焊接機(jī)器人危險(xiǎn)性分析及安全防護(hù)對(duì)策

張光輝，劉強(qiáng)，孫路路，陳思源

（1.徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000；2.徐州徐工履帶底盤有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國(guó)制造業(yè)中的焊接工藝大量使用焊接機(jī)器人代替人工焊接。焊接機(jī)器人為智能化、自動(dòng)化設(shè)備，其焊接的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，極大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，在一定程度上加快了我國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的步伐。雖然焊接機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的大量使用給我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)極大利好，但時(shí)有發(fā)生的機(jī)器人生產(chǎn)安全事故卻給我們帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

一項(xiàng)來(lái)自美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局OSHA（Occupational Safety and Health Administration）的事故報(bào)告調(diào)查顯示，自1984年以來(lái)，已經(jīng)發(fā)生了38起與機(jī)器人相關(guān)的事故，在這38起事故中，有27起導(dǎo)致工人死亡。2019年，江蘇省某機(jī)械制造企業(yè)發(fā)生1起因作業(yè)人員違規(guī)鉆入防護(hù)圍欄進(jìn)入機(jī)器人作業(yè)范圍，被機(jī)器人機(jī)械手臂壓在下料傳送帶機(jī)架上死亡的事故，教訓(xùn)極其深刻。

縱觀大量的機(jī)器人生產(chǎn)安全事故，事故的發(fā)生除了使員工付出生命代價(jià)、企業(yè)遭受財(cái)產(chǎn)損失外，還對(duì)企業(yè)后續(xù)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，開展焊接機(jī)器人危險(xiǎn)性分析，并提出具有針對(duì)性的安全防護(hù)對(duì)策，對(duì)預(yù)防和控制焊接機(jī)器人生產(chǎn)安全事故發(fā)生具有十分重要的意義。

1 焊接機(jī)器人概述

1.1 焊接機(jī)器人分類

焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人按照應(yīng)用領(lǐng)域的一種分類形式。根據(jù)JB/T 8430—2014《機(jī)器人分類及型號(hào)編制方法》，焊接機(jī)器人包括弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、激光焊接機(jī)器人、釬焊機(jī)器人、其他焊接機(jī)器人。

1.2焊接機(jī)器人發(fā)展歷程

1969年，第一批點(diǎn)焊機(jī)器人在通用汽車位于美國(guó)Lordstown的組裝工廠安裝運(yùn)行，后陸續(xù)發(fā)展出分別用于電阻點(diǎn)焊、電弧焊、激光焊、電子束焊、攪拌摩擦焊等多種焊接方法的不同型號(hào)的焊接機(jī)器人，其控制形式也由最初的單一機(jī)器人的控制發(fā)展到多機(jī)器人多軸同步控制。

我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)70年代，80年代進(jìn)入飛速發(fā)展階段。80年代末，我國(guó)的主要焊接機(jī)器人以汽車焊接機(jī)器人為主，并且使用了自動(dòng)化生產(chǎn)線，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人邁進(jìn)實(shí)用化階段。

1.3我國(guó)工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)的建立情況

我國(guó)從研制工業(yè)機(jī)器人之初就高度重視其安全問(wèn)題，在研制機(jī)器人產(chǎn)品的同時(shí)，也同步立項(xiàng)制定工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)GB 11291—89《工業(yè)機(jī)器人 安全規(guī)范》參照日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 8433:1986《工業(yè)機(jī)器人安全法則》制定，于1989年3月發(fā)布，1990年實(shí)施。經(jīng)過(guò)30余年的修訂與發(fā)展，現(xiàn)已建成比較完善的工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

目前，我國(guó)現(xiàn)行有效的工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 20867—2007《工業(yè)機(jī)器人安全實(shí)施規(guī)范》、GB 11291.1—2011《工業(yè)環(huán)境用機(jī)器人安全要求 第1部分：機(jī)器人》、GB 11291.2—2013《機(jī)器人與機(jī)器人裝備 工業(yè)機(jī)器人的安全要求 第2部分：機(jī)器人系統(tǒng)與集成》、GB/T 38244—2019《機(jī)器人安全總則》等。這些工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，對(duì)指導(dǎo)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人研發(fā)、制造、安裝、調(diào)試、使用和維護(hù)全流程安全管理提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，在一定程度上推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2 焊接機(jī)器人危險(xiǎn)性分析

焊接機(jī)器人作為一種工業(yè)機(jī)器人，具有工業(yè)機(jī)器人共有的危險(xiǎn)性，其運(yùn)動(dòng)部件，特別是手臂和手腕部分具有較高的能量，且以較快的速度掠過(guò)比機(jī)器人底座大得多的空間，并隨著工作任務(wù)的改變，其手臂和手腕的運(yùn)動(dòng)亦隨之改變。若遇到意外啟動(dòng)，此時(shí)操作者、編程示教人員、維修人員或其他人員站在危險(xiǎn)區(qū)域，則可能造成事故傷害。

