“中国制造2025”背景下儿童机械玩具人机安全设计研究

董兵兵

（广东理工学院工业自动化系，广东 肇庆526114）

0 引言

随着全球科技变革深入推进，人工智能（Artificial Intelligence）技术已渗透到了制造、家居、金融、交通、安防、医疗、物流等各行各业。据预测，2020年全球市场规模将达4000亿元，至2025年，全球范围内人工智能产业收入的年均复合增长率将大幅提升，达到57%以上[1]。《中国制造2025》是我国实现制造强国的战略目标，在此新的战略发展背景下，提升人才服务产业发展能力是人才培养的首要任务。儿童是祖国的未来，玩具是儿童成长过程中不可或缺的亲密伙伴。然而，由于各种原因，市场充斥着各种各样的存在安全隐患的玩具，对儿童的健康和安全构成了很大的威胁。

玩具是儿童学习成人世界、学习社会、学习自然的工具，在其成长过程中起到重要启蒙作用[2]。“中国制造2025”计划中对玩具行业提出了强化质量意识，着力保障安全；推进绿色发展，提升产品品质；推动标准完善，提高供给水平等要求[3]。强调提升玩具供给质量和技术创新能力，倡导“工匠精神”，这就对玩具企业和玩具设计师提出了更高层次的要求。本文以儿童玩具的安全为出发点，改善产品性能，优化设计方法，提高设计人员水平，为企业人机安全设计提供有针对性的建议，设计出符合儿童身心健康的玩具。

1 国内外现行相关标准情况

儿童玩具质量安全一直以来是各国政府都十分重视的问题，有的国家对其重视程度甚至与食品安全等同。国家标准GB6675-2003[4]中4.1.6-4.1.9中对于边缘、尖端、突出物和金属丝和杆件对玩具的机械和物理性能只是规定儿童玩具不应有可触及的危险性金属或玻璃锐利边缘、尖端、突出物和金属丝和杆件，或者锐利的毛边或溢边。然而，目前国家玩具标准中，没有针对陀螺、拉哨等旋转玩具在高速旋转和反复跌落、碰撞情况下的可靠性及锐边作出针对性要求，而欧美的玩具标准，以及国际标准也均未对旋转玩具做出特别要求。标准规范的缺失，导致产品质量的市场监管方面存在不足。

2 造成玩具伤害的原因分析及安全设计研究

2.1 造成玩具伤害的原因分析

（1）人工智能（Artificial Intelligence）是人类科技高速发展的高科技产物，增强了人们认识世界、适应世界的能力，并且大大解放劳动力，所以越来越多人们将注意力聚焦在了智能生产和智能制造上，而往往忽视了其本质安全。

（2）近年来原材料的价格不断上涨，国际贸易壁垒日益增多，玩具的利润空间不断压缩[5]，部分企业为追求利益最大化，节约成本、偷工减料，采用劣质材料，而导致生产不符合出口国标准法规要求的产品。

（3）出口玩具的企业生产能力不足，生产过程中缺乏安全意识，尤其是设计不合理，造成很多结构和质量问题。

（4）我国法律上对产品缺陷的类型和认定标准都没有相关的规定，目前只将不符合强制性安全标准的产品认定为存在缺陷，对安全标准以外的缺陷判定依据和具体判定过程尚无明确的规定。

2.2 人机安全设计研究

（1）倡导绿色设计，注重环保性。在选择玩具材料时，需要遵循环保国际安全生产管理标准。同时充分考虑材料的加工工艺与使用性能，不同环境下材料的力学特点等，设计出无污染、无毒害、耐摔打、耐磨的玩具，并优先选用可再利用或循环的材料。

（2）合理的结构优化设计。旋转类玩具在市场上大多被定义为机动旋转塑料玩具，而塑料玩具对结构要求比较苛刻，在正常玩用期间以及滥用（跌落、弯曲、扭转、倾翻等）和可靠性寿命测试后均不能有尖点、利边、外壳爆裂、零部件脱落及功能丧失现象，简化产品结构，提倡“简而美”的设计原则。设计儿童玩具时，须采用物理结构约束方法，如：在有硬质直立的元件处应设置保护元件，避免在跌倒时产生刺伤等伤害。儿童玩具的外部结构要无尖角，多采用模块化结构设计，减少玩具表面洞、眼的造型设计，并确保零件之间的牢固性，防止因零件脱落而让儿童意外吞食。

（3）情感化造型设计。玩具的设计应改变传统的设计理念，在追求市场经济利益和设计形式美的同时，更应该关注儿童的生理和心理安全问题。设计采用墩实、稚拙的形态，以圆浑，简洁为主，造型设计上应符合儿童自然生长的心理特点，给人以温馨、阳光、积极向上的感受。功能上能有效启发儿童智力、提高动手能力等，并且禁止设计成食品模样或带有食品气味的玩具，有效地降低儿童误食等概率。

3 发展趋势

（1）采用联合仿真技术进行虚拟设计。计算机仿真技术是一种高效节能的方法，能够有效缩短产品开发周期，具有广阔的应用前景。运用三维建模工具（如：Pro/Engineer、SoildWorks、UniGraphicNX）的立体造型和动态仿真模块可以让设计者更快更好地理解并掌握玩具构件的形状和玩具机构的运动原理和动作过程，能够把复杂的机构运动过程生动形象地表达出来，对玩具的安全性设计具有积极的意义。

（2）结合高科技，向电子化、智能化发展。随着电子科技信息时代的发展，结合科技与传统玩具的整合所设计出的智能玩具将成为玩具市场的重要组成部分。智能玩具开发必须充分考虑安全性，采用合理的技术，从儿童需求出发，将儿童心理学、设计美学、人体工程学的相关知识，应用于玩具设计中，建立和利用人体模型、各年龄段儿童的力量图表及尺寸数据等，设计出适合不同年龄段儿童需要的玩具。

（3）可持续式设计理念。以健康、绿色、环保、耐用、延长使用寿命为目标，具有积极的社会意义，在保证儿童安全互动的条件下解决因儿童生长较快，所导致的玩具淘汰过快的问题，也给未来的儿童玩具市场灌入了活力。

（4）玩具行业安全标准日趋完善并逐步与国际接轨。玩具主要面向的群体是儿童，为了保障儿童的健康与安全，各国在玩具产品安全方面均有严格的要求。我们国家将会继续修订完善“玩具安全”系列国家标准，立足我国国情的基础上，参考《国际玩具安全标准》（ISO 8124），以安全为核心目标，扩大标准适用范围，同时加强了对声响、机械部件、燃烧性能等安全指标的要求，全面严格地保护儿童安全。