感測用防護設備(PSPE)的應用

[21]IEC 62061 機械安全 機械的電氣、電子和可編程控制系統的功能性安全

[22]GB/T 19678 說明書的編制-構成、內容和表示方法(GB/T 19678--2005，IEC 62079：2001，IDT)

[23]GB/T 17161 機床 控制裝置的操作方向(GB/T 17161-1997，eqv ISO 447：1984)

[24]GB/T 3168 數字控制機床 操作指示形象化符號(GB/T 3168-1993，neq ISO 2972：1979)

[25]GB/T 3766 液壓系統通用技術條件(GB/T 3766-2001，eqv ISO 4413：1998)

[26]GB/T 7932 氣動系統通用技術條件(GB/T 7932-2003，ISO 4414：1998，IDT)

[27]GB/T 16251 工作系統設計的人類工效學原則(GB/T 16251-1996，eqv ISO 6385：1981)

[28]ISO 7000 設備用圖像符號 索引與大綱(GB/T 16273.1-1996，GB/T 16273.3-1999，GB/T 16273.4-2001，GB/T 16273.5-2002，GB/T 16273.6-2003，ISO 7000：1989，NEQ；GB/T 16273.2-1996，idt ISO 7000：1989；GB/T 3167-1993，neq ISO 7000：1984)

[29]ISO 9355-1 顯示器和控制致動器設計的人類工效學要求 第1部分：人與顯示器和控制致動器的交互

[30]GB/T 15241 人類工效學 與心理負荷相關的術語(GB/T 15241-1994，eqv ISO 10075：1991)

[31]GB/T 15241.2 與心理負荷相關的工效學原則 第2部分：設計原則(GB/T 15241.2-1999，idt ISO 10075-2：1996)

[32]ISO/TR 11688-1 聲學 推薦的低噪聲機械和設備設計慣例 第1部分：計劃編制(EN ISO 11688-1)

[33]GB/T 16855.1-2005 機械安全 控制系統有關安全部件 第1部分：設計通則(ISO 13849-1：1999，MOD)

[34]GB 16754 機械安全 急停 設計原則(GB 16754-1997，eqv ISO/IEC 13850：1995)

[35]GB/T 19671 機械安全 雙手操縱裝置 功能狀況及設計原則(GB/T 19671-2005，ISO 13851：2002，MOD)

[36]GB 12265.1 機械安全 防止上肢觸及危險區的安全距離[GB 12265.1-1997，eqv EN 294：1992(ISO 13852)]

[37]GB 12265.2 機械安全 防止下肢觸及危險區的安全距離[GB 12265.2-2000，eqv EN 811：1994(IS0 13853)]

[38]GB 12265.3 機械安全 避免人體各部位擠壓的最小間距[GB 12265.3-1997，eqv EN 349：1993(ISO 13854)]

[39]GB/T 19876 機械安全 與人體部位接近速度 相關防護設施的定位(GB/T 19876--2005，ISO 13855：2002，MOD)

[40]GB/T 17454.1 機械安全 壓敏防護裝置 第1部分：壓敏墊和壓敏地板設計和試驗通則[-GB/T 17454.1-1998，neq PREN 1760-1：1994(ISO 13856-1)]

[41]GB/T 19670機械安全防止意外啟動(GB/T 19670-2005，ISO 14118：2000，MOD)

[42]GB/T 18831機械安全 帶防護裝置的聯鎖裝置設計和選擇原則(GB/T 18831-2002，ISO 14119：1998，MOD)

[43]GB/T 8196 機械安全 防護裝置 固定式和活動式防護裝置設計與制造一般要求(GB/T 8196-2003，ISO 14120：2002，MOD)

[44]GB 17888.1 機械安全 進入機器和工業設備的固定設施 第1部分：進入兩級平面之間的固定設施的選擇(GB 17888.1-1999，eqv IS0/DIS 14122-1：1996)

