焊接机器人危险性分析及安全防护对策

张光辉，刘强，孙路路，陈思源

（1.徐州徐工挖掘机械有限公司，江苏 徐州 221000；2.徐州徐工履带底盘有限公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

随着科学技术的迅猛发展，我国制造业中的焊接工艺大量使用焊接机器人代替人工焊接。焊接机器人为智能化、自动化设备，其焊接的产品质量稳定，生产效率高，极大降低了工人劳动强度，在一定程度上加快了我国制造业高质量发展的步伐。虽然焊接机器人在工业生产中的大量使用给我国经济社会发展带来极大利好，但时有发生的机器人生产安全事故却给我们带来新的挑战。

一项来自美国职业安全与健康管理局OSHA（Occupational Safety and Health Administration）的事故报告调查显示，自1984年以来，已经发生了38起与机器人相关的事故，在这38起事故中，有27起导致工人死亡。2019年，江苏省某机械制造企业发生1起因作业人员违规钻入防护围栏进入机器人作业范围，被机器人机械手臂压在下料传送带机架上死亡的事故，教训极其深刻。

纵观大量的机器人生产安全事故，事故的发生除了使员工付出生命代价、企业遭受财产损失外，还对企业后续的生产经营带来严重的负面影响。因此，开展焊接机器人危险性分析，并提出具有针对性的安全防护对策，对预防和控制焊接机器人生产安全事故发生具有十分重要的意义。

1 焊接机器人概述

1.1 焊接机器人分类

焊接机器人是工业机器人按照应用领域的一种分类形式。根据JB/T 8430—2014《机器人分类及型号编制方法》，焊接机器人包括弧焊机器人、点焊机器人、激光焊接机器人、钎焊机器人、其他焊接机器人。

1.2焊接机器人发展历程

1969年，第一批点焊机器人在通用汽车位于美国Lordstown的组装工厂安装运行，后陆续发展出分别用于电阻点焊、电弧焊、激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等多种焊接方法的不同型号的焊接机器人，其控制形式也由最初的单一机器人的控制发展到多机器人多轴同步控制。

我国对工业机器人的研究始于20世纪70年代，80年代进入飞速发展阶段。80年代末，我国的主要焊接机器人以汽车焊接机器人为主，并且使用了自动化生产线，我国工业机器人迈进实用化阶段。

1.3我国工业机器人安全标准的建立情况

我国从研制工业机器人之初就高度重视其安全问题，在研制机器人产品的同时，也同步立项制定工业机器人安全标准。我国第一个工业机器人安全标准GB 11291—89《工业机器人 安全规范》参照日本标准JIS B 8433:1986《工业机器人安全法则》制定，于1989年3月发布，1990年实施。经过30余年的修订与发展，现已建成比较完善的工业机器人安全标准体系。

目前，我国现行有效的工业机器人安全标准有：GB/T 20867—2007《工业机器人安全实施规范》、GB 11291.1—2011《工业环境用机器人安全要求 第1部分：机器人》、GB 11291.2—2013《机器人与机器人装备 工业机器人的安全要求 第2部分：机器人系统与集成》、GB/T 38244—2019《机器人安全总则》等。这些工业机器人安全标准的制定和实施，对指导我国工业机器人研发、制造、安装、调试、使用和维护全流程安全管理提供标准依据，在一定程度上推动了我国工业机器人在工业生产各领域广泛应用。

2 焊接机器人危险性分析

焊接机器人作为一种工业机器人，具有工业机器人共有的危险性，其运动部件，特别是手臂和手腕部分具有较高的能量，且以较快的速度掠过比机器人底座大得多的空间，并随着工作任务的改变，其手臂和手腕的运动亦随之改变。若遇到意外启动，此时操作者、编程示教人员、维修人员或其他人员站在危险区域，则可能造成事故伤害。

结合笔者多年的机械行业安全管理经验，下面以徐州徐工挖掘机械有限公司（以下简称“徐工挖机”）现场使用的焊接机器人为例，系统分析其存在的危险性，并提出具有针对性的安全防护对策。

2.1徐工挖机现场使用的焊接机器人简介

徐工挖机成立于2008年，是专业从事挖掘机械研发、制造和销售的服务型制造商，其产品涵盖1-700T履带式挖掘机和6-20T轮胎式挖掘机。在挖掘机的生产制造过程中，焊接是主要的生产工序之一，在结构车间使用大量的焊接机器人，用于动臂、斗杆、转台、车架等关键结构件的拼焊。徐工挖机现场使用的焊接机器人近百台，包括焊接机器人单站和焊接机器人柔性线。

2.2焊接机器人作业流程

徐工挖机现场使用的焊接机器人作业流程大体一致，其作业流程如图1所示。

图1 焊接机器人作业流程

2.3焊接机器人作业过程危险性分析

根 据GB/T 38244—2019《机器人安全总则》等国家标准，焊接机器人具有机械危险、电气危险、控制危险等多种危险性，在人员违章操作或安全防护装置不完好等情况下，可能导致人身伤害或设备事故的发生。

下面以徐工挖机现场使用的焊接机器人单站（见图2）为例，参照GB 6441—86《企业职工伤亡事故分类》、GB/T 13861—2009《生产过程危险和有害因素分类与代码》，从人、物、环境和管理4个方面系统分析焊接机器人各作业工序存在的危险性及可能导致的事故类型。