結(jié)合筆者多年的機(jī)械行業(yè)安全管理經(jīng)驗(yàn)，下面以徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司（以下簡(jiǎn)稱“徐工挖機(jī)”）現(xiàn)場(chǎng)使用的焊接機(jī)器人為例，系統(tǒng)分析其存在的危險(xiǎn)性，并提出具有針對(duì)性的安全防護(hù)對(duì)策。

2.1徐工挖機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用的焊接機(jī)器人簡(jiǎn)介

徐工挖機(jī)成立于2008年，是專業(yè)從事挖掘機(jī)械研發(fā)、制造和銷售的服務(wù)型制造商，其產(chǎn)品涵蓋1-700T履帶式挖掘機(jī)和6-20T輪胎式挖掘機(jī)。在挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造過(guò)程中，焊接是主要的生產(chǎn)工序之一，在結(jié)構(gòu)車間使用大量的焊接機(jī)器人，用于動(dòng)臂、斗桿、轉(zhuǎn)臺(tái)、車架等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的拼焊。徐工挖機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用的焊接機(jī)器人近百臺(tái)，包括焊接機(jī)器人單站和焊接機(jī)器人柔性線。

2.2焊接機(jī)器人作業(yè)流程

徐工挖機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用的焊接機(jī)器人作業(yè)流程大體一致，其作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 焊接機(jī)器人作業(yè)流程

2.3焊接機(jī)器人作業(yè)過(guò)程危險(xiǎn)性分析

根 據(jù)GB/T 38244—2019《機(jī)器人安全總則》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，焊接機(jī)器人具有機(jī)械危險(xiǎn)、電氣危險(xiǎn)、控制危險(xiǎn)等多種危險(xiǎn)性，在人員違章操作或安全防護(hù)裝置不完好等情況下，可能導(dǎo)致人身傷害或設(shè)備事故的發(fā)生。

下面以徐工挖機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用的焊接機(jī)器人單站（見圖2）為例，參照GB 6441—86《企業(yè)職工傷亡事故分類》、GB/T 13861—2009《生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》，從人、物、環(huán)境和管理4個(gè)方面系統(tǒng)分析焊接機(jī)器人各作業(yè)工序存在的危險(xiǎn)性及可能導(dǎo)致的事故類型。

圖2 大挖動(dòng)臂焊接機(jī)器人作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

焊接機(jī)器人單站由機(jī)器人本體、移動(dòng)裝置、變位機(jī)和控制裝置組成。在工件的焊接作業(yè)過(guò)程中使用的設(shè)備設(shè)施除焊接機(jī)器人外，還有行車、吊索具、工業(yè)氣瓶、人字梯等。焊接機(jī)器人作業(yè)過(guò)程危險(xiǎn)性分析如表1所示。

表1 焊接機(jī)器人作業(yè)過(guò)程危險(xiǎn)性分析

除此之外，人員疲勞作業(yè)、精神狀態(tài)不佳、注意力不集中、生理或心理異常、習(xí)慣性違章、安全操作規(guī)程不完善、未設(shè)置安全警示標(biāo)志、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全距離不夠或照度不足等因素，也是誘發(fā)事故的重要因素。

3 焊接機(jī)器人安全防護(hù)對(duì)策

焊接機(jī)器人作為一種機(jī)械設(shè)備，雖具有一定的固有風(fēng)險(xiǎn)，但通過(guò)采取一系列行之有效的安全技術(shù)和安全管理對(duì)策措施，事故是可防可控的。筆者基于對(duì)工業(yè)機(jī)器人有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的理解，結(jié)合徐工挖機(jī)焊接機(jī)器人安全管理現(xiàn)狀，提出如下預(yù)防焊接機(jī)器人生產(chǎn)安全事故的防護(hù)對(duì)策。

3.1 安全技術(shù)措施

第一，合理布局焊接機(jī)器人系統(tǒng)。在布局焊接機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將保證操作人員的安全放在首位。例如：徐工挖機(jī)按照GB/T 20867—2007《工業(yè)機(jī)器人安全實(shí)施規(guī)范》的要求，將控制裝置的機(jī)柜安裝在安全防護(hù)空間外，將焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部件、與焊接機(jī)器人作業(yè)無(wú)關(guān)的周圍固定物體和設(shè)備保持不小于0.5 m的安全間距，充分考慮操作人員上、下工件時(shí)的安全防護(hù)等。

第二，設(shè)置安全防護(hù)裝置。為防止焊接機(jī)器人作業(yè)時(shí)人員誤進(jìn)入作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域，徐工挖機(jī)使用高度不低于1.5 m的隔板將焊接機(jī)器人作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域與人員操作區(qū)域完全隔離。同時(shí)，在工件上、下件和人員出入口設(shè)置安全連鎖裝置，在焊接機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)出入口打開時(shí)，焊接機(jī)器人自動(dòng)斷電停機(jī)，從而保證了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的安全。