[45]GB 17888.2 機械安全 進入機器和工業設備的固定設施 第2部分：工作平臺和通道(GB 17888.2-1999，eqv ISO/DIS 14122-2：1996)

[46]GB 17888.3 機械安全 進入機器和工業設備的固定設施 第3部分：樓梯、階梯和護欄(GB 17888.3/1999，eqv ISO/DIS 14122-3：1996)

[47]GB 17888.4 機械安全 進入機器和工業設備的固定設施 第4部分：固定式直梯(GB 17888.4/1999，eqv ISO/DIS 14122-4：1996)

[48]GB/T 18569.1 機械安全 減小由機械排放的危害性物質對健康的風險 第1部分：

于機械制造商的原則和規范(GB/T 18569.1-2001，eqv ISO 14123-1：1998)

[49]ISO 14163 聲學 用消聲器控制噪聲的指南

[50]GB/T 19886 聲學 隔聲罩和隔聲間噪聲控制指南(GB/T 19886-2005，ISO 15667：2000，IDT)

【發布日期】20070302

【實施日期】20070901

第三篇：機械創新設計方法與技術

機械創新設計方法與技術

摘要：創新的概念最早有美國的經濟學家舒彼特提出，他把創新概括成：采用新技術；生產新產品；研制新材料；開辟新市場。[1]現代設計則是一種新型設計方法，其在機械設計過程中的優越性日漸突出，應用日益廣泛。本文將簡單介紹現代設計方法、設計過程、現代設計方法創新 及 現在設計的發展趨勢展望。

前言：

發明創造是人類文明進步的原動力，在人類社會的發展與進步過程中發揮了極其重要的作用，設計是人類改造自然的一種基本活動。也是一種復雜的創造性思維過程。

所謂的機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類已有的相關科學技術知識進行創新構思，設計出具有新穎性、創造性及實用性的機構或機械產品（裝置）的一種實踐活動。

所謂的現代設計是以計算機為工具、以工程設計與分析軟件為基礎、運用現代設計理念的新型設計方法。[2]

一、現代設計方法

現代設計方法是以設計產品為目標的一個知識群體的總稱，所涉及的具體方法和具體內容十分廣泛。包括優化設計、可靠性設計、價值工程、反求工程和綠色設計。

二、機械設計過程

機械設計的一般設計過程可分為四個階段：產品規劃（明確設計任務）、方案設計、技術設計和制造及試驗。

三 現代設計方法創新

3.1 創新設計原則

(1)生態效益最好原則

要在設計過程中盡量選擇污染較低的材料，避免使用有毒有害以及有輻射的材料。這是由于在產品制造和使用過程中，都要求產品對周圍環境要滿足“零污染”原則。

(2)安全可靠性原則

機械產品品質的保證要通過產品的安全可靠性來體現，產品在強度、剛度、穩定性、以及耐磨性均要滿足設計要求，對于一些重型機械，要保證有一定的自鎖和保險裝置，確保操作人員的人身安全。

(3)經濟效益最好原則

經濟最佳性要從設計以及制造兩方面考慮，設計上要選用正確的材料，保證合理的原理方案；制造上要保證零件的加工工藝和裝配工藝。設計的產品不僅要滿足客戶的功能要求，還要保證成本低廉[3]。

