船用導航雷達的安全性設計

章樂多

摘 要：通過各種活動來消除和控制各種危險，防止所設計的系統在研制、生產、使用和保障過程中發生導致人員傷亡和設備損壞的各種意外事故。為了全面提高現代復雜系統的安全性，在安全性分析的基礎上，系統設計人員必須在設計中采取各種有效措施來保證所設計的系統具有要求的安全性。

關鍵詞：導航雷達;安全性設計;危險

0 引言

安全性是指產品不導致人員傷亡，不危害健康及環境，不造成設備損壞和財產損失的能力。安全性是通過設計賦予的一種重要產品特性。

安全性設計是通過各種活動來消除和控制各種危險，防止所設計的系統在研制、生產、使用和保障過程中發生導致人員傷亡和設備損壞的各種意外事故。為了全面提高現代復雜系統的安全性，在安全性分析的基礎上，系統設計人員必須在設計中采取各種有效措施來保證所設計的系統具有要求的安全性。

1 概述

安全性分析是一種在設備研制初期就開始進行的系統性檢查、研究和分析的方法，它用于檢查系統和設備在每種使用模式中的工作狀態，確定潛在的危險，預計這些危險為人員傷害或對設備損壞的嚴重性和可能性，并確定消除或減少危險的辦法，以便能夠在事故發生之前消除或盡量減少事故發生的可能性或降低事故有害影響的程度。

安全性設計適用于船用導航雷達設備及各組成部件在硬件及軟件安全性設計方面的指導以及設備操作中與安全相關的使用說明。

2 術語

2.1 設備

設備包括艙內設備、艙外設備、波導及連接件、連接線纜。

艙外設備：天線。

艙內設備：收發機、顯示器、隔離變壓器等。

2.2 危險

對人的生命和健康可能造成的各種危害，包括由于觸電、噪聲、輻射、高頻、過熱、起火、弧光、污染和其它影響所造成的危害。

2.3 按規定使用

按照設備制造廠給出的條件使用。

保持預定的運行和維護條件也屬按規定使用。

2.4 安全技術措施

所有為了避免危險而采取的結構上和說明性的措施。可分為直接的、間接的和提示性的安全技術措施。

2.5 特殊安全技術措施

只具有改進和保證安全使用設備的目的而不帶其他功能的裝置。

2.6 使用人員

2.6.1 專業人員

受過專業教育、具有專業知識和經驗，能夠識別出其所操作和使用的設備可能出現危險的人員。如設備制造單位專業技術工程師。

2.6.2 受過初級訓練的人員

受過與所承擔的任務有關的專業技術和安全技術訓練，對不按規程操作可能發生危險有足夠了解的人員。如雷達操作員。

2.6.3 外行

非專業人員，又未受過初級訓練的人員。

2.7 設備操作場所

主要用于設備運行，且只允許專業人員或受過初級訓練的人員進入的房間或場所，如駕駛室、高頻室、指揮室、電機房等。

2.8 帶電部分

處于正常使用電壓的導體或導電部分。

2.9 導電部分

能導電，但并不一定承載工作電流的部分。

2.10 外露導電部分

易觸及的導電部分和雖不是帶電部分但在故障情況下可變為帶電的部分。

2.11 直接接觸防護

所有防止人接觸電氣設備帶電部分面遭受危害的措施。

2.12 間接接觸防護

所有防止人遭受電氣設備外露導電部分上危險接觸電壓傷害的措施。

3 安全設計的基本要求

3.1 安全技術的目標

在按規定安裝和使用設備時必須保證安全不得發生任何危險。所有電氣設備、裝置和部件，均應符合安全要求。如果在安全技術和經濟利益之間發生矛盾時，應該優先考慮安全技術上的要求，并按下列等級順序考慮。

3.1.1 直接安全技術措施

設備本身設計盡量減少危險和隱患。

3.1.2 間接安全技術措施

如果不可能或不完全可能實現直接安全技術措施時，采取特殊安全技術措施。

3.1.3 提示性安全技術措施

（1）如果直接或間接安全技術措施都不能或不能完全達到目的，必須說明在何種條件下才能安全地使用設備。

（2）如果需要采用某種運輸，貯存、安裝、定位、接線或投入運行等方式才能預防某些危險時，則要對此給以足夠的說明。

（3）如果為了預防發生危險，在設備使用和維修中必須注意某些規則時，則應提供通俗易懂的使用和操作說明書。

3.2 特殊條件下的安全

如果在按規定使用設備時，遇有特殊的環境或運行條件，則必須將設備設計得在所要求的特殊條件下也符合本標準，屬于這些特殊條件的有：

（1）有爆炸危險或有易燃危險。

（2）異常高或異常低的溫度。

（3）異常的潮濕。

（4）特殊的化學、物理或生物作用。

3.3 制造過程中的安全

在設計設備時，必須考慮在設備制造過程中的安全性。

4 安全性設計說明

4.1 總要求

應根據研制總要求或研制合同中規定的安全性定性、定量提出安全性設計要求。承制方應根據安全性設計要求和初步危險分析等各種來源獲得的所有信息制定安全性設計準則。安全性設計要求包括定性和定量要求。定性要求是安全性設計的基礎。對某些安全性關鍵的系統或設備還應規定定量要求，做到定性與定量要求相結合。

