提升直觀能力

　　人機協(xié)作的第四個優(yōu)點在于，智能機器人的直觀能力提高，使編程的效率提高，也簡化了編程的步驟，降低了編程的門檻，使沒有專業(yè)編程背景的操作員可以輕松操作智能機器人。操作員可以手把手教機器人，讓它按照所要求的步驟和位置進行模擬，機器人則通過自身智能程序計算出最優(yōu)路線，然后可以按照操作員工所教導的進行實際操作。

降低成本

　　人機協(xié)作的第五個優(yōu)點是可以減少安全防護措施、傳感器及其編程的成本，因為之前也提到，安全防護措施及傳感器的成本幾乎占整個系統(tǒng)的20%到25%，將安全防護措施、傳感器及其編程的功能集成在智能機器人內(nèi)部，并且通過引入人來參與生產(chǎn)系統(tǒng)，利用人的優(yōu)勢來減少整個系統(tǒng)對于傳感器的依賴，系統(tǒng)集成的總成本便會相應(yīng)減少。

　　通過人機協(xié)作的參與，整個生產(chǎn)過程也因此保持可持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)效率也同時得到持續(xù)性提高，使高成本生產(chǎn)國家有機會和能力保住現(xiàn)有的工作崗位，提升自身的全球競爭力，甚至使從低成本生產(chǎn)國家手中重新獲得新的工作崗位成為可能。

人機協(xié)作的挑戰(zhàn)

　　每一塊閃亮的金牌背后都充滿了荊棘，困難和挑戰(zhàn)，人機協(xié)作也不例外。如何根據(jù)實際裝配產(chǎn)品的大小、重量、精度和節(jié)拍要求，智能設(shè)計傳感器和機器人以及系統(tǒng)集成，在保證安全的前提下避免機器人停機，減少減緩速度的時間空間，成為了提升人機協(xié)作的使用率，深化人機協(xié)作率的重要前提和最大挑戰(zhàn)。

　　由于人機協(xié)作以及機器人應(yīng)用隸屬于機器設(shè)備，所在在介紹關(guān)于人機協(xié)作的安全要求前需要先介紹機器設(shè)備的安全要求，即DIN EN ISO 13849 以及DIN EN 62061。兩個標準的側(cè)重點不一樣，DIN EN 62061 以SIL(安全集成等級)來作為評估級別，它主要從電器、電氣以及可編程的控制系統(tǒng)這三方面來評估整個系統(tǒng)的安全等級，而DIN　EN ISO 13849則以PL(執(zhí)行等級) 來作為評估級別，著重于設(shè)備，從液壓部件、壓縮氣體部件和機械部件，按功能安全要求去進行評估。下圖是兩種評估標準的案例。對應(yīng)每個評估等級都有其相應(yīng)的安全要求。

　　在DIN EN ISO 13849 以及DIN EN 62061的基礎(chǔ)上，EN ISO 10218-1/-2 以及ISO/TS 15066:2016版本都有關(guān)于機器人安全需求的詳細記載，前者是規(guī)定工業(yè)機器人的安全標準，后者是規(guī)定人機協(xié)作的安全標準，以及對于人機協(xié)作系統(tǒng)及應(yīng)用的風險評估。安全需求分為四種案例，第一種案例是, 當人進入到具有安全防護欄的封閉或者開放式工作系統(tǒng)之時，機器人就立刻停下; 第二種案例是，在人引導機器人進行運動的情況下，當安全按鈕被按住，機器人以緩慢的速度開始運動，反之則機器人保持靜止; 第三種案例是對于人或物體位移速度和與機器人距離的監(jiān)控，當規(guī)定的安全距離被打破的時候，機器人會停止; 第四種案例是在人與機器人有接觸的情況下，對機器人功率以及力量的限制，使接觸產(chǎn)生的影響力小于限定值。在ISO/TS 15066:2016中通過以下這些標志來對各種危害源進行歸類和提醒。

　　鑒于人機協(xié)作工作系統(tǒng)涉及到人身安全，所以在規(guī)劃執(zhí)行人機協(xié)作項目當中，除了要按照之前提及的標準定義項目的安全等級外，還要根據(jù)EN ISO 12100對項目進行風險評估，風險分析以及采取措施降低風險。具體的流程安排如下，首先是對整個工作系統(tǒng)的界定，哪些包含在系統(tǒng)內(nèi)，哪些不屬于，在定義系統(tǒng)的范圍之后，就需要來識別系統(tǒng)中有哪些危險源，然后對于會產(chǎn)生的風險來進行相應(yīng)推測 (此三部被稱為風險分析)。針對推測出來的風險進行風險評估，并判斷這個風險是否能夠成功規(guī)避 (至此被稱為風險評估)。 如果風險可以被規(guī)避到可以接受，那就需要去做文檔記錄并結(jié)束對此項的評估。 如果這個風險不能夠被規(guī)避，則需要通過變更系統(tǒng)設(shè)計，添加額外的安全保護措施或者更新操作指導書并提醒操作員工相關(guān)注意事項。在決定采取這些措施之前，仍然要判斷是否會因此產(chǎn)生新的危險源并經(jīng)行新一輪的分析和評估，直至風險能夠被規(guī)避并可以接受為止。

