ISO 18497-12024 农业机械和拖拉机部分自动化、半自主和自主机械的安全第1部分机械设计原则和词汇标准立项发展报告

标题：ISO18497-1:2024农业机械和拖拉机部分自动化、半自主和自主机械的安全第1部分：机械设计原则和词汇标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Agriculturalmachineryandtractors—Safetyofpartiallyautomated,semi-autonomousandautonomousmachinery—Part1:Machinedesignprinciplesandvocabulary摘要随着全球精准农业与智慧农业的快速发展，农业机械的自动化与自主化水平日益提高，与之相伴而生的新型安全风险亦成为行业关注的焦点。本标准（ISO18497-1:2024）的立项与发布，旨在为农业机械领域中部分自动化、半自主和自主机械的安全设计提供一套国际公认的指导原则与统一术语。报告首先阐述了该标准立项的背景，即应对传统安全标准在智能农机安全验证方面的局限性，以及全球市场对安全设计的迫切需求。主要内容聚焦于标准的核心框架：一是确立了基于风险评估的“机械设计原则”，包括功能安全、预期功能安全（SOTIF）、人机交互安全等；二是定义了“词汇”，统一了自动化分级、自主模式、操作区域、相关安全状态等核心术语，为全球范围内的技术交流与产品合规奠定了基石。本报告通过分析标准的技术内涵、与现行法规（如欧盟机械法规(EU)2023/1230）的衔接及其对产业链的影响，得出了重要结论：该标准的发布标志着农业机械安全设计进入了一个以“系统化功能安全”和“预定义操作环境”为核心的新阶段。它不仅是产品设计的技术指南，更是国际贸易中消除技术壁垒、降低产品责任风险的重要工具，对我国农业机械的智能化转型具有里程碑式的指导意义。关键词农业机械；自动化；自主机械；机械安全；功能安全；ISO18497；机械设计原则；词汇Keywords:Agriculturalmachinery;Automation;Autonomousmachinery;Machinerysafety;Functionalsafety;ISO18497;Machinedesignprinciples;Vocabulary正文一、引言：智慧农业时代的安全挑战与标准化需求进入21世纪第三个十年，全球农业正经历从传统机械化向数字化、智能化的深刻变革。以自动驾驶拖拉机、无人植保机、智能收获机为代表的自动化、半自主和自主农业机械，正逐步从概念验证走向商业化应用。这些装备通过集成高精度导航、环境感知、决策控制与执行系统，显著提升了作业效率、减少了人力投入、并实现了精准化作业。然而，自动化与自主化在带来巨大效益的同时，也引入了传统农业机械所未曾遇到的新颖安全风险。传统农业机械的安全标准主要侧重于操作者的人身防护、机械部件的物理强度以及常规操作下的紧急停止。但对于自主机械而言，其决策系统的不确定性、与动态环境的复杂交互、以及缺乏人类操作者直接监督下的安全运行，构成了全新的挑战。例如，机器如何安全地识别并避开行人或动物？在通信中断或感知系统失效时，机器应自动进入何种安全状态？不同制造商对“半自主”或“自主”的定义不同，导致产品功能和安全声明难以统一比较。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年7月31日正式发布了ISO18497-1:2024《农业机械和拖拉机——部分自动化、半自主和自主机械的安全——第1部分：机械设计原则和词汇》。该标准的制定，旨在填补现有安全标准体系的空白，为全球范围内的智能农业机械制造商、系统集成商、测试认证机构及用户提供一个统一、权威的安全设计框架和沟通语言。二、标准的主要内容与核心技术内涵ISO18497-1:2024并非是一个孤立的标准，而是ISO18497系列标准的基础性部分。它主要包含两大核心板块：机械设计原则和词汇。1.机械设计原则：构建系统化的安全体系该部分超越了传统“危险区域”的防护理念，强调将安全设计融入自动化系统的全生命周期。核心原则包括：*风险识别与评估（RiskIdentification&Assessment）：标准要求必须对自主机械在其设计运行范围（OperationalDesignDomain,ODD）内可能遇到的危险源进行全面识别和评估。这包括但不限于：因感知错误导致的碰撞风险、因算法故障导致的非预期动作风险、因通信中断导致的控制失效风险、以及环境突变（如极端天气、地况变化）带来的风险。风险评估不仅要考虑人员（操作者、旁观者、维修人员），还要考虑牲畜、其他机械设备及环境财产。*功能安全（FunctionalSafety）：明确指出需遵循ISO13849或IEC62061等通用功能安全标准，对电气、电子、可编程电子（E/E/PE）安全相关系统提出性能等级（PLr）或安全完整性等级（SIL）要求。例如，用于自主机械紧急停止功能的系统必须达到足够高的安全等级。*预期功能安全（SafetyoftheIntendedFunctionality,SOTIF）：这是该标准的一大亮点。