提升直觀能力

　　人機(jī)協(xié)作的第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，智能機(jī)器人的直觀能力提高，使編程的效率提高，也簡(jiǎn)化了編程的步驟，降低了編程的門(mén)檻，使沒(méi)有專(zhuān)業(yè)編程背景的操作員可以輕松操作智能機(jī)器人。操作員可以手把手教機(jī)器人，讓它按照所要求的步驟和位置進(jìn)行模擬，機(jī)器人則通過(guò)自身智能程序計(jì)算出最優(yōu)路線，然后可以按照操作員工所教導(dǎo)的進(jìn)行實(shí)際操作。

降低成本

　　人機(jī)協(xié)作的第五個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以減少安全防護(hù)措施、傳感器及其編程的成本，因?yàn)橹耙蔡岬?，安全防護(hù)措施及傳感器的成本幾乎占整個(gè)系統(tǒng)的20%到25%，將安全防護(hù)措施、傳感器及其編程的功能集成在智能機(jī)器人內(nèi)部，并且通過(guò)引入人來(lái)參與生產(chǎn)系統(tǒng)，利用人的優(yōu)勢(shì)來(lái)減少整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于傳感器的依賴(lài)，系統(tǒng)集成的總成本便會(huì)相應(yīng)減少。

　　通過(guò)人機(jī)協(xié)作的參與，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程也因此保持可持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)效率也同時(shí)得到持續(xù)性提高，使高成本生產(chǎn)國(guó)家有機(jī)會(huì)和能力保住現(xiàn)有的工作崗位，提升自身的全球競(jìng)爭(zhēng)力，甚至使從低成本生產(chǎn)國(guó)家手中重新獲得新的工作崗位成為可能。

人機(jī)協(xié)作的挑戰(zhàn)

　　每一塊閃亮的金牌背后都充滿(mǎn)了荊棘，困難和挑戰(zhàn)，人機(jī)協(xié)作也不例外。如何根據(jù)實(shí)際裝配產(chǎn)品的大小、重量、精度和節(jié)拍要求，智能設(shè)計(jì)傳感器和機(jī)器人以及系統(tǒng)集成，在保證安全的前提下避免機(jī)器人停機(jī)，減少減緩速度的時(shí)間空間，成為了提升人機(jī)協(xié)作的使用率，深化人機(jī)協(xié)作率的重要前提和最大挑戰(zhàn)。

　　由于人機(jī)協(xié)作以及機(jī)器人應(yīng)用隸屬于機(jī)器設(shè)備，所在在介紹關(guān)于人機(jī)協(xié)作的安全要求前需要先介紹機(jī)器設(shè)備的安全要求，即DIN EN ISO 13849 以及DIN EN 62061。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn)不一樣，DIN EN 62061 以SIL(安全集成等級(jí))來(lái)作為評(píng)估級(jí)別，它主要從電器、電氣以及可編程的控制系統(tǒng)這三方面來(lái)評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)的安全等級(jí)，而DIN　EN ISO 13849則以PL(執(zhí)行等級(jí)) 來(lái)作為評(píng)估級(jí)別，著重于設(shè)備，從液壓部件、壓縮氣體部件和機(jī)械部件，按功能安全要求去進(jìn)行評(píng)估。下圖是兩種評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的案例。對(duì)應(yīng)每個(gè)評(píng)估等級(jí)都有其相應(yīng)的安全要求。

　　在DIN EN ISO 13849 以及DIN EN 62061的基礎(chǔ)上，EN ISO 10218-1/-2 以及ISO/TS 15066:2016版本都有關(guān)于機(jī)器人安全需求的詳細(xì)記載，前者是規(guī)定工業(yè)機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)，后者是規(guī)定人機(jī)協(xié)作的安全標(biāo)準(zhǔn)，以及對(duì)于人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)及應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。安全需求分為四種案例，第一種案例是, 當(dāng)人進(jìn)入到具有安全防護(hù)欄的封閉或者開(kāi)放式工作系統(tǒng)之時(shí)，機(jī)器人就立刻停下; 第二種案例是，在人引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的情況下，當(dāng)安全按鈕被按住，機(jī)器人以緩慢的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，反之則機(jī)器人保持靜止; 第三種案例是對(duì)于人或物體位移速度和與機(jī)器人距離的監(jiān)控，當(dāng)規(guī)定的安全距離被打破的時(shí)候，機(jī)器人會(huì)停止; 第四種案例是在人與機(jī)器人有接觸的情況下，對(duì)機(jī)器人功率以及力量的限制，使接觸產(chǎn)生的影響力小于限定值。在ISO/TS 15066:2016中通過(guò)以下這些標(biāo)志來(lái)對(duì)各種危害源進(jìn)行歸類(lèi)和提醒。

　　鑒于人機(jī)協(xié)作工作系統(tǒng)涉及到人身安全，所以在規(guī)劃執(zhí)行人機(jī)協(xié)作項(xiàng)目當(dāng)中，除了要按照之前提及的標(biāo)準(zhǔn)定義項(xiàng)目的安全等級(jí)外，還要根據(jù)EN ISO 12100對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)分析以及采取措施降低風(fēng)險(xiǎn)。具體的流程安排如下，首先是對(duì)整個(gè)工作系統(tǒng)的界定，哪些包含在系統(tǒng)內(nèi)，哪些不屬于，在定義系統(tǒng)的范圍之后，就需要來(lái)識(shí)別系統(tǒng)中有哪些危險(xiǎn)源，然后對(duì)于會(huì)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)推測(cè) (此三部被稱(chēng)為風(fēng)險(xiǎn)分析)。針對(duì)推測(cè)出來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并判斷這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是否能夠成功規(guī)避 (至此被稱(chēng)為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)。 如果風(fēng)險(xiǎn)可以被規(guī)避到可以接受，那就需要去做文檔記錄并結(jié)束對(duì)此項(xiàng)的評(píng)估。 如果這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)不能夠被規(guī)避，則需要通過(guò)變更系統(tǒng)設(shè)計(jì)，添加額外的安全保護(hù)措施或者更新操作指導(dǎo)書(shū)并提醒操作員工相關(guān)注意事項(xiàng)。在決定采取這些措施之前，仍然要判斷是否會(huì)因此產(chǎn)生新的危險(xiǎn)源并經(jīng)行新一輪的分析和評(píng)估，直至風(fēng)險(xiǎn)能夠被規(guī)避并可以接受為止。

