工業(yè)4.0的浪潮來襲。在這樣的趨勢下，製造業(yè)最重要的概念在於如何完成從原料到組裝，乃至於出廠後的全數(shù)位化工作，數(shù)位化核心在於精準地裝配，並生產(chǎn)產(chǎn)品。而這樣的過程，唯有透過機器人操作，才能分毫不差的將產(chǎn)品組裝完成，達成產(chǎn)業(yè)數(shù)位化的目標。

由於機器人是透過程式來進行運作，因此人類無需擔心其工作將被取代。未來，複雜、繁瑣與危險的工作將交由機器人來執(zhí)行，而人類則可更專注於發(fā)揮想像力，或者進行更具創(chuàng)意發(fā)想的事，這也是大量運用機器人的重要目的。

圖一 : 機器人的時代已經(jīng)來臨，能安全與人類互動才是未來趨勢。而機器人要跨出圍籬並近距離進行人機協(xié)作的最大關(guān)鍵，在於「安全」。

機器人的時代已經(jīng)來臨，而機器人的設(shè)計方面，能安全地與人類互動才是未來趨勢。多數(shù)人對於機器人的印象，仍停留在工廠的廠房之中所架設(shè)的冰冷且危險（除非關(guān)機否則人員無法靠近）的作業(yè)機器人，因此要跨出圍籬並近距離進行人機協(xié)作應(yīng)用的最大關(guān)鍵，在於「安全」。

安全是機器設(shè)備業(yè)者面臨的最大挑戰(zhàn)

職業(yè)災害的產(chǎn)生是自動化工業(yè)進步的指標之一。日本的一份調(diào)查報告中顯示，在1973年到2006年的34年間，原本下降的職災比率居然在1985年開始攀升，並產(chǎn)生了安全倒退的情形。UL能源暨電力科技部事業(yè)發(fā)展經(jīng)理陳立閔表示，這是因為在1985年後，機器的使用開始多元化，並大量使用自動控制來做為風險管控的方法，但自動控制本身卻產(chǎn)生了使用年限與可靠度等問題，加上設(shè)計之初的安全防護機制不見得能適合真正的實際應(yīng)用情境，在無法識別風險的情況下，往往會造成更多的職業(yè)災害。機器雖然是生產(chǎn)線的好夥伴，卻也可能成為無情的殺手。也因此，「安全」一直是機器人或機器設(shè)備業(yè)者所面臨的最大挑戰(zhàn)。

圖二 : 為了減少工安問題，在設(shè)計機器設(shè)備時必須先進行風險識別與評估，進而透過設(shè)計來降低操作上的危險性。

機器要安全使用，均仰賴安全的防護設(shè)計，安全防護一旦失效，就會造成生產(chǎn)力損失與人員的傷亡。各國勞工安全資料中，都有許多機器造成人員傷亡的案例。以臺灣為例，單單2014年一年的職場機械災害，就有包括墜落、滾落、跌倒、衝撞、物體等近6000例。其中作業(yè)傷亡多半都與動力機械相關(guān)，進而造成社會的負面觀感，並讓民眾對於近距離接觸機器有所疑慮。此外，因為機械意外所造成的身體損傷，除了迫使員工需長時間在家休養(yǎng)外，也影響了公司生產(chǎn)力。以食指受傷為例，一旦受傷則平均需要600天（將近2年）的恢復期。不但員工損失2年收入，對企業(yè)而言更是重大的生產(chǎn)力耗損。

第一套機器人安全標準UL 1740

全球第一部機器人的電氣安全標準雖然早在於1995年早已制定，然而當時大多數(shù)是單獨隔離的機器人為主要市場。隨著技術(shù)演進與市場需求的改變，標準也進行升級，將機器人與人的互動情境納入檢測認證的要求。因此，獲得美國國家認可的安全標準—UL 1740能夠與時俱進，持續(xù)適用於最新式的人機協(xié)作機器人。此外，UL 1740也與防火協(xié)會（NFPA）、美國機器人協(xié)會（RIA）的標準緊密結(jié)合，而其中主要的測試包括「電氣測試」和「機械測試」兩大類。

圖三 : 安全性是設(shè)計機器人的必要考量。人類與機器人共同生活、互動越來越頻繁，使得人機協(xié)作中安全性至關(guān)重要。

電是所有安全要素中，最容易造成危險與立即傷害的項目之一。因此，電氣測試在機器人的認證中，僅基礎(chǔ)測試項目就包含了電力輸入、操作溫度、負載、操作軟體、過電壓與欠電壓、漏電流、手持部位、導體失效、驅(qū)動馬達鎖死、馬達煞車、通風馬達鎖死、零組件破損、過載、斷電與重啟、緊急停止裝置等多項主要檢測項目。