3．2 機械創新設計技術

機械創新設計是指充分發揮設計者的創造性思維，利用人類已有的科學技術

成果，設計出具有新穎性、實用性以及創造性的機械裝置。機械創新設計技術和

機械系統設計、優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、有限元設計等構成現

代設計方法學庫，吸收了鄰近學科有利的設計思想與設計方法，是有待開發的一

門新的設計技術方法。

創新設計包括兩方面的內容，一是要改善生產生活中現有機械產品的性能，包括技術性、可靠性、適用性以及經濟型；二是要創造設計出新的產品，以滿足

生產生活的新需要。創新設計的核心內容就是要探索機械產品創新發明的機理、模式及方法，將機械產品創新設計過程程式化、定量化[4]。

3.3 創新設計方法

創新設計方法有很多種，下面簡單介紹智力激勵法、提問追溯法、聯想類推

法、返向探求法、系統分析法、組合創新法六種。

（1）智力激勵法

人的創造性思維特別是直覺思維在受激發情況下能得到較好地發揮。一批人

集合在一起，針對某個問題進行討論時，由于各人知識、經驗不同，觀察問題的角度和分析問題的方法各異，提出的各種主意能互相啟發，填補知識空隙，啟發

誘導出更多創造性思想，通過激勵、智慧交流和集智達到創新的目的。

（2）提問追溯法

提問追溯法是有針對性地、系統地提出問題，在回答問題過程中，便可能產

生各種解決問題的設想，使設計所需要的信息更充分，解法更完善。提問追溯法

有奧斯本體溫法、阿諾爾特提問法、希望點列舉法、缺點列舉法。

（3）聯想類推法

通過由此及彼的聯想和異中求同，同中求異的類比，尋求各種創新解法。利

用聯想進行發明創新是一種常用而且十分有效的辦法。許多發明者都善于聯想，許多發明創新也得益于聯想的妙用。類比聯想由一事物或現象聯想到與其有類似

特點的其他事物或現象，從而找出創新解法。

（4）返向探求法

將人們通常思考問題的思路反轉過來，從背逆常規的途徑探尋新的解法，因

此返向探求法亦稱逆向思維法。例如聲音既是振動，那么振動為什么不能復現原

聲呢？通過這樣的反問，發明了留聲機。

（5）系統分析法

對于技術系統，根據其組成所有影響其性能的全部參量，系統地依次分析搜

索，以探索更多和解決問題的途徑。

（6）組合創新法

組合創新法是將現有技術和產品通過功能、原理、結構等方面的組合變化形

成新的技術思想和新產品。組合法應用的技術單元一般是已經成熟和比較成熟的技術，不需要從頭開始，因而可以最大限度地節約人力、物力和財力。組合創新的類型很多，常用的有性能組合、原理組合、功能組合、結構重組、模塊組合等

[5]

四、現代設計的發展趨勢展望

所謂的現代設計是以計算機為工具、以工程設計與分析軟件為基礎、運用現

代設計理念的新型設計方法，、PRO-E、UG、Solid Edge，Solid Works，ADAMS

等都是常用的工程分析應用軟件[6]。現代設計方法強調運用計算機、工程設計與分析軟件和現代設計理念的同時，其基本的設計過程仍然是運用常規設計的基本內容。所以在強調現代設計方法時，不可忽略常規設計方法的重要性。對于機械工程來說，創新性思維要應用到生產中，但不是妄想，要有足夠的專業知識積淀，機遇總是青睞有準備的人，擁有創造性的想法，要轉變為機械創新設計成果，不斷實踐。創新性機械設計要積極地應用到社會生產中就會有很大的社會效益。參考文獻：

[1]羅紹新，《機械創新設計》.北京：機械工業出版社，2003.[2]陳屹、謝華，《現代設計方法及其應用》.北京：國防工業出版社，2004.[3]潘兆慶，周濟.《現代設計方法概論》.北京：機械工業出版社，1991.[4]鄒慧君，《機械系統概念設計》.北京：機械工業出版社，2003.[5]蘇航.機械產品的現代設計方法及創新.科學技術,2010:115

[6]童秉樞，《現代CAD技術》.北京：清華大學出版社，2000.