　　作為人機(jī)協(xié)作非常重要的一部分，抓斗連接于智能機(jī)器人手臂上，與工具/加工部件和人有直接接觸。我們從剛剛提到的安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看對(duì)抓斗的三種不同的安全要求?；贓N ISO 12100，從普遍性設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估出發(fā)，對(duì)抓斗的要求是要緊緊抓住工具/加工部件，不能夠使部件脫離, 也就是意味著當(dāng)抓斗失去能源來(lái)源或者是處于緊急停止?fàn)顩r，它仍然能夠通過(guò)自身來(lái)緊緊抓住部件; 根據(jù)DIN EN ISO 13849，作為控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部件，抓斗需要確保安全的運(yùn)行，即可以隨時(shí)感應(yīng)到外界的接觸，同時(shí)有自身的防護(hù)措施; 基于EN ISO 10218-1/-2 以及ISO/TS 15066:2016，通過(guò)設(shè)置不會(huì)導(dǎo)致傷害的抓力以及添加相應(yīng)的傳感器，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)抓斗判斷出與人有直接接觸而不是工具/加工部件時(shí)，馬上調(diào)整抓力，確保抓斗不會(huì)傷害到人。

　　除了要達(dá)到安全要求，人機(jī)協(xié)作是不是能夠有很高的投資回報(bào)率也是人機(jī)協(xié)作繼續(xù)發(fā)展的前提條件和巨大挑戰(zhàn)。整個(gè)系統(tǒng)的成本由兩部分組成，首先是硬件方面的成本，包括智能機(jī)器人、抓斗、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)，其次是集成和認(rèn)證方面的成本，包括集成商編程以及項(xiàng)目管理成本，以及第三方機(jī)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、認(rèn)證費(fèi)用。 與純?nèi)斯すぷ飨到y(tǒng)相比，人機(jī)協(xié)作必須在速度、柔性、質(zhì)量三方面展現(xiàn)其巨大優(yōu)勢(shì)，才能較之其系統(tǒng)成本確保較高的投資回報(bào)率。

　　當(dāng)然，如何讓生產(chǎn)中的員工可以接受人機(jī)協(xié)作，讓整個(gè)工作系統(tǒng)按照起初的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行人機(jī)無(wú)縫運(yùn)作，也作為另外一個(gè)不可忽視的挑戰(zhàn)。

人機(jī)協(xié)作的實(shí)踐路徑
　
　　在深入了解何為人機(jī)協(xié)作，其優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)之后，如何實(shí)施人機(jī)協(xié)作便成為下一個(gè)需要討論的問(wèn)題。根據(jù)過(guò)去實(shí)施的人機(jī)協(xié)作案例進(jìn)行歸納總結(jié)，分析-制定方案-可行性研究-實(shí)現(xiàn)是一條值得遵循的實(shí)踐路徑。

　　分析: 根據(jù)實(shí)際裝配產(chǎn)品的大小、重量、精度、數(shù)量、品種和節(jié)拍要求進(jìn)行分析，哪些工作系統(tǒng)適合標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化，哪些適合純手工加工裝配，哪些工作可以交付智能機(jī)器人完成，如何讓機(jī)器人與人協(xié)同工作，從而可以從中受益。作為成果，適用于人機(jī)協(xié)作的工作系統(tǒng)得以確認(rèn)。

　　制定方案: 根據(jù)被確認(rèn)的工作系統(tǒng)，建立不同的人機(jī)分工方案、模擬流程，并根據(jù)系統(tǒng)要求評(píng)估各個(gè)方案，從人力成本、系統(tǒng)成本、占地、物流、信息流、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn)、安全需求等方面綜合比對(duì)，最后得出最優(yōu)化的方案。

　　可行性研究: 通過(guò)實(shí)際測(cè)試或模擬，針對(duì)流程和安全風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行可行性研究，從而確保方案的可行性和安全性。

實(shí)現(xiàn): 按照方案和可行性研究的結(jié)果進(jìn)行實(shí)施，完成項(xiàng)目。

總結(jié)與展望

　　從安全的角度來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人處在安全防護(hù)欄之后進(jìn)行工作，并非已被時(shí)代所淘汰，因?yàn)樗膬?yōu)勢(shì)在于，非常低的設(shè)計(jì)成本，相對(duì)簡(jiǎn)單的風(fēng)險(xiǎn)分析，以及擁有非常穩(wěn)定的高生產(chǎn)率。隨著人機(jī)協(xié)作的層面不斷進(jìn)深，相對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也會(huì)愈加繁復(fù)，為減少風(fēng)險(xiǎn)所采取的設(shè)計(jì)措施也會(huì)增加。但隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，智能產(chǎn)品對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)的要求迫使新一代的工作系統(tǒng)必須適用柔性生產(chǎn)，人機(jī)協(xié)作必然在此領(lǐng)域大展宏圖。