當今世界，汽車作為最重要的交通、運輸工具之一，在人們生活、工作中，占據(jù)了非常重要的地位。自19 世紀第一臺汽車在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---機械化---自動化的發(fā)展過程中，人們通過不斷加強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、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)堅實的后盾和基礎(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)動機四大環(huán)節(jié)。首先機器人的使用，大大提高生產(chǎn)率，但也使得生產(chǎn)環(huán)境更加危險。機器人動作預(yù)設(shè)程序復(fù)雜、機器手臂的力量大，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器沖壓而成。目前最多使用的是油壓機自動化生產(chǎn)線，在這些機器周圍，因為危險而受到傷害的程度是非常嚴重的。在焊接場所，無論焊接機器人，還是手工焊接，人的視覺疲勞、長時間的重復(fù)勞動，都容易增加生產(chǎn)事故。加上機器人在四周運動發(fā)出的“吱吱”聲，呼嘯的動作，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)動機制造工序，數(shù)控機床、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，高加速度的機床設(shè)備，對操作人員的威脅越來越多。先進的生產(chǎn)設(shè)備、工藝，促使汽車制造業(yè)的繁榮和復(fù)雜，同時處在其中的工作人員也就更危險，更加需要先進的安全保護技術(shù)，以確保他們的人身安全，維護企業(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，及時調(diào)整等要求，人員的經(jīng)驗和靈活性都是機器無法比擬的，所以對汽車制造這種自動化程度非常高的環(huán)境，處于其中的人員安全就尤其重要。
安全保護技術(shù)標準
安全保護的技術(shù)基礎(chǔ)是來自歐洲先進的安全保護技術(shù)。機器最早起源于歐洲，經(jīng)過200多年的不斷發(fā)展和完善，目前已經(jīng)形成眾多標準。并被分成三個不同的層次結(jié)構(gòu)：A 類、B類和C 類標準。A 類標準規(guī)定的是所有機器都必須要符合的基本標準。B 類標準是對整個類別的機器的共性做出了規(guī)定。B 類標準可細分為B1 標準和B2 標準，B1 標準對與安全保護相關(guān)的參數(shù)做出了規(guī)定，如安全間距、表面溫度、噪音等；B2 標準規(guī)定的是對安全保護裝置的具體要求，如雙手按鈕、安全門開關(guān)、安全地毯等。在大量的C 類標準里，每一個C類標準都對一種具體的機器裝置做出了詳細的規(guī)定。最常見的有關(guān)安全的標準有EN292、EN1050 危險評估和EN954-1 安全等級分類和使用標準。汽車制造業(yè)無論自動化程度的高低，都是建立在大大小小、各種各樣的機器和生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，所有設(shè)備都必須符合相應(yīng)的安全標準，才可能確保生產(chǎn)作業(yè)人員和機器設(shè)備的安全。
根據(jù)98/37/EC 機器指令，機器安全保護的原則是如下：
1).凡是有危險的地方，就需要保護。
2).保護要依據(jù)危險的等級，進行分析，從而選擇合適的安全保護等級和措施。
3).安全保護設(shè)計需要遵循的設(shè)計順序，而且不可以逆序。
安全應(yīng)該貫穿機器開始設(shè)計、裝配、調(diào)試到制造完成整個過程如果第一步無法完全避免危險，必須采取安全防護。上述措施無法避免的剩余危險，加貼醒目的警告標識說明書中關(guān)于機器操作的正確方法和警告安全保護產(chǎn)品在汽車行業(yè)的應(yīng)用實例介紹對機器設(shè)備實現(xiàn)安全保護有多種方式，如機電式、電子式、液壓式、氣動式等等，使用最多、技術(shù)最成熟的方式是機電式。根據(jù)汽車制造業(yè)的特點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、保護的環(huán)境，結(jié)合經(jīng)濟、成本預(yù)算等，確定采取合適的安全標準和產(chǎn)品技術(shù)。主要可采取的方法如圖1。
安全保護技術(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
安全保護技術(shù)
(安全防護危險)
可分離式保護裝置不可分離式保護裝置
固定裝置移動裝置
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 機器指令，機器安全保護的原則是如下：
1).凡是有危險的地方，就需要保護。
2).保護要依據(jù)危險的等級，進行分析，從而選擇合適的安全保護等級和措施。
3).安全保護設(shè)計需要遵循的設(shè)計順序，而且不可以逆序。
