0引言
木工机械安全作为A类检测项目，检测结果对产品的安全性能判定具有重要意义。在实际检测中，木工机械安全的检验不符合项目在设计阶段已经出现，主要的不合格项为防护功能部件不齐全，设计安全间距不符合等［1］。除通用机械安全要求以外，不同种类的专用木工机械产品涉及的机械安全相关标准繁多。对于强制性标准中要求的木工机械安全检测项目，通过事前风险评估对机械本质安全的设计进行改良将成为趋势。目前，虚拟仿真技术在检测、风险评价方面的应用较少，相关应用技术研究也主要集中在设计参数化以及装配干涉性上，对机械安全等级方面的可视化仿真研究较少［2-4］。将虚拟仿真技术应用于部分木工机械安全项目设计阶段可进行模型的检测预判，可为木工机械的风险评价提供更为多样的手段［5］。
1软件设计
1.1总体技术方案
区别于传统的风险评价针对机械产品的成品，木工机械风险评价虚拟仿真的主要功能是对木工机械的三维模型进行虚拟仿真检测，并对仿真检测的结果进行判定，在模型中建立标识，实现机械风险在源头上进行把关。首先，在完成三维原始模型的基础上，对模型的特征进行参数化提取（零部件特征和装配特征）。然后在建立风险评价体系的基础上，对机械安全特征进行提取并参数化。将模型参数与安全标准参数进行比对，输出比对后的判定结果，完全合格则直接完成安全性能等级评估，有不符合项可反馈至模型并进行标识。在改良设计参数后，重新进行比对评估，最终完成整个检测评估与提升安全设计的过程。
1.2关键功能的分析与设计
1．2．1主功能设计
（1）木工机械三维模型的模块化设计与关键安全特征参数化提取过程。根据典型木工机械整机的主要特征，将木工机械的主要部分分为支架模块、功能件模块、防护模块，以及相关主要零部件刀具装置、送料装置、传动装置、制动装置、联锁机构等的三维模型的模块，各个模块下细分出关键的零部件，如锯轮、吸尘口、防护罩等关键安全件，安全功能参数化提取过程。
（2）木工机械风险评价参数的建立，在比较中国与欧美木工机械安全标准的基础上，对不同机床的安全防护进行分类，比如根据木工锯床、木工铣床、木工刨床的通用标准以及专用标准，定义出相应机床的安全参数与防护功能，建立木工机械风险评价的参数体系。
（3）对虚拟仿真环境下的木工机床功能部件机械安全的参数化检测方式进行研究，并设计出适合木工机械安全的参数化检测方法。交互方式采用参数与三维模型实时互动的方式，用户可以同时操作评估以及三维模型，通过三维模型的实时检测进行评估，并生成评估结果以及标记不符合项评估节点，使用文字的方式在三维模型上显现。
1．2．2系统开发流程
（1）建模设计主要研究装备路径与功能部件的模块化问题，通过使用Solidworks进行三维建模，主要针对安全部分特征，实现装备的功能部件模块化。根据安全功能的描述，主要涉及整机的安全防护功能、人类工效学相关整体层次，装配体间的安全距离等局部功能层次，以及零部件的安全尺寸层次。
（2）根据木工机械的特征，本评估过程主要采用评分法与风险矩阵法混合的方式［6］，结合相关木工机械通用标准和专用标准，建立相应的木工机械评价体系，其优势是在评估过程中对结果的表述更加直观，有利于设计参数的修改和反馈。
（3）用户的交互操作由两个部分组成：虚拟仿真检测环境与参数评估计算环境。虚拟仿真环境利用eDrawing的测试功能，将三维模型导入后，可对模型进行实时检测与记录。参数评估计算环境采取表格的型式，主要包括风险文字描述、参数、数值几个方面，用户根据虚拟仿真检测的结果输入相关的计算参数数值和文字描述，并生成相关的风险评估报表。参数评估计算环境与虚拟仿真环境的界面可同时显示或自由切换，达到风险评估和虚拟仿真检测相结合的目的。
（4）操作界面的开发设计使用VC语言进行开发，操作界面包括主菜单、功能栏目、操作说明，主界面为评估内容和相关信息表，并将三维模型检测界面嵌入程序中进行交互操作，最终设计完成了虚拟环境下木工机械检测可视化仿真原型系统的操作界面开发。
2仿真评估应用
为了验证软件系统的可行性与实用性，根据木工机械的三个主要类型木工铣床、木工锯床、木工刨床制作了三维实物模型。根据模型类型制作了相应的评估模板，输入相关的测量参数进入评估模板可自动判定和统计不符合项目。风险评价软件左边界面为评价内容，右边界面为评价模型与检测插件。导入模型相应的评价标准，然后根据风险评价的参数对模型进行仿真的测量与标识，并将参数反馈到评估报告上进行首次风险评估。首次风险评估后，将不符合项以统计的方式显示。根据不符合项以及相应模型上的标识对模型的设计参数进行修改，修改后进行再次风险评估，形成改善安全设计后的风险评估报告。根据评估结果与实际检测木工机械的能力对比，木工机械安全风险评价虚拟仿真软件可以在模型的设计阶段发现机械安全防护、电击防护、功能部件、安全距离、人类工效学等与机械安全相关的安全问题，并能有效进行不符合项设计的标识和反馈，软件的总体设计方案可行。
3结论
区别于针对木工机械整机成品的风险评价方式，木工机械虚拟仿真风险评价结合了虚拟仿真技术与风险评价，对木工机械的风险评价手段的多样性进行了探讨。通过将机械安全标准的相关内容参数化，实现对不符合要求的产品设计进行判断和可视化显示，为产品的本质安全进行把关，提高了产品在设计阶段对标准的符合性，有效地节约了产品量产后产生的返工成本。
作者：褥铜 张海强 车裕中 单位：顺德出入境检验检疫局
