基于情景模擬標(biāo)準(zhǔn)的兒童玩具危害源識(shí)別研究

王坤然　劉霞　陳倩雯　許麗丹　房祥靜

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人，情景模擬法，傷害場(chǎng)景構(gòu)建，危害源識(shí)別

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.01.021

本文運(yùn)用GB/T 39108-2020《消費(fèi)品安全 危害識(shí)別 情景模擬法》所提出的方法[1]，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)搭建智能機(jī)器人引發(fā)的典型傷害場(chǎng)景，識(shí)別出產(chǎn)品主要的危害源，以期為消費(fèi)者安全使用智能機(jī)器人和企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供有益的參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

該標(biāo)準(zhǔn)提出了運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)消費(fèi)品進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別的一般要求，包括仿真系統(tǒng)的要求、產(chǎn)品建模和場(chǎng)景布局的要求，以及進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試的流程和各環(huán)節(jié)的要求。具體流程包括測(cè)試實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、被試者的選擇、數(shù)據(jù)收集與分析等。該標(biāo)準(zhǔn)提出的危害識(shí)別方法可應(yīng)用于監(jiān)管機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)等開展消費(fèi)品安全危害源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。

2 標(biāo)準(zhǔn)的意義與作用

使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建虛擬環(huán)境對(duì)消費(fèi)品進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別，不僅能夠在消費(fèi)品的使用階段發(fā)揮作用，還能夠在消費(fèi)品的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行危害源分析，從而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高消費(fèi)品的安全性。在事后評(píng)估上，能夠?qū)μ摂M現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)過(guò)程進(jìn)行錄像，觀察消費(fèi)者使用產(chǎn)品行為特征。彌補(bǔ)傳統(tǒng)危害識(shí)別方法導(dǎo)致的傷害后果不可逆的不足，便于對(duì)消費(fèi)品的潛在危害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確度。

3 實(shí)例分析

該標(biāo)準(zhǔn)自2020年10月發(fā)布以來(lái)，引發(fā)各消費(fèi)品生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。本文以益智型智能機(jī)器人為具體實(shí)例，運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)所提出的情景模擬法開展產(chǎn)品安全危害源識(shí)別。

3.1 模擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)

3.1.1 確定研究對(duì)象

智能機(jī)器人是一種具有發(fā)射激光和水彈等功能，可遙控、可編程的新型玩具，因其趣味性強(qiáng)，又能培養(yǎng)編程能力而廣受兒童喜愛。該產(chǎn)品具有發(fā)射水彈、激光等功能，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[2-3]，因此對(duì)智能機(jī)器人開展危害識(shí)別研究。

3.1.2 運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景開展測(cè)評(píng)

智能機(jī)器人發(fā)射激光可能會(huì)引發(fā)兒童眼睛被刺傷等不可逆?zhèn)Πl(fā)生，不宜采用真實(shí)使用者與產(chǎn)品互動(dòng)測(cè)試，因此本文選擇運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建傷害場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)評(píng)。

3.1.3 測(cè)評(píng)任務(wù)設(shè)計(jì)

一般情況下，兒童都是在室內(nèi)使用智能機(jī)器人，所以依據(jù)產(chǎn)品使用特點(diǎn)確定智能機(jī)器人測(cè)試任務(wù)，包括兒童在客廳、臥室、書房等主要使用場(chǎng)景，通過(guò)遙控控制智能機(jī)器人的前進(jìn)與后退速度以及轉(zhuǎn)向等，使其在不同房間穿梭，按下相應(yīng)按鈕使機(jī)器人發(fā)射激光和水彈射等，測(cè)試兒童在使用產(chǎn)品過(guò)程中傷害發(fā)生情況。

3.1.4 場(chǎng)景構(gòu)建將真實(shí)產(chǎn)品構(gòu)建

成3D模型并搭建在虛擬環(huán)境中，宜維持與現(xiàn)實(shí)中實(shí)體產(chǎn)品一致的可操作性，以確保其擬真性。虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景選用該消費(fèi)品主要的使用場(chǎng)景， 基于實(shí)際情況選擇居民住宅內(nèi)為智能機(jī)器人主要研究場(chǎng)景，如客廳、臥室等。環(huán)境設(shè)計(jì)需維持一定的仿真程度，并支持被試者能與產(chǎn)品及周邊環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。

（1）兒童遙控控制智能機(jī)器人穿梭于不同房間場(chǎng)景

在Unity 3D中設(shè)置機(jī)器人動(dòng)畫狀態(tài)，機(jī)器人在移動(dòng)的過(guò)程中能夠播放自身移動(dòng)的動(dòng)畫，同時(shí)設(shè)置人物動(dòng)畫狀態(tài)機(jī)，播放人物走路的動(dòng)畫。

當(dāng)機(jī)器人前進(jìn)通過(guò)房間拐角處，兒童未發(fā)現(xiàn)位于拐角另一側(cè)的行人，或發(fā)現(xiàn)行人后無(wú)法及時(shí)躲避，進(jìn)而與行人發(fā)生碰撞，機(jī)器人停止移動(dòng)，同時(shí)，當(dāng)人物觸碰到機(jī)器人的一瞬間，人行走的動(dòng)畫切換為摔倒的動(dòng)畫，并停止向前移動(dòng)和播放摔倒在地的疼痛聲的音效，如圖1（a）所示。最后，當(dāng)人物摔倒2秒后，激活場(chǎng)景中的警告提示面板，提示有人在拐角處被機(jī)器人絆倒，如圖1（b）所示。

