近些年來，隨著工業4.0和中國制造2025的相繼提出，發展核心技術能力，提高全社會的自動化水平已經成為國民經濟的重中之重，其中機器人作為高精尖技術的代表，已經越來越受到國家和社會各行各業的重視。但是，根據約翰遜的變化-失誤的事故致因理論，任何新產品的產生，必然會給使用者、維護者帶來一定的安全風險。如果這些風險不能被準確的識別、控制，就可能會導致大量的人身安全事故和產品召回，影響企業的發展。

下表是對主要市場產品責任的介紹：

表1 主要市場的產品責任

對機器人而言，如何才能減少企業的產品責任，盡量提高的產品的安全性，尊重和保護使用者、操作者的人身安全呢？這是一個系統工程，需要在機器人全壽命周期各個階段都要執行相應的活動。其中風險分析作為非常關鍵的一步，是提高機器人安全性的源頭。本文將詳細介紹風險分析的概念、基本過程，為機器人的設計者提供指導。

1、風險分析的注意事項

在開始介紹之前，需要首先明確下幾個概念：

a） 機器人的安全性，對象僅針對人，不考慮對動物的傷害、環境和財產損失；

b）風險分析不可能全部識別出全部風險，安全永遠是一個相對的概念，即是只能將風險控制到社會可接受的范圍內；

c）風險分析不是不計成本的，任何安全措施的增加，都要考慮到成本和收益之間的平衡。

d）選擇風險分析的方法以公司實際情況而定，選擇方法比方法本身重要。

2、風險分析的時機

風險分析應盡可能在機器人設計的早期階段執行。產品一旦定型或已經投入現場使用之后，如果通過分析發現需要整改的隱患。一是改動牽涉面比較多，包括設計、生產、安裝以及與客戶的協調等，二是帶來的成本也會比較大。

另外，如果機器人在使用過程中存在變更，也應針對變更進行風險分析。據相關數據統計，由于變更引入的風險占到整體的21%。

3、 風險分析的基本過程

通常情況下，機器人的風險分析包括確定使用的限制、識別隱患以及相關的隱患情景、評價隱患相關的風險，決定隱患需要降低的需求、通過保護措施，消除隱患或減少風險、對保護措施的效果進行評估，判斷風險是否已被充分的控制。

基本的過程如下圖所示：

圖1 風險分析的基本過程

1） 確定機器人的限制

任何分析都有一定的前提和限制，這些限制在分析前需要先列出來，在分析過程中需要作為分析的界限。常見的限制有：

a） 使用的限制，例如使用者的操作方式、性別、年齡、培訓、經驗等方面；

b） 空間限制，例如供電接口、使用和維護人員預留空間、移動的區間、人機接口等；

c） 時間限制，例如壽命的限制、推薦的服務間隔等；

d） 其他限制，例如使用環境、處理的材料特性等。

2） 風險可接受準則的確定

分析人員在分析之前應根據行業標準、法律法規和企業實際情況，確定風險可接受的準則，這些準則將在分析中指導分析人員哪些風險是可接受的，哪些必須要進行控制。確定風險可接受準則時，常用的模型是ALARP（As Low As Practical），也叫胡蘿卜法則。

圖2 ALARP準則

3） 隱患識別

在該步驟中，分析人員應集合公司各方面的專業人員，集思廣益對機器人在壽命周期內可能存在的機械、電氣、熱、噪聲、振動、輻射、材料物質、人機工程學以及環境相關的隱患進行分析，主要的人員應包括設計人員、機器人的安裝調試人員、使用和維護人員等。風險所在的壽命周期階段有：

a） 運輸、安裝

b） 試運行

c） 使用

d） 拆解、報廢。

隱患識別的思路通常有兩種，一是自上而下，即是按照圖3 從后果向隱患分析，另一種是自下而上，即是按照圖3從可能存在的隱患向后果分析。分析的方法常用的有檢查表、頭腦風暴等。

圖3 隱患分析的思路

4） 評價隱患相關的風險

評價的目的是確定風險的大小，以結合風險可接受準則，判斷哪些風險需要采取措施，哪些不需要采取措施。風險評價的要素如圖4所示：

圖4 風險評價的指標

風險評價常用的方法有風險矩陣、風險圖譜和打分法等。

5） 制定措施，消減風險

對于需要控制的機器人風險，分析人員應制定措施將風險降低到可容忍的范圍內，并且將措施轉化成安全需求，在設計或相關說明中實現。常見的措施類型有：

a）固有安全設計，對機器人本體采取的，改變設計或操作特性消除或降低風險到可接受范圍內，例如使用低于36V的人體安全電壓給機器人供電，機器人設計時選擇無毒材料等。

b）增加安全裝置，確定安全功能所需的PL等級。例如緊急停止裝置、保護性停止裝置、使能控制、超速控制裝置等，確定之后，安全裝置的設計需要滿足ISO13849或IEC62061功能安全標準的要求。下圖是AGV安全相關系統。

圖5 AGV常見的安全相關裝置

d）對用戶的信息告知。當無法通過設計消除相關風險時，可以考慮針對風險的使用限或說明，并將相關要求傳遞給用戶。即是利用文檔、信號、標志和圖形等告知客戶需注意的安全事項。

e）安全操作流程，管理規定和培訓等。當無法通過設計消除相關風險時，也可以通過設置機器人標準的安全操作流程、管理規定或者培訓，來約束使用人員和維護人員的行為，提高安全意識，以保證機器人的安全運行。

f) 風險再評估，對于以上預采取的措施，分析人員應對其效果進行再評估，以判斷相關風險是否已經被控制到可接受的范圍內，如果沒有，則應繼續采取控制措施，直至風險已被降低到可接受范圍內。

另外，要注意的是以上控制措施應按照從上往下的順序優先使用，即是只有上面的無法達到效果時，才能使用下面的措施。因為任何措施都有失效的可能，只有從根本上解決風險，才能真正的保證機器人的安全。

風險分析作為機器人設計過程中至關重要的一步，對于提高機器人的安全性具有重大的意義。只要將其作為機器人設計中不可或缺的的一部分，才能設計出真正安全的機器人，才能使企業在激烈競爭中持續生存，并發展壯大。