基于情景模拟标准的儿童玩具危害源识别研究

王坤然　刘霞　陈倩雯　许丽丹　房祥静

关键词：智能机器人，情景模拟法，伤害场景构建，危害源识别

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

本文运用GB/T 39108-2020《消费品安全 危害识别 情景模拟法》所提出的方法[1]，通过虚拟现实技术来搭建智能机器人引发的典型伤害场景，识别出产品主要的危害源，以期为消费者安全使用智能机器人和企业改进产品设计提供有益的参考。

1 标准的内容

该标准提出了运用虚拟现实技术对消费品进行危险源识别的一般要求，包括仿真系统的要求、产品建模和场景布局的要求，以及进行产品测试的流程和各环节的要求。具体流程包括测试实验的设计、被试者的选择、数据收集与分析等。该标准提出的危害识别方法可应用于监管机构、生产企业、检测机构等开展消费品安全危害源识别与风险评估工作。

2 标准的意义与作用

使用虚拟现实技术搭建虚拟环境对消费品进行危险源识别，不仅能够在消费品的使用阶段发挥作用，还能够在消费品的设计阶段进行危害源分析，从而改进产品设计，提高消费品的安全性。在事后评估上，能够对虚拟现实实验测评过程进行录像，观察消费者使用产品行为特征。弥补传统危害识别方法导致的伤害后果不可逆的不足，便于对消费品的潜在危害进行风险评估，提高风险评估的准确度。

3 实例分析

该标准自2020年10月发布以来，引发各消费品生产企业及相关机构的广泛关注。本文以益智型智能机器人为具体实例，运用该标准所提出的情景模拟法开展产品安全危害源识别。

3.1 模拟场景设计

3.1.1 确定研究对象

智能机器人是一种具有发射激光和水弹等功能，可遥控、可编程的新型玩具，因其趣味性强，又能培养编程能力而广受儿童喜爱。该产品具有发射水弹、激光等功能，存在一定的安全风险[2-3]，因此对智能机器人开展危害识别研究。

3.1.2 运用虚拟现实场景开展测评

智能机器人发射激光可能会引发儿童眼睛被刺伤等不可逆伤害发生，不宜采用真实使用者与产品互动测试，因此本文选择运用虚拟现实技术构建伤害场景进行测评。

3.1.3 测评任务设计

一般情況下，儿童都是在室内使用智能机器人，所以依据产品使用特点确定智能机器人测试任务，包括儿童在客厅、卧室、书房等主要使用场景，通过遥控控制智能机器人的前进与后退速度以及转向等，使其在不同房间穿梭，按下相应按钮使机器人发射激光和水弹射等，测试儿童在使用产品过程中伤害发生情况。

3.1.4 场景构建将真实产品构建

成3D模型并搭建在虚拟环境中，宜维持与现实中实体产品一致的可操作性，以确保其拟真性。虚拟现实的场景选用该消费品主要的使用场景， 基于实际情况选择居民住宅内为智能机器人主要研究场景，如客厅、卧室等。环境设计需维持一定的仿真程度，并支持被试者能与产品及周边环境进行互动。

（1）儿童遥控控制智能机器人穿梭于不同房间场景

在Unity 3D中设置机器人动画状态，机器人在移动的过程中能够播放自身移动的动画，同时设置人物动画状态机，播放人物走路的动画。

当机器人前进通过房间拐角处，儿童未发现位于拐角另一侧的行人，或发现行人后无法及时躲避，进而与行人发生碰撞，机器人停止移动，同时，当人物触碰到机器人的一瞬间，人行走的动画切换为摔倒的动画，并停止向前移动和播放摔倒在地的疼痛声的音效，如图1（a）所示。最后，当人物摔倒2秒后，激活场景中的警告提示面板，提示有人在拐角处被机器人绊倒，如图1（b）所示。

（2）儿童使用智能机器人发射水弹场景

通过代码控制人物在场景中移动，并播放人物在移动时的动画，同样通过代码控制机器人发射水弹并且播放发射水弹时的灯光效果和声音效果，机器人未发射水弹或者发射水弹未打中人，伤害未发生。当水弹射击到人身上时，人物停止移动并在人物动画状态机中切换动画，播放人物由于被水弹射伤捂肚子的动画，同时播放人物受伤时的音效。在人物被水弹打伤2秒后，激活场景中的警告提示面板，提示人物被水弹射伤，并显示该次实验发射水弹总数。

（3）儿童使用智能机器人发射激光场景

通过代码控制人物在场景中移动，并播放人物在移动时的动画，同样通过代码控制机器人发射激光并且播放发射激光时的灯光效果。当激光射击到人眼睛时，人物停止移动并在人物动画状态机中切换动画，播放人物由于被激光射伤眼睛而捂眼睛的动画，同时播放人物受伤时的音效。 在人物被激光射伤2秒后，提示人物被激光射伤眼睛，并显示本次实验中发射激光的次数。

3.2 实验测试

本次选择使用该产品较多且安全意识薄弱的儿童作为测评对象，征集33名3～6岁、33名7～14岁儿童分批次参加实验。儿童在实验室穿戴VR设备后，在搭建的VR场景中的卧室、客厅等房间中使用虚拟智能机器人，每个儿童重复做1次实验，观察记录儿童的使用行为及伤害发生情况。实验全程有工作人员或父母陪护，以保证儿童的安全。

3.3 实验结果与分析

3.3.1 实验概况

经实验测试发现，儿童使用智能机器人过程中主要发生以下伤害：智能机器人发射水弹射中人的敏感部位导致人受伤，智能机器人发出的激光刺伤儿童眼睛，智能机器人速度过快撞倒人。66名儿童参加了本次智能机器人安全风险实验测试，由智能机器人引起的伤害发生40人次。其中智能机器人撞倒人物7次，智能机器人发射水弹打伤人物6次，激光射伤人物12次。

3.3.2 危害源识别

采用故障树法分析智能机器人导致伤害发生的原因，逐级往下找出产品危害源。顶端事件为水弹射伤人、激光刺伤眼睛、速度过快撞倒人等伤害事件。中间层为儿童误使用行为、水弹危害特征、没有安全防护的使用环境。三种因素同时出现会导致伤害事件发生，与产品相关的底事件弹射动能与小零件两种危害存在，才会引发人被水弹射伤眼睛等伤害事件（如图2所示），由此可知产品危害源为弹射动能和小零件。同理推知激光刺伤眼睛、速度过快撞倒人的产品危害源为激光、弹射动能。综上可知，导致智能机器人发生伤害的主要危害源为小零件、激光辐射和动能危害速度。

4 结语

GB/T 39108-2020《消费品安全 危害识别 情景模拟法》运用虚拟仿真方法进行危害识别克服了真实消费者与产品交互发生不可逆伤害的掣肘。本文运用该标准所提出的场景构建方法识别出智能机器人发生伤害的主要危害源为小零件、激光辐射和动能危害速度，可指导企业进一步改进水弹发射速度、激光相关的安全防护设计或安全使用警示，提升产品质量安全水平，保障消费者安全。

作者简介

王坤然，通信作者，硕士，工程师，研究方向为产品质量安全标准化。

刘霞，博士，研究员，研究方向为产品安全标准化。

陈倩雯，硕士，助理研究员，研究方向为社会管理。

许丽丹，硕士，工程师，研究方向为材料安全标准化。

房祥静，硕士，工程师，研究方向为管理科学与工程。

（责任编辑：张瑞洋）