各個(gè)行業(yè)自動(dòng)化和生產(chǎn)制造系統(tǒng)都在持續(xù)發(fā)展以跟上新的市場趨勢，但那些在系統(tǒng)上或附近區(qū)域工作的人員的安全，仍然是一個(gè)關(guān)鍵問題?，F(xiàn)在可以使用最新更新的標(biāo)準(zhǔn)ANSIB11.20-2017——集成制造系統(tǒng)的安全要求，來幫助行業(yè)了解與工人安全相關(guān)的指南、趨勢和要求。

隨著工業(yè)4.0、工業(yè)物網(wǎng)絡(luò)(IIoT)、智能制造和最新的自動(dòng)化技術(shù)(如動(dòng)力受限的機(jī)器人和伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備)的融合，大規(guī)模定制將推動(dòng)制造業(yè)向更加靈活的、按需生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。這一行業(yè)模式的核心之一就是集成制造系統(tǒng)(IMS)。

集成制造系統(tǒng)一般包含以下要素：

●包含兩臺(tái)或多臺(tái)工業(yè)機(jī)器：可以彼此獨(dú)立操作，也可以是用于制造、處理、移動(dòng)或包裝的分立零件或組件；

●由物料處理系統(tǒng)連接的；

●通過控制系統(tǒng)相互連接，以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)操作。

集成制造系統(tǒng)通常與機(jī)器人系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。因?yàn)闄C(jī)器人經(jīng)常與至少一臺(tái)其他機(jī)器組合在一起成為一個(gè)單元(見圖1)。不過，將一個(gè)系統(tǒng)定義為集成制造系統(tǒng)，機(jī)器人并不是必須的。

圖1:圖中所示是集成制造系統(tǒng)的一個(gè)例子，它體現(xiàn)了ANSIB11.20-2017-集成制造系統(tǒng)的安全要求中的一個(gè)概念。圖片來源:Sick

安全標(biāo)準(zhǔn)

由于現(xiàn)有的集成制造系統(tǒng)不斷更新，并且引入了額外的系統(tǒng)來滿足市場需求，因此在集成制造系統(tǒng)上或周邊工作的人員的安全至關(guān)重要。ANSIB11.20-2017旨在解決潛在的安全問題，并幫助實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境安全。這一標(biāo)準(zhǔn)已更新到第三版，并于2017年9月12日獲得批準(zhǔn)，它是ISO11161:機(jī)械安全-集成制造系統(tǒng)-基本要求的美國版本，從2007年以來，在歐洲兩者是一致的。

ANSIB11.20是第一個(gè)解決復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)安全問題的標(biāo)準(zhǔn)，這些問題都源自將單個(gè)機(jī)器集成到一個(gè)更大的協(xié)調(diào)系統(tǒng)中。第一版的ANSIB11.20頒布于1991年，其后是其歐洲版的ISO11161,頒布于1994年。ANSIB11.20的第二個(gè)修訂周期完成于2004年；ISO11161在2011年完成更新。2017版的B11.20介紹了目前適用于集成制造系統(tǒng)的行業(yè)最佳做法，這些實(shí)踐已經(jīng)在過去的一年中得到了發(fā)展和完善。

ANSIB11.20旨在指導(dǎo)供應(yīng)商、用戶、修改人員和在集成制造系統(tǒng)上或周邊工作的人員。每個(gè)集成制造系統(tǒng)的大小和復(fù)雜性都各不相同，并且可能包含需要不同專業(yè)知識(shí)的各種技術(shù)。

集成制造系統(tǒng)應(yīng)該被認(rèn)為是一個(gè)新的、不同的系統(tǒng)，而不是它的組成部分的總和。危險(xiǎn)通常是特定集成制造系統(tǒng)所特有的。危險(xiǎn)的數(shù)量和類型直接關(guān)系到自動(dòng)化過程的性質(zhì)和安裝的復(fù)雜性。與這些危險(xiǎn)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，因所使用的機(jī)器類型、用途、安裝、編程、操作和維護(hù)的方式而不同。

供應(yīng)商計(jì)劃將獨(dú)立運(yùn)行的單個(gè)機(jī)器集成到集成制造系統(tǒng)中，以進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行，這通常會(huì)引入新的或額外的危險(xiǎn)，而這些危險(xiǎn)是很多原始設(shè)備制造商(OEM)沒有預(yù)見到的。更新的標(biāo)準(zhǔn)涉及到與安全相關(guān)的機(jī)器和設(shè)備互聯(lián)的重要方面。換言之，也可能存在適用于特定機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)來提供指導(dǎo)，以減少與每臺(tái)機(jī)器相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)以及它們所帶來的獨(dú)特危害。

劃分控制區(qū)域

在2017版的標(biāo)準(zhǔn)中，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了被稱為"布局分析"的過程。此過程類似于(并且可以被合并到)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建議在較大的系統(tǒng)中創(chuàng)建單獨(dú)的區(qū)域。保護(hù)在這些區(qū)域內(nèi)的人員通常需要靈活的存在傳感技術(shù)和與安全有關(guān)的邏輯系統(tǒng)，以確定在特定區(qū)域內(nèi)，是否允許出現(xiàn)危險(xiǎn)工況存在。

