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1　引言

近年來，在信息技術與工業領域，都發生了重大變革，如大數據、云計算、3D打印、工業機器人等，其中智能制造作為信息化與工業化深度融合的產物，更是得到了各國政府的廣泛關注和普遍重視，如美國先進制造業國家戰略、法國“新工業法國計劃”、德國“工業4.0”等。與此同時，我國經濟發展進入新常態，制造業面臨的資源和環境約束不斷強化。在此背景下，我國提出《中國制造2025》規劃，把發展智能制造作為主攻方向，堅持創新驅動、智能轉型，加快從制造大國轉向制造強國。

通常情況下，人們認為智能制造相關的機械設備已經達到本質安全，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，工業機器人意外啟動將零部件組裝到了維護技師Wanda Holbrook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遭到計算機病毒攻擊，多條生產線停擺，事故導致損失約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展。

2　機械安全的發展現狀

機械安全是指機械在全生命周期內，風險被充分減小的情況下，執行其預定功能而對人體不產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，在使用機械全過程的各種狀態下（包括運輸、安裝、調試、維護等），達到人體免受外界因素危害的狀態和條件。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：一是系統性。機械安全自始至終運用了系統工程的思想和理念，將機械作為一個系統來考慮；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、環境科學、工業工程、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發揮預定功能，其防護效果要求人員、機械和環境等都是安全的；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，充分發揮人的能動性，提高人機系統效率，改善機械操作性能，提高機械的安全性。

第三次工業革命后，機械化、自動化及信息化已成為工業領域主要生產方式，對于減輕勞動強度、提高勞動生產率、改善勞動環境、降低生產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、機械的不安全狀態或惡劣的工作環境，人們在與機械打交道的過程中時常會發生各種事故，直接影響著人體健康，或造成人身傷亡和財產損失，機械安全問題日趨凸顯，我國一直致力于機械設備本質安全設計、安全防護技術以及安全控制系統的研究，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，工業機器人在生產中得到了廣泛應用，如何正確并恰當地處理人機協作的安全性，成為未來一段時間內的難題。大數據、云計算等信息技術在制造業逐步得到應用，這使我國機械設備控制系統的信息安全形勢日趨嚴峻。據不完全統計，約80%的企業從來不對機械設備的工控系統進行升級和漏洞修補，有52%的工控系統與企業的管理系統采用內網或互聯網連接。隨著工業4.0的發展，物聯網、智能工廠等新興技術崛起，生產網絡與管理網絡的界限被打破，企業生產安全的信息防護問題也逐漸暴露出來。由于智能制造發展引出的這些新安全問題亟待解決。

3　機械安全的發展趨勢

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

風險預警主要包括監測、實時風險評估與應對措施三個方面。

3.1　監測
通過信息感知技術、信息傳輸技術、信息處理技術和信息安全技術在內的物聯網技術，構建一體化、智能化機械安全風險預警監測與分析系統，獲取設備運行的“實時數據”，結合大數據綜合分析人的異常行為與設備的危險狀態，實現全面感知、可靠傳輸、智能處理，對系統危險狀態進行預警，在出現異常狀態時進行統一調度，并采取相應的措施。如監測到操作人員疲勞時，觸發警示燈及提醒警報；監測到某元件壽命即將到期時，在顯示界面給出提示。

需要監測設備運行的“實時數據”主要有：

（1）設備狀態；

（2）操作狀態；

（3）人員狀態；

（4）故障代碼；

（5）時間和次數；

（6）工藝順序；

（7）暫停代碼；

（8）運動監控（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據，將風險預警裝置和安全防護裝置在線監控獲得的數據應用到機械裝備風險評估中，根據機器的運行情況實時評估機械裝備的風險。復雜的生產線由于各工位生產工藝不同，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的識別、分析和處理，建立設備危險狀態預測模型，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、物聯網等技術，構建人、機、環境三位一體的風險預警體系是智能安全的發展趨勢之一，風險預警對實施科學化管控，實現智能安全，預防及減少事故發生有著重要意義。

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展正從“被動防御”轉到“主動智能防御”。傳統安全如防火墻、殺毒、WAF（網站應用級入侵防御系統）、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據為代表的新安全時代需求，只有通過大數據深度挖掘與學習，采用智能安全分析、識別內部安全威脅、身份和訪問管理等方式，才能應對千變萬化的安全威脅。

4 小結

智能安全是當前我國智能制造健康發展的重要保障，智能安全的提出能夠指導智能制造系統、裝備及車間的安全設計，促進智能工廠安全生產、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。

參考文獻：

[1] 全國機械安全標準化技術委員會. 機械安全標準應用指南[M]. 北京: 中國標準出版社, 2014.

[2] 夏春明, 劉濤, 王華忠, 等. 工業控制系統信息安全現狀及發展趨勢[J]. 網絡空間安全, 2013, 4 ( 2 ) : 13 - 18.

作者簡介：

劉治永（1986-）男，山西朔州人，中級工程師，碩士研究生，現就職于全國機械安全標準化技術委員會，研究方向為機械安全標準化及機械安全風險評估。

摘自《自動化博覽》2019年2月刊