安全應(yīng)該貫穿機器開始設(shè)計、裝配、調(diào)試到制造完成整個過程如果第一步無法完全避免危險，必須采取安全防護。上述措施無法避免的剩余危險，加貼醒目的警告標識說明書中關(guān)于機器操作的正確方法和警告安全保護產(chǎn)品在汽車行業(yè)的應(yīng)用實例介紹對機器設(shè)備實現(xiàn)安全保護有多種方式，如機電式、電子式、液壓式、氣動式等等，使用最多、技術(shù)最成熟的方式是機電式。根據(jù)汽車制造業(yè)的特點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、保護的環(huán)境，結(jié)合經(jīng)濟、成本預(yù)算等，確定采取合適的安全標準和產(chǎn)品技術(shù)。主要可采取的方法如圖1。
圖1. 常見安全保護裝置、產(chǎn)品
安全保護裝置，可分兩種：可分離式保護裝置和不可分離式保護裝置。對于前者，是比較經(jīng)濟的方式，需要機械圍欄，將危險和人隔離開來，從而確保人遠離危險。但是要求的生產(chǎn)場地相對較大，在人需要進出的地方，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)控保護電路。比如最常見的汽車生產(chǎn)現(xiàn)場中：
圖2. 機器人現(xiàn)場圖3. 光幕/光柵應(yīng)用
焊接機器人、裝配機器人等周圍，全部用鐵機械圍欄保衛(wèi)起來，在不是很頻繁進出的通道門上，安裝有門鎖開關(guān)（圖2）。安全門開關(guān)和門鎖開關(guān)鎖最大的特點是，具有一個分離式的操動件。使用安全門開關(guān)和電磁開關(guān)鎖必須確保在安全防護門打開時，機器設(shè)備不會產(chǎn)生危險的動作，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來實現(xiàn)的；防護門關(guān)閉，不會意外啟動機器。安裝門開關(guān)，是在機器設(shè)備運行過程中，一旦安全防護門打開，控制機器的危險動作停止下來。使用安全門鎖開關(guān)，一般是安全防護門必須一直保持鎖定，只有機器停止運行且沒有危險后，才允許打開門進入。除了焊接、總裝工序使用機器人外，在發(fā)動機制造設(shè)備上，安全門、門鎖開關(guān)也大量被應(yīng)用于數(shù)控機床、銑床。在一些數(shù)控機床的安全門裝置上，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。
在汽車制造行業(yè)，制造自動化程度高，集成度高，材料消耗快等特點，需要頻繁進出危險區(qū)域，常常在危險區(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，機器人在一邊取料裝配，另一邊，對生產(chǎn)物料的隨時進行補充時，不希望停止整條生產(chǎn)線，僅僅暫時停止該工位的取料機器人，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，分別作出停機或不與理會。而且這個設(shè)計保護原理，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)計選擇、安裝光柵和光幕后，必須人不能夠繞過光柵和光幕進入危險區(qū)域。另外，如果周圍光線太強，也會干擾機器人的動作可靠性。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準EN 1760-1（圖5）。通常，安全地毯用于保護經(jīng)常有人通過的危險區(qū)域。當有人經(jīng)過或站在安全地毯上時，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斷開信號。安全地毯結(jié)構(gòu)非常堅固，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物質(zhì)的腐蝕。
在機器設(shè)備的安全保護中，為了提高可靠性，特別是非常危險的機器設(shè)備，都采用安全監(jiān)控器模塊，以提高安全保護的等級。除了檢測安全開關(guān)的開啟和緊急停止開關(guān)的動作之外，安全監(jiān)控器模塊根據(jù)不同的設(shè)計，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)只能被用作為機器設(shè)備附加的預(yù)防危險的措施，而不能用來取代必需的安全保護裝置，也不能用作自動的安全裝置。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，拉動拉線，就可以實現(xiàn)停止。一個拉線開關(guān)可以等效若干個緊急停止按鈕。所有安全保護產(chǎn)品均是符合一定的安全標準制造的。此外，還有保護雙手的雙手設(shè)備、安全邊沿開關(guān)、復(fù)雜的區(qū)域保護用激光掃描器等等。這里就不一一介紹。
結(jié)束語
隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，國際標準化組織對于機器安全保護的標準選用，基礎(chǔ)也大多是來自歐洲/德國相關(guān)的標準。這些標準的發(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，我國的國家標準主要是來自ISO 國際標準，但是在安全保護方面，目前還沒有完整的對應(yīng)的機器安全保護方面的標準，依照歐洲標準是當前最佳選擇。有理由相信：隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，安全技術(shù)也將隨著先進的汽車制造技術(shù)得到長足的發(fā)展。安全保護技術(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。
