當(dāng)今世界，汽車作為最重要的交通、運(yùn)輸工具之一，在人們生活、工作中，占據(jù)了非常重要的地位。自19 世紀(jì)第一臺(tái)汽車在FORD 公司誕生，汽車就開始改變了人們的生活方式和生活節(jié)奏。汽車制造業(yè)在經(jīng)歷手工---機(jī)械化---自動(dòng)化的發(fā)展過程中，人們通過不斷加強(qiáng)和改善汽車制造技術(shù)，使汽車逐漸成為放心的安全交通工具。可以說，先進(jìn)、安全的制造技術(shù)功不可沒，是人們不斷接受汽車新產(chǎn)品、新技術(shù)堅(jiān)實(shí)的后盾和基礎(chǔ)。
汽車制造業(yè)特別需要安全生產(chǎn)
目前汽車整車生產(chǎn)線，依據(jù)主要工序可分為沖壓、焊接、總裝/涂裝、發(fā)動(dòng)機(jī)四大環(huán)節(jié)。首先機(jī)器人的使用，大大提高生產(chǎn)率，但也使得生產(chǎn)環(huán)境更加危險(xiǎn)。機(jī)器人動(dòng)作預(yù)設(shè)程序復(fù)雜、機(jī)器手臂的力量大，對處于其周圍的人的安全威脅也相對大。其次汽車車身、底盤等金屬殼體大多都是機(jī)器沖壓而成。目前最多使用的是油壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線，在這些機(jī)器周圍，因?yàn)槲ｋU(xiǎn)而受到傷害的程度是非常嚴(yán)重的。在焊接場所，無論焊接機(jī)器人，還是手工焊接，人的視覺疲勞、長時(shí)間的重復(fù)勞動(dòng)，都容易增加生產(chǎn)事故。加上機(jī)器人在四周運(yùn)動(dòng)發(fā)出的“吱吱”聲，呼嘯的動(dòng)作，都對人的心理造成壓力。在總裝和涂裝線上，受碰傷、切傷、擠壓的可能性都很大。在發(fā)動(dòng)機(jī)制造工序，數(shù)控機(jī)床、銑床的使用，追求效率和在生產(chǎn)成本的驅(qū)使，高速刀具、換刀架，高加速度的機(jī)床設(shè)備，對操作人員的威脅越來越多。先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備、工藝，促使汽車制造業(yè)的繁榮和復(fù)雜，同時(shí)處在其中的工作人員也就更危險(xiǎn)，更加需要先進(jìn)的安全保護(hù)技術(shù)，以確保他們的人身安全，維護(hù)企業(yè)的生產(chǎn)安全和利益。競爭加劇、成本降低要求汽車制造業(yè)的自動(dòng)化程度越來越高，但是決不是說完全可以不需要人工干預(yù)。對于生產(chǎn)技術(shù)、過程監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整等要求，人員的經(jīng)驗(yàn)和靈活性都是機(jī)器無法比擬的，所以對汽車制造這種自動(dòng)化程度非常高的環(huán)境，處于其中的人員安全就尤其重要。
安全保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
安全保護(hù)的技術(shù)基礎(chǔ)是來自歐洲先進(jìn)的安全保護(hù)技術(shù)。機(jī)器最早起源于歐洲，經(jīng)過200多年的不斷發(fā)展和完善，目前已經(jīng)形成眾多標(biāo)準(zhǔn)。并被分成三個(gè)不同的層次結(jié)構(gòu)：A 類、B類和C 類標(biāo)準(zhǔn)。A 類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是所有機(jī)器都必須要符合的基本標(biāo)準(zhǔn)。B 類標(biāo)準(zhǔn)是對整個(gè)類別的機(jī)器的共性做出了規(guī)定。B 類標(biāo)準(zhǔn)可細(xì)分為B1 標(biāo)準(zhǔn)和B2 標(biāo)準(zhǔn)，B1 標(biāo)準(zhǔn)對與安全保護(hù)相關(guān)的參數(shù)做出了規(guī)定，如安全間距、表面溫度、噪音等；B2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是對安全保護(hù)裝置的具體要求，如雙手按鈕、安全門開關(guān)、安全地毯等。在大量的C 類標(biāo)準(zhǔn)里，每一個(gè)C類標(biāo)準(zhǔn)都對一種具體的機(jī)器裝置做出了詳細(xì)的規(guī)定。最常見的有關(guān)安全的標(biāo)準(zhǔn)有EN292、EN1050 危險(xiǎn)評(píng)估和EN954-1 安全等級(jí)分類和使用標(biāo)準(zhǔn)。汽車制造業(yè)無論自動(dòng)化程度的高低，都是建立在大大小小、各種各樣的機(jī)器和生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，所有設(shè)備都必須符合相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，才可能確保生產(chǎn)作業(yè)人員和機(jī)器設(shè)備的安全。
根據(jù)98/37/EC 機(jī)器指令，機(jī)器安全保護(hù)的原則是如下：
1).凡是有危險(xiǎn)的地方，就需要保護(hù)。
2).保護(hù)要依據(jù)危險(xiǎn)的等級(jí)，進(jìn)行分析，從而選擇合適的安全保護(hù)等級(jí)和措施。
3).安全保護(hù)設(shè)計(jì)需要遵循的設(shè)計(jì)順序，而且不可以逆序。