此外，機械項目測試還依據(jù)使用情境與設(shè)定來進行評估，包括緊急停止時間與移動距離測量、斷電下的緊急移動、抓取裝置、彎折、軸向旋轉(zhuǎn)耐受性、教學模式下的低速運動測量、提拉與移動、外殼強度等不同的機械性安全測試。

功能安全與可靠性是重點考量

除立即性的安全之外，長久使用的安全可靠性也必須一併評估，ISO 13849是機器設(shè)備的功能安全可靠性國際規(guī)範。ISO 13849將機器設(shè)備的安全可靠性分為五級，耐用次數(shù)分別從1萬到1000萬次不等。依據(jù)機械所造成的人身危險性、接觸時間與頻率、風險可控制能力三種條件，評估出不同風險情況，並衍生出不同的安全性能等級要求。

另外，陳立閔也進一步提醒，機器人安全除了要經(jīng)過一般性與可靠度測試之外，零組件和軟體的評估檢測更是重要，以進行全面性的安全把關(guān)。機器人仰賴軟體進行操作，軟體安全又必須與機器使用情境結(jié)合，一旦軟體失當，就可能造成傷害。舉例來說，近年來無人機的事故頻傳，其中不少事故明顯是因為軟體安全設(shè)定的問題所導致。因為軟體安全在機器人安全設(shè)計中具有關(guān)鍵地位，而軟體設(shè)計的安全認證更是許多機器人業(yè)者望之卻步的關(guān)鍵原因之一。因此在UL認證中，UL將會分析並嚴格審查程式中的安全設(shè)計流程與規(guī)劃，確保軟體在設(shè)計流程與使用上，不會產(chǎn)生任何設(shè)計缺失所導致的安全風險。

然而機器人系統(tǒng)業(yè)者多視設(shè)計流程為機密，不願接受第三方的檢測認證，也因此無法提供客觀的證據(jù)來說服客戶其機器人的使用安全與可靠性，這成為了進入市場的障礙。UL除了分析程式設(shè)計流程圖外，也會進行多元化的場景測試，協(xié)助製造商全面且精準地定義安全使用範圍，並落實在機器人身上。認證結(jié)果不但可檢測軟硬體是否能正常結(jié)合運作及產(chǎn)品功能的完整性，而且也能確保設(shè)定不易遭到竄改進而影響安全性。

機器人系統(tǒng)檢測驗證服務(wù)

隨著機器人和機器人製造系統(tǒng)日漸廣泛應(yīng)用，其安全性也越加重要。「CE」標識是一種安全認證標識，被視為製造商打開並進入歐洲市場的護照。凡是貼有「CE」標識的產(chǎn)品方可在歐盟各成員國內(nèi)銷售，商品在歐盟成員國範圍均可自由流通。

機器人產(chǎn)品進入歐盟市場，必須合法地取得CE認證標識的使用資格，這也就意味著產(chǎn)品必須符合歐盟關(guān)於機械安全性（機械指令2006/42/EC）、電磁相容性（電磁相容EMC指令2014/30/EU）以及機器人協(xié)調(diào)標準（EN ISO 10218）的相關(guān)要求。

根據(jù)德國萊因表示，ISO/TS 15066為協(xié)作機器人相關(guān)的技術(shù)規(guī)範， 可提供設(shè)計與使用參考標準給協(xié)作機器人的使用和生產(chǎn)廠商，目的在於消除與降低工作人員與協(xié)作機器人在生產(chǎn)作業(yè)時可能產(chǎn)生的危險，內(nèi)容包含安全設(shè)計原則，例如在佈局設(shè)計時應(yīng)考慮協(xié)作時的工作空間、通道與間隙，與人機介面等。此外，也包含協(xié)作機器人本體及功能設(shè)計，例如安全相關(guān)的控制功能、協(xié)同空間與操作設(shè)計，以及協(xié)同操作時的安全要求措施，包含安全額定監(jiān)控停止、手動引導、速度及分隔監(jiān)控、動力及力量限制。設(shè)計協(xié)作機器人時，必須要考慮到人的哪個部位會碰觸到機器人以及能夠承受的力量大小。

工業(yè)機器人與系統(tǒng)的安全要求

德國萊因認為，為了避免與減少工安問題，在設(shè)計機器設(shè)備時必須先進行風險識別與評估，進而透過設(shè)計或防護措施來降低操作上的危險性。例如EN ISO 10218-1法規(guī)就規(guī)範了工業(yè)機器人的基本安全設(shè)計、防護措施與使用資料的要求與準則，並提出如何消除或充分地減少危害所需達到的要求。

