“中國制造2025”背景下兒童機械玩具人機安全設計研究

董兵兵

（廣東理工學院工業自動化系，廣東 肇慶526114）

0 引言

隨著全球科技變革深入推進，人工智能（Artificial Intelligence）技術已滲透到了制造、家居、金融、交通、安防、醫療、物流等各行各業。據預測，2020年全球市場規模將達4000億元，至2025年，全球范圍內人工智能產業收入的年均復合增長率將大幅提升，達到57%以上[1]。《中國制造2025》是我國實現制造強國的戰略目標，在此新的戰略發展背景下，提升人才服務產業發展能力是人才培養的首要任務。兒童是祖國的未來，玩具是兒童成長過程中不可或缺的親密伙伴。然而，由于各種原因，市場充斥著各種各樣的存在安全隱患的玩具，對兒童的健康和安全構成了很大的威脅。

玩具是兒童學習成人世界、學習社會、學習自然的工具，在其成長過程中起到重要啟蒙作用[2]。“中國制造2025”計劃中對玩具行業提出了強化質量意識，著力保障安全；推進綠色發展，提升產品品質；推動標準完善，提高供給水平等要求[3]。強調提升玩具供給質量和技術創新能力，倡導“工匠精神”，這就對玩具企業和玩具設計師提出了更高層次的要求。本文以兒童玩具的安全為出發點，改善產品性能，優化設計方法，提高設計人員水平，為企業人機安全設計提供有針對性的建議，設計出符合兒童身心健康的玩具。

1 國內外現行相關標準情況

兒童玩具質量安全一直以來是各國政府都十分重視的問題，有的國家對其重視程度甚至與食品安全等同。國家標準GB6675-2003[4]中4.1.6-4.1.9中對于邊緣、尖端、突出物和金屬絲和桿件對玩具的機械和物理性能只是規定兒童玩具不應有可觸及的危險性金屬或玻璃銳利邊緣、尖端、突出物和金屬絲和桿件，或者銳利的毛邊或溢邊。然而，目前國家玩具標準中，沒有針對陀螺、拉哨等旋轉玩具在高速旋轉和反復跌落、碰撞情況下的可靠性及銳邊作出針對性要求，而歐美的玩具標準，以及國際標準也均未對旋轉玩具做出特別要求。標準規范的缺失，導致產品質量的市場監管方面存在不足。

2 造成玩具傷害的原因分析及安全設計研究

2.1 造成玩具傷害的原因分析

（1）人工智能（Artificial Intelligence）是人類科技高速發展的高科技產物，增強了人們認識世界、適應世界的能力，并且大大解放勞動力，所以越來越多人們將注意力聚焦在了智能生產和智能制造上，而往往忽視了其本質安全。

（2）近年來原材料的價格不斷上漲，國際貿易壁壘日益增多，玩具的利潤空間不斷壓縮[5]，部分企業為追求利益最大化，節約成本、偷工減料，采用劣質材料，而導致生產不符合出口國標準法規要求的產品。

（3）出口玩具的企業生產能力不足，生產過程中缺乏安全意識，尤其是設計不合理，造成很多結構和質量問題。

（4）我國法律上對產品缺陷的類型和認定標準都沒有相關的規定，目前只將不符合強制性安全標準的產品認定為存在缺陷，對安全標準以外的缺陷判定依據和具體判定過程尚無明確的規定。

2.2 人機安全設計研究

（1）倡導綠色設計，注重環保性。在選擇玩具材料時，需要遵循環保國際安全生產管理標準。同時充分考慮材料的加工工藝與使用性能，不同環境下材料的力學特點等，設計出無污染、無毒害、耐摔打、耐磨的玩具，并優先選用可再利用或循環的材料。

（2）合理的結構優化設計。旋轉類玩具在市場上大多被定義為機動旋轉塑料玩具，而塑料玩具對結構要求比較苛刻，在正常玩用期間以及濫用（跌落、彎曲、扭轉、傾翻等）和可靠性壽命測試后均不能有尖點、利邊、外殼爆裂、零部件脫落及功能喪失現象，簡化產品結構，提倡“簡而美”的設計原則。設計兒童玩具時，須采用物理結構約束方法，如：在有硬質直立的元件處應設置保護元件，避免在跌倒時產生刺傷等傷害。兒童玩具的外部結構要無尖角，多采用模塊化結構設計，減少玩具表面洞、眼的造型設計，并確保零件之間的牢固性，防止因零件脫落而讓兒童意外吞食。

（3）情感化造型設計。玩具的設計應改變傳統的設計理念，在追求市場經濟利益和設計形式美的同時，更應該關注兒童的生理和心理安全問題。設計采用墩實、稚拙的形態，以圓渾，簡潔為主，造型設計上應符合兒童自然生長的心理特點，給人以溫馨、陽光、積極向上的感受。功能上能有效啟發兒童智力、提高動手能力等，并且禁止設計成食品模樣或帶有食品氣味的玩具，有效地降低兒童誤食等概率。

3 發展趨勢

（1）采用聯合仿真技術進行虛擬設計。計算機仿真技術是一種高效節能的方法，能夠有效縮短產品開發周期，具有廣闊的應用前景。運用三維建模工具（如：Pro/Engineer、SoildWorks、UniGraphicNX）的立體造型和動態仿真模塊可以讓設計者更快更好地理解并掌握玩具構件的形狀和玩具機構的運動原理和動作過程，能夠把復雜的機構運動過程生動形象地表達出來，對玩具的安全性設計具有積極的意義。

（2）結合高科技，向電子化、智能化發展。隨著電子科技信息時代的發展，結合科技與傳統玩具的整合所設計出的智能玩具將成為玩具市場的重要組成部分。智能玩具開發必須充分考慮安全性，采用合理的技術，從兒童需求出發，將兒童心理學、設計美學、人體工程學的相關知識，應用于玩具設計中，建立和利用人體模型、各年齡段兒童的力量圖表及尺寸數據等，設計出適合不同年齡段兒童需要的玩具。

（3）可持續式設計理念。以健康、綠色、環保、耐用、延長使用壽命為目標，具有積極的社會意義，在保證兒童安全互動的條件下解決因兒童生長較快，所導致的玩具淘汰過快的問題，也給未來的兒童玩具市場灌入了活力。

（4）玩具行業安全標準日趨完善并逐步與國際接軌。玩具主要面向的群體是兒童，為了保障兒童的健康與安全，各國在玩具產品安全方面均有嚴格的要求。我們國家將會繼續修訂完善“玩具安全”系列國家標準，立足我國國情的基礎上，參考《國際玩具安全標準》（ISO 8124），以安全為核心目標，擴大標準適用范圍，同時加強了對聲響、機械部件、燃燒性能等安全指標的要求，全面嚴格地保護兒童安全。