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产品设计新思维─以防制危害为本位的安规工程HBSE

有这方面的资料的同任千万别谦虚,让中国的安规工程师和产品设计工程师在产品安全时代到来之前,观念上做好充分准备.
谢谢!
以下一篇在网上下载而来的,做抛砖引玉.
HBSE 於家電產品的應用
HBSE 的基礎概念
「以防制危害為本位的安規工程」(Hazard-Based Safety Engineering, HBSE) 理論是近幾年由安捷倫公司 (Agilent Technologies) 及惠普科技 (Hewlett-Packard) 所發展出的產品安全訓練課程,主要目的是提供產品設計工程師一套系統化的工具,評估分析產品的安全性。HBSE 完全著眼於危害的防範,其以基礎科學 (物理、電學、 熱力學等) 的原理分析危害的存在、與事發的機制,並提供完整的分析流程及工具,以確保產品的設計已備有足夠的保護設置。
雖然 HBSE 是由安捷倫及惠普科技所發展,但其應用層面並不僅受限於資訊類產品,亦適用於所有日常生活使用的家電產品之危害分析,諸如烤箱表面到達幾度會造成燙傷?果汁機的刀片在何種條件下可能會造成使用者的傷害等。
欲防止危害的發生,首先必須知道產生危險的條件及模式,此可由〈圖一〉之三方塊圖的 HBSE 核心理論出發,以進行下一步的分析。

危險的發生模式是起始於「危險能量來源」的存在 (如圖一所示)。舉例來說,烤箱表面若溫度夠高,即是一個引起燙傷的熱源,或旋轉中的刀片,即具備割傷人體的動能。危害發生的條件,則是「傳遞機制」與「使用者人體」的同時存在。HBSE 的危害發生模式與條件理論淺顯易懂,但也是所有分析的原始起步。
在進行「量化分析」前,我們分別以 f(e)、f(x) 及 f(b) 表示「能量來源」、「傳遞機制」及「人體對危害的承受度」的可變函數。在大多數的場合中,「能量來源」及「人體之間」的「傳遞機制」扮演著「隔離保護」或「能量衰減」的角色, 因此,我們可以把〈圖一〉的模式轉換為〈圖二〉:

當 f(e) < f(b) 時,即表示「能量」低於「人體承受度」;或 f(e) / f(a) < f(b) 時,即為「能量」經過「衰減」後,低於「人體承受度」,皆不會產生危害。舉例說明,若以柳丁榨汁機 (Reamer Juicer) 為前者 (表示能量) 時,由於其轉速慢,亦無銳邊, 因此即使直接接觸,所有動能轉移至人體時 (f(a) = 1), 亦不會對人體造成傷害;而第二種狀況,擁有 120V 電壓 (即為能量來源) 的電源線,因有電源線絕緣皮的阻抗,即使用手直接觸碰,也僅是微弱的洩漏電流流經人體,因此也不會造成危害。由前例可知, 不同能量 (f(e))、衰減機制 (f(a))、及人體承受度 (f(b)) 的數值, 將會是 HBSE 量化分析的重點。
HBSE 的分析方式與工具
在家電產品中,最經常性的危害來源,莫過於高溫的傷害,尤其是烹調用小家電,如烤箱、電鍋、油炸鍋等,所以在此以燙傷為例,並採用 HBSE 的基本模式協助我們做進一步的分析。
第一步是找出「能量來源」,在此即是「熱能」,我們以 Q 表示,由於「熱能」的傳遞為一相對值,其與「來源的溫度」及「人體承受的溫度」息息相關,且和「熱源材料的比熱」、「質量」有關,因此可由公式一取得 Q 值:
(公式一) Q = M Cp (T – T0)
※ 公式一的 M 表「熱源質量」, Cp為「熱源材料的比熱」, 單位為 joule/g-°C, T 與 T0 則分別為「熱源」及「人體的溫度」,以上述的手指碰觸烤箱表面為例試算其熱能 (Q) 值:
【手指碰觸烤箱表面的 (熱能 / Q) 值】
Q = 50 g (鋁外殼質量) * 0.9 (Cp 鋁比熱) * (90°C - 32°C) = 2,610 焦耳
在正式討論「傳遞」或「衰減機制」 (f(a)) 前,應須探討人體對熱能的承受度。根據研究,如果每平方公分每秒傳遞的能量超過 2.5 焦耳時,即使只是一秒鐘的接觸,便可使人有疼痛的感覺;而當每平方公分每秒傳遞的能量超過 5 焦耳時,即會導致灼傷;假若熱能傳遞的速度越慢,則造成的疼痛或燙傷所需的時間自然會更長。以上可知,熱的傳遞機制 (f(a)) 是取決於以下係數,在此亦導出下列的「溫度差 (T – T0) 」及「熱傳遞速率」計算公式。
【傳遞機制的影響係數】
k (單位為 j / s-cm-°C):物質的熱傳導係數
A (單位為 cm2):傳遞截面積
l (單位為 cm):傳遞距離 (即厚度)
【導出之相關公式】
(公式二) q = -kA(T – T0) / l 或
(公式三) 定義熱阻 R = l / kA (單位為 s-°C/J)
整合公式二與公式三,則公式二可為:q = - (T – T0) / R,即為 (公式四) T = T0 + qR
現在再回至原先我們設定的狀況:當手指碰到灼熱的烤箱外殼時,究竟多少度的溫度才會造成危害?或更精確的問,若手指觸碰外殼僅一秒鐘時,外殼的溫度究竟要在多少度以下,才算安全?