機器人本身設(shè)計須具備安全性，如果在設(shè)計上面無法降低風險等級，就得進行安全防護。安全防護措施包括緊急跟保護性的停止，在不同情況下透過手動或是自動的方式停止機器人的運作。倘若還有一些殘餘風險須列入考量的話，可利用警告標識或訓練人員熟悉設(shè)備，以降低使用風險。

圖四 : 機器人安全除了經(jīng)過可靠度測試之外，零組件和軟體的評估檢測更是重要，以進行全面性的安全把關(guān)。

EN ISO 10218-2規(guī)範則包含了工業(yè)機器人系統(tǒng)與單元整合方面的安全要求，範圍包含設(shè)計、製造、安裝、運行、維護與報廢，由於機器人與其他機器設(shè)備的運行特點有明顯不同，因此在風險識別與評估上，須納入以下考量點，例如機械能在大操作空間中進行高能量運動、機器人的操作空間可能跟其他的機器設(shè)備工作區(qū)重疊，加上使用者隨時會改變操作要求，造成機器人手臂初始運動跟路徑的不確定性等。

跟安全相關(guān)的控制系統(tǒng)方面，牽涉到設(shè)計、機械運動和空間的限制，例如根據(jù)EN ISO13857規(guī)定，透過安全距離的防護來降低風險，包含防止上肢與下肢觸及危險區(qū)域所需的安全距離，或是採用像是壓力或電氣感應(yīng)的保護裝置，這些可做為EN ISO 10218機器人系統(tǒng)的保護措施。

歐盟指令與機器人相關(guān)標準

機器人本身屬於機械指令(2006/42/EC)界定的範圍，須遵守機械指令下的機器人調(diào)和標準，包含工業(yè)機器人及機器人系統(tǒng)(EN ISO 10218-1、EN ISO 10218-2)、個人護理機器人(EN ISO 13482)標準，及與尚為草案標準的協(xié)作機器人(ISO/TS 15066)技術(shù)規(guī)範。由於機器人屬於電氣設(shè)備，因此也須符合電磁相容性指令(2014/30/EU)；若可能使用在防爆環(huán)境中，則必須符合防爆指令(2014/34/EU)。這些指令在歐盟都具有法律位階。

身為歐盟正式授權(quán)的國際認證機構(gòu)，德國萊因已建立了全方位的機器人檢測認證服務(wù)體系。不僅可為出口企業(yè)產(chǎn)品提供CE認證服務(wù)，德國萊因亦是美國和加拿大兩國的認可測試實驗室，可協(xié)助客戶的機械手臂產(chǎn)品經(jīng)過北美相關(guān)安全規(guī)範驗證後，即可同時進入美國和加拿大市場。標有cTUVus的產(chǎn)品可以證明其已符合美國及加拿大的國家標準，可在美國和加拿大市場出售。同時德國萊因亦為中國CR的機器人認證機構(gòu)合作，可為機器人產(chǎn)品銷往中國市場提供CR認證服務(wù)。

倘若某些產(chǎn)品尚無調(diào)和標準可遵循時，可參考國家或者國際標準。若某些公司對產(chǎn)品有所要求、但無國際標準可依循時，德國萊因也會制定輔助性的測試標準，像是機器人電纜柔軟度或其他功能相關(guān)的測試標準以茲確認。

人機協(xié)作 長久安全是上策

傳統(tǒng)機械手臂設(shè)計以人機分離操作為主，不但把機器架設(shè)在圍籬中，也必須按照既定的程式操作，並無人機互動的考量。隨著技術(shù)進步，傳統(tǒng)人機設(shè)計限制了機器人的應(yīng)用，並不符合時代的趨勢，因而轉(zhuǎn)向與人互動的設(shè)計需求時，安全設(shè)計就是其中最重要的關(guān)鍵。

安全性是設(shè)計機器人的必要考量。人類與機器人共同生活、互動越來越頻繁，使得人機協(xié)作中安全性至關(guān)重要。安全不能只有一時，而要長久安全性的確保，則有賴功能性安全評估。要如何辨別產(chǎn)品是否通過功能性安全評估，除認明認證標示之外，標示上方還可見到額外的「Functional Safety」以及相關(guān)的標準與分級敘述，這才代表其產(chǎn)品已經(jīng)過安全功能的可靠性評估，這也是與一般機電產(chǎn)品安全認證的關(guān)鍵性差異。經(jīng)由具全球公信力的單位（如UL等）進行認證，可確保其具備人機協(xié)作能力的關(guān)鍵安全設(shè)計，並能夠在嚴格的條件下維持運作。