焊接機器人危險性分析及安全防護對策

張光輝，劉強，孫路路，陳思源

（1.徐州徐工挖掘機械有限公司，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

隨著科學技術的迅猛發展，我國制造業中的焊接工藝大量使用焊接機器人代替人工焊接。焊接機器人為智能化、自動化設備，其焊接的產品質量穩定，生產效率高，極大降低了工人勞動強度，在一定程度上加快了我國制造業高質量發展的步伐。雖然焊接機器人在工業生產中的大量使用給我國經濟社會發展帶來極大利好，但時有發生的機器人生產安全事故卻給我們帶來新的挑戰。

一項來自美國職業安全與健康管理局OSHA（Occupational Safety and Health Administration）的事故報告調查顯示，自1984年以來，已經發生了38起與機器人相關的事故，在這38起事故中，有27起導致工人死亡。2019年，江蘇省某機械制造企業發生1起因作業人員違規鉆入防護圍欄進入機器人作業范圍，被機器人機械手臂壓在下料傳送帶機架上死亡的事故，教訓極其深刻。

縱觀大量的機器人生產安全事故，事故的發生除了使員工付出生命代價、企業遭受財產損失外，還對企業后續的生產經營帶來嚴重的負面影響。因此，開展焊接機器人危險性分析，并提出具有針對性的安全防護對策，對預防和控制焊接機器人生產安全事故發生具有十分重要的意義。

1 焊接機器人概述

1.1 焊接機器人分類

焊接機器人是工業機器人按照應用領域的一種分類形式。根據JB/T 8430—2014《機器人分類及型號編制方法》，焊接機器人包括弧焊機器人、點焊機器人、激光焊接機器人、釬焊機器人、其他焊接機器人。

1.2焊接機器人發展歷程

1969年，第一批點焊機器人在通用汽車位于美國Lordstown的組裝工廠安裝運行，后陸續發展出分別用于電阻點焊、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的焊接機器人，其控制形式也由最初的單一機器人的控制發展到多機器人多軸同步控制。

我國對工業機器人的研究始于20世紀70年代，80年代進入飛速發展階段。80年代末，我國的主要焊接機器人以汽車焊接機器人為主，并且使用了自動化生產線，我國工業機器人邁進實用化階段。

1.3我國工業機器人安全標準的建立情況

我國從研制工業機器人之初就高度重視其安全問題，在研制機器人產品的同時，也同步立項制定工業機器人安全標準。我國第一個工業機器人安全標準GB 11291—89《工業機器人 安全規范》參照日本標準JIS B 8433:1986《工業機器人安全法則》制定，于1989年3月發布，1990年實施。經過30余年的修訂與發展，現已建成比較完善的工業機器人安全標準體系。

目前，我國現行有效的工業機器人安全標準有：GB/T 20867—2007《工業機器人安全實施規范》、GB 11291.1—2011《工業環境用機器人安全要求 第1部分：機器人》、GB 11291.2—2013《機器人與機器人裝備 工業機器人的安全要求 第2部分：機器人系統與集成》、GB/T 38244—2019《機器人安全總則》等。這些工業機器人安全標準的制定和實施，對指導我國工業機器人研發、制造、安裝、調試、使用和維護全流程安全管理提供標準依據，在一定程度上推動了我國工業機器人在工業生產各領域廣泛應用。

2 焊接機器人危險性分析

焊接機器人作為一種工業機器人，具有工業機器人共有的危險性，其運動部件，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比機器人底座大得多的空間，并隨著工作任務的改變，其手臂和手腕的運動亦隨之改變。若遇到意外啟動，此時操作者、編程示教人員、維修人員或其他人員站在危險區域，則可能造成事故傷害。

結合筆者多年的機械行業安全管理經驗，下面以徐州徐工挖掘機械有限公司（以下簡稱“徐工挖機”）現場使用的焊接機器人為例，系統分析其存在的危險性，并提出具有針對性的安全防護對策。

2.1徐工挖機現場使用的焊接機器人簡介

徐工挖機成立于2008年，是專業從事挖掘機械研發、制造和銷售的服務型制造商，其產品涵蓋1-700T履帶式挖掘機和6-20T輪胎式挖掘機。在挖掘機的生產制造過程中，焊接是主要的生產工序之一，在結構車間使用大量的焊接機器人，用于動臂、斗桿、轉臺、車架等關鍵結構件的拼焊。徐工挖機現場使用的焊接機器人近百臺，包括焊接機器人單站和焊接機器人柔性線。

2.2焊接機器人作業流程

徐工挖機現場使用的焊接機器人作業流程大體一致，其作業流程如圖1所示。

圖1 焊接機器人作業流程

2.3焊接機器人作業過程危險性分析

根 據GB/T 38244—2019《機器人安全總則》等國家標準，焊接機器人具有機械危險、電氣危險、控制危險等多種危險性，在人員違章操作或安全防護裝置不完好等情況下，可能導致人身傷害或設備事故的發生。

下面以徐工挖機現場使用的焊接機器人單站（見圖2）為例，參照GB 6441—86《企業職工傷亡事故分類》、GB/T 13861—2009《生產過程危險和有害因素分類與代碼》，從人、物、環境和管理4個方面系統分析焊接機器人各作業工序存在的危險性及可能導致的事故類型。

