先进的安全保护技术与汽车制造业

当今世界，汽车作为最重要的交通、运输工具之一，在人们生活、工作中，占据了非常重要的地位。自19 世纪第一台汽车在FORD 公司诞生，汽车就开始改变了人们的生活方式和生活节奏。汽车制造业在经历手工---机械化---自动化的发展过程中，人们通过不断加强和改善汽车制造技术，使汽车逐渐成为放心的安全交通工具。可以说，先进、安全的制造技术功不可没，是人们不断接受汽车新产品、新技术坚实的后盾和基础。

汽车制造业特别需要安全生产
目前汽车整车生产线，依据主要工序可分为冲压、焊接、总装/涂装、发动机四大环节。首先机器人的使用，大大提高生产率，但也使得生产环境更加危险。机器人动作预设程序复杂、机器手臂的力量大，对处于其周围的人的安全威胁也相对大。其次汽车车身、底盘等金属壳体大多都是机器冲压而成。目前最多使用的是油压机自动化生产线，在这些机器周围，因为危险而受到伤害的程度是非常严重的。在焊接场所，无论焊接机器人，还是手工焊接，人的视觉疲劳、长时间的重复劳动，都容易增加生产事故。加上机器人在四周运动发出的“吱吱”声，呼啸的动作，都对人的心理造成压力。在总装和涂装线上，受碰伤、切伤、挤压的可能性都很大。在发动机制造工序，数控机床、铣床的使用，追求效率和在生产成本的驱使，高速刀具、换刀架，高加速度的机床设备，对操作人员的威胁越来越多。先进的生产设备、工艺，促使汽车制造业的繁荣和复杂，同时处在其中的工作人员也就更危险，更加需要先进的安全保护技术，以确保他们的人身安全，维护企业的生产安全和利益。竞争加剧、成本降低要求汽车制造业的自动化程度越来越高，但是决不是说完全可以不需要人工干预。对于生产技术、过程监控，及时调整等要求，人员的经验和灵活性都是机器无法比拟的，所以对汽车制造这种自动化程度非常高的环境，处于其中的人员安全就尤其重要。

安全保护技术标准
安全保护的技术基础是来自欧洲先进的安全保护技术。机器最早起源于欧洲，经过200多年的不断发展和完善，目前已经形成众多标准。并被分成三个不同的层次结构：A 类、B类和C 类标准。A 类标准规定的是所有机器都必须要符合的基本标准。B 类标准是对整个类别的机器的共性做出了规定。B 类标准可细分为B1 标准和B2 标准，B1 标准对与安全保护相关的参数做出了规定，如安全间距、表面温度、噪音等；B2 标准规定的是对安全保护装置的具体要求，如双手按钮、安全门开关、安全地毯等。在大量的C 类标准里，每一个C类标准都对一种具体的机器装置做出了详细的规定。最常见的有关安全的标准有EN292、EN1050 危险评估和EN954-1 安全等级分类和使用标准。汽车制造业无论自动化程度的高低，都是建立在大大小小、各种各样的机器和生产线的基础上，所有设备都必须符合相应的安全标准，才可能确保生产作业人员和机器设备的安全。

根据98/37/EC 机器指令，机器安全保护的原则是如下：
1).凡是有危险的地方，就需要保护。
2).保护要依据危险的等级，进行分析，从而选择合适的安全保护等级和措施。
3).安全保护设计需要遵循的设计顺序，而且不可以逆序。
安全应该贯穿机器开始设计、装配、调试到制造完成整个过程如果第一步无法完全避免危险，必须采取安全防护。上述措施无法避免的剩余危险，加贴醒目的警告标识说明书中关于机器操作的正确方法和警告安全保护产品在汽车行业的应用实例介绍对机器设备实现安全保护有多种方式，如机电式、电子式、液压式、气动式等等，使用最多、技术最成熟的方式是机电式。根据汽车制造业的特点和安全要求的特殊性，一般在汽车制造行业，依据要工序、工艺、保护的环境，结合经济、成本预算等，确定采取合适的安全标准和产品技术。主要可采取的方法如图1。
安全保护技术第3页， 施迈赛工业开关制造（上海） 有限公司， 2 0 0 4.06
安全保护技术
(安全防护危险)
可分离式保护装置不可分离式保护装置
固定装置移动装置
围栅等门、盖等
位置约束位置不约束接近功能
接触开关电子感应
装置
- 位置开关
- 门锁开关
- 地毯开关
- 边沿开关
- 光幕开关
- 激光扫描双手按钮确定开关
- 继电器
- 监控模块
- 总线
急停开关