　　作為人機協(xié)作非常重要的一部分，抓斗連接于智能機器人手臂上，與工具/加工部件和人有直接接觸。我們從剛剛提到的安全標準來看對抓斗的三種不同的安全要求?；贓N ISO 12100，從普遍性設(shè)備的風險評估出發(fā)，對抓斗的要求是要緊緊抓住工具/加工部件，不能夠使部件脫離, 也就是意味著當抓斗失去能源來源或者是處于緊急停止狀況，它仍然能夠通過自身來緊緊抓住部件; 根據(jù)DIN EN ISO 13849，作為控制系統(tǒng)的一個組成部件，抓斗需要確保安全的運行，即可以隨時感應(yīng)到外界的接觸，同時有自身的防護措施; 基于EN ISO 10218-1/-2 以及ISO/TS 15066:2016，通過設(shè)置不會導致傷害的抓力以及添加相應(yīng)的傳感器，進行實時監(jiān)控，當抓斗判斷出與人有直接接觸而不是工具/加工部件時，馬上調(diào)整抓力，確保抓斗不會傷害到人。

　　除了要達到安全要求，人機協(xié)作是不是能夠有很高的投資回報率也是人機協(xié)作繼續(xù)發(fā)展的前提條件和巨大挑戰(zhàn)。整個系統(tǒng)的成本由兩部分組成，首先是硬件方面的成本，包括智能機器人、抓斗、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)，其次是集成和認證方面的成本，包括集成商編程以及項目管理成本，以及第三方機構(gòu)的風險評估、認證費用。 與純?nèi)斯すぷ飨到y(tǒng)相比，人機協(xié)作必須在速度、柔性、質(zhì)量三方面展現(xiàn)其巨大優(yōu)勢，才能較之其系統(tǒng)成本確保較高的投資回報率。

　　當然，如何讓生產(chǎn)中的員工可以接受人機協(xié)作，讓整個工作系統(tǒng)按照起初的設(shè)計理念進行人機無縫運作，也作為另外一個不可忽視的挑戰(zhàn)。

人機協(xié)作的實踐路徑
　
　　在深入了解何為人機協(xié)作，其優(yōu)勢和挑戰(zhàn)之后，如何實施人機協(xié)作便成為下一個需要討論的問題。根據(jù)過去實施的人機協(xié)作案例進行歸納總結(jié)，分析-制定方案-可行性研究-實現(xiàn)是一條值得遵循的實踐路徑。

　　分析: 根據(jù)實際裝配產(chǎn)品的大小、重量、精度、數(shù)量、品種和節(jié)拍要求進行分析，哪些工作系統(tǒng)適合標準自動化，哪些適合純手工加工裝配，哪些工作可以交付智能機器人完成，如何讓機器人與人協(xié)同工作，從而可以從中受益。作為成果，適用于人機協(xié)作的工作系統(tǒng)得以確認。

　　制定方案: 根據(jù)被確認的工作系統(tǒng)，建立不同的人機分工方案、模擬流程，并根據(jù)系統(tǒng)要求評估各個方案，從人力成本、系統(tǒng)成本、占地、物流、信息流、技術(shù)風險和難點、安全需求等方面綜合比對，最后得出最優(yōu)化的方案。

　　可行性研究: 通過實際測試或模擬，針對流程和安全風險和難點進行可行性研究，從而確保方案的可行性和安全性。

實現(xiàn): 按照方案和可行性研究的結(jié)果進行實施，完成項目。

總結(jié)與展望

　　從安全的角度來說，現(xiàn)有的工業(yè)機器人處在安全防護欄之后進行工作，并非已被時代所淘汰，因為它的優(yōu)勢在于，非常低的設(shè)計成本，相對簡單的風險分析，以及擁有非常穩(wěn)定的高生產(chǎn)率。隨著人機協(xié)作的層面不斷進深，相對的風險評估也會愈加繁復，為減少風險所采取的設(shè)計措施也會增加。但隨著工業(yè)4.0時代的到來，智能產(chǎn)品對于生產(chǎn)系統(tǒng)的要求迫使新一代的工作系統(tǒng)必須適用柔性生產(chǎn)，人機協(xié)作必然在此領(lǐng)域大展宏圖。