為了保證安全生產，必須根據(jù)對機械設備的安全要求，進行安全設計。在設計階段采取本質安全的技術措施。本質安全是指一般水平的操作者在判斷錯誤和誤操作的情況下，生產系統(tǒng)和設備仍能保證安全。
一、設備安全設計的主要內容
1．設備本質安全的意義
“安全第一、預防為主”的方針體現(xiàn)在當安全和生產發(fā)生矛盾時，安全是第一位的。所有機械設備必須符合安全使用要求，在設備的使用壽命期內保證操作者的安全。應該要求操作者正確操作，但是把希望完全寄托在操作者的正確操作是危險的，必須使設備本身達到本質安全。在設計階段必須考慮各種因素。經過綜合分析，正確處理設備性能、產量、效率、可靠性、實用性、先進性、使用壽命、經濟性和安全性之間的關系。其中安全性是必須首先考慮的。
不安全的設計會導致不必要的傷害和事故。最好的辦法是采納使用單位包括操作者的建議，不斷改進設計，提高設備的安全性。安全設計的目標是產品100%達到質量要求，具有100%可靠性和100%的操作維修安全性。本質安全的設備具有高度的可靠性和安全性，可以杜絕或減少傷亡事故，減少設備故障，從而提高設備利用率，實現(xiàn)安全生產。
2．設備本質安全的指導思想
根據(jù)生產設備安全設計的基本要求和制定安全技術措施的基本原則，為了實現(xiàn)設備的本質安全，可以從三方面入手：
（1）設計階段。采用技術措施來消除危險，使人不可能接觸或接近危險區(qū)，如在設計中對齒輪采用遠距離潤滑或自動潤滑，即可避免因加潤滑油而接近危險區(qū)；將危險區(qū)安全封閉；采用安全裝置；實現(xiàn)機械化和自動化等；這些都是設計階段應該解決的。
（2）操作階段。建立有計劃的維護保養(yǎng)和預防性維修制度；采用故障診斷技術，對運行中的設備進行狀態(tài)監(jiān)測；避免或及早發(fā)現(xiàn)設備故障；對安全裝置進行定期檢查，保證安全裝置始終處于可靠和待用狀態(tài)；提供必要的個人防護用品等。
（3）管理措施。指導機械的安全使用，向用戶及操作人員提供有關設備危險性的資料、安全操作規(guī)程、維修安全手冊等技術文件；加強對操作人員的教育和培訓，提高工人發(fā)現(xiàn)危險和處理緊急情況的能力。
上述三方面中，設計階段所應采取的措施是主要的。后兩方面的措施只是補充。
二、本質安全的主要措施。
1．本質安全的目的
本質安全是指操作失誤時，設備能自動保證安全；當設備出現(xiàn)故障時，能自動發(fā)現(xiàn)并自動排除，能確保人身和設備安全。為使設備達到本質而進行的研究、設計、改造和采取各種措施的最佳組合，都稱為本質安全化。
本質安全化的目的是：運用現(xiàn)代科學技術，特別是安全科學的成就，從根本上消除能形成事故的主要條件；如果暫時達不到時，則采取兩種或兩種以上的相對安全措施，形成最佳組合的安全體系，達到最大限度的安全。同時盡可能采取完善的防護措施，增強人體對各種危害的抵抗能力。本質安全化強調先進技術手段和物質條件在保障安全生產中的重要作用。隨著科學技術的進步，設備本質安全化程度也會不斷提高。不會停留在現(xiàn)有的水平上。
2．本質安全化的主要內容
設備的本質安全措施可以通過設備本身和控制器的安全設計來實現(xiàn)。
（1）本質安全化的基本思路。
①從根本上消除發(fā)生事故的條件。這是最理想的措施。許多機械事故是由于人體接觸了危險點，如果將危險操作采用自動控制，用專用工具代替人手操作，實現(xiàn)機械化等都是保證人身安全的有效措施。