（2）兒童使用智能機(jī)器人發(fā)射水彈場(chǎng)景

通過(guò)代碼控制人物在場(chǎng)景中移動(dòng)，并播放人物在移動(dòng)時(shí)的動(dòng)畫，同樣通過(guò)代碼控制機(jī)器人發(fā)射水彈并且播放發(fā)射水彈時(shí)的燈光效果和聲音效果，機(jī)器人未發(fā)射水彈或者發(fā)射水彈未打中人，傷害未發(fā)生。當(dāng)水彈射擊到人身上時(shí)，人物停止移動(dòng)并在人物動(dòng)畫狀態(tài)機(jī)中切換動(dòng)畫，播放人物由于被水彈射傷捂肚子的動(dòng)畫，同時(shí)播放人物受傷時(shí)的音效。在人物被水彈打傷2秒后，激活場(chǎng)景中的警告提示面板，提示人物被水彈射傷，并顯示該次實(shí)驗(yàn)發(fā)射水彈總數(shù)。

（3）兒童使用智能機(jī)器人發(fā)射激光場(chǎng)景

通過(guò)代碼控制人物在場(chǎng)景中移動(dòng)，并播放人物在移動(dòng)時(shí)的動(dòng)畫，同樣通過(guò)代碼控制機(jī)器人發(fā)射激光并且播放發(fā)射激光時(shí)的燈光效果。當(dāng)激光射擊到人眼睛時(shí)，人物停止移動(dòng)并在人物動(dòng)畫狀態(tài)機(jī)中切換動(dòng)畫，播放人物由于被激光射傷眼睛而捂眼睛的動(dòng)畫，同時(shí)播放人物受傷時(shí)的音效。 在人物被激光射傷2秒后，提示人物被激光射傷眼睛，并顯示本次實(shí)驗(yàn)中發(fā)射激光的次數(shù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

本次選擇使用該產(chǎn)品較多且安全意識(shí)薄弱的兒童作為測(cè)評(píng)對(duì)象，征集33名3～6歲、33名7～14歲兒童分批次參加實(shí)驗(yàn)。兒童在實(shí)驗(yàn)室穿戴VR設(shè)備后，在搭建的VR場(chǎng)景中的臥室、客廳等房間中使用虛擬智能機(jī)器人，每個(gè)兒童重復(fù)做1次實(shí)驗(yàn)，觀察記錄兒童的使用行為及傷害發(fā)生情況。實(shí)驗(yàn)全程有工作人員或父母陪護(hù)，以保證兒童的安全。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 實(shí)驗(yàn)概況

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，兒童使用智能機(jī)器人過(guò)程中主要發(fā)生以下傷害：智能機(jī)器人發(fā)射水彈射中人的敏感部位導(dǎo)致人受傷，智能機(jī)器人發(fā)出的激光刺傷兒童眼睛，智能機(jī)器人速度過(guò)快撞倒人。66名兒童參加了本次智能機(jī)器人安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，由智能機(jī)器人引起的傷害發(fā)生40人次。其中智能機(jī)器人撞倒人物7次，智能機(jī)器人發(fā)射水彈打傷人物6次，激光射傷人物12次。

3.3.2 危害源識(shí)別

采用故障樹法分析智能機(jī)器人導(dǎo)致傷害發(fā)生的原因，逐級(jí)往下找出產(chǎn)品危害源。頂端事件為水彈射傷人、激光刺傷眼睛、速度過(guò)快撞倒人等傷害事件。中間層為兒童誤使用行為、水彈危害特征、沒有安全防護(hù)的使用環(huán)境。三種因素同時(shí)出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致傷害事件發(fā)生，與產(chǎn)品相關(guān)的底事件彈射動(dòng)能與小零件兩種危害存在，才會(huì)引發(fā)人被水彈射傷眼睛等傷害事件（如圖2所示），由此可知產(chǎn)品危害源為彈射動(dòng)能和小零件。同理推知激光刺傷眼睛、速度過(guò)快撞倒人的產(chǎn)品危害源為激光、彈射動(dòng)能。綜上可知，導(dǎo)致智能機(jī)器人發(fā)生傷害的主要危害源為小零件、激光輻射和動(dòng)能危害速度。

4 結(jié)語(yǔ)

GB/T 39108-2020《消費(fèi)品安全 危害識(shí)別 情景模擬法》運(yùn)用虛擬仿真方法進(jìn)行危害識(shí)別克服了真實(shí)消費(fèi)者與產(chǎn)品交互發(fā)生不可逆?zhèn)Φ某钢?。本文運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)所提出的場(chǎng)景構(gòu)建方法識(shí)別出智能機(jī)器人發(fā)生傷害的主要危害源為小零件、激光輻射和動(dòng)能危害速度，可指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)一步改進(jìn)水彈發(fā)射速度、激光相關(guān)的安全防護(hù)設(shè)計(jì)或安全使用警示，提升產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，保障消費(fèi)者安全。

作者簡(jiǎn)介

王坤然，通信作者，碩士，工程師，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)化。

劉霞，博士，研究員，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)化。

陳倩雯，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)樯鐣?huì)管理。

許麗丹，碩士，工程師，研究方向?yàn)椴牧习踩珮?biāo)準(zhǔn)化。

房祥靜，碩士，工程師，研究方向?yàn)楣芾砜茖W(xué)與工程。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）