圖2 大挖動臂焊接機器人作業現場

焊接機器人單站由機器人本體、移動裝置、變位機和控制裝置組成。在工件的焊接作業過程中使用的設備設施除焊接機器人外，還有行車、吊索具、工業氣瓶、人字梯等。焊接機器人作業過程危險性分析如表1所示。

表1 焊接機器人作業過程危險性分析

除此之外，人員疲勞作業、精神狀態不佳、注意力不集中、生理或心理異常、習慣性違章、安全操作規程不完善、未設置安全警示標志、作業現場安全距離不夠或照度不足等因素，也是誘發事故的重要因素。

3 焊接機器人安全防護對策

焊接機器人作為一種機械設備，雖具有一定的固有風險，但通過采取一系列行之有效的安全技術和安全管理對策措施，事故是可防可控的。筆者基于對工業機器人有關安全標準的理解，結合徐工挖機焊接機器人安全管理現狀，提出如下預防焊接機器人生產安全事故的防護對策。

3.1 安全技術措施

第一，合理布局焊接機器人系統。在布局焊接機器人系統時，應將保證操作人員的安全放在首位。例如：徐工挖機按照GB/T 20867—2007《工業機器人安全實施規范》的要求，將控制裝置的機柜安裝在安全防護空間外，將焊接機器人的運動部件、與焊接機器人作業無關的周圍固定物體和設備保持不小于0.5 m的安全間距，充分考慮操作人員上、下工件時的安全防護等。

第二，設置安全防護裝置。為防止焊接機器人作業時人員誤進入作業危險區域，徐工挖機使用高度不低于1.5 m的隔板將焊接機器人作業危險區域與人員操作區域完全隔離。同時，在工件上、下件和人員出入口設置安全連鎖裝置，在焊接機器人作業過程中，當出入口打開時，焊接機器人自動斷電停機，從而保證了現場操作人員的安全。

第三，設置安全警示標志。為提醒和警示操作人員、進入現場的其他人員時刻警惕焊接機器人存在的事故風險，徐工挖機按照GB 2894—2008《安全標志及其使用導則》在隔板等顯著位置張貼“當心機械傷人”“禁止入內”等安全警示標志。同時，按照風險管控和隱患排查雙重預防體系要求，設置焊接機器人風險點告知卡。

3.2 安全管理措施

第一，建立安全管理制度。徐工挖機建立并保持職業健康安全管理體系、安全生產標準化體系，制定發布與焊接機器人安全生產有關的《設備管理制度》《職業健康安全培訓教育制度》《環境與職業健康安全獎懲制度》等制度，規定了焊接機器人的維護保養、點檢以及操作人員的安全培訓教育、考核獎懲等內容。

第二，建立安全操作規程。徐工挖機建立并實施五級安全作業標準體系，這些安全作業標準互為補充，從不同的角度規范了員工的安全操作行為，可有效消除員工的自選動作。涉及焊接機器人的安全作業標準有：“電焊工崗位安全操作規程”“焊接機器人安全操作規程”“焊接機器人焊接工序安全作業指導書”“吊裝規范”和“OPL（One Point Lesson，單點課程）”。

第三，建立安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制。徐工挖機按照江蘇《省安委會辦公室關于印發江蘇省防范遏制重特大事故構建雙重預防機制實施辦法的通知》（蘇安辦〔2016〕103號）等要求，建立并運行安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制。通過LEC風險分析評價法，確定焊接機器人作業為一般風險，由部門予以管控；同時，建立焊接機器人作業隱患排查清單，定期排查整改隱患，確保焊接機器人作業安全風險可控。

第四，加強安全教育培訓。徐工挖機堅持“安全培訓不到位就是隱患”的安全理念，按照《職業健康安全培訓教育制度》組織實施各類安全教育培訓。對新入職焊接機器人作業人員，嚴格按照制度要求開展三級安全培訓，經考核合格后方可上崗作業。對涉及焊接機器人的新技術、新工藝、新材料、新設備，組織工藝、安全、設備以及焊接機器人崗位操作等人員開展“四新”培訓，確保上述崗位人員及時掌握焊接機器人存在的事故風險和控制措施。

第五，建立應急救援體系。根據焊接機器人可能導致的機械傷害等事故，徐工挖機按照GB/T 29639—2020《生產經營單位生產安全事故應急預案編制導則》編制《生產安全事故應急預案》，包括機械傷害等現場處置方案，及時對焊接機器人崗位操作人員進行培訓，確保熟悉相關事故應急處置流程。同時，每半年開展一次應急演練，提升崗位操作人員事故應急處置能力。

4 結論

我國制造業的高速、高質量發展，得益于焊接機器人的廣泛應用，作為大量使用焊接機器人用于生產的機械制造企業，除了關注焊接機器人帶來的巨大生產效益和勞動生產率的提升外，還應更加關注焊接機器人的使用安全問題。由于焊接機器人是一種智能化、自動化設備，對管理者和操作者文化素質具有較高的要求。因此，企業的工藝、安全、設備管理人員以及焊接機器人的操作人員必須不斷學習，掌握焊接機器人的危險性，采取正確、有效的安全防護對策，才能控制其存在的事故風險，預防焊接機器人生產安全事故的發生。