摘要

隨著新一代信息技術(shù)和工業(yè)的深入融合，智能制造日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢和核心內(nèi)容。同時，在互聯(lián)網(wǎng)+智能制造的不斷推進下，機械安全面臨著更為嚴峻的挑戰(zhàn)，本文分析了我國機械安全的發(fā)展現(xiàn)狀以及趨勢，提出了智能安全這一理念，以與智能制造的安全新需求相匹配。

關(guān)鍵詞：智能安全；風險預警；智能制造；工業(yè)4.0

1引言

近年來，在信息技術(shù)與工業(yè)領(lǐng)域，都發(fā)生了重大變革，如大數(shù)據(jù)、云計算、3D打印、工業(yè)機器人等，其中智能制造作為信息化與工業(yè)化深度融合的產(chǎn)物，更是得到了各國政府的廣泛關(guān)注和普遍重視，如美國先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略、法國“新工業(yè)法國計劃”、德國“工業(yè)4.0”等。與此同時，我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，制造業(yè)面臨的資源和環(huán)境約束不斷強化。在此背景下，我國提出《中國制造2025》規(guī)劃，把發(fā)展智能制造作為主攻方向，堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國。

通常情況下，人們認為智能制造相關(guān)的機械設備已經(jīng)達到本質(zhì)安全，不需要考慮安全問題。但是，2015年6月29日，德國大眾汽車制造廠中的21歲工人在安裝調(diào)試機器人時，后者突然“出手”擊中工人的胸部，并將其碾壓在金屬板上，造成這名工人當場死亡；同年7月，美國密歇根州愛奧尼亞的一家汽車零部件制造商的一條裝配線上，工業(yè)機器人意外啟動將零部件組裝到了維護技師WandaHolbrook的頭上，導致其頭骨被壓碎當場死亡；2018年8月4日，蘋果iPhone芯片代工廠商臺積電的智能工廠系統(tǒng)遭到計算機病毒攻擊，多條生產(chǎn)線停擺，事故導致?lián)p失約11.5億元人民幣。這些事件無不警示著我們，智能制造需要更加嚴格的安全要求與之相匹配才能夠保障其健康發(fā)展。

2機械安全的發(fā)展現(xiàn)狀

機械安全是指機械在全生命周期內(nèi)，風險被充分減小的情況下，執(zhí)行其預定功能而對人體不產(chǎn)生損傷或危害健康的能力。也即，機械安全是從人的需求出發(fā)，在使用機械全過程的各種狀態(tài)下（包括運輸、安裝、調(diào)試、維護等），達到人體免受外界因素危害的狀態(tài)和條件。為確保機械安全，需從設計（制造）和使用方面采取安全措施。凡是能由設計階段解決的安全措施，決不能留給用戶去解決。同時要考慮合理的、可預見的各種誤用的安全性，采取的各種安全措施不能妨礙機械執(zhí)行其正常使用功能。提高機械的安全性，防止或減少機械傷害事故，是當今人們共同關(guān)心的問題。

機械安全的基本特征主要包括六個方面：一是系統(tǒng)性。機械安全自始至終運用了系統(tǒng)工程的思想和理念，將機械作為一個系統(tǒng)來考慮；二是綜合性。機械安全綜合運用了心理學、控制論、可靠性工程、環(huán)境科學、工業(yè)工程、計算機及信息科學等方面的知識；三是整體性。機械安全全面、系統(tǒng)地對導致危險的因素進行定性、定量分析和評價，整體尋求降低風險的最優(yōu)方案；四是科學性。機械安全全面、綜合地考慮了諸多影響因素，通過定性、定量分析和評價，最大限度地降低機械在安全方面的風險；五是防護性。機械安全使機械在全壽命周期內(nèi)發(fā)揮預定功能，其防護效果要求人員、機械和環(huán)境等都是安全的；六是和諧性。機械安全要求人與機械之間能滿足人的生理、心理特性，充分發(fā)揮人的能動性，提高人機系統(tǒng)效率，改善機械操作性能，提高機械的安全性。

第三次工業(yè)革命后，機械化、自動化及信息化已成為工業(yè)領(lǐng)域主要生產(chǎn)方式，對于減輕勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率、改善勞動環(huán)境、降低生產(chǎn)成本等具有非常重要的意義。然而，伴隨著機械的大量使用，由于人的不安全行為、機械的不安全狀態(tài)或惡劣的工作環(huán)境，人們在與機械打交道的過程中時常會發(fā)生各種事故，直接影響著人體健康，或造成人身傷亡和財產(chǎn)損失，機械安全問題日趨凸顯，我國一直致力于機械設備本質(zhì)安全設計、安全防護技術(shù)以及安全控制系統(tǒng)的研究，機械安全風險評估的廣泛應用對提升機械設備的安全水平起到了重要的作用。

