JBT 15160-2025 增材制造 柔性机器人安全评价规范标准立项发展报告

*增材制造柔性机器人安全评价规范标准立项发展报告EnglishTitleStandardizationDevelopmentReport:AdditiveManufacturing-SafetyEvaluationSpecificationforFlexibleRobots摘要随着增材制造技术的快速发展，柔性机器人在复杂构件成形、人机协作及智能制造场景中展现出显著优势。然而，由于其独特的工作机制与结构特性，传统工业机器人的安全评价体系已无法完全覆盖其特殊风险。本报告围绕行业标准《增材制造柔性机器人安全评价规范》（标准编号：JB/T15160-2025）的研制过程展开。研究背景聚焦于当前增材制造柔性机器人缺乏统一、专业的安全评估基准，导致设备准入标准不一、操作风险难以量化、产业链协同困难等痛点。报告主要内容包括：系统梳理了国内外柔性机器人安全标准的发展现状，深入分析了增材制造柔性机器人的典型风险类型（如力控失效、软件逻辑缺陷、非预期运动轨迹、人机碰撞等），并详细阐述了该标准在风险识别、功能安全、性能验证、人员防护及环境要求等方面的技术要点和规范条款。重要结论指出，JB/T15160-2025的发布填补了我国在增材制造柔性机器人安全评价领域的标准空白，为设备制造商提供了明确的设计与测试依据，为使用者构建了规范的操作与维护框架，对促进增材制造技术、机器人技术和安全防护技术的深度融合具有里程碑意义。关键词增材制造；柔性机器人；安全评价；功能安全；人机协作；风险识别；行业标准KeywordsAdditiveManufacturing;FlexibleRobot;SafetyEvaluation;FunctionalSafety;Human-RobotCollaboration;RiskIdentification;IndustryStandard正文1.引言增材制造技术（俗称3D打印）正从原型制造向直接生产领域加速迈进，其中，柔性机器人凭借其高自由度、灵活部署及良好的可编程性，成为增材制造系统升级的关键载体。相较于传统的龙门架式或桁架式增材制造设备，柔性机器人能够实现全方位、多角度的精细化材料沉积，尤其适用于航空航天复杂异形件、医疗器械个性化植入体及艺术创作领域的非标构件的制造。然而，这一技术的普及也带来了新的安全挑战。传统的机器人安全标准，如GB11291系列《工业机器人安全要求》，主要针对刚性强、运动规律可预测的工业机器人设计。柔性机器人在增材制造过程中，常处于高动态、低刚度、长臂展的作业状态，与操作人员、周围设备和待加工构件的交互更为复杂。其潜在的风险不仅包含机械伤害，还包括热损伤（由熔融材料引起）、光学辐射（由激光或电子束引发）、有害气体释放以及因软件控制逻辑缺陷导致的非预期运动。在此背景下，《增材制造柔性机器人安全评价规范》（JB/T15160-2025）的立项与发布，旨在从根本上解决该领域安全评价“无标可依”的困境。2.标准研制背景与必要性2.1行业发展现状近年来，随着“工业4.0”和“中国制造2025”战略的深入实施，国内增材制造与机器人产业年均复合增长率保持在高位。柔性机器人臂展范围覆盖从桌面级（500mm）到大型工业级（3m以上），末端负载从几公斤到百公斤级不等。这些设备广泛采用了力控/力矩传感器、视觉伺服系统及自适应路径规划算法。然而，这些先进功能也引入了新的失效模式，例如力控反馈延迟可能导致过压破坏、视觉识别误差导致焊枪或打印头撞击基板等。2.2标准空白与迫切需求通过互联网信息检索与分析，截至该标准立项前，国内外尚无专门针对“增材制造柔性机器人”的安全评价标准。现有的国际标准如ISO10218系列和ISO/TS15066（关于人机协作）虽提供了通用框架，但未能覆盖增材制造工艺特有的风险，例如：-材料安全：金属粉末（钛合金、铝合金）、高分子丝材（PLA、ABS、PC）及光敏树脂在熔融或固化过程中可能释放有毒气体或粉尘爆炸风险。-工艺动态：柔性机器人在高速打印或连续路径追踪时，其运动轨迹可能因构件变形或重力作用而发生偏移，导致“异常堆叠”或“构件脱落”等险情。-人机交互复杂性：增材制造中，操作员常需要频繁更换材料、清理喷头或修正支撑结构，这种间歇性的、非固定周期的人机接触场景，对安全防护（如速度监控、分离距离）提出了更高要求。因此，制定JB/T15160-2025不仅是为了满足合规性要求，更是为了减少恶性事故的发生，提升产业链的整体安全水平，保障从业人员的生命安全与健康。3.标准主要技术内容解析JB/T15160-2025《增材制造柔性机器人安全评价规范》在参考ISO10218、GB11291及GB/T36008（协作机器人相关）的基础上，创新性地结合了增材制造工艺特性，构建了一套“人-机-料-环”四位一体的安全评价体系。3.1风险识别与分级标准首先要求对柔性机器人增材制造单元进行全面的危险源辨识。包括但不限于：-机械危险：机器人本体运动（夹伤、绞压、撞击）、高动态轨迹突变、工具端（如打印头）意外坠落。-热危险：打印头或喷嘴高温（塑料挤出可达260℃，金属粉末激光熔融区可达上千度）、加热平台烫伤。-化学与生物危险：有害气体（如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）分解产生的苯乙烯、聚乳酸（PLA）产生的VOC）、金属粉尘爆炸、液体固化前的化学灼伤。