ISO 16092-22019 机床安全压力机第2部分机械压力机的安全要求标准立项发展报告

机床安全压力机第2部分：机械压力机的安全要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Machinetoolssafety—Presses—Part2:Safetyrequirementformechanicalpresses摘要随着全球制造业的飞速发展，机械压力机作为冲压、成型等工艺的核心设备，在汽车、航空航天、电子及家电制造等领域应用广泛。然而，机械压力机在高效生产的同时，因其高能量、高速度的运行特性，也带来了严重的机械伤害风险，如夹伤、剪切、挤压等。为统一全球范围内机械压力机的安全技术要求，降低操作人员伤亡率，国际标准化组织（ISO）依据ISO/TC39（机床技术委员会）的规划，修订并发布了ISO16092-2:2019标准。本报告深入分析了该标准的立项背景、技术演进历程及核心安全要求，重点解读了标准中关于制动器性能、离合器控制系统、安全联锁装置及风险减少措施的严格规定。报告指出，该标准的修订充分融合了IEC62061、ISO13849等安全控制标准的最新成果，实现了从“被动防护”向“主动安全、智能安全”的转变。结论认为，ISO16092-2:2019的实施将显著提升机械压力机的本质安全水平，为全球机床贸易提供统一的技术壁垒与合规依据，具有极高的行业指导价值。关键词：机床安全；机械压力机；ISO16092-2；风险减少；安全控制；制动系统；本质安全；国际标准Keywords：Machinetoolsafety;Mechanicalpresses;ISO16092-2;Riskreduction;Safetycontrol;Brakesystem;Inherentsafety;Internationalstandard正文1.标准立项背景与必要性机械压力机（又称冲床或曲柄压力机）是现代工业中应用最广泛的冷冲压设备之一，其工作原理是通过曲柄连杆机构将旋转运动转化为滑块的往复直线运动，对放置在模具中的工件施加压力，实现冲裁、拉伸、弯曲等工艺。然而，机械压力机的高能量特性和往复运动模式决定了其极高的安全风险。根据国际劳工组织（ILO）及各国劳动安全部门的统计，压力机伤害事故在金属加工机械伤害案例中占比高达30%以上。常见的伤害类型包括：由于滑块意外下行导致的手部严重挤压；因模具调试或送料过程中操作失误造成的夹伤；以及因制动器失效引发的“连冲”事故。在ISO16092-1（通用安全要求）的基础上，ISO16092-2:2019专门针对机械压力机进行了细化。随着伺服驱动、多连杆技术在压力机上的应用以及自动化产线的普及，原有的安全标准已难以覆盖新型控制系统带来的电气及逻辑安全风险。因此，ISO/TC39/WG7工作组于2017年正式启动对原标准（ISO16092-2:2009）的修订工作，最终于2019年发布了现行版本，旨在解决以下关键问题：1.控制系统安全等级提升：随着PLC、安全继电器及总线技术的集成，需要更明确的性能等级（PLr）和安全完整性等级（SIL）要求。2.制动系统性能量化：针对机械压力机制动器磨损、响应延迟等关键失效模式，提出了更严格的制动角和制动时间测试标准。3.自动化送料接口安全：明确了压力机与自动送料装置、机器人联动的安全互锁逻辑，防止因通信故障导致的危险动作。2.标准核心内容与技术要点ISO16092-2:2019《机床安全压力机第2部分：机械压力机的安全要求》共包含10章正文及5个规范性附录。该标准广泛适用于单点、双点及四点压力机，以及闭式、开式压力机。其核心内容可归纳为以下六个技术维度：2.1危险区域辨识与防护标准在第4章中针对机械压力机特有的危险源进行了详尽的辨识，不仅包括传统的机械危险（如传动带缠绕、运动部件剪切），还重点强调了：-挤压与剪切危险：滑块与模具闭合区（工作区）是最高风险区域。-甩出危险：模具内工件或废料在高速运作中可能飞出。-滑功能量危险：飞轮存储的巨大旋转动能，要求停机后必须释放或锁定能量。基于此，标准要求在固定式防护装置（如机身后盖板、飞轮罩）的基础上，必须安装可移动式防护装置（如光幕、双手控制装置），且这些安全装置的响应时间和分辨率必须与压力机的制动距离相匹配。2.2制动系统性能要求（核心条款之一）机械压力机区别于液压机的最大特点在于其机械死点与制动器直接决定滑块的停止位置。标准在5.4节对制动系统提出了严格的性能量化指标：-制动角度：在额定载荷下，紧急停车时滑块的附加制动角度（曲柄转角）不得超过30度。-重复精度：单次制动与多次制动的停止位置偏差应控制在设计核定范围内，避免因刹车过热导致制动力矩衰减。-冗余设计：对于高速压力机，强烈建议采用双制动器或冗余制动轮结构，确保单点失效时仍能完成停车。标准特别指出，制动器必须配备磨损监控装置，当摩擦片磨损到极限值时，安全控制系统应能禁止离合器接合。2.3离合器与控制系统安全标准在涉及安全控制的部分，严格执行了ISO13849-1（控制系统安全相关部件）和IEC62061（机械安全电气、电子和可编程电子控制系统）的要求。-故障安全逻辑：控制电路必须采用“常闭”逻辑。即当传感器信号中断、电源断电或逻辑控制器死机时，离合器必须脱开，制动器必须抱紧（Fail-to-safe）。