SOTIF关注的是在没有系统故障的情况下，由于功能性能局限性（如传感器在特定光照下的识别不准、算法对罕见场景决策失误）而引发的安全风险。本标准引导制造商对自主机械的感知、决策、执行功能进行系统性的SOTIF分析，以降低非故障情况下的事故概率。*人机交互与操作员角色定义：明确规定了不同自动化等级下操作员的角色与责任。例如，在部分自动化模式下，操作员仍需时刻监控并准备接管；而在完全自主模式下，系统应具备无需人员监控即可安全执行任务的能力，且必须在无人操作时识别并响应异常情况。强调人机界面（HMI）的清晰、直观与安全。*操作区域与安全状态：定义了机械在运行中的“操作区域”（OperationArea），并制定了进入、退出该区域的规则。设计必须确保机械在感知到其无法安全处理的情况（如超出ODD、系统失效）时，能自动且可靠地转换到“安全状态”（SafeState），如安全停车、降速巡航等。2.词汇：建立通用的技术语言术语的统一是国际标准协同的基石。ISO18497-1:2024详细定义了以下关键术语，消除了行业内的概念歧义：*部分自动化/半自主/自主机械：根据机器在执行任务中对人类监督和干预依赖程度的降序排列。部分自动化通常指机器能自主完成某些子任务，但人类需全程监督；半自主机械能在特定情境下自主决策，但系统可能预测或请求人类接管；自主机械则在特定ODD内可完全自主执行所有任务。*自主模式（AutonomousMode）：机器在给定ODD内，无需操作员物理接触或持续监控即可执行全部或指定功能的状态。*操作区域（OperationArea）：机器被授权并允许执行任务的特定地理空间及环境条件。*安全状态（SafeState）：当系统因无法满足其预期功能的安全运行条件时，自动转换到的低风险或无风险状态。*远程监控/远程干预：定义操作者或系统在非物理接触位置（如数公里外的控制中心）对机械状态进行监测和/或执行控制动作的模式。三、标准的链接与应用价值1.与国际法规的协同该标准的发布，是对全球主要农业市场法规更新的直接响应。例如，欧盟新版机械法规（EU）2023/1230明确要求“高度自主移动机械”需具备“保证整体安全”的设计特性，并要求制造商提供详细的风险评估。ISO18497-1:2024恰好为满足这一法规要求提供了技术框架和指南，成为企业符合性认证的重要参考。2.对产业链的具体影响*对制造商：提供了一个从概念设计到产品验证的完整安全方法论。制造商可以依据标准梳理自身产品设计流程，明确安全目标，降低事故导致的巨额索赔与品牌声誉风险。*对系统与技术供应商：如激光雷达、毫米波雷达、AI算法供应商等，需确保其产品（如感知系统）能够支撑标准要求的SOTIF分析，提供充分的性能边界与失效模式数据。*对测试认证机构：催生了新的测试需求。第三方检测机构需开发针对自主机械功能安全、SOTIF、ODD符合性等方面的专用测试方法和设备。*对最终用户（农户、农场）：提高了对安全、可靠农机产品的认知和市场准入标准。用户将能更清晰地理解不同自动化级别间的差异，做出更明智的采购决策。四、介绍主要参与制定单位ISO/TC23/SC19农业电气化和电子化ISO18497-1:2024由国际标准化组织的农业机械技术委员会（ISO/TC23）下属的农业电气化和电子化分技术委员会（ISO/TC23/SC19）负责制定。该分委会是全球农业机械领域在电气、电子及自动化技术标准化方面的核心机构。ISO/TC23/SC19主要负责制定覆盖拖拉机、自走式机械、拖挂机具以及固定式农业设备在电气、电子系统和相关附属设备方面的国际标准。其工作范围广泛，涵盖了：*农业车辆及机械的电气与电子系统：包括布线、连接器、控制系统等。*控制系统及软件：针对自动化和自主化控制系统的性能与安全要求。*通信协议与数据交换：如ISOBUS（ISO11783）系列标准，即农业机械的控制器局域网络（CAN总线）通信标准，为智能农机间及农机与云端的互联互通奠定了基础。SC19正是ISOBUS标准的维护和发展者。*功能安全：直接主导了ISO18497系列标准的制定。ISO/TC23/SC19的秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。其成员包括来自全球主要农业机械制造国（如美国、德国、法国、意大利、日本、中国等）的技术专家，以及众多行业协会（如美国农业与生物工程师学会ASABE、德国农业协会DLG）、科研机构和国际组织的代表。该委员会通过严谨的专家组会议与多次跨国技术研讨，历时多年讨论、辩论与验证，最终完成了ISO18497-1:2024的批准与发布。该委员会的工作成果，不仅代表了当前全球农业电气化和电子化技术的最高水平，也深刻影响着未来农机产业的发展方向。五、结论：迈向安全可靠的农业自主时代ISO18497-1:2024的发布，是国际标准化工作在应对农业机械智能化浪潮中具有里程碑意义的重大成果。它不仅为设计者提供了从“被动防护”转向“主动预防”和“安全预判”的哲学指引，更提供了可具体操作的技术策略和评测标准。通过系统化的风险评估、强调基于SOTIF的功能安全、以及统一严谨的术语定义，本标准为全球农业机械产业的科技树建立了一个坚实的、安全的基石。展望未来，该标准的价值将随着