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机器人风险评估

Time:2020-12-22 12:54:44 CTR:

近些年来,随着工业4.0和中国制造2025的相继提出,发展核心技术能力,提高全社会的自动化水平已经成为国民经济的重中之重,其中机器人作为高精尖技术的代表,已经越来越受到国家和社会各行各业的重视。但是,根据约翰逊的变化-失误的事故致因理论,任何新产品的产生,必然会给使用者、维护者带来一定的安全风险。如果这些风险不能被准确的识别、控制,就可能会导致大量的人身安全事故和产品召回,影响企业的发展。

下表是对主要市场产品责任的介绍:

1 主要市场的产品责任

市场

法律

产品责任

主要内容

中国市场

《产品质量法》

无过错责任

因产品存在缺陷造成人身、产品以外的其他财产(以下简称他人财产)损害的,生产者应当承担赔偿责任。

生产者能够证明有下列情形之一的,不承担赔偿责任:

(一)未将产品投入流通的;

(二)产品投入流通时,引起损害的缺陷尚不存在的;

(三)将产品投入流通时的科学技术水平尚不能发现缺陷的存在的。

欧洲市场

《产品责任指令》

严格责任

“生产者应对其产品缺陷造成的损害负责。” 该指令从维护消费者利益的宗旨出发,明确规定生产者应对产品缺陷致损承担严格责任,不仅免除了受害者证明加害人过失的举证义务,而且不允许加害人以自己已尽注意义务进行抗辩。

美国市场

《侵权行为重述》

严格责任

只要产品存在缺陷,并对使用者和消费者导致了人身或财产损失,产品生产者、销售者需要承担责任。



对机器人而言,如何才能减少企业的产品责任,尽量提高的产品的安全性,尊重和保护使用者、操作者的人身安全呢?这是一个系统工程,需要在机器人全寿命周期各个阶段都要执行相应的活动。其中风险分析作为非常关键的一步,是提高机器人安全性的源头。本文将详细介绍风险分析的概念、基本过程,为机器人的设计者提供指导。


1、风险分析的注意事项

在开始介绍之前,需要首先明确下几个概念:

a) 机器人的安全性,对象仅针对人,不考虑对动物的伤害、环境和财产损失;

b)风险分析不可能全部识别出全部风险,安全永远是一个相对的概念,即是只能将风险控制到社会可接受的范围内;

c)风险分析不是不计成本的,任何安全措施的增加,都要考虑到成本和收益之间的平衡。

d)选择风险分析的方法以公司实际情况而定,选择方法比方法本身重要。

2、风险分析的时机

风险分析应尽可能在机器人设计的早期阶段执行。产品一旦定型或已经投入现场使用之后,如果通过分析发现需要整改的隐患。一是改动牵涉面比较多,包括设计、生产、安装以及与客户的协调等,二是带来的成本也会比较大。

另外,如果机器人在使用过程中存在变更,也应针对变更进行风险分析。据相关数据统计,由于变更引入的风险占到整体的21%

3、 风险分析的基本过程

通常情况下,机器人的风险分析包括确定使用的限制、识别隐患以及相关的隐患情景、评价隐患相关的风险,决定隐患需要降低的需求、通过保护措施,消除隐患或减少风险、对保护措施的效果进行评估,判断风险是否已被充分的控制。

基本的过程如下图所示:


1 风险分析的基本过程

1) 确定机器人的限制

任何分析都有一定的前提和限制,这些限制在分析前需要先列出来,在分析过程中需要作为分析的界限。常见的限制有:

a) 使用的限制,例如使用者的操作方式、性别、年龄、培训、经验等方面;

b) 空间限制,例如供电接口、使用和维护人员预留空间、移动的区间、人机接口等;

c) 时间限制,例如寿命的限制、推荐的服务间隔等;

d) 其他限制,例如使用环境、处理的材料特性等。

2) 风险可接受准则的确定

分析人员在分析之前应根据行业标准、法律法规和企业实际情况,确定风险可接受的准则,这些准则将在分析中指导分析人员哪些风险是可接受的,哪些必须要进行控制。确定风险可接受准则时,常用的模型是ALARPAs Low As Practical),也叫胡萝卜法则。


2 ALARP准则

3) 隐患识别

在该步骤中,分析人员应集合公司各方面的专业人员,集思广益对机器人在寿命周期内可能存在的机械、电气、热、噪声、振动、辐射、材料物质、人机工程学以及环境相关的隐患进行分析,主要的人员应包括设计人员、机器人的安装调试人员、使用和维护人员等。风险所在的寿命周期阶段有:

a) 运输、安装

b) 试运行

c) 使用

d) 拆解、报废。

隐患识别的思路通常有两种,一是自上而下,即是按照图3 从后果向隐患分析,另一种是自下而上,即是按照图3从可能存在的隐患向后果分析。分析的方法常用的有检查表、头脑风暴等。


3 隐患分析的思路

4) 评价隐患相关的风险

评价的目的是确定风险的大小,以结合风险可接受准则,判断哪些风险需要采取措施,哪些不需要采取措施。风险评价的要素如图4所示:


4 风险评价的指标

风险评价常用的方法有风险矩阵、风险图谱和打分法等。

5) 制定措施,消减风险

对于需要控制的机器人风险,分析人员应制定措施将风险降低到可容忍的范围内,并且将措施转化成安全需求,在设计或相关说明中实现。常见的措施类型有:

a)固有安全设计,对机器人本体采取的,改变设计或操作特性消除或降低风险到可接受范围内,例如使用低于36V的人体安全电压给机器人供电,机器人设计时选择无毒材料等。

b)增加安全装置,确定安全功能所需的PL等级。例如紧急停止装置、保护性停止装置、使能控制、超速控制装置等,确定之后,安全装置的设计需要满足ISO13849IEC62061功能安全标准的要求。下图是AGV安全相关系统。


5 AGV常见的安全相关装置

d)对用户的信息告知。当无法通过设计消除相关风险时,可以考虑针对风险的使用限或说明,并将相关要求传递给用户。即是利用文档、信号、标志和图形等告知客户需注意的安全事项。

e)安全操作流程,管理规定和培训等。当无法通过设计消除相关风险时,也可以通过设置机器人标准的安全操作流程、管理规定或者培训,来约束使用人员和维护人员的行为,提高安全意识,以保证机器人的安全运行。

f) 风险再评估,对于以上预采取的措施,分析人员应对其效果进行再评估,以判断相关风险是否已经被控制到可接受的范围内,如果没有,则应继续采取控制措施,直至风险已被降低到可接受范围内。

另外,要注意的是以上控制措施应按照从上往下的顺序优先使用,即是只有上面的无法达到效果时,才能使用下面的措施。因为任何措施都有失效的可能,只有从根本上解决风险,才能真正的保证机器人的安全。

风险分析作为机器人设计过程中至关重要的一步,对于提高机器人的安全性具有重大的意义。只要将其作为机器人设计中不可或缺的的一部分,才能设计出真正安全的机器人,才能使企业在激烈竞争中持续生存,并发展壮大。

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