設備在設計時保證了設備在按規定使用時不會發生任何危險，設備盡可能承受在正常使用中可能出現的物理和化學作用的影響。

當預計的負載與實際的負載不一致，以及由于不能及早發現的材料缺陷，而可能出現有害影響時，將采用適當的安全技術措施，例如采用熔斷器和防護罩等，以防止由于過負載、材料缺陷或磨損而引起的危險。

4.2 材料

4.2.1 一般要求

設備選用能夠承受在按規定使用時可能出現的物理和化學作用的材料。

設備所用材料為阻燃、耐腐蝕和化學穩定性好的材料，不會對人員和設備產生危害。

4.2.2 有害材料

設備選用的材料不應對人體生理上產生任何有害影響。

4.2.3 耐老化材料

凡是由于材料老化可能使設備性能降低而影響安全的部位，均選用有足夠耐老化能力的材料。

4.2.4 抗腐蝕材料

凡是由于腐蝕可能影響設備安全的部位，均選用有足夠抗腐蝕能力的材料，或以其它方式采取足夠的抗腐蝕措施。

4.2.5 電氣絕緣

（1）設備有良好的電氣絕緣，以保證設備安全可靠并防止由于電流直接作用所造成的危險。

（2）各類絕緣件均具有足夠的耐熱性。

（3）支承帶電部分的絕緣件具有足夠的耐受潮濕、污穢或類似影響而不致使其安全性降低的能力。

4.3 運動部件

設備的旋轉部件，如天線，在設計時考慮使人不能接近或觸及，以防發生危險，如果不能避免，則采取相應的安全技術措施。

4.4 表面、角和棱

（1）設計中避免了設備上有可能造成傷害的外露尖角，棱以及粗糙的表面，如果有，則加以遮蓋。

（2）肢體進入的維修通道沒有尖銳邊、角，門、開口的邊緣制成圓角或覆蓋橡膠、纖維織物。

4.5 穩定性

（1）立式設備有可靠的穩定性，不會由于振動，大風或其它外界作用力而翻倒。

（2）設備具有較合理的重心位置。對于有駕駛位置的可行駛的設備，考慮了防傾覆裝置。

4.6 噪聲和振動

（1）設備在設計時使其所發出的噪聲和振動保持在盡可能低的水平上。例如選取較合適的轉速、應用低噪聲的驅動機構和減震構件等。

（2）門、抽屜具有鎖緊裝置，以免振松后傷人。

4.7 電能

4.7.1 電能直接作用的危險

（1）總要求。設備的設計使其在按規定使用時，對由于電能直接作用所造成的危險有足夠的防護。

（2）直接接觸防護。1）設備的設計使其使用人員不通過輔助手段或工具就不能觸及到帶電部分，或者不能接近到使他們遭受危險的程度。2）當無法使帶電部分斷電而同時又允許拆卸或打開設備的起直接接觸防護的部件時，則只能允許使用適當絕緣的工具拆卸或打開。3）保證所有外部可導電的零部件表面的屏蔽及正常操作使用維修可觸及到的部位處于地電位。

（3）間接接觸防護。1）當基本絕緣發生故障或出現電弧時，為使用人員不致受到危險的接觸電壓的傷害，設備采取了下列防護措施：a.導電部分有與接地線連接的裝置，并保證接線處在電氣上和機械上有非常可靠的連接;b.導電部分的接觸電壓不超過所規定的安全電壓值。

4.7.2 電能間接作用的危險

（1）設備設計時已將有損于健康的高頻、噪聲、振動以及類似的機械作用和熱作用限制在無害的范圍內。

（2）設備內部或周圍所出現的溫度（包括由于過負載和短路所造成的高溫），未對設備的性能及其周圍環境產生有損于安全的影響。

（3）在各種工作條件下，操作、控制和易接觸部位不會造成對人員的燙傷。盡量不采用易炸裂的元器件、零部件，以避免對人機造成傷害。

（4）防微波輻射盡可能符合《GJB7微波輻射安全限值》第2章要求。

4.7.3 外界影響所造成的危險

（1）環境的影響。1）設備具有足夠的防止由于環境影響（例如：沖擊、壓力、潮濕、異物侵入等）而危及安全的保護。2）隔離變壓器采取了防雷電感應的措施，以避免雷電感應直接侵入雷達設備。

（2）過負載。設備具有能承受一定的過負載而又不危及安全的能力。

4.7.4 標志和標牌

（1）設備上具有能保持長久、容易辨認而且清晰的標志或標牌。這些標志或標牌給出了安全使用設備所必需的主要特征，例如額定參數、接線方式、接地標記、危險標記、可能有的特殊操作類型和運行條件的說明等。

（2）對于能根據使用人員的選擇置于不同運行或功能狀態的設備（如應答接收機、視頻碼處理單元、視頻碼抑制單元、抗干擾裝置等），具有能夠清楚表明所選擇狀態的裝置或標記，為此目的設置的裝置其定量定性的指示值有足夠精度。

