2025年機(jī)械電子系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)競(jìng)賽試卷及答案考試時(shí)長(zhǎng)：120分鐘滿分：100分考核對(duì)象：機(jī)械電子工程及相關(guān)專業(yè)學(xué)生、行業(yè)從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（10題，每題2分）總分20分-單選題（10題，每題2分）總分20分-多選題（10題，每題2分）總分20分-案例分析（3題，每題6分）總分18分-論述題（2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)應(yīng)僅考慮靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)需重點(diǎn)關(guān)注。2.ISO13849-1標(biāo)準(zhǔn)適用于所有機(jī)械安全防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。3.安全PLC（SafetyPLC）的響應(yīng)時(shí)間必須小于10ms才能滿足大多數(shù)安全要求。4.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全等級(jí)（SafetyIntegrityLevel,SIL）越高，系統(tǒng)成本必然越高。5.梯形圖（LadderDiagram,LD）是安全PLC編程的唯一有效語(yǔ)言。6.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮冗余設(shè)計(jì)而非失效安全原則。7.安全傳感器在失效時(shí)應(yīng)默認(rèn)觸發(fā)安全動(dòng)作（如停止）。8.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)需通過(guò)型式試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證雙重確認(rèn)。9.安全相關(guān)部件的維護(hù)周期應(yīng)短于普通部件的維護(hù)周期。10.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)文檔無(wú)需包含故障樹(shù)分析（FTA）結(jié)果。二、單選題（每題2分，共20分）1.以下哪種安全設(shè)計(jì)原則屬于“失效安全”（Fail-Safe）？（）A.冗余設(shè)計(jì)B.降級(jí)操作C.自動(dòng)恢復(fù)D.增量控制2.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全等級(jí)SIL3適用于以下哪種場(chǎng)景？（）A.工業(yè)機(jī)器人手臂控制B.危險(xiǎn)區(qū)域人員出入門(mén)C.汽車(chē)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)D.紡織廠傳送帶防護(hù)3.安全PLC編程中，以下哪種語(yǔ)言不被ISO61131-3標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可？（）A.結(jié)構(gòu)化文本（ST）B.梯形圖（LD）C.匯流排圖（FBD）D.順序功能圖（SFC）4.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)需滿足以下哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求？（）A.IEC61508B.IEC61000C.IEC62264D.IEC61131-25.安全傳感器在以下哪種情況下應(yīng)觸發(fā)安全動(dòng)作？（）A.供電中斷B.信號(hào)傳輸延遲C.傳感器故障（如短路）D.系統(tǒng)重啟6.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)文檔應(yīng)包含以下哪項(xiàng)內(nèi)容？（）A.用戶操作手冊(cè)B.故障樹(shù)分析（FTA）C.產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)計(jì)劃D.供應(yīng)商報(bào)價(jià)單7.安全PLC的冗余設(shè)計(jì)通常采用以下哪種方式？（）A.主從冗余B.雙通道冗余C.熱備冗余D.以上都是8.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全等級(jí)SIL4適用于以下哪種場(chǎng)景？（）A.食品加工機(jī)械B.核電站控制系統(tǒng)C.家用吸塵器D.航空航天設(shè)備9.安全相關(guān)部件的失效模式通常包括以下哪種類(lèi)型？（）A.短路B.開(kāi)路C.過(guò)載D.以上都是10.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)需考慮以下哪個(gè)因素？（）A.成本效益B.用戶體驗(yàn)C.系統(tǒng)復(fù)雜度D.以上都是三、多選題（每題2分，共20分）1.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)需滿足以下哪些標(biāo)準(zhǔn)？（）A.ISO13849-1B.IEC61508C.ISO61508D.IEC61131-32.安全PLC的冗余設(shè)計(jì)需考慮以下哪些因素？（）A.響應(yīng)時(shí)間B.可靠性C.成本D.維護(hù)難度3.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)文檔應(yīng)包含以下哪些內(nèi)容？（）A.安全功能規(guī)格B.故障模式與影響分析（FMEA）C.安全等級(jí)分配表D.用戶操作指南4.安全傳感器在以下哪些情況下應(yīng)觸發(fā)安全動(dòng)作？（）A.信號(hào)丟失B.信號(hào)超限C.傳感器故障D.供電異常5.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)原則包括以下哪些？（）A.失效安全B.冗余設(shè)計(jì)C.降級(jí)操作D.自動(dòng)恢復(fù)6.安全PLC編程中，以下哪些語(yǔ)言被ISO61131-3標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可？（）A.梯形圖（LD）B.結(jié)構(gòu)化文本（ST）C.順序功能圖（SFC）D.匯流排圖（FBD）7.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)需考慮以下哪些風(fēng)險(xiǎn)？（）A.靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)B.動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)C.人為錯(cuò)誤D.環(huán)境因素8.安全相關(guān)部件的失效模式通常包括以下哪些類(lèi)型？（）A.短路B.開(kāi)路C.過(guò)載D.熱失效9.機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)需通過(guò)以下哪些驗(yàn)證？（）A.型式試驗(yàn)B.現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證C.仿真測(cè)試D.用戶驗(yàn)收測(cè)試10.安全設(shè)計(jì)文檔應(yīng)包含以下哪些內(nèi)容？（）A.安全功能規(guī)格B.故障樹(shù)分析（FTA）C.安全等級(jí)分配表D.用戶操作指南四、案例分析（每題6分，共18分）案例1：工業(yè)機(jī)器人安全設(shè)計(jì)某工廠使用一臺(tái)6軸工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行物料搬運(yùn)，工作區(qū)域存在人員活動(dòng)。安全設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)安全防護(hù)裝置，確保人員安全；（2）選擇合適的安全PLC和傳感器，實(shí)現(xiàn)安全功能；（3）說(shuō)明安全等級(jí)（SIL）的分配依據(jù)。案例2：機(jī)械電子系統(tǒng)故障分析某機(jī)械電子系統(tǒng)在運(yùn)行中突然停止，安全PLC記錄以下故障信息：-安全傳感器A信號(hào)丟失；-安全PLC冗余切換成功；-系統(tǒng)觸發(fā)安全停止。分析可能的安全設(shè)計(jì)缺陷。案例3：安全設(shè)計(jì)文檔完善某機(jī)械電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)文檔缺失以下內(nèi)容：（1）安全功能規(guī)格；（2）故障樹(shù)分析（FTA）；（3）安全等級(jí)分配表。請(qǐng)補(bǔ)充缺失內(nèi)容，并說(shuō)明其重要性。五、論述題（每題11分，共22分）論述1：機(jī)械電子系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的原則與挑戰(zhàn)結(jié)合實(shí)際案例，論述機(jī)械電子系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，并分析當(dāng)前安全設(shè)計(jì)面臨的主要挑戰(zhàn)。論述2：安全PLC在機(jī)械電子系統(tǒng)中的應(yīng)用詳細(xì)說(shuō)明安全PLC在機(jī)械電子系統(tǒng)中的工作原理，并分析其在提高系統(tǒng)安全性方面的優(yōu)勢(shì)與局限性。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.×（動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)同樣重要，如緊急停止功能）2.×（ISO13849-1僅適用于機(jī)械安全防護(hù)裝置，ISO13849-4適用于完整安全系統(tǒng)）3.×（SIL3要求響應(yīng)時(shí)間≤100ms，SIL4≤10ms）4.×（SIL等級(jí)與成本相關(guān)，但可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低成本）5.×（安全PLC支持多種編程語(yǔ)言，如ST、FBD等）6.×（應(yīng)優(yōu)先考慮失效安全原則）7.√（安全傳感器失效時(shí)應(yīng)觸發(fā)安全動(dòng)作）8.√（需通過(guò)型式試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證）9.√（安全部件需更頻繁的維護(hù)）10.×（FTA是安全設(shè)計(jì)文檔的必要內(nèi)容）二、單選題1.B2.B3.C（FBD非安全PLC編程語(yǔ)言）4.A5.C6.B7.D8.B9.D10.D三、多選題1.A,B2.A,B,C,D3.A,B,C4.A,B,C,D5.A,B,C,D6.A,B,C,D7.A,B,C,D8.A,B,C,D9.A,B,C,D10.A,B,C,D四、案例分析案例1：工業(yè)機(jī)器人安全設(shè)計(jì)（1）安全防護(hù)裝置：-安裝安全光柵或安全門(mén)鎖，覆蓋機(jī)器人工作區(qū)域；-設(shè)置急停按鈕，確保人員可隨時(shí)停止機(jī)器人。（2）安全PLC與傳感器：-選擇SIL3安全PLC，配合安全傳感器（如安全光柵、安全繼電器）；-設(shè)計(jì)安全功能塊（如互鎖、監(jiān)控）。（3）SIL分配依據(jù)：-機(jī)器人工作區(qū)域存在人員活動(dòng)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，需SIL3或更高。案例2：機(jī)械電子系統(tǒng)故障分析可能的安全設(shè)計(jì)缺陷：（1）安全傳感器A可靠性不足，導(dǎo)致信號(hào)丟失；（2）冗余切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，未能及時(shí)恢復(fù)安全功能；（3）安全PLC未配置故障診斷功能，無(wú)法快速定位問(wèn)題。案例3：安全設(shè)計(jì)文檔完善（1）安全功能規(guī)格：-定義安全功能（如緊急停止、安全門(mén)監(jiān)控）；-規(guī)定響應(yīng)時(shí)間要求。（2）故障樹(shù)分析（FTA）：-分析可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效的故障路徑；-計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。（3）安全等級(jí)分配表：-明確各安全功能對(duì)應(yīng)的SIL等級(jí)。重要性：確保安全設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)，便于驗(yàn)證和審計(jì)。五、論述題論述1：機(jī)械電子系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的原則與挑戰(zhàn)安全設(shè)計(jì)原則：（1）失效安全：系統(tǒng)故障時(shí)默認(rèn)進(jìn)入安全狀態(tài)；（2）冗余設(shè)計(jì)：關(guān)鍵部件備份，提高可靠性；（3）降級(jí)操作：故障時(shí)降低系統(tǒng)性能以保障安全。挑戰(zhàn)：（1）成本與安全性的平衡；（2）復(fù)雜