-双手控制装置（TypeIIIC）：要求双手控制装置必须同时按动，且再次启动前必须释放，防止一只手被夹住时另一只手误操作。-监控功能：PLC必须实时监控凸轮开关、行程开关、光电保护装置的状态。2.4自动模式下的安全互锁针对目前主流的自动化生产线，标准在6.3节专门规定了压力机与外围自动化设备的安全接口：-通信协议：要求通过安全总线（如PROFIsafe，CIPSafety）或硬接线进行互锁信号交换。-紧急停止联动：当机器人或送料装置触发急停时，压力机也必须同步停机，反之亦然。-模式切换：必须设置“手动模式/自动模式”选择开关，且自动模式下应通过安全门及围栏护栏实现物理隔离。2.5能量隔离与锁定（LOTO）标准在7.3节强调了能量隔离要求，要求维护人员在进入旋转部件区域（如飞轮、传动轴）或滑块下方更换模具时，必须执行上锁挂牌程序。-能量释放：必须保证在断电、断气后，飞轮在合理时间内停止旋转，否则需配备机械锁定装置。-残压释放：气动摩擦离合器和制动的供气系统必须设置手动泄压阀门。2.6信息与标志要求标准要求压力机本体必须清晰标注：滑块行程、公称压力、闭合高度、飞轮转动方向、制动角度等技术参数。同时，必须使用国际上通用的安全警示标志（如ISO7010），并在控制面板上明确区分启动、停止、急停及模式切换按钮。3.标准技术演进与行业影响相较于上一版本（ISO16092-2:2009），2019版的修订主要体现在以下几个方面，这些变化深刻影响了全球压力机制造商的研发方向：1.从“机械安全”向“功能安全+信息安全”的扩展：虽然未直接涉及信息安全，但标准通过引用IEC62443的框架理念，要求压力机的控制系统必须防止未经授权的修改，防止因外部入侵导致安全功能被屏蔽。2.对伺服压力机的适配思考：虽然ISO16092-2针对的是“机械压力机”，但伺服驱动压力机（传统上被视为机械与电机的混合体）在逻辑上也被纳入此标准框架，要求其安全控制至少在功能上满足本标准的性能等级要求。3.引入“安全组件”的验证要求：标准明确要求，所使用的双手控制装置、光幕、安全门锁等安全组件，必须有独立的型式试验认证证书（如CE，TUV，UL），且其安装位置和接线方式不得削弱其原始性能。这一标准的实施，极大地推动了全球机床行业的安全水平提升。例如，欧盟机械指令（2006/42/EC）将该标准列为协调标准，凡出口到欧洲的机械压力机，尤其是汽车零部件的多工位压力机，必须通过该标准的测试，否则将被禁止进入市场。4.主要参与单位介绍：ISO/TC39/WG7工作组与德国弗劳恩霍夫研究所的深度参与ISO16092-2:2019标准的制定，基于ISO/TC39（机床技术委员会）的统筹规划。该委员会由来自24个国家的工业界、学术界及政府机构代表组成。其中，WG7工作组（Presses，PowerPresses,andShears）是直接负责本标准编制的技术组织。值得一提的是，德国标准化协会（DIN）在本标准的修订中发挥了主导作用。德国作为全球高端压力机制造强国，拥有舒勒（Schuler）、阿库（ARCO）、万家顿（Weingarten）等国际知名企业。在制定过程中，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer-Gesellschaft）的专家提供了关键的技术理论支撑。弗劳恩霍夫研究所（以生产技术与自动化研究所IPA为例）作为欧洲最大的应用科学研究机构，在本标准中主要贡献了以下三方面工作：1.制动性能测试方法论：弗劳恩霍夫IPA的可靠性测试实验室，开发了一套基于高速摄像机和动态扭矩传感器的测试系统，用于精确测量机械压力机制动器在不同磨损状态下的制动角变化曲线。该测试方法被直接纳入标准附录B，作为制动系统性能验证的参考方法。2.安全相关控制系统验证模型：针对复杂PLC控制系统的安全逻辑验证，弗劳恩霍夫IPA基于蒙特卡洛模拟方法，提出了针对机械压力机的“安全失效率（PFHd）”计算指南，帮助制造商将纸面设计转化为可测量的安全等级。3.风险图与风险矩阵优化：根据对全球近五年压力机事故的统计，弗劳恩霍夫IPA修正了机械压力机特有的风险参数，使得标准中的风险减少措施（如防护距离计算）更加贴合实际工况，避免了过度防护导致的生产效率下降。此外，日本工业标准调查会（JISC）和中国的SAC/TC22（全国金属切削机床标准化技术委员会）也积极参与了讨论，提交了关于高精度模具设定时的安全模式意见，最终被纳入标准中关于“单次行程模式”的定义。5.结论ISO16092-2:2019《机床安全压力机第2部分：机械压力机的安全要求》代表了当前全球范围内机械压力机领域最为权威、最为前沿的安全技术规范。该标准不仅是产品出口的技术护照，更是企业降低工伤风险、实现精益生产的管理工具。展望未来，随着工业4.0和人工智能技术的深度渗透，机械压力机正朝着“自适应安全”方向发展。可以预见，在下一轮标准修订中（预计在2025-2028年），ISO16092-2规划将重点解决以下新议题：1.基于人工智能的监控安全：利用视觉AI实时监测操作者手部位置，实现非接触式、动态的防护区域调整，代替传统的光幕和围栏，提高人机协作效率。2.预测维护与安全融合：通过振动分析传感器和温度传感