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奥斯菲尔敦, 2015年10月1日

数字化,国际主义以及人类的作用成为公众关注的焦点——安全成就自动化的未来

人们总是希望有安全保障,但只有当它不存在时人们才会真正注意到它:保护人员、机器以及环境是安全性的主要作用。过去,安全性和自动化通常被认为是两个独立的系统,至少有部分目标相互冲突。实践证明,将安全功能与自动化技术结合起来明显带来了更好的开端。从而能够更轻松地解决自动化难题。

现代工业社会的特点包括生活水平不断提高,产品丰富多样且更具个性化,从而导致了不断缩短产品生命周期的各种变化形式。这些发展向制造业提出了新的挑战,即:必须以更灵活、更快捷、更高效、更节约资源的方式制造产品。

自动化的任务是使人们的日常生活更轻松,在个人及产业环境中对其给予支持,并协助他们控制其身边的流程复杂性。自动化正越来越多地支配着现代工业社会的发展步伐。工业生产的可靠性及效率与自动化之间存在着密不可分的联系。它是批量生产的技术基础。但是,努力优化生产却受到成本、时间及质量这个“神奇三角”法则的左右。

成功优化神奇三角的关键取决于如何应对以下自动化趋势:首先,数字化使生产和技术更有效、更灵活;其次是国际化,覆盖全球需求并在全球成立制造企业;最后,提高人员因素在生产厂中的重要作用。
安全性在塑造此类趋势中起着显著的作用。如果对安全问题视而不见或一味地亡羊补牢,那么其实际执行情况将变得更加困难或几乎不可能。

安全不能被视为理所当然
当埃德蒙·卡特赖特于1787年推出了第一台织布机时,便预示着第一次机械化工业革命的来临。当时,主要的动机是提高生产效率,几乎无人关心织工的安全。而现在,人们对生产流程的效率和工人的安全给予了同样的关注度。


我们的宪法是充分考虑自动化安全问题的起点:它规定了个人身体完整权神圣不可侵犯。而且,至少在欧盟机械指令范围内,对机器整个生命周期的安全要求已经获得了准法定性质。然而,在许多国家,机器与工作条件的安全性仍然不是理所应当的事。即使在德国和欧洲,就我们所知,安全自动化同样处于起步阶段。

直到上世纪80年代末,安全才被特指为人类与机器工作区域的严格机械隔离。1987年,自织机发明的200年后,Pilz推出了首款能在发生危险情况时可靠停止机械设备的安全继电器——PNOZ。直到1995年,Pilz将第一套可自由编程的安全系统PSS 3000推向市场时,才使电气控制电路用于安全技术成为可能。这是因为当时的欧洲法律和标准明令禁止在安全技术中采用纯电子控制系统。联邦德国经济、劳动和社会事务部以及相关的欧盟委员会在布鲁塞尔进行了艰难的谈判后,才对相应法规进行了修改。现如今,作为公认的先进技术,基于软件的安全功能得到广泛应用。

数字化:连通生产力的标杆
互联网技术的使用在日常生活中已经司空见惯。我们在互联网上购物、存钱、访问政府部门并将照片上传至云盘。要做到这一切,我们需要数字形式的相关数据。第四次工业革命——或“物联网” ——将成为接下来的发展方向。在德国,我们已经为生产中无缝使用互联网技术提出了一个有趣的名称:Industrie 4.0.我们的目标是打造智能型工厂,这种工厂可轻松适应灵活的流程,随时改变生产条件以及各批次的参数。

对于未来每台机器、每个设备部分、每件产品以及每间工厂实现一体化且所有必要数据在需要位置永久实时可用的可能性,我们仍然只能进行大胆猜测。事实上,依据VDI的研究,德国40%的经济增长归功于数字化。因此,数字数据及其有效交换将定义未来的生产过程并代表在这个过程链中的实际价值。这不仅会提高一体化水平;还会成为生产力进步的基准。

在技术方面,数字化和一体化并不是工业环境中的问题。但是,掌握集成系统的复杂性却是一大挑战。事情越复杂,决策失误的风险就会上升。因此,现代自动化解决方案在未来的主要任务是尽可能采用户友好的方式解决分布式、一体式机械及系统不断增加的复杂性。

Pilz以软件工具的形式对此提供必要支持,例如:可同时实现自动化与安全性的编辑器。这些工具会引导用户不断检查自己的输入。因此,故障在开始时就可以被排除。其结果是,自动化和安全性合并提供一种单一的解决方案——物理混合,但逻辑方面无反馈且明显区分。

如果所有通信都分散化,将出现安全通信需求。这同时包含安全性能(机械安全)及安全要求(操作安全)两个方面。除现有要求外,新的保护目标包括生产数据保护、产品与剽窃保护、专有技术保护、访问保护以及完整性保护。Pilz了解机械工程及自动化公司的安全要求及其终端用户的要求。而且,必须对终端用户及其安全要求予以认可。目前的挑战是将自动化与信息技术(IT)的两个领域的要求规范为适当、可行的解决方案。今后,两个领域的安全将紧密相连:无保障的安全不可想象,反之亦然。

