安全管理論文關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的事故分析及其對(duì)策

1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請(qǐng)告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識(shí)。安全管理論文關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的事故分析及其對(duì)策摘要：工業(yè)機(jī)器人是高科技機(jī)電產(chǎn)品，在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可以代替人們從事繁重的、危險(xiǎn)性的工作，但由于工業(yè)機(jī)器人故障所造成的人身傷害事故也時(shí)有發(fā)生。從工業(yè)機(jī)器人的可靠性、工業(yè)機(jī)器人事故案例、能量類型分類等多角度對(duì)工業(yè)機(jī)器人事故進(jìn)行了分析，從故障樹分析法、基本安全性原則、工業(yè)安全技術(shù)等幾方面提出了相應(yīng)的對(duì)策。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人事故安全分析對(duì)策1 引言工業(yè)機(jī)器人被廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)等諸多部門，它可以代替人們?cè)诰哂形ｋU(xiǎn)性的場(chǎng)所從事繁重的工作。工業(yè)機(jī)器人在將人們從繁重的危險(xiǎn)性勞動(dòng)中

2、解放出來的同時(shí)，也存在產(chǎn)生危險(xiǎn)的因素，由于工業(yè)機(jī)器人故障所造成的人身傷害事故時(shí)有發(fā)生。工業(yè)機(jī)器人是由一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)組成的，這個(gè)系統(tǒng)包括傳感器、控制器、工作制造部件、輸送部件等。人要對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行安裝、編程、維修，還有可能靠近機(jī)器人進(jìn)行操作，因此，人也將參與到機(jī)器人的工作系統(tǒng)中去，當(dāng)人靠近工業(yè)機(jī)器人時(shí)就可能出現(xiàn)安全問題1。機(jī)器人的自由度比其他普通機(jī)械大得多，它的工作制造部件可以在較大空間內(nèi)運(yùn)行，具有高速運(yùn)動(dòng)的大功率手臂和復(fù)雜自主的動(dòng)作，若機(jī)器人發(fā)生故障可能造成更為嚴(yán)重的危害。所以，有必要對(duì)工業(yè)機(jī)器人的有關(guān)事故情況進(jìn)行分析，并研究相應(yīng)對(duì)策。2 工業(yè)機(jī)器人安全性概況2.1 工業(yè)機(jī)器人的可靠性分

3、析鑒于工業(yè)安全問題的重要性，世界上有許多國家（如日本、美國、英國、德國、瑞典等）從上世紀(jì)80年代開始就注意對(duì)工業(yè)機(jī)器人的事故進(jìn)行記錄，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，為工業(yè)機(jī)器人的安全性、可靠性研究奠定了基礎(chǔ)。日本某公司對(duì)工業(yè)機(jī)器人發(fā)生事故的類別進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，其中控制裝置的故障占66.9%，機(jī)器人裝置上的工作部件，如焊槍等工具的故障占18.5%，工作場(chǎng)所噪聲信號(hào)的干擾引起的機(jī)器人失控占11.1%，其他原因的故障占3.5%。表1 為機(jī)器人的平均無故障時(shí)間（mtbf）的統(tǒng)計(jì)。可以看出，在機(jī)器人工作不到100h的時(shí)間內(nèi)，其平均無故障率只有28.70%，工作100h以上，其平均無故障率明顯下降。假如生產(chǎn)流水線上，

4、機(jī)器人平均每天工作按20h 計(jì)算，則在一周左右的時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人極有可能發(fā)生故障。從上述統(tǒng)計(jì)分析可知，機(jī)器人的控制裝置、工作部件以及工作場(chǎng)所噪聲信號(hào)的干擾等易使機(jī)器人發(fā)生故障，而且機(jī)器人故障的發(fā)生也很頻繁。因此，機(jī)器人的可靠性還是很有限的，應(yīng)當(dāng)引起人們足夠的重視，充分考慮各項(xiàng)安全措施。 2.2 工業(yè)機(jī)器人的事故分析以下是日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（1234）提供的0 個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器人事故案例2：（1）1 名工人的手指被正在做正常上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人夾在工件與切割?yuàn)A具之間；（2）機(jī)器人在進(jìn)行正常操作時(shí)，當(dāng)它把薄鋼板傳遞到工人手中時(shí)割破了工人的手指；（3）在進(jìn)行正常操作的機(jī)器人的手臂撞在工人身上，將工人撞傷；（4