第四篇：教學設計的基本方法與步驟

教學設計的基本方法與步驟

廣州市教育局教研室 吳必尊

一、教學設計的基本概念

教學設計是指為了達到預期的教學目標，運用系統觀點和方法，遵循教學過程的基本規律，對教學活動進行系統規劃的過程。

（一）設計過程具體包括： 1． 分析學習需求； 2． 確定教學目標； 3． 設計解決方法；

4． 就解決方法進行實施、反饋、調整方案，再行實施直至達到預期教學目標。

（二）設計要素具體包含：

教學對象、教學內容、教學目標、教學策略、教學媒體、教學評價等基本要素。

（三）教學設計的理論基礎是：

現代教學理論、學習理論、信息傳播學、教育技術學和系統科學方法。

（四）教學設計與寫教案的關系： 是繼承與發展的關系。

（五）提倡教學設計的主要目的： 1． 提高課堂的教學效率和教學效果； 2． 提高教師的專業素質和教學技能； 3． 促進教學研究和教學改革的深化。

二、教學設計的基本理念

一個好的教學設計方案必須體現現代教學觀；

教學觀通常是指教育工作者對一些重大的教育現象、問題或事件的比較穩定的看法，它集中反映了教育工作者的教育價值取向。

當代的教育改革都是以教學觀念的變革為先導的，故此，轉變教學觀念已成為每一個教育工作者必須面臨的首要問題。

當前必須樹立的教學觀念有： 1．素質教育觀

①面向全體、全面發展：從三個方面七項基本素質構建素質教育培養目標。三個方面是：身體、心理、文化科學；

七項基本素質是：身體素質、心理素質、道德素質、文化素質、審美素質、勞動素質交往素質；

七項基本素質分為四個層次： 第一層次：身體素質； 第二層次：心理素質；

第三層次：道德素質、文化素質、審美素質； 第四層次：勞動素質、交往素質。

②承認差異、因材施教、發展個性：

每個人的主觀能動性是不同的，因此，人的差異性是絕對的。

要求通過有效的教學，使不同程度的學生都能在各自原有的基礎上得到提高和發展。同時，潛能得到發揮，個性得到發展；

③重點培養學生的創新精神和實踐能力。

在教學上要著力為學生營造一種生動活潑，思維活躍、平等和諧、積極參與和探索的教學氛圍以及教學情景；

④培養學生：學會學習、學會生活、學會做人、學會生存。

學會學習：主要是要掌握學習方法和學習策略，為終身教育打好基礎； 學會生活：主要培養學生獨立生活的能力、動手操作能力、交往能力和健康生活的能力，為適應現代社會生活打好基礎；

學生做人：重點培養學生的思想道德和愛國情操，做一個遵紀守法、文明有禮的現代公民；

學會生存：重點培養學生適應環境、改造環境的能力。2．系統方法觀

所謂系統方法就是按照事物本身的系統性，把研究對象放在系統形式中加以考察的一種科學方法。即從系統的觀點出發，著重從整體與部分（或要素）之間、部分與部分之間、整體與環境之間的相互聯系和相互作用的關系中，考察和處理研究對象，實現整體優化，以求系統獲得最大功能的一種科學方法。

教學過程就是一個系統，組成要素有：教師、學生、教學內容、教學手段、教學方法等。

系統方法應用于教學設計具有以下三個特征： ①整體性：

即教學的各個要素、各個環節是互相關聯、互相作用，缺一不可的。因此，要求教學系統中的各個組成要素必須匹配、相容，且達到最優組合，使產生最大功能的“整體效應”，這樣，才能使教學系統達到最佳的預期目標。

因此，教學設計的目的之一，就是通過分析系統各要素之間的交互作用，協調要素之間的聯系和組合，使系統功能得到最佳發揮。故此，教學設計的過程就是將系統各要素按照它們的內在聯系的規律，加以配置、組合的過程。

②有序性：

教學系統有序性是指教學要結合學科內容的邏輯結構和學生身心發展情況，有次序，有步驟進行，以利于教學目標的達成。教學系統的有序性，不僅包括知識教學要按照學科知識的邏輯順序，而且包括能力、情意教學也要有一定的順序和層次；這不僅表現在教師的教的活動上而且也表現在學生本身的學習中，不僅要貫穿課堂教學之中，也要貫穿于其它教學活動之中，即貫穿整個教學過程。