②設備能自動防止操作失誤和設備故障。操作失誤是操作人員違反操作規(guī)程的行為，設備故障是設備或其零、部件的功能受到損傷或破壞，以致不能正常運轉而使其技術性能下降甚至完全喪失。這些現(xiàn)象在生產中是難以完全避免的。因此設備應有自動防范措施，以避免發(fā)生事故。這些措施應能達到：即使操作失誤，也不會導致設備發(fā)生事故；即使出現(xiàn)故障，應能自動排除，切換或安全停機；當設備發(fā)生故障時，不論操作人員是否發(fā)現(xiàn)，設備應能自動報警，并作出應急反應，更理想的是還能顯示設備發(fā)生故障的部位。
（2）常用的措施。
⑴采用機械化、自動化和遙控技術。這是消除危險因素和人接觸最佳方案。機械的可靠性一般比人的可靠性高，人易受生理、心理以及外界因素的影響，一般認為的人失誤率在1%以上。設計優(yōu)良的機械，其故障率至少在0.1%以下，使用可靠性高的零、部件，機械的故障率可達到0.01%。采用機械化、自動化和遙控技術代替人的手工操作，是提高勞動生產率，降低勞動強度，減少設備故障率，防止錯誤操作，保證操作者安全和設備安全最有效的措施。尤其適用于危險作業(yè)和在惡劣的作業(yè)環(huán)境中代替人進行操作。
⑵采用可靠性設計，提高機械設備的可靠性。
⑶采用安全防護裝置。當無法消除危險因素時，采用安全防護裝置隔離危險因素是最常用的技術措施。帶有聯(lián)鎖裝置的防護罩是最好的本質安全措施。
⑷安裝保險裝置，保險裝置又叫故障保險裝置。這種裝置的作用與安全防護裝置稍有不同。它能在設備產生超壓、超溫、超速、超載、超位等危險因素時，進行自動控制并消除或減弱上述危險。安全閥、單向閥、超載保護裝置、限速器、限位開關、爆破片、熔斷器、保險絲、力矩限制器、極限位置限制器等都是常用的保險裝置。
⑸采用自監(jiān)測、報警和處理系統(tǒng)。利用現(xiàn)代化儀器儀表對運行中的設備狀態(tài)參數(shù)進行在線監(jiān)測和故障診斷。當出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，能自動報警，發(fā)出聲、光報警信號，并且動作出應急反應，如自動停機、自動切換到備用設備等。
⑹采用冗余技術。冗余技術是可靠性設計常采用的一種技術，即在設計中增加冗余元件或冗余（備用）設備，平時只用其中一個，當發(fā)生事故時，冗余設備或冗余元件能自動切換。
⑺采用傳感技術 在危險區(qū)設置光電式、感應式、壓力傳感式傳感器，當人進入危險區(qū)，可立即停機，終止危險運動。
⑻安裝緊急停車開關。
⑼向操作者提供機械關鍵安全功能是否正常（設備的自檢功能）的信息。
⑽設計程序聯(lián)鎖開關。設計對出現(xiàn)錯誤指令時，禁止啟動的操縱器。這些關鍵程序只有在正常操作指令下才能啟動機械。
⑾配備使操作者容易觀察的，能顯示設備運行狀態(tài)和故障的顯示器。
⑿采用多重安全保障措施。對于危險性大的作業(yè)，要求設備運行絕對安全可靠。為了防止出現(xiàn)故障和發(fā)生誤操作，應采用雙重或多重安全保障措施，使設備運行萬無一失。
二、可靠性設計
1．可靠性技術和可靠性設計
設備在規(guī)定的時期內，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力稱為設備的可靠性?？煽啃约夹g已成為提高使用壽命、減少設備故障、實現(xiàn)安全生產的重要手段?？煽啃约夹g和安全技術有密切的關系，但兩者又不完全相同。
許多可靠性技術采用的方法已被安全技術所采用，許多基本概念也用到安全技術和安全管理上。安全技術所用到的事故樹分析（FTA）就是沿用可靠性工程的故障樹分析方法。故障模式影響分析（FMEA）和故障模式影響及危害度分析（FMECA）也是可靠性工程的重要方法。安全技術措施有許多也是可靠性技術常用到的措施。因此，可以說安全技術的基礎是可靠性技術。但是可靠性技術不能完全代替安全技術?？煽啃约夹g只能解決物質條件的安全，安全技術還要解決操作設備的人的安全。當然如果沒有可靠性技術提供物質保證，安全技術也是無能為力的。設備的本質安全在很大程度上要依靠可靠性技術。