5、）在進(jìn)行人工操作時(shí)機(jī)器人手臂不符合指令要求，正當(dāng)操作人員要進(jìn)行調(diào)整時(shí)，頭部被機(jī)器人劃破。表2 為機(jī)器人事故原因的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析。表2 機(jī)器人事故原因統(tǒng)計(jì)分析由上述事故案例和事故原因的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，可以得出以下結(jié)論：（1）在人工操作機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人造成危險(xiǎn)的可能性很大；（2）在機(jī)器人造成的危險(xiǎn)中，歸因于設(shè)備自身誤動(dòng)作的有一半之多；（3）由機(jī)器人自身錯(cuò)誤所引起的和由人為失誤所引起的事故發(fā)生率幾乎相等；（4）機(jī)器人作為自動(dòng)化設(shè)備在其正常操作條件下，發(fā)生事故次數(shù)占總事故次數(shù)的比重很大，可達(dá)22.4%-66.4%；（5）機(jī)器人的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)不能保證使用機(jī)器人時(shí)絕對(duì)安全或絕對(duì)不發(fā)生故障，安全使用機(jī)器人還取決于

6、使用者的技術(shù)水平和保養(yǎng)及維修等諸多因素。3 工業(yè)機(jī)器人的安全對(duì)策分析3.1 故障樹分析法（fta）故障樹分析法（fta）是被廣泛使用的演繹分析工具，可以用清晰的結(jié)構(gòu)層次展現(xiàn)故障的發(fā)生原因、情形。在人機(jī)器人工作環(huán)境中，所有潛在的危險(xiǎn)都是由于不安全條件和不安全行為所致，可用故障樹分析（fta）方法對(duì)危險(xiǎn)的原因結(jié)果邏輯關(guān)系作演繹分析。由于機(jī)器人的使用方式和操作對(duì)象不同，完成的工作以及使用的工具都不盡相同，涉及的能量形式也不同，因此，在進(jìn)行故障分析時(shí)應(yīng)全面考慮，對(duì)上述各種不同點(diǎn)都要有對(duì)應(yīng)的安全措施。以下是對(duì)機(jī)器人誤動(dòng)作造成的人身傷害事故的原因進(jìn)行歸納整理，做出的故障樹（見圖1）。通過fta對(duì)人機(jī)器人環(huán)

7、境中潛在事故危險(xiǎn)的分析研究發(fā)現(xiàn)，可采取以下幾點(diǎn)措施來有效地減少危險(xiǎn)：（1）減少異常能量的轉(zhuǎn)換。如圖中的x1、x2、x3、x9等。要提高機(jī)器人硬件的可靠性，例如改進(jìn)控制板的設(shè)計(jì)，采取標(biāo)準(zhǔn)化措施，有完全可靠的緊急停車方法，避免機(jī)器人失控。同時(shí)還應(yīng)盡量避免操作人員在機(jī)器人的危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)工作。（2）使異常能量最小化。如圖中的x2、x3、x8等。用降低機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度的辦法來減少，例如編程操作人員必須接近機(jī)器人的危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)密切注意負(fù)載情況。一旦發(fā)現(xiàn)負(fù)載的重量、尺寸和形狀超過極限，就要立即停車檢查；還要研究負(fù)載的運(yùn)動(dòng)，以減少錯(cuò)誤操作和機(jī)器人的誤動(dòng)作。（3）優(yōu)化防護(hù)措施。如圖中的x4、x5、x8等。在使用機(jī)器人時(shí)

8、應(yīng)該采取各種預(yù)防事故的措施，如安裝防護(hù)欄、安全閘，用傳感器監(jiān)控，用檢測(cè)器檢測(cè)等。在有機(jī)器人的全自動(dòng)裝配線等大型自動(dòng)化系統(tǒng)中，還應(yīng)更多地從工藝過程角度出發(fā)，制訂更全面、合理的安全措施。  圖1 機(jī)器人誤動(dòng)作故障樹2（4）完善機(jī)器人控制措施。如圖中的x6、x7、x9、x10等。工業(yè)自動(dòng)化與安全措施是相輔相成、共同發(fā)展的。因此，要使工人充分認(rèn)識(shí)到機(jī)器人存在的危險(xiǎn)性，并遠(yuǎn)離機(jī)器人危險(xiǎn)區(qū)，要對(duì)操作員、程序員、維修工程師進(jìn)行全面的安全技術(shù)教育與培訓(xùn)。  3.2 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與安全性評(píng)價(jià)（1）危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)：在技術(shù)上采取安全對(duì)策時(shí)，必須在適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。假設(shè)因機(jī)器人產(chǎn)生

9、了某種事故，其事故帶來的危險(xiǎn)性可由下式表示：危險(xiǎn)性失敗的頻度（類型1）× 危險(xiǎn)側(cè)遷移率（類型2）× 傷害強(qiáng)度（類型3）2。式中所指的失?。愋?）可分為：不經(jīng)修理就不可恢復(fù)正常狀態(tài)的硬件故障；消除外部原因（如電磁噪音干擾）就能恢復(fù)正常狀態(tài)；由于操作錯(cuò)誤或因不安全行為所產(chǎn)生的人為故障等。為了減少失敗，必須對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行高可靠性設(shè)計(jì)。所謂危險(xiǎn)側(cè)遷移率（類型3）是指出現(xiàn)了故障（失?。┮院笏a(chǎn)生的危險(xiǎn)，對(duì)人而言，人就成了危險(xiǎn)的一側(cè)，危險(xiǎn)一側(cè)所占的危險(xiǎn)比例，就是危險(xiǎn)側(cè)遷移率。即不管出現(xiàn)什么故障（失?。┒家_保人身的安全，只能側(cè)重這一方面。因此就必須在機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面多想方法