將集成制造系統(tǒng)劃分為較小的控制區(qū)域的最大好處是，例如在生產(chǎn)模式下，允許工作人員在安全的情況下訪問自動(dòng)化系統(tǒng)的某些部分，同時(shí)仍允許其它部分保持運(yùn)行狀態(tài)。這有助于最大限度地提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率和產(chǎn)量；對(duì)單個(gè)組件所需的任何修改(如維護(hù)、更改、設(shè)置等)，都不需要關(guān)停整個(gè)系統(tǒng)(請(qǐng)參見圖2)。

圖2:布局分析是ANSIB11.20-2017標(biāo)準(zhǔn)要求的一部分。圖中所示是集成制造系統(tǒng)中控制區(qū)域的一個(gè)示例。

為了確定系統(tǒng)中的控制區(qū)域，布局分析過程包括以下步驟：

●確定機(jī)器和系統(tǒng)的限制；

●從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中識(shí)別任務(wù)/風(fēng)險(xiǎn)對(duì)；

●確定任務(wù)區(qū)域和控制區(qū)域；

●選擇減少風(fēng)險(xiǎn)的措施；

●確定安全相關(guān)控制裝置的控制范圍。

此外，布局分析過程是一個(gè)迭代過程，可以作為減少風(fēng)險(xiǎn)的一部分重復(fù)進(jìn)行，并可能會(huì)導(dǎo)致下列一項(xiàng)或多項(xiàng)操作:

●修改布局、集成制造系統(tǒng)的功能或限制；

●修改或添加新的特殊運(yùn)行模式；

●變更或修改設(shè)備以取消或修改任務(wù)；

●確定新的訪問方式；

●修改任務(wù)的執(zhí)行方式。

當(dāng)剩余風(fēng)險(xiǎn)和集成制造系統(tǒng)功能可接受時(shí)，布局分析就完成了。

ANSIB11.20-2017詳細(xì)的解釋了布局分析過程，并專門用30頁的附件，來提供使用過程的詳細(xì)示例。

特殊操作模式

新標(biāo)準(zhǔn)還提出了一個(gè)決策過程，用于確定何時(shí)需要其它"特殊"模式，來操作集成制造系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備，而這在設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行或設(shè)備供應(yīng)商預(yù)見的典型方式下是不需要使用的。

"特殊模式"的概念近十年來一直以某種形式存在。當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)時(shí)，這個(gè)概念被稱為"過程觀察"，并已包含在目前的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)和集成的安全標(biāo)準(zhǔn)中，ISO10218-2:2011機(jī)器人和機(jī)器人設(shè)備。在美國，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被采納為ANSI或RIAR15.06-2012:工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器人系統(tǒng)-安全要求，在加拿大則是CAN/CSAZ434-14:工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器人系統(tǒng)。但是，ANSIB11.20-2017認(rèn)為，過程觀察并不是此決策過程仍然適用的唯一特殊操作模式。

在特殊模式下運(yùn)行集成制造系統(tǒng)，需要結(jié)合特定的風(fēng)險(xiǎn)減少措施和安全的工作程序，以便在特殊模式處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)為操作員提供保護(hù)。特殊模式通常通過限制速度、位移、扭矩、通道等方式，來限制潛在的危險(xiǎn)工況。它還限制了特殊模式不需要的潛在危險(xiǎn)(例如，允許螺桿慢速運(yùn)動(dòng)允許清洗，但禁止其它運(yùn)動(dòng)或位移)。

ANSIB11.20中提供的決策過程，幫助集成商和系統(tǒng)用戶進(jìn)行重點(diǎn)通信，以確定是否可以安全地將特殊模式實(shí)現(xiàn)到集成制造系統(tǒng)中。一旦實(shí)現(xiàn)，每個(gè)特殊模式應(yīng)該有唯一的命名，以便工作人員知道其功能。

圖3:集成制造系統(tǒng)的典型機(jī)器人焊接應(yīng)用。

隨著最新版本的ANSIB11.20在行業(yè)中開始應(yīng)用，這些元素將被設(shè)計(jì)工程師測試和采用。預(yù)計(jì)，支持"特殊模式"的決策過程，可以有效地應(yīng)用于使用協(xié)同操作的機(jī)器人系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)。協(xié)同操作被定義為特定設(shè)計(jì)的機(jī)器人在限定的工作空間內(nèi)與人類直接協(xié)作的狀態(tài)。

由于具有動(dòng)力限制功能(也稱為協(xié)作機(jī)器人)的機(jī)器人越來越受到歡迎，最終用戶將繼續(xù)尋找新的和創(chuàng)造性的方法，與以前未被部件供應(yīng)商或系統(tǒng)集成商考慮的系統(tǒng)進(jìn)行集成和交互。ANSIB11.20-2017中描述的"布局分析"和"特殊模式"的概念將持續(xù)發(fā)揮作用，成為復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必備的工具。