一般而言,皮膚的厚度約為 0.025 – 0.043 公分,其視部位不同而有差異,而皮膚的 k 值為 0.004 (J / s-cm-°C),因此由公式三計算,即可算出皮膚的 R 值 (熱阻值) 為 6.25 (s-°C / J);現若以 q 值為 2.5 焦耳是安全數值,則由公式四可計算出 T 值 (外殼溫度) 在 48°C 以下是安全的。當產品擁有熱阻較大的外殼材料,如 PC 時,我們亦可採用同樣的方式,計算出安全的溫度值。
〈圖三〉手指燙傷發生之故障樹的分析

接著,我們可再利用 HBSE 的另一個工具─「故障樹分析 (Fault Tree Analysis)」,做為進一步防止燙傷發生的探討。〈圖三〉為手指燙傷發生之故障樹的分析表示,左半部是代表危險熱源的發生條件,而右半部則為「手指接觸熱源」事件之發生條件。
由〈圖三〉可知,在烤箱表面溫度無法降低的前提下,手指燙傷的發生必須是在三個保護機制 (產品保護、人體保護、及行為保護 ) 同時失效時。大多數產品的保護機制是仰賴使用者的行為保護,如使用隔熱手套或在碰觸前先試探溫度;抑或遵循產品的高溫警示,故其唯一可採取的產品保護方案,為採用低傳導係數的外殼材質來防範危害發生時對於人體的傷害。
結語

上述的範例中,我們簡單示範了以「 HBSE 的危害模式」分析燙傷的發生、再採用「HBSE 的量化工具」進一步分析危害的能量來源與人體承受度,最後再利用「 HBSE 故障樹分析」做為最有效且合於成本效益的保護機制之選擇。同樣地,我們亦可利用 HBSE 的概念及工具做為家電產品的其他安全問題的分析,如電擊的危害分析、物理性傷害 (如割傷) 的分析、燃燒危險的分析等…,皆可採取前述的〈圖一〉與〈圖二〉的三方塊圖之危害模式開始進行分析的工作。接著,再以基礎科學的原理進行各方塊圖的的量化分析,進而建立安全的基準後,最後再以專門設定特定危害的故障樹進行分析,進一步瞭解各種保護機制與危害發生間的關聯性,然後選擇主要及第二層的保護機制,再由不同的測試方法評估其選擇的保護機制之有效性。
HBSE 對家電產品設計者及安規工程師而言,的確提供了一套別於傳統的安全規範,尤其是其專注於危害發生的系統分析機制,即便對於消費者而言,在了解 HBSE 的概念後,對日常生活的產品使用及維護也具有相當正面的價值。
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popson
LV.3
2
2005-11-01 14:07
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popson
LV.3
3
2005-11-01 20:11
@popson
1130825207.pdf
没有人顶啊????????
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2005-11-02 08:21
@popson
没有人顶啊????????
很新鲜的概念,哪里有详细的资料啊?顶!
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2005-11-02 16:50
@popson
没有人顶啊????????
