机器人技术 安全要求 第2部分工业机器人应用和机器人单元标准立项发展报告

机器人技术安全要求第2部分：工业机器人应用和机器人单元标准立项发展报告英文标题：StandardizationDevelopmentReport:Robotics—Safetyrequirements—Part2:Industrialrobotapplicationsandrobotcells摘要：关键词：ISO10218-2；工业机器人；机器人单元；安全要求；风险减小；人机协作；标准化Keywords:ISO10218-2;IndustrialRobot;RobotCell;SafetyRequirements;RiskReduction;Human-RobotCollaboration;Standardization正文一、引言：标准化背景与修订动因工业机器人作为现代制造业的核心装备，其安全性始终是全球标准化组织关注的焦点。ISO10218系列标准，特别是针对应用与单元的ISO10218-2，是国际公认的工业机器人安全设计、集成和使用的技术基石。ISO10218-2:2011版发布以来，机器人技术经历了爆发式发展。传统的“围栏隔离”安全模式已无法完全满足柔性制造、人机协作（HRC）等新场景的需求。本次修订，即ISO10218-2:2025版的发布，其核心动因主要来自三方面：1.技术演进的压力：协作机器人、移动机器人、自主导航系统（AGV/AMR与机器人集成）的应用，使得机器人单元的边界模糊化，人机近距离交互成为常态。原标准中对“协作区域”的简单定义已不足以覆盖复杂动态的交互风险。2.安全理念的升级：安全理念从“不发生事故”向“本质安全”和“功能安全”深度结合转变。标准更加注重通过风险评估驱动的安全系统设计，而非仅依赖机械防护。3.国际法规协调的需求：欧盟机械指令（2006/42/EC）的修订，以及美国、中国等主要经济体对机器人安全法规的完善，迫切需要一份更清晰、更具操作性的国际标准作为全球监管的基础。因此，ISO/TC299（机器人技术委员会）启动了本标准的修订工作，旨在消除歧义、吸收最新技术成果，并为未来10年工业机器人应用的安全发展提供权威指引。二、标准核心技术内容分析：从“单元防护”到“应用安全”ISO10218-2:2025版在结构上进行了优化，内容上实现了显著扩充和深化。与2011版相比，2025版的核心变化体现在以下几个方面：1.明确的应用场景分类与安全要求：标准将工业机器人应用分为几大类，如：传统围栏保护应用、协作应用、移动操纵应用、以及包含多机器人协同的复杂单元。针对协作应用，不再仅停留在“安全级监控停止”、“手引导”等笼统概念，而是详细规定了功率与力限制（PFL）、安全级监控速度与距离（SSM）等具体技术路径的设计和验证要求。例如，对于基于速度与距离监控的协作应用，标准明确了安全距离计算的数学模型，并强调了对机器人动态性能（如制动距离、反应时间）的实时监控。2.强化风险减小措施（RiskReductionMeasures）的迭代逻辑：新版本更清晰地遵循了ISO12100《机械安全设计通则风险评定与风险减小》中的三步法：固有安全设计->安全防护->使用信息。具体而言：-固有安全设计：鼓励通过降低机器人运动速度、减少运动部件质量、消除锐利边缘等物理设计来从根本上减小风险。-安全防护：对安全防护装置（如光幕、安全地毯、激光扫描仪）的选型、安装位置和性能等级（PLr,SILCL）提出了更苛刻的要求。特别是对机器人单元内的“进入”和“危险区域”进行了精准定义。-使用信息：强调了对操作工、维护工、编程员等不同角色的安全培训内容标准。3.机器人单元集成和安装的规范化：标准将机器人单元定义为一个包括机器人本体、末端执行器（工具）、工件、外围设备（如输送线、工装）、控制系统及安全系统的完整系统。2025版对单元集成提出了明确要求：-布局与隔离：详细规定了机器人与周边固定障碍物、操作员通道的最小安全距离。-控制系统：强调控制系统的冗余架构和自诊断能力。例如，安全相关控制器必须采用双通道、异种处理器架构，并能在故障时进入安全状态。-供电与急停：规定了急停按钮的布局、数量和复位要求，并明确了断电后能量（如气动、液压）的释放或锁定机制。4.软件与数据安全视角的引入：这是本次修订的一个新亮点。