图2 大挖动臂焊接机器人作业现场

焊接机器人单站由机器人本体、移动装置、变位机和控制装置组成。在工件的焊接作业过程中使用的设备设施除焊接机器人外，还有行车、吊索具、工业气瓶、人字梯等。焊接机器人作业过程危险性分析如表1所示。

表1 焊接机器人作业过程危险性分析

除此之外，人员疲劳作业、精神状态不佳、注意力不集中、生理或心理异常、习惯性违章、安全操作规程不完善、未设置安全警示标志、作业现场安全距离不够或照度不足等因素，也是诱发事故的重要因素。

3 焊接机器人安全防护对策

焊接机器人作为一种机械设备，虽具有一定的固有风险，但通过采取一系列行之有效的安全技术和安全管理对策措施，事故是可防可控的。笔者基于对工业机器人有关安全标准的理解，结合徐工挖机焊接机器人安全管理现状，提出如下预防焊接机器人生产安全事故的防护对策。

3.1 安全技术措施

第一，合理布局焊接机器人系统。在布局焊接机器人系统时，应将保证操作人员的安全放在首位。例如：徐工挖机按照GB/T 20867—2007《工业机器人安全实施规范》的要求，将控制装置的机柜安装在安全防护空间外，将焊接机器人的运动部件、与焊接机器人作业无关的周围固定物体和设备保持不小于0.5 m的安全间距，充分考虑操作人员上、下工件时的安全防护等。

第二，设置安全防护装置。为防止焊接机器人作业时人员误进入作业危险区域，徐工挖机使用高度不低于1.5 m的隔板将焊接机器人作业危险区域与人员操作区域完全隔离。同时，在工件上、下件和人员出入口设置安全连锁装置，在焊接机器人作业过程中，当出入口打开时，焊接机器人自动断电停机，从而保证了现场操作人员的安全。

第三，设置安全警示标志。为提醒和警示操作人员、进入现场的其他人员时刻警惕焊接机器人存在的事故风险，徐工挖机按照GB 2894—2008《安全标志及其使用导则》在隔板等显著位置张贴“当心机械伤人”“禁止入内”等安全警示标志。同时，按照风险管控和隐患排查双重预防体系要求，设置焊接机器人风险点告知卡。

3.2 安全管理措施

第一，建立安全管理制度。徐工挖机建立并保持职业健康安全管理体系、安全生产标准化体系，制定发布与焊接机器人安全生产有关的《设备管理制度》《职业健康安全培训教育制度》《环境与职业健康安全奖惩制度》等制度，规定了焊接机器人的维护保养、点检以及操作人员的安全培训教育、考核奖惩等内容。

第二，建立安全操作规程。徐工挖机建立并实施五级安全作业标准体系，这些安全作业标准互为补充，从不同的角度规范了员工的安全操作行为，可有效消除员工的自选动作。涉及焊接机器人的安全作业标准有：“电焊工岗位安全操作规程”“焊接机器人安全操作规程”“焊接机器人焊接工序安全作业指导书”“吊装规范”和“OPL（One Point Lesson，单点课程）”。

第三，建立安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防机制。徐工挖机按照江苏《省安委会办公室关于印发江苏省防范遏制重特大事故构建双重预防机制实施办法的通知》（苏安办〔2016〕103号）等要求，建立并运行安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防机制。通过LEC风险分析评价法，确定焊接机器人作业为一般风险，由部门予以管控；同时，建立焊接机器人作业隐患排查清单，定期排查整改隐患，确保焊接机器人作业安全风险可控。

第四，加强安全教育培训。徐工挖机坚持“安全培训不到位就是隐患”的安全理念，按照《职业健康安全培训教育制度》组织实施各类安全教育培训。对新入职焊接机器人作业人员，严格按照制度要求开展三级安全培训，经考核合格后方可上岗作业。对涉及焊接机器人的新技术、新工艺、新材料、新设备，组织工艺、安全、设备以及焊接机器人岗位操作等人员开展“四新”培训，确保上述岗位人员及时掌握焊接机器人存在的事故风险和控制措施。

第五，建立应急救援体系。根据焊接机器人可能导致的机械伤害等事故，徐工挖机按照GB/T 29639—2020《生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则》编制《生产安全事故应急预案》，包括机械伤害等现场处置方案，及时对焊接机器人岗位操作人员进行培训，确保熟悉相关事故应急处置流程。同时，每半年开展一次应急演练，提升岗位操作人员事故应急处置能力。

4 结论

我国制造业的高速、高质量发展，得益于焊接机器人的广泛应用，作为大量使用焊接机器人用于生产的机械制造企业，除了关注焊接机器人带来的巨大生产效益和劳动生产率的提升外，还应更加关注焊接机器人的使用安全问题。由于焊接机器人是一种智能化、自动化设备，对管理者和操作者文化素质具有较高的要求。因此，企业的工艺、安全、设备管理人员以及焊接机器人的操作人员必须不断学习，掌握焊接机器人的危险性，采取正确、有效的安全防护对策，才能控制其存在的事故风险，预防焊接机器人生产安全事故的发生。