③最優化：

最優化系指系統整體功能最優，而不是系統的要素“樣樣都好”。最優化強調在正確的方向指引下，設計合理的投入，獲得最大可能的產出的工作方案。

最優化的實現，還要依賴于不斷完善的改進工作來達到。3．教育效能觀

教育產出 教育效率 = ──────

教育投入 要求合理的投入，最大的產出。

三、教學設計必須遵循教學過程的基本規律

1．學生與教學內容（教材）之間的矛盾是教學過程的主要矛盾；

教學的基本任務首先是幫助學生掌握教材中的知識和技能，并把凝聚于知識中的智力因素轉化為個體的能力和智力，把蘊含于知識中的思想、道德、觀念轉化為個體的觀念和心理品質，逐步完成寓于各學科教學之中的教育、教養和發展的任務。

2．教學過程是教師與學生互為主客體過程的辯證統一。

一種是杜威的“學生中心論”，強調學習過程學生內因的作用，忽視外因的作用；

一種是赫爾巴特的“教師中心論”，強調教師在教學過程的絕對支配作用，忽視學生的主體地位。（這種教學觀，在我國至今仍相當普遍）

教學過程中，學生是教學的對象，也是認知的主體；而教師則既是教學的主體，也是教學的設計者、組織者、引導者、咨詢者和評價者。

當前，應當注意屏棄“注入式”、“滿堂灌”的教學方法以及“唯師至上”、“重教輕學”、“重灌輸輕啟智”的教學理念。

正確的做法是：既注重教師教的設計，也注重學生學的設計。3．教學過程是學生全身心參與的認識活動和意向活動的統一；

心理學認為：人的全部心理活動由兩大部分構成，一部分是意向活動，另一部分是認識活動。

人的認識活動的心理特點稱為智力因素，主要包括：記憶力、注意力、觀察力、想象力、思維力； 人的意向活動的心理特點稱為非智力因素，主要包括：情感、動機、意志、興趣、愛好；非智力因素構成教學過程中的心理條件。

有學者研究證明：①非智力因素與學生學業成績呈正相關；②越是低年級，相關系數越大；③智力水平中，下等的學生，非智力因素的作用更大。

教學設計既要重視發展學生的智力因素，也要重視調動與培養學生的非智力因素。

4．教學過程是知識、技能、情意的內化和外顯的統一。

內化即把外部客體的東西轉化為內部主體的東西。內化的過程是信息的輸入、加工和貯存的過程。

知識的內化即外部知識結構轉化為學生頭腦內的認知結構（方式：同化、順應）；

技能的內化即外部的實際操作轉化為學生頭腦內的智力操作。情意的內化即非智力心理素質的形成和發展。

知識、技能的內化過程總是伴隨著情意的內化。教學過程忽視情意的內化不符合素質教育的要求。

外顯即把內部主體的東西轉化為外部客體的東西。即信息的提取、運用和遷移。

教學過程的外顯實質上就是學生運用所學知識、技能和情意解決實際問題的過程與結果。

忽視外顯的教學，就無法獲得反饋信息，不能進行有效的反饋與調控。內化與外顯的關系是：內化是外顯的基礎，外顯是內化的反映。

教學設計要改變傳統教學中“重認識輕意向”、“重主導輕主體”、“重內化輕外顯”的偏向。

注：教學設計必須堅持從實際出發，實事求是，講求實效； 1．要從教學對象的實際出發； 2．要從教學環境的實際出發； 3．要從教師自身條件的實際出發。

四、教學設計的基本原理 1．目標導向原理

在教學設計中，教學目標起著導向的作用。教學目標的導向作用主要有三種：

①目標的指向作用：使學生把注意力集中到與目標有關的問題上； ②目標的激勵作用：能啟發、引導學生的學習動機、興趣與意向； ③目標的標準作用：一是目標成為檢查教學效果的尺度；一是反過來教學效果成為評價教學目標的合理性、適切性的依據，以便調整目標。