近年來，裝備自動化水平不斷提升，工業(yè)機器人在生產(chǎn)中得到了廣泛應用，如何正確并恰當?shù)靥幚砣藱C協(xié)作的安全性，成為未來一段時間內(nèi)的難題。大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)在制造業(yè)逐步得到應用，這使我國機械設備控制系統(tǒng)的信息安全形勢日趨嚴峻。據(jù)不完全統(tǒng)計，約80%的企業(yè)從來不對機械設備的工控系統(tǒng)進行升級和漏洞修補，有52%的工控系統(tǒng)與企業(yè)的管理系統(tǒng)采用內(nèi)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)連接。隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、智能工廠等新興技術(shù)崛起，生產(chǎn)網(wǎng)絡與管理網(wǎng)絡的界限被打破，企業(yè)生產(chǎn)安全的信息防護問題也逐漸暴露出來。由于智能制造發(fā)展引出的這些新安全問題亟待解決。

3機械安全的發(fā)展趨勢

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，機械安全正逐步朝著集上述技術(shù)之大成的智能安全方向發(fā)展，安全理念也逐漸從原來的物理隔離、能量釋放到未來實現(xiàn)人機協(xié)作和諧相處。智能安全主要通過風險預警來實現(xiàn)，風險預警就是綜合考慮人、機、環(huán)境等要素，對三者可能產(chǎn)生的風險進行即時監(jiān)測，并對其以后的發(fā)展趨勢做出及時預測，對預測到的不利后果提出警示，依據(jù)警示及時采取相應防范措施，避免不利事件的發(fā)生。

風險預警主要包括監(jiān)測、實時風險評估與應對措施三個方面。

3.1監(jiān)測

通過信息感知技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)和信息安全技術(shù)在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一體化、智能化機械安全風險預警監(jiān)測與分析系統(tǒng)，獲取設備運行的“實時數(shù)據(jù)”，結(jié)合大數(shù)據(jù)綜合分析人的異常行為與設備的危險狀態(tài)，實現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理，對系統(tǒng)危險狀態(tài)進行預警，在出現(xiàn)異常狀態(tài)時進行統(tǒng)一調(diào)度，并采取相應的措施。如監(jiān)測到操作人員疲勞時，觸發(fā)警示燈及提醒警報；監(jiān)測到某元件壽命即將到期時，在顯示界面給出提示。

需要監(jiān)測設備運行的“實時數(shù)據(jù)”主要有：

（1）設備狀態(tài)；

（2）操作狀態(tài)；

（3）人員狀態(tài)；

（4）故障代碼；

（5）時間和次數(shù)；

（6）工藝順序；

（7）暫停代碼；

（8）運動監(jiān)控（速度、加速度、方向、角度等）；

（9）安全邏輯的變更提示等。

3.2實時風險評估

通過實時抓取、分析整理機械設備運行數(shù)據(jù)，將風險預警裝置和安全防護裝置在線監(jiān)控獲得的數(shù)據(jù)應用到機械裝備風險評估中，根據(jù)機器的運行情況實時評估機械裝備的風險。復雜的生產(chǎn)線由于各工位生產(chǎn)工藝不同，不同時間段的風險等級各不相同，通過實時風險評估，能夠及時計算出當前各工位中各風險點的風險等級，通過風險預警對風險等級高的風險點給出警示或采取相應措施加以應對。

3.3應對措施

風險預警的應對措施主要基于設備危險狀態(tài)的識別、分析和處理，建立設備危險狀態(tài)預測模型，并給出與之相匹配的安全檢測、安全處理及安全控制實現(xiàn)方法。

常見的應對措施主要有：

（1）提示；

（2）警示；

（3）警報；

（4）暫停危險運動；

（5）停機；

（6）急停等。

運用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建人、機、環(huán)境三位一體的風險預警體系是智能安全的發(fā)展趨勢之一，風險預警對實施科學化管控，實現(xiàn)智能安全，預防及減少事故發(fā)生有著重要意義。

機械裝備的信息安全也是智能安全的一個重要組成部分，機械安全中的信息化發(fā)展正從“被動防御”轉(zhuǎn)到“主動智能防御”。傳統(tǒng)安全如防火墻、殺毒、WAF（網(wǎng)站應用級入侵防御系統(tǒng)）、漏洞評估等都以防御為導向，這樣的模式難以適應云和大數(shù)據(jù)為代表的新安全時代需求，只有通過大數(shù)據(jù)深度挖掘與學習，采用智能安全分析、識別內(nèi)部安全威脅、身份和訪問管理等方式，才能應對千變?nèi)f化的安全威脅。

4小結(jié)

智能安全是當前我國智能制造健康發(fā)展的重要保障，智能安全的提出能夠指導智能制造系統(tǒng)、裝備及車間的安全設計，促進智能工廠安全生產(chǎn)、保護人員安全與健康，提升國際競爭力等方面具有顯著的作用。

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