国际性:自动化超越国界
信息与通信技术的高成熟度还促进了工业自动化技术在全世界的应用。
一方面,本土企业正在实现自动化生产,以便取得更高的经济效益。生产流程的自动化水平越高,对工人的要求就越具挑战性。
另一方面,跨国公司在本地进行生产经营时,遵循的是全球相同的标准化流程。其目的是将需要管理与实施的不同机器设计的数量降至最低,从而减少企业投入及成本。跨国企业具备的优势:它们可以在不同地点部署员工或机器,依照相同的质量及流程规范在全球范围制造产品。从而将安全架构输出至目标地区—— 甚至是只在当地应用较低安全要求或可能无安全要求的地区。活跃于全球的终端用户、系统集成商及供应商,正逐步调整着地方标准——这是一个至今被广泛忽视的全球一体化优势。
安全标准的关键要求是在谈及安全机器或安全流程时对安全的具体内容以及何时立法的国际性统一理解。Pilz针对CMSE® - Certified Machinery Safety Expert资质认证的培训与进步制定了一项国际安全标准。2013年,Pilz通过与TÜVNORD合作,对该国际资质进行了定义。此资质认证目前计划在全球22个国家/地区传授机械生命周期的各种知识。

人类的新角色
DIN V19233[1972]将自动化定义为“装备一种装置,以便在无人干预的情况下完全或部分按预期进行操作”。
因此,过去的自动化理念就是关于替代人类并将其从工厂大厅驱逐出去。任何试图将人类从工厂中驱逐的计划现在已经过时。随着复杂性的增加,人类在各领域中都优于机器的特点也越来越显而易见。智能化生产离不开人类,因为与机器不同,他们可以独立评估情况并做出自主判断,例如——做决策。
如果人类继续从事生产活动,那么工作场所就必须与每个工人的年龄及资质相适应。以机器人为例,机器人可以通过与工人之间的密切合作,从事更多消耗体力或特别单调的工作任务,而人类则可以执行更高级的活动。介时,自动化将会解决人口结构变化产生的诸多问题。

自动化会导致一种工作形式,在这种形式下,人类不仅与机器一同工作,而且还会越来越多地进行协同合作。在许多领域中这意味着人类向机器靠拢,或人类与机器共同执行任务,因此共享工作空间,从而使双方都能发挥各自的优势。人类和机器的结合程度越紧密,安全性就变得越重要。只有在安全始终得到保证的情况下,人类才会准备与机器人“同事”合作执行工作任务。

这些新的合作形式与人类全新的角色定义需要新的动态安全机制。例如,当一个人进入工作区域时,机器人可减速继续工作(因此也更安全),而不是突然停机——未来,机器人甚至可以包含安全回避策略。在分布式系统中,智能传感器与执行器将接管越来越多控制单元的功能,从而实现机器模块之间以及人与机器之间更好的互动。通过实时以太网同步连接的安全运动控制器已经包含了本地控制与评估功能。智能系统,如:首套三维区域监控安全照相系统SafetyEYE以及基于照相机的PSENvip保护与测量系统,明确了智能传感器技术的发展方向。

安全解决方案的范围与人机合作的形式一样丰富多样。不可能对某个机器人系统或安全技术的安全性进行整体评估。每个应用程序都需要对其技术安全性进行独立评估。安全的人机合作最终是规范性框架条件、以此框架条件为依据的复杂风险分析、选择具有适当安全功能机器人,选择正确的安全附件并最后验证之间相互作用的结果

宝贵的安全
安全的概念正在发生变化:安全性不再被视为简单的规范性义务,这与神奇三角的目标不符。如今,成熟的安全概念是生产可行且高效的先决条件。
以数字化为例:安全是自动化未来发展的关键。但是,如果对人类、机械或数据的保护因为错误源头而受到威胁,那么将无法被市场所接受。在研究联盟向德国政府递交的实施建议中,安全性已被确认并定义为成功的关键因素。Pilz同样强烈拥护这一点。没有安全保障,Industrie 4.0将无法正常运转。
作为安全大使,Pilz正在全球范围积极推动“安全工作场所”保护目标的认可。全球化同样推动着统一标准的建立。无论自动化出现在何处,安全标准也要随之提高。将安全性提升至企业价值层面:企业可以通过自己的安全标准确保竞争优势,突显与众不同之处。

为了改善生产、提高效率,人类在智能工厂的作用最终被重新定义为实现所需质量标准不可或缺的一部分。与机器取代人类不同,如今的重点是在人类被充分保护的前提下,两个方面如何协同合作。
面向未来的自动化解决方案需要从一开始就考虑到安全性方面的问题。因为安全性不仅仅是硬件;它的作用远远超出单纯的技术因素。
 

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