10、，例如聯(lián)鎖裝置和故障自動(dòng)排除裝置等均很有效。所謂傷害強(qiáng)度（類型），是指隨著機(jī)器人往大型、高速方面發(fā)展的過程中給予人的傷害危險(xiǎn)的潛在能量越來越大，這就是傷害強(qiáng)度。這里，重要的是要減少在使用機(jī)器人時(shí)對(duì)人構(gòu)成的危險(xiǎn)性，也就是說要極力降低類型1和類型2的發(fā)生概率，使危險(xiǎn)側(cè)遷移率變小。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，要盡量抑制對(duì)人產(chǎn)生威脅的機(jī)器人所產(chǎn)生的力或運(yùn)動(dòng)，這樣才有可能從根本上保證人身安全。（2）安全性評(píng)價(jià)：它闡明造成人體實(shí)質(zhì)損害危險(xiǎn)發(fā)生的機(jī)理，評(píng)估安全性對(duì)策的效果和系統(tǒng)中的剩余風(fēng)險(xiǎn)。需要指出的是，對(duì)于只有較小數(shù)據(jù)的較新型的系統(tǒng)，是通過系統(tǒng)化預(yù)測(cè)或演繹來進(jìn)行評(píng)價(jià)的，包含以下3個(gè)基本步驟：識(shí)別系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)；

11、及時(shí)分析危險(xiǎn)發(fā)生的機(jī)理并研究安全性對(duì)策；#評(píng)價(jià)剩余風(fēng)險(xiǎn)3。3.3 基本原則性的安全對(duì)策針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的特殊性，以下一些安全對(duì)策是不可缺少的：（1）盡量減少危險(xiǎn)部位。采用機(jī)器人組成自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，由于機(jī)器人的動(dòng)作范圍大，與其他機(jī)械設(shè)備銜接的地方很多，因而對(duì)人構(gòu)成威脅的危險(xiǎn)部位比一般的機(jī)械設(shè)備要多，所以在考慮系統(tǒng)布局時(shí)，應(yīng)盡量減少這些危險(xiǎn)部位。例如，在機(jī)器人有伸縮、擺動(dòng)、俯仰、夾緊與放開等動(dòng)作的部位放置擋塊等制動(dòng)器，或適當(dāng)降低機(jī)器人的輸出功率和運(yùn)動(dòng)速度，以減少對(duì)人的危險(xiǎn)。（2）將人與機(jī)器人的危險(xiǎn)部位進(jìn)行隔防。在機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，原則上應(yīng)用欄桿圍障或罩子把人與機(jī)器人隔離，人只能在欄桿等屏障外操縱機(jī)器人

12、。這些方法符合人機(jī)工程學(xué)的一般原則，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。但若需對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教或維修又必須進(jìn)入隔離區(qū)時(shí)，則需另外采取相應(yīng)的防護(hù)與監(jiān)視措施。（3）附加安全裝置。附加安全裝置應(yīng)具有自我診斷的功能，而且這些裝置對(duì)故障或異?，F(xiàn)象的信號(hào)處理都與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，是一些保護(hù)人身安全的有用裝置。（4）故障自動(dòng)保護(hù)。一是必須具有通過伺服系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的誤動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視的功能，如有異常動(dòng)作應(yīng)自動(dòng)切斷電源；二是必須具有當(dāng)人誤入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，能立即測(cè)知并自動(dòng)停機(jī)的故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。具體措施有：安裝警示燈，監(jiān)視器，防越程裝置，緊急停止裝置等。這些基本原則性的安全對(duì)策應(yīng)逐步具體化、規(guī)范化乃至立法化，世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始實(shí)施，如美國國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)ansi/riar15.061986和日本的工業(yè)機(jī)器人安全規(guī)則（jisb84331986）等3。4 結(jié)語工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了它的設(shè)計(jì)水平和制造水平的提高。智能機(jī)器人的研制在現(xiàn)階段飛速發(fā)展，它能完成的技術(shù)操作是人工無法相比的。因此，隨著機(jī)器人的普及和復(fù)雜化，人機(jī)器人工作環(huán)境中的安全問題就顯得尤為突出。機(jī)器人系統(tǒng)在現(xiàn)階段可靠性不高，事故時(shí)有發(fā)生。為此，不僅要解決在設(shè)計(jì)階段的技術(shù)難點(diǎn)，也要研究從使用現(xiàn)場(chǎng)，事故分析中反饋回來的信息，以便及時(shí)提出相應(yīng)的對(duì)策。只有發(fā)展到機(jī)器人本身能夠檢測(cè)到人的接近