安全應(yīng)該貫穿機(jī)器開始設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試到制造完成整個(gè)過程如果第一步無法完全避免危險(xiǎn)，必須采取安全防護(hù)。上述措施無法避免的剩余危險(xiǎn)，加貼醒目的警告標(biāo)識(shí)說明書中關(guān)于機(jī)器操作的正確方法和警告安全保護(hù)產(chǎn)品在汽車行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例介紹對機(jī)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)有多種方式，如機(jī)電式、電子式、液壓式、氣動(dòng)式等等，使用最多、技術(shù)最成熟的方式是機(jī)電式。根據(jù)汽車制造業(yè)的特點(diǎn)和安全要求的特殊性，一般在汽車制造行業(yè)，依據(jù)要工序、工藝、保護(hù)的環(huán)境，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、成本預(yù)算等，確定采取合適的安全標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品技術(shù)。主要可采取的方法如圖1。
安全保護(hù)技術(shù)第3頁， 施邁賽工業(yè)開關(guān)制造（上海） 有限公司， 2 0 0 4.06
安全保護(hù)技術(shù)
(安全防護(hù)危險(xiǎn))
可分離式保護(hù)裝置不可分離式保護(hù)裝置
固定裝置移動(dòng)裝置
圍柵等門、蓋等
位置約束位置不約束接近功能
接觸開關(guān)電子感應(yīng)
裝置
- 位置開關(guān)
- 門鎖開關(guān)
- 地毯開關(guān)
- 邊沿開關(guān)
- 光幕開關(guān)
- 激光掃描雙手按鈕確定開關(guān)
- 繼電器
- 監(jiān)控模塊
- 總線
急停開關(guān)
根據(jù)98/37/EC 機(jī)器指令，機(jī)器安全保護(hù)的原則是如下：
1).凡是有危險(xiǎn)的地方，就需要保護(hù)。
2).保護(hù)要依據(jù)危險(xiǎn)的等級(jí)，進(jìn)行分析，從而選擇合適的安全保護(hù)等級(jí)和措施。
3).安全保護(hù)設(shè)計(jì)需要遵循的設(shè)計(jì)順序，而且不可以逆序。
安全應(yīng)該貫穿機(jī)器開始設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試到制造完成整個(gè)過程如果第一步無法完全避免危險(xiǎn)，必須采取安全防護(hù)。上述措施無法避免的剩余危險(xiǎn)，加貼醒目的警告標(biāo)識(shí)說明書中關(guān)于機(jī)器操作的正確方法和警告安全保護(hù)產(chǎn)品在汽車行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例介紹對機(jī)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)有多種方式，如機(jī)電式、電子式、液壓式、氣動(dòng)式等等，使用最多、技術(shù)最成熟的方式是機(jī)電式。根據(jù)汽車制造業(yè)的特點(diǎn)和安全要求的特殊性，一般在汽車制造行業(yè)，依據(jù)要工序、工藝、保護(hù)的環(huán)境，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、成本預(yù)算等，確定采取合適的安全標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品技術(shù)。主要可采取的方法如圖1。
圖1. 常見安全保護(hù)裝置、產(chǎn)品
安全保護(hù)裝置，可分兩種：可分離式保護(hù)裝置和不可分離式保護(hù)裝置。對于前者，是比較經(jīng)濟(jì)的方式，需要機(jī)械圍欄，將危險(xiǎn)和人隔離開來，從而確保人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)。但是要求的生產(chǎn)場地相對較大，在人需要進(jìn)出的地方，設(shè)置通道門，門上安裝分離式安全門開關(guān)，和/或安全門鎖開關(guān)，再和安全繼電器組成安全監(jiān)控保護(hù)電路。比如最常見的汽車生產(chǎn)現(xiàn)場中：
圖2. 機(jī)器人現(xiàn)場圖3. 光幕/光柵應(yīng)用
焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人等周圍，全部用鐵機(jī)械圍欄保衛(wèi)起來，在不是很頻繁進(jìn)出的通道門上，安裝有門鎖開關(guān)（圖2）。安全門開關(guān)和門鎖開關(guān)鎖最大的特點(diǎn)是，具有一個(gè)分離式的操動(dòng)件。使用安全門開關(guān)和電磁開關(guān)鎖必須確保在安全防護(hù)門打開時(shí)，機(jī)器設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的動(dòng)作，這是通過門開關(guān)和門鎖開關(guān)內(nèi)部的肯定斷開式安全觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的；防護(hù)門關(guān)閉，不會(huì)意外啟動(dòng)機(jī)器。安裝門開關(guān)，是在機(jī)器設(shè)備運(yùn)行過程中，一旦安全防護(hù)門打開，控制機(jī)器的危險(xiǎn)動(dòng)作停止下來。使用安全門鎖開關(guān)，一般是安全防護(hù)門必須一直保持鎖定，只有機(jī)器停止運(yùn)行且沒有危險(xiǎn)后，才允許打開門進(jìn)入。除了焊接、總裝工序使用機(jī)器人外，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造設(shè)備上，安全門、門鎖開關(guān)也大量被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、銑床。在一些數(shù)控機(jī)床的安全門裝置上，也可以安裝安全限位開關(guān)，但是必須使用肯定斷開式安全觸點(diǎn)。