图1. 常见安全保护装置、产品

安全保护装置，可分两种：可分离式保护装置和不可分离式保护装置。对于前者，是比较经济的方式，需要机械围栏，将危险和人隔离开来，从而确保人远离危险。但是要求的生产场地相对较大，在人需要进出的地方，设置通道门，门上安装分离式安全门开关，和/或安全门锁开关，再和安全继电器组成安全监控保护电路。比如最常见的汽车生产现场中：
焊接机器人、装配机器人等周围，全部用铁机械围栏保卫起来，在不是很频繁进出的通道门上，安装有门锁开关（图2）。安全门开关和门锁开关锁最大的特点是，具有一个分离式的操动件。使用安全门开关和电磁开关锁必须确保在安全防护门打开时，机器设备不会产生危险的动作，这是通过门开关和门锁开关内部的肯定断开式安全触点来实现的；防护门关闭，不会意外启动机器。安装门开关，是在机器设备运行过程中，一旦安全防护门打开，控制机器的危险动作停止下来。使用安全门锁开关，一般是安全防护门必须一直保持锁定，只有机器停止运行且没有危险后，才允许打开门进入。除了焊接、总装工序使用机器人外，在发动机制造设备上，安全门、门锁开关也大量被应用于数控机床、铣床。在一些数控机床的安全门装置上，也可以安装安全限位开关，但是必须使用肯定断开式安全触点。肯定断开式安全触点的记号是： 。。


图2. 机器人现场图 3. 光幕/光栅应用

在汽车制造行业，制造自动化程度高，集成度高，材料消耗快等特点，需要频繁进出危险区域，
常常在危险区域入口选择光栅和光幕（图3）。比如在冲压工序，需要不断送、取料的冲压设备上。在总装线上，机器人在一边取料装配，另一边，对生产物料的随时进行补充时，不希望停止整条生产线，仅仅暂时停止该工位的取料机器人，那麽光栅/光幕成为最佳选择。带屏蔽功能的安全光幕/光栅在汽车制造行业的应用更为广泛，通过设定，这种光栅可以智慧地判断是产品，还是人阻挡了光线，分别作出停机或不与理会。而且这个设计保护原理，被尽可能大地复制到整条生产线上。这也就是为什麽光电式光栅和光幕在汽车线上
应用的最多（图4）。
设计选择、安装光栅和光幕后，必须人不能够绕过光栅和光幕进入危险区域。另外，如果周围光线太强，也会干扰机器人的动作可靠性。所以在焊接工序上，大量使用的是安全门、门锁保护装置。


图4. 带屏蔽的光幕/光栅图 5. 安全地毯图 6. 安全模块

接触式的安全地毯也是应用广泛的一种。安全地毯必须确保符合欧共体标准EN 1760-1（图5）。通常，安全地毯用于保护经常有人通过的危险区域。当有人经过或站在安全地毯上时，安全地毯能够检测到所受的压力，并通过配套检测继电器输出一个断开信号。安全地毯结构非常坚固，甚至车辆通过，也能承受。安全地毯外层特殊的橡胶材料，具有很高的耐磨性和防水性，并能够承受多种化学物质的腐蚀。
在机器设备的安全保护中，为了提高可靠性，特别是非常危险的机器设备，都采用安全监控器模块，以提高安全保护的等级。除了检测安全开关的开启和紧急停止开关的动作之外，安全监控器模块根据不同的设计，还可以检测到安全电路的其他故障：开关/传感器失效；电路断路；电路短路；接地短路；输出接触器触点烧焊；模块的继电器失效；检测电路故障；工作电压不足等（图6）。
所有的机器设备都必须具有紧急停止功能（只有少部分例外情况）。紧急停止开关只能被用作为机器设备附加的预防危险的措施，而不能用来取代必需的安全保护装置，也不能用作自动的安全装置。在汽车总装线上，紧急安全拉线开关也是最多的紧急停止设备，在紧急情况下，在任何一处，拉动拉线，就可以实现停止。一个拉线开关可以等效若干个紧急停止按钮。所有安全保护产品均是符合一定的安全标准制造的。此外，还有保护双手的双手设备、安全边沿开关、复杂的区域保护用激光扫描器等等。这里就不一一介绍。

结束语

随着经济全球化的发展，国际标准化组织对于机器安全保护的标准选用，基础也大多是来自欧洲/德国相关的标准。这些标准的发展和命名以后将以ISO EN XXX 或EN ISO XXXX的形式出现。相对地，我国的国家标准主要是来自ISO 国际标准，但是在安全保护方面，目前还没有完整的对应的机器安全保护方面的标准，依照欧洲标准是当前最佳选择。有理由相信：随着汽车制造业的飞速发展，安全技术也将随着先进的汽车制造技术得到长足的发展。安全保护技术随着汽车制造加工技术的推广，必将应用到更广泛领域。