2．教學結構的整體優化原理 在教學設計中，要求教學過程結構具有整體優化的品質。要做到這一點，必須抓住教學過程的主要矛盾，分析各要素之間的相互關系、相互作用方式，使教學過程各要素達到有機的配合，才能使教學得到最佳的整體效果。

在實際的教學過程中，各要素處于不斷變化之中，因此，必須從動態的、綜合的角度加以考察。每一個要素都會產生一定的力，但導致最后教學效果的力并不是各要素的力的簡單加和，而是各要素關系之間構成的“合力”。這是教學設計必須遵循的一條重要原理。

善于利用一切積極因素，克服不利因素，爭取最大合力，這是教學設計的主要任務。

3．教學活動的系統有序原理

教學活動的系統有序是指教學要結合學科內容的邏輯結構和學生身心發展情況，有次序，有步驟地進行，以利于教學目標的達成。

教學有序不但包括知識教學要按照學科知識的邏輯順序，而且包括能力、情意教學也要有一定的順序和層次。

教學有序不僅表現在教師的教的活動上，而且也要體現在學生本身的學習上。不僅要貫穿于課堂教學中，而且也要貫穿于其它教學活動中，即貫穿于整個教學過程。

4．反饋控制原理

為使教學過程有序進行，達到預期目標，必須對教學過程進行有效控制，及時糾正出現的偏差，采取補救的措施。

教學設計中對教學過程的控制方法主要通過師生之間的信息反饋（前置反饋、即時反饋、延時反饋）進行。

五、教學設計的基本內容

教學設計的基本內容包括三大部分、八個基本要素，如下圖所示：

1．教學對象分析 分析要點：

①分析學生的知識、技能基礎水平，為確定教學重點、難點、選擇教學方法提供依據；

②分析學生認知心理特點及認知發展水平，包括情感、動機、興趣和意志等心理因素，以及學習能力和智力發展的水平，為制定教學目標提供依據；

③分析社會背景，包括學生的生活經歷以及社會、家庭的影響對教學可能產生的正負面效應，以便在教學過程中采取補救措施。

2．教學內容分析 分析要點：

①分析教學內容的特點，以及該部分內容在整體內容中的地位和作用； ②分析本節教學內容的范圍與深度、重點與難點，以適應多層次學生的需求； ③分析蘊含于知識中的智力因素和情意因素，以利于學生對知識、技能的掌握和智力的開發。

3．教學目標的制定

教學目標主要描述的是學生通過教學，預期產生的思想、情意和行為的變化。⑴教學目標的制定要依據教學大綱的要求，特別要注意目標的整體性、可操作性和適切性三大特征

①教學目標的整體性是指教學目標必須包含：①教育性目標；②教養性目標；③發展性目標。（三維目標）

布盧姆的目標分類學中把教學目標分為：

素質教育也把學生的培養目標定為三維目標：

②教學目標的可操作性是指教學目標中的認知行為動詞必須是可操作的或是可計量的。

例如：常用的認知行為動詞有：了解、理解、掌握、運用、分析、綜合、評價等。

③教學目標的適切性是指教學目標的制定要接近學生的“最近發展區”。⑵教學目標的制定方法： ①對象和行為的表述； ②標準和約束條件的表述。

注意：①教學目標要逐級分解（如課程目標、單元目標、課時目標等）；

②要區別教學目標與教學要求、教學過程和學習結果的不同。4．教學策略選擇

教學策略是指為實現教學目標而進行的思考、策劃和謀略。教學策略因著眼點不同而有不同的分類。具體的教學策略有： ①傳統的接受式教學策略； ②布魯納的發現式教學策略； ③斯金納的程序法教學策略； ④布盧姆的掌握學習教學策略； ⑤巴班斯基的最優化教學策略； ⑥提問教學策略； ⑦創設情景教學策略； ⑧反饋和矯正教學策略，等等。教學策略的設計具體包括：