（3）設備還以其它方式清楚、可靠和有效地將應注意的事項告訴使用人員。如使用維修說明書及安裝技術要求等。這些文件均以工作資料和隨機資料的形式向艦總體設計單位及船廠提供。

（4）電氣連接器不會因誤接而造成危害。在結構上確保不同用途連接器不能互用或有明顯的對應標志。

（5）對于涉及人身、設備安全的危險部位設有顯著、醒目的安全標志，對重大危險部位設置聲光報警裝置。安全標志采用形象化的符號和圖形表示出危險的類別，并用文字間要說明防止危險的措施。

4.7.5 額定運行狀態

（1）設備在額定參數下按規定使用時，不會對人造成危害。

（2）設備根據安全上有要求，設計時額定參數具有適當容差。

4.7.6 電氣接線和電氣連接

（1）設備裝設有能與電源可靠連接的裝置。

（2）所需要的連接手段，如接插件、連接線、接線端子等，均能承受所規定的電（電壓、電流和功率）、熱（內部或外部受熱）和機械（拉、壓、彎、扭等）負載。特別容易造成危害的部位則通過位置排列、結構設計或附加裝置來保護。

（3）母線和導電或帶電的連接，按規定使用時，不會發生過熱、松動或造成其它危險的變動。

（4）設備所選用的導線和電纜具有良好的絕緣和耐高溫性能。在設備規定的工作電壓、溫度、濕度、大氣壓力、冷凝、使用壽命、污染等條件下不易被擊穿。

（5）在結構上必須防止插入連接器內部的裸線穿出連接口，并保證不與其他部分相接觸。

（6）設備內部的布線用支架固定并加以必要的保護，用金屬夾固定時，采取必要的絕緣保護措施。

（7）布線時，在容易彎曲的地方（如門、蓋板）使用柔軟的熱塑套管，保護套管的每一端固定在電纜架（夾）底下，電纜的成形和固定，確保在正常使用時不因拐彎而磨損。

（8）選用聚乙烯電纜時，其彎曲半徑不小于該電纜直徑的5倍，避免因過度彎曲而產生永久性變形。

（9）外部兩端端接的互連電纜中有一根地線，除同軸電纜外，不允許把屏蔽層作為載流線來連接。

（10）接到屏蔽層、鉸鏈部件或其他機械部件的地線不構成環路，以可導電底板或框架上的一點作為靜電接地或電源接地的公共接點與保護接地端子連接。

（11）與可導電底板或框架連接的地線均牢固地固定在底板或框架上，地線與底板之間保持良好的電氣連接。

（12）超過36 V的電線、電路、機殼、機柜均接地，接地電阻小于10 ?。

（13）導線及標志安全色、指示燈及按鈕顏色符合《GB2893-1982安全色》。

4.7.7 電氣間隙

（1）在所有可能由于電壓、故障電流、泄漏電流或類似作用而發生危險的地方，均留有足夠的電氣間隙。

（2）在特殊情況下，如由于鹽霧腐蝕使電氣間隙可能受到損害時，則通過設計結構、選材和適當的防污、防潮或防其它有害作用的措施，對其加以保護。

（3）布線間的間隙及設備內裸導線或焊點之間的間隙在正常使用條件下避免偶然接觸，其電氣間隙符合相關標準及規范的規定。

4.8 控制和調節裝置

（1）電能的接通和分斷控制具有最大限度的安全性，調節部分的設計能防止造成誤接通、誤分斷。對于手動控制，操作件運動的作用清楚明了，并輔以容易理解的圖形符號和文字說明。

（2）開關應具有良好的通斷性能與負荷能力，通斷位置有明顯的識別標志。

4.9 符合人類工效學的結構

為了減輕勞動強度和疲勞，為了便于使用，設備的設計和人體尺寸，體力和生理特點相適應。

4.10 軟件安全性一般要求

軟件開發規范化。在軟件開發的每個階段編制必要的文檔并進行檢查、分析和評審，實行配置管理。盡可能采用先進、實用的軟件開發工具，并確保軟件開發工具免受計算機病毒侵害。盡早開展并加強軟件檢查和測試，采取措施使檢查工作切實有效，盡可能達到軟件測試規定的要求。

5 結束語

安全性設計時確保產品滿足安全性要求的重要措施，應采取定性與定量相結合的原則開展設計，對安全起關鍵影響的產品應開展定量設計。產品的承制單位應根據產品的類型、特點和安全性要求，吸收相似產品的設計經驗，選用合適的安全性設計方法，并通過初步危險分析，制定相應的安全性設計準則。

安全性設計準則應針對性強、具體和便于操作，而且通過設計實踐不斷完善，隨著設計的更改有針對性地加以增刪和修改。在產品設計過程中，設計人員應認真貫徹落實安全性設計準則，在產品設計評審中應提交安全性設計準則符合性報告供評審組評審。

參考文獻：

[1]GJB451A，可靠性維修性保障性術語[S].2005.

[2]GJB 900，系統安全性通用大綱[S].1990.

[3]GJB/Z 99，系統安全性工程手冊[S].1997.