VERY GOOD AND USEFUL
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popson
LV.3
6
2005-11-03 17:35
產品設計新思維─以防制危害為本位的安規工程 (HBSE)
由於資訊科技設備標準和影音產品安規未來將整合成一個標準 – TC108,這個未來的新標準是根據HBSE觀念為準則,因此製造商越早導入HBSE的概念,即可先一步讓您的產品符合未來標準的要求。
「Hazard-Based Safety Engineering – HBSE」 這個名詞出現於近幾年安捷倫 (Agilent Technologies現已成為HP旗下企業) 的產品安全內訓課程;現本課程已由惠普 (Hewlett Packard) 授權UL發展成為可對外舉辦的公開研討會。
年前 UL台灣敦聘UL HBSE指定講師Michael Shulman於『新世紀安規工程研習營』中淺談HBSE應用概念,得到廠商熱烈的迴響。今年UL台灣再次邀請Michael Shulman來台以兩天的時間帶領完整的HBSE研討會,會中除Micheal的引導之外,亦安排多位當地UL資深工程師協助分組討論及個案研究的進行。
課程介紹:
Section 1   Basic Principle - 基本原理
Module 1  Course Introduction - 課程介紹
Module 2  Basis For Injury -〝傷害形成〞的基本要件
Module 3  Personal Avoidance – 個人防護措施
Module 4  Fault Tree Analysis – 〝故障樹〞分析
Section 2   Thermal Application – 熱能應用
Module 5  Thermal Transfer and Injury – 熱能的傳導及傷害
Module 6  Thermal Safeguards – 溫度的保護措施
Section 3   Electrical Application –電氣特性
Module 7   Injuries from Current & Voltage – 由電流及電壓形成的傷害
Module 8    The Body and Ohm’s Law – 人體與歐姆定律
Module 9    Prnicipal Safeguards Against Electronic Shock - 電擊傷害的基本防護措施
Module 10   Supplemental Safeguards Against Electric Shock – 電擊傷害的增補性防護措施
Section 4   Fire Application –防火機制
Module 11   Electrically Caused Fire– 防止因電氣所引燃的火災
Section 5    Safety Testing –安規測試
Module 12   Produce Safety Testing – 產品安規測試
主辦單位:
美商優力安全認證有限公司台灣分公司 (UL)
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popson
LV.3
7
2005-11-03 17:40
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/35/1131010789.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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popson
LV.3
8
2005-11-03 17:40
有时产品安全被视为设计过程的附加任务,而且产品设计人员通常只注意极少数安全准则,却要求安全人员在产品即将投产之前使产品全面符合安全要求。对于今天各种复杂和新型产品的不断涌现,条例与责任问题日趋增加的现状,这种方法已不再有效。IEC 技术委员会TC1081已经制定了一套新的基于危险的标准,以分别代替ITE以及AV产品的IEC60950以及IEC60065标准。 这就是为什么惠普在几年前就开始采用“电气产品潜在危险防护及安全工程(Hazard Based Safety Engineering,以下简称HBSE)”的原因,这是一种通过在可证明安全的产品设计以及分析中应用工程基本原理,用于防止伤害的方法。 美国保险商实验所(UL)经惠普公司批准,提供HBSE培训,该培训旨在帮助工程师在产品设计周期中尽早融入符合安全标准的理念。财富500强公司中已有若干公司完成了培训,并且越来越相信HBSE方法。 HBSE是什么?HBSE的目的是为工程师提供一套工具,用于预见特定的危险,以便在设计早期融入防护措施,而不是采用被动式的“修补”方法,使符合安全标准的措施拖延到生产周期的较晚阶段。 具体来说,这套工具可帮助设计工程师保持安全要求与其他参数(例如可用性、成本以及客户满意度)之间的平衡。制造商通过提高产品评估的成功率获益,由此可在更短时间内用更低成本获得产品认证,并得到市场的接受。 HBSE的基本原理HBSE的前提基于“伤害三单元能量传递模型”(见图1),该模型说明了产品是如何通过传递(在身体部位与外界之间)热能、电能或者动能导致伤害。只有在充足的能量以及足够的持续时间作用在身体部位时才会产生伤害。能量传递模型已融入“HBSE”标准伤害故障树中,用于分析伤害事件。 图1:HBSE的伤害能量传递模型  HBSE方法是一种工程程序,集中讨论导致伤害的原因并预计这些原因。 三单元模型尽管表面看似简单,但却能帮助量化危险情况。如果我们能够量化能源、传递机制以及影响,就能够预测伤害是否会发生。 HBSE培训课程包括讲座、观看演示、实际实验以及解决问题的示例。将HBSE用于尽可能减少不同类型的危险: 热危险与高温表面接触造成的烧伤是产品安全的一个主要问题。保护人员不被烧伤需要理解以及控制热量产生、存储以及传递的机制。为了让学员理解热量的存储,HBSE课程讨论热量的产生、热容、热阻以及热传递等问题,并提供关于疼痛以及烧伤阈值的信息,这些阈值随着暴露时间以及能量吸收速度发生变化。 1瓦代表多高温度?学员将了解如何计算在接触高温部位特定区域时手指会发生什么情况,还将看到许多热量实验演示,包括保持在相同温度下,但热传导性不同的各种材料。 关于热传递以及烧伤所积累的信息将纳入一棵烧伤“故障树”,它可明确各种条件、原因、影响以及防护措施机制之间的联系。电击理解电击危险,首先要理解电流如何影响身体的神经、肌肉以及电化学系统。该课程将详细解释电击的等级(从感觉阈值,到强制反应,再到“无法放手”,最终达到可能产生心室纤维颤动、呼吸性纤维性颤动、停搏、呼吸停止等级)。这些生理反应与电压、频率以及暴露时间等刺激因素相关。 对于某个电源所产生的电流与电源的电压、频率,以及载荷阻抗有关。但在讨论电击时,所指的阻抗就是人体阻抗。人体阻抗是个复杂的函数,但是我们已经获得一些数据,说明阻抗随着电压、频率变化而变化,而且每个人的上下限也有所不同。 根据这些说明,将建立一个电击伤害的模型以及故障树。这些工具用于确定适用的防护措施。在电击源/身体载荷模型中,变量参数包括电压以及电流限值、绝缘以及保护性接地。本课程还将详细讨论固体以及空气绝缘装置,其标准实施方法,以及绝缘装置失效模式。绝缘装置将按照基本型、补充型以及加强型分别讨论。火灾危险HBSE 方法在论述可能导致燃烧的故障之前,集中讨论燃烧过程本身。燃烧需要火源、燃料以及氧气。本课程详细讨论了引燃,同样包括火焰以及燃烧类型。 一旦理解了火灾产生以及维持的机制,该课程即可开始讨论防护措施的程序。引燃的可能性可通过管理热源、热量与潜在燃料的耦合,并通过选择不易燃材料等措施降低。安全测试HSBE 方法按照两个步骤与安全程序相结合: · 首先,测试(或者检查)确认是否存在危险能源 · 其次,测试确定防护措施的有效性 实际上,在确定应进行哪种测试时需要全面考虑,这就是特定产品安全标准的作用。安全符合性安全测试中的HBSE Michael Shulman UL的首席工程运营经理强调了HBSE在安全符合性方面的重要性:“安全”与其他产品参数同样重要,应该在产品设计中专门考虑。HBSE让安全设计成为一种简单、直接的程序,几乎可应用于所有产品以及各种情况。 将安全符合性理念尽早融入产品设计周期,在时间以及成本方面可以带来明显的益处。制造商承受着巨大压力,他们需要缩减投入市场的时间以及生产成本。在HBSE的帮助下,制造商能够避免由于安全符合性问题(这会拖延产品进入市场的时间,提高成本)导致的产品重新设计。 “采用HBSE对于AV以及ITE制造商而言特别重要。制造商越早理解HBSE概念,就能迅速的适应TC 108标准,这些都是ITE 和 AV行业的未来标准。”Shulman 补充道。