第三，設(shè)置安全警示標(biāo)志。為提醒和警示操作人員、進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的其他人員時(shí)刻警惕焊接機(jī)器人存在的事故風(fēng)險(xiǎn)，徐工挖機(jī)按照GB 2894—2008《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》在隔板等顯著位置張貼“當(dāng)心機(jī)械傷人”“禁止入內(nèi)”等安全警示標(biāo)志。同時(shí)，按照風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患排查雙重預(yù)防體系要求，設(shè)置焊接機(jī)器人風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)告知卡。

3.2 安全管理措施

第一，建立安全管理制度。徐工挖機(jī)建立并保持職業(yè)健康安全管理體系、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系，制定發(fā)布與焊接機(jī)器人安全生產(chǎn)有關(guān)的《設(shè)備管理制度》《職業(yè)健康安全培訓(xùn)教育制度》《環(huán)境與職業(yè)健康安全獎(jiǎng)懲制度》等制度，規(guī)定了焊接機(jī)器人的維護(hù)保養(yǎng)、點(diǎn)檢以及操作人員的安全培訓(xùn)教育、考核獎(jiǎng)懲等內(nèi)容。

第二，建立安全操作規(guī)程。徐工挖機(jī)建立并實(shí)施五級(jí)安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，這些安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互為補(bǔ)充，從不同的角度規(guī)范了員工的安全操作行為，可有效消除員工的自選動(dòng)作。涉及焊接機(jī)器人的安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：“電焊工崗位安全操作規(guī)程”“焊接機(jī)器人安全操作規(guī)程”“焊接機(jī)器人焊接工序安全作業(yè)指導(dǎo)書”“吊裝規(guī)范”和“OPL（One Point Lesson，單點(diǎn)課程）”。

第三，建立安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制。徐工挖機(jī)按照江蘇《省安委會(huì)辦公室關(guān)于印發(fā)江蘇省防范遏制重特大事故構(gòu)建雙重預(yù)防機(jī)制實(shí)施辦法的通知》（蘇安辦〔2016〕103號(hào)）等要求，建立并運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制。通過(guò)LEC風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)法，確定焊接機(jī)器人作業(yè)為一般風(fēng)險(xiǎn)，由部門予以管控；同時(shí)，建立焊接機(jī)器人作業(yè)隱患排查清單，定期排查整改隱患，確保焊接機(jī)器人作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

第四，加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)。徐工挖機(jī)堅(jiān)持“安全培訓(xùn)不到位就是隱患”的安全理念，按照《職業(yè)健康安全培訓(xùn)教育制度》組織實(shí)施各類安全教育培訓(xùn)。對(duì)新入職焊接機(jī)器人作業(yè)人員，嚴(yán)格按照制度要求開展三級(jí)安全培訓(xùn)，經(jīng)考核合格后方可上崗作業(yè)。對(duì)涉及焊接機(jī)器人的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，組織工藝、安全、設(shè)備以及焊接機(jī)器人崗位操作等人員開展“四新”培訓(xùn)，確保上述崗位人員及時(shí)掌握焊接機(jī)器人存在的事故風(fēng)險(xiǎn)和控制措施。

第五，建立應(yīng)急救援體系。根據(jù)焊接機(jī)器人可能導(dǎo)致的機(jī)械傷害等事故，徐工挖機(jī)按照GB/T 29639—2020《生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》編制《生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案》，包括機(jī)械傷害等現(xiàn)場(chǎng)處置方案，及時(shí)對(duì)焊接機(jī)器人崗位操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，確保熟悉相關(guān)事故應(yīng)急處置流程。同時(shí)，每半年開展一次應(yīng)急演練，提升崗位操作人員事故應(yīng)急處置能力。

4 結(jié)論

我國(guó)制造業(yè)的高速、高質(zhì)量發(fā)展，得益于焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，作為大量使用焊接機(jī)器人用于生產(chǎn)的機(jī)械制造企業(yè)，除了關(guān)注焊接機(jī)器人帶來(lái)的巨大生產(chǎn)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率的提升外，還應(yīng)更加關(guān)注焊接機(jī)器人的使用安全問(wèn)題。由于焊接機(jī)器人是一種智能化、自動(dòng)化設(shè)備，對(duì)管理者和操作者文化素質(zhì)具有較高的要求。因此，企業(yè)的工藝、安全、設(shè)備管理人員以及焊接機(jī)器人的操作人員必須不斷學(xué)習(xí)，掌握焊接機(jī)器人的危險(xiǎn)性，采取正確、有效的安全防護(hù)對(duì)策，才能控制其存在的事故風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防焊接機(jī)器人生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。