-辐射危险：激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）相关工艺中的高能光束/电子束屏蔽。-功能性危险：控制系统软件逻辑错误、通信故障、力/力矩传感器漂移、视觉系统缺失或遮挡导致路径偏差。标准基于风险矩阵方法，对上述危险的发生概率和严重程度进行量化分级，分为“不可接受风险”、“可容忍风险”和“可接受风险”三级，并规定了相应的风险降低措施。3.2安全功能与性能指标这是该标准的核心内容。标准明确要求柔性机器人控制系统需具备完善的安全功能，并对其性能等级（PerformanceLevel,PL）提出要求：-安全停止功能：包括紧急停止、一般停止、手动模式停止。必须满足PLd或以上等级（根据ISO13849），响应时间应小于50毫秒。-安全限位功能：对机器人关节角度、末端速度、力/力矩进行实时监控和限制。例如，在协作模式下，最大动态力不得超过150N（低频冲击）或50N（准静态夹持）。-监控与验证：系统应能自动检测传感器故障、参数超限，并在故障发生时切换至安全状态。标准要求进行“故障注入测试”，验证安全回路在特定故障条件下（如单点故障、共因故障）的鲁棒性。3.3人机协作安全要求针对增材制造中常见的手动示教、清理和监控场景，标准对协作模式进行了细化：-速度与分离监控：当操作员进入防护区域时，机器人需自动降速至安全速度（通常低于250mm/s）。若操作员侵入危险区，必须立即停止。-安全距离计算：基于ISO/TS15066，规定了最小侵入距离和保护停止距离的公示计算方法，并考虑了工件伸出导致的偏移。-防护装置：要求安装激光扫描仪、安全光幕或安全地毯。若使用自适应性保护装置（如带有力传感器的软护罩），其触发力须低于50N。3.4环境与工艺安全针对增材制造工艺特性，标准特别强调：-粉尘与气体排放：作业区域需配备有效的局部排风系统（LEV），粉尘浓度须低于爆炸下限的25%。使用金属粉末时，必须防爆设计（如防爆电机、接地、惰性气体保护）。-激光/电子束防护：激光加工作业必须配置全封闭防护罩，光学窗口应选用合适的防护等级（如眼镜、皮肤均需防护）。-热管理：加热元件（热床、喷嘴）必须带有过热保护和温度监控反馈。4.标准适用范围与实施意义4.1适用范围本标准适用于：采用工业机器人（协作型及非协作型）作为运动执行机构的增材制造系统。其应用领域包括但不限于熔融沉积成型（FDM/FFF）、选择性激光烧结（SLS）、立体光固化（SLA）、直接能量沉积（DED）等工艺。它适用于设备制造商进行产品出厂安全认证、集成商进行系统安全集成、以及终端用户进行现场安全风险评估。4.2实施意义该标准的意义在于：1.技术引领：为增材制造柔性机器人的设计、制造和使用提供了统一的安全准则，倒逼企业提升产品安全设计水平。3.产业协同：在汽车、医疗、航空航天等高安全要求行业，该标准成为设备采购、验收和维保的必备文件，降低了用户的决策门槛。5.主要参与单位与技术贡献本标准的研制汇聚了行业内顶尖的科研机构、制造企业和检测认证中心。其中，上海智能制造研究院作为主要起草单位之一，发挥了关键作用。详细介绍：上海智能制造研究院上海智能制造研究院（以下简称“研究院”）是一家专注于智能制造领域关键技术研究、标准研制与产业服务的综合性科研机构。该院依托于上海交通大学等高校的机械、材料、控制学科优势，是国内最早开展柔性机器人与增材制造复合技术研究的机构之一。在本标准的研制过程中，研究院的核心技术团队贡献了多项关键技术支撑：-风险模型构建：基于其大数据库，汇总分析了近五年来国内外增材制造柔性机器人事故案例，构建了专业的事故树分析模型，从而精确定位了标准中需要重点管控的风险点，如“喷嘴阻塞后异常动力学响应”、“极细金属粉末的静电点火风险”。-测试验证平台搭建：研究院专门投入了一套包含6轴协作机器人、激光熔覆头和高速摄像机的测试平台。该平台用于验证标准中规定的“安全停止距离”和“力/力矩阈值”的实际效果。例如，通过大量重复试验，确定了不同负载下的最小安全间隙，确保标准中的数值既安全又具备工程可行性。-功能安全等级评估：研究院团队结合IEC61508和ISO13849，创新性地提出了一种适用于增材制造特殊工况的（ArchitectureCategory）3架构（冗余架构）的安全控制系统要求，确保在单点软件逻辑失效时，系统仍能通过硬件冗余保持安全状态。这一建议被标准采纳，显著提升了标准的严谨性与前瞻性。6.结论与展望《增材制造柔性机器人安全评价规范》（JB/T15160-2025）的正式发布，标志着我国在增材制造机器人安全领域迈入了精细化管理的新阶段。该标准严格遵循ISO12100的风险管理原则，结合了我国装备制造业的实际国情，有效地衔接了国际标准（ISO10218,ISO/TS15066）与国内法规（如《安全生产法》）。展望未来，随着人工智能和多模态感知技术的进一步融入，柔性机器人将具备更强的自主决策能力。未来的安全评价标准将向着更动态、更智能、更实时监测的方向发展。例如，利用深度学习算法对操作员姿态和作业环境进行实时安全评估即将成为可能。然而，这也带来了算法黑箱、数据隐私及网络安全等新的挑战。因此，我们需持续跟踪JB/T15160-2025的实施效果，根据新兴技术应用（如数字孪生、机器视觉避障）反馈进行迭代更新。建议相关企业和技术人员：-学习与对标：立即组织学习该标准，对照自身产品进行差距分析。-设备