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popson
LV.3
9
2005-11-04 11:10
行家门都来支持一下吧!!!!!
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chuanye
LV.6
10
2005-11-05 12:25
@popson
行家门都来支持一下吧!!!!!
不错
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kylinnb
LV.4
11
2005-11-05 14:29
@popson
行家门都来支持一下吧!!!!!
顶!
斑竹是否有更详细的资料?
可否割爱共享一下?
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popson
LV.3
12
2005-11-06 13:48
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
13
2005-11-06 20:00
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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chuanye
LV.6
14
2005-11-07 19:09
@popson
1131278368.pdf
OK
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popson
LV.3
15
2005-11-07 21:16
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
16
2005-11-07 21:18
@popson
1131278368.pdf
1131278368.pdf
UL White book 为白皮书
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popson
LV.3
17
2005-11-07 21:21
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
18
2005-11-07 21:24
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
19
2005-11-07 21:27
@popson
1131369881.pdfUL840
Insulation Coordination Including Clearances and Creepage Distance for Electrical Equipment
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popson
LV.3
20
2005-11-07 21:29
@popson
1131369367.pdfUL325
Door, Drapey ,Gate, Louver,  and Window Operators and system.
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popson
LV.3
21
2005-11-07 21:31
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
顶啊!别让此论题沉下去,他是产品安全设计的未来!!!
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kylinnb
LV.4
22
2005-11-07 22:28
@popson
顶啊!别让此论题沉下去,他是产品安全设计的未来!!!
斑竹辛苦了!
顶住这个好贴!
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bluesky980
LV.4
23
2005-11-08 08:14
@popson
顶啊!别让此论题沉下去,他是产品安全设计的未来!!!
支持, 好贴,顶!
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popson
LV.3
24
2005-11-08 09:19
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
25
2005-11-08 09:21
@popson
1131412653.part1.rarUL430-1
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popson
LV.3
26
2005-11-08 09:23
@popson
1131412837.part2.rarUL430-2
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popson
LV.3
27
2005-11-08 09:24
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
28
2005-11-08 09:27
@popson
等待HBSE高手光临,为把此论题顶下去,特先贡献几部该论坛内未出现的UL标准,供同行门急时之需.
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popson
LV.3
29
2005-11-08 09:28
@popson
1131413255.pdfUL514
继续顶啊!!!
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greensand
LV.1
30
2005-11-08 11:24
@popson
继续顶啊!!!
顶一下
希望有更详细的资料介绍哦
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digmay2002
LV.2
31
2005-11-09 08:49
@popson
继续顶啊!!!
不知有没有1310的2005版,据说变化有一些挺大的。
能不能传上来。谢谢!
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