在汽車制造行業(yè)，制造自動(dòng)化程度高，集成度高，材料消耗快等特點(diǎn)，需要頻繁進(jìn)出危險(xiǎn)區(qū)域，常常在危險(xiǎn)區(qū)域入口選擇光柵和光幕（圖3）。比如在沖壓工序，需要不斷送、取料的沖壓設(shè)備上。在總裝線上，機(jī)器人在一邊取料裝配，另一邊，對生產(chǎn)物料的隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充時(shí)，不希望停止整條生產(chǎn)線，僅僅暫時(shí)停止該工位的取料機(jī)器人，那麼光柵/光幕成為最佳選擇。帶屏蔽功能的安全光幕/光柵在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用更為廣泛，通過設(shè)定，這種光柵可以智慧地判斷是產(chǎn)品，還是人阻擋了光線，分別作出停機(jī)或不與理會(huì)。而且這個(gè)設(shè)計(jì)保護(hù)原理，被盡可能大地復(fù)制到整條生產(chǎn)線上。這也就是為什麼光電式光柵和光幕在汽車線上應(yīng)用的最多（圖4）。
設(shè)計(jì)選擇、安裝光柵和光幕后，必須人不能夠繞過光柵和光幕進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。另外，如果周圍光線太強(qiáng)，也會(huì)干擾機(jī)器人的動(dòng)作可靠性。所以在焊接工序上，大量使用的是安全門、門鎖保護(hù)裝置。
接觸式的安全地毯也是應(yīng)用廣泛的一種。安全地毯必須確保符合歐共體標(biāo)準(zhǔn)EN 1760-1（圖5）。通常，安全地毯用于保護(hù)經(jīng)常有人通過的危險(xiǎn)區(qū)域。當(dāng)有人經(jīng)過或站在安全地毯上時(shí)，安全地毯能夠檢測到所受的壓力，并通過配套檢測繼電器輸出一個(gè)斷開信號(hào)。安全地毯結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固，甚至車輛通過，也能承受。安全地毯外層特殊的橡膠材料，具有很高的耐磨性和防水性，并能夠承受多種化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
在機(jī)器設(shè)備的安全保護(hù)中，為了提高可靠性，特別是非常危險(xiǎn)的機(jī)器設(shè)備，都采用安全監(jiān)控器模塊，以提高安全保護(hù)的等級(jí)。除了檢測安全開關(guān)的開啟和緊急停止開關(guān)的動(dòng)作之外，安全監(jiān)控器模塊根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，還可以檢測到安全電路的其他故障：開關(guān)/傳感器失效；電路斷路；電路短路；接地短路；輸出接觸器觸點(diǎn)燒焊；模塊的繼電器失效；檢測電路故障；工作電壓不足等（圖6）。
所有的機(jī)器設(shè)備都必須具有緊急停止功能（只有少部分例外情況）。緊急停止開關(guān)只能被用作為機(jī)器設(shè)備附加的預(yù)防危險(xiǎn)的措施，而不能用來取代必需的安全保護(hù)裝置，也不能用作自動(dòng)的安全裝置。在汽車總裝線上，緊急安全拉線開關(guān)也是最多的緊急停止設(shè)備，在緊急情況下，在任何一處，拉動(dòng)拉線，就可以實(shí)現(xiàn)停止。一個(gè)拉線開關(guān)可以等效若干個(gè)緊急停止按鈕。所有安全保護(hù)產(chǎn)品均是符合一定的安全標(biāo)準(zhǔn)制造的。此外，還有保護(hù)雙手的雙手設(shè)備、安全邊沿開關(guān)、復(fù)雜的區(qū)域保護(hù)用激光掃描器等等。這里就不一一介紹。
結(jié)束語
隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對于機(jī)器安全保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)選用，基礎(chǔ)也大多是來自歐洲/德國相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和命名以后將以ISO EN XXX 或EN ISO XXXX的形式出現(xiàn)。相對地，我國的國家標(biāo)準(zhǔn)主要是來自ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)，但是在安全保護(hù)方面，目前還沒有完整的對應(yīng)的機(jī)器安全保護(hù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，依照歐洲標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前最佳選擇。有理由相信：隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，安全技術(shù)也將隨著先進(jìn)的汽車制造技術(shù)得到長足的發(fā)展。安全保護(hù)技術(shù)隨著汽車制造加工技術(shù)的推廣，必將應(yīng)用到更廣泛領(lǐng)域。