可靠性設計是設備安全設計的重要內容。任何設備都必須具備一定的工作性能，要求使用方便、容易維修、經久耐用。在設計時，應該綜合考慮下列因素：
（1）經濟性、設備用途和使用條件；
（2）設備設計的復雜性和成熟程度；
（3）設備制造時的復雜性和難度；
（4）設備結構上不出現(xiàn)故障，即“結構可靠性”高；
（5）精度滿足使用要求，即“使用可靠性高”；
（6）在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力高，即設備的可靠性高。這個時期的使用壽命（無故障工作時間），在可靠性工程中稱為“保險期”，要求使用壽命長；
（7）設備有效性高，即故障率低；
（8）維修性高，出了故障能很快發(fā)現(xiàn)并容易排除故障；
（9）對設備安全性的要求。
后6個因素都與設備的可靠性有關。
2．可靠性設計的基本知識
（1）可靠性設計的意義。
可行性設計是可靠性工程的重要組成部分。這里只介紹與機械安全有關的基本知識，以便設備管理人員、安全工作人員能運用所介紹的知識在工作中正確地處理下列問題：
①比較和選擇可靠性高的設備；
②對設備故障進行記錄、分析，研究故障機理，隨時將故障資料反饋給設備設計、制造單位，以便改進設計和提高制造質量，從而提高設備的可靠性；
③針對現(xiàn)有設備在運行中暴露出來的不安全因素，在現(xiàn)有設備上設計一些簡單易行、可靠的安全裝置，以確保設備的安全運行；
④指導制訂提高可靠性、維修性的方案。
（2）可靠度和故障率。
①可靠性和可靠度?？煽啃允窃u價設備在使用壽命期內可信賴程度的指標。是指設備在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力。而設備在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率為可靠度。可以用可靠度對設備的可靠性進行具體的試驗、測量和比較，也就是可以對可靠性進行定量的測定和衡量，并加以表示。
a可靠度研究的對象 可靠度研究的對象可以是一個系統(tǒng)、一臺設備或其中一個零件。設備是由千百個零件組成的，如果其中一個零件出現(xiàn)故障，有可能使整個設備出現(xiàn)故障；因此研究設備可靠度要從研究零件入手。
b規(guī)定的條件 包括設備所處的作業(yè)環(huán)境、使用條件和維修條件。
作業(yè)環(huán)境：溫度、濕度、壓力、振動、沖擊、粉塵、日曬、雨淋等；
使用條件：負荷大小和性質，操作人員的技術水平等；
c規(guī)定的時間隨著設備使用時間的延長、零部件的磨損、材料的腐蝕老化而使性能下降，可靠性也將下降，因此可靠性是時間的函數(shù)。使用時間不同的設備，其可靠性是不能等價比較的。規(guī)定的時間一般應以能達到以最少修理費用和停工損失來確定，如機床一般選定為兩次計劃修理之間的時間（無故障工作時間）
d規(guī)定的功能 指既有明確的功能指標，如功率、流量、速度等，又有明確的失效（出現(xiàn)故障、不能正常工作）界限，如設備質量下降到制造時質量的百分之幾就應報廢等。
②故障和故障率。故障表示設備處于不正常狀態(tài)。設備在投入使用和運行過程中，由于某種原因，使設備或其零、部件喪失了其規(guī)定功能的事件稱為故障。由此可見，可靠性和故障是反映設備運行正反兩個方面的狀態(tài)。
故障率是指在任意給定的時間內，設備或零件出現(xiàn)故障的概率以λ表示。隨著時間延長，故障率增加。
③零件可靠度與設備可靠度