①劃分教學單元、課時，組織教學內容，設計教學順序； ②選擇教學組織形式和方法； ③組合運用教學媒體。

5．劃分教學單元、課時，組織教學內容，設計教學順序 在教學設計中要注意解決好以下幾個問題：

①要根據教學目標選擇教學內容；（教學內容不等于教材內容）②教學內容的容量、深度和廣度要恰當；

③教學內容的重點要明確，要把學生的注意力集中到主要內容上； ④教學內容的難點也要明確，并要設計好解決、檢查難點的方法； ⑤教學內容的組織、排列、呈現方式，既要按知識的邏輯結構排列，又要按學生的認知次序來排列。

⑥精心設計練習的量和質，以及練習的方式方法。6．教學組織形式和方法的選擇 一般的教學組織形式有： ①集體授課； ②小組學習； ③個別化教學。一般的教學方法有：

講授法、講練法、講演法、練習法、實驗法、圖示法、比較法、啟發法、提問法、類比法、程序法、掌握學習法、發現法、討論法、探究法、自主法等等。

教學方式方法的選擇，主要要依據不同的課型、不同的教學目標、不同的教學內容、教學的設備和條件、學生的實際情況、教師自身的素質和條件等而定。

7．教學媒體的組合運用

教學媒體指傳播知識或技能過程中顯示信息的手段或工具。傳統教學媒體有：書本、語言、黑板和圖片；

現代教學媒體有：錄音、錄象、投影、電腦、多媒體課件等。合理運用組合媒體，是實現教學最優化的重要措施。在教學設計中，對教學媒體的運用要求是：

①傳統媒體與現代媒體必須有機組合，以達到最佳效果； ②媒體的運用必須做到適時、適量、適度、有效。8．形成性評價和總結性評價的設計

1．形成性評價：是一種過程性評價。目的是診斷教學過程中存在的問題，及時糾正教學中的不足，使能順利完成教學目標。

形成性評價一般有：提問、討論、練習、小測驗、問卷、觀察、個別談話等。2．總結性評價：是一種階段性評價，也是一種目標參照性評價。其目的在于檢測教學目標的到達度。

總結性評價一般有：單元考試、學期考試、學年考試等（給出成績或等級）。

第五篇：教學設計的理論基礎與基本方法

教學設計的理論基礎與基本方法

一、教學設計的理論基礎

1、系統科學理論

系統思想

系統與要素、結構與功能、系統環境、封閉與開放、系統的狀態

系統方法

結構方法、功能方法、歷史方法

2、傳播理論

傳播過程的模式

傳播過程的要素：傳播過程研究的要素也構成了教學設計過程的基本要素

3、教學理論

深受教學理論研究中要素主義趨向影響

更多更直接地從當代教學理論中吸取營養，尋找科學依據

4、學習理論

行為主義學習理論與教學設計

認知信息加工學習理論與教學設計 建構主義與教學設計

學習理論的發展對教學系統設計的發展有特別顯著的作用

二、教學設計過程模式

1、ID1的代表性模式----“肯普模式”

特點：

（1）四個基本要素（2）三個主要問題（3）十個教學環節

2、ID2的代表性模式

----“史密斯—雷根模式”

（1）把教學分析與確定學生初始行為及特征（2）開發教學策略

（3）對教學的修改未放到評價模塊

三、教學設計的基本方法

1.分析教學內容，確定教學目標。

2.確定教學策略。

教學策略是指在具體條件下，為達到預期目標所采用的途徑和方法。教學策略主要體現在媒體的選擇和課堂教學結構的策劃上。

3.進行學習評價