随着机器人系统越来越网络化和智能化，软件配置安全受到重视。标准要求开发者必须确保机器人程序的安全修改，防止未经授权的人员修改安全关键参数（如速度、力限值）。此外，对机器人单元的网络安全提到了初步要求，防止外部攻击导致安全系统失效。5.验证与确认程序的深化：标准要求对安全功能进行全面的验证（Verification）和确认（Validation）。验证通常指功能测试（如按设计响应），而确认则更侧重实际风险场景下的实效性。例如，对于安全级监控停止功能，不仅要在空载下测试，还必须在带载、不同速度下进行确认测试。三、标准对产业生态的影响：制造商、集成商与用户ISO10218-2:2025的实施将对产业链各环节产生深远影响：-对机器人本体制造商：要求其在机器人控制软件中内置更丰富的安全功能接口，如支持多种协作模式下安全参数的动态切换。未预置这些接口的机器人将难以满足新版标准要求。-对系统集成商：标准化要求提升了集成门槛。集成商必须具备更强的系统安全风险评估、安全电路设计及测试能力。那些能熟练应用新标准进行“风险评估-安全方案-验证确认”全流程服务的集成商，将获得显著竞争优势。-对终端用户：虽然标准的直接遵循者是制造商和集成商，但用户也需承担相应责任。标准要求用户需提供机器人单元的工作任务、负载特性、环境条件等信息，并且需组织人员安全培训。同时，用户在选择设备时，应优先考虑符合ISO10218-2:2025标准的产品，以降低法律索赔和事故风险。四、主要参与单位介绍：国际标准化组织/机器人技术委员会（ISO/TC299）ISO10218-2:2025标准的制定与维护，其核心推动者与组织者是国际标准化组织机器人技术委员会（ISO/TC299）。该委员会是国际机器人标准化领域的最高技术权威机构。委员会简介ISO/TC299成立于2012年，其秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。委员会的工作范围涵盖所有类型的机器人的标准化，包括工业机器人、服务机器人、医疗机器人以及个人护理机器人等。其核心目标是制定能促进全球贸易、保障安全、支持创新的国际标准。对本标准工作的核心贡献ISO/TC299下设有多个工作组（WG），其中WG2（工业安全）和WG8（医疗机器人安全）等直接参与ISO10218系列标准的制定。在修订ISO10218-2:2025的过程中，ISO/TC299发挥了如下关键作用：1.全球协调与共识构建：委员会组织了来自中国、美国、德国、日本、法国、韩国等主要工业国家以及众多国际一流企业、科研院所（如德国弗劳恩霍夫研究所、日本法政大学、ABB、KUKA、发那科等）的数百名专家，历经4年、数十次国际研讨，最终达成共识。这种广泛的参与确保了标准内容不会偏袒任何单一国家或企业的技术路线，具有全球普适性。2.技术框架的顶层设计：TC299定义了标准的结构和核心术语。例如，它明确区分了“机器人应用”和“机器人单元”这两个概念，前者侧重任务功能，后者侧重物理系统边界，为后续条款的展开奠定了基础。3.风险评估方法论指导：委员会主导制定了适用于机器人领域独特的风险评估指南，强调“基于性能”的设计理念，而非“基于规定”的僵化条款。这使得标准在提供严格安全底线之余，也为创新设计留出了空间。4.与其他TC的接口管理：TC299积极与负责机械安全基础标准的ISO/TC199、负责电气安全的IEC/TC44等委员会协同工作，确保ISO10218-2与通用机械安全标准、工业电气安全标准等不产生冲突，形成完整的标准化体系。对中国的影响中国是ISO/TC299的积极成员（P成员），并派出了来自国家机器人标准化总体组、中国科学院沈阳自动化研究所、上海电器科学研究院、新松机器人等单位的专家深度参与。他们将中国的产业诉求和技术实践反馈到国际标准中，例如，中国在协作机器人、重载机器人应用方面的经验数据对新版标准中负载、速度安全阈值的设定提供了重要参考。同时，该标准的发布也直接推动了我国国家标准GB11291.2的修订工作，保持与国际标准同步。五、结论与展望ISO10218-2:2025《机器人技术安全要求第2部分：工业机器人应用和机器人单元》的发布，标志着工业机器人安全标准化进入了一个崭新的阶段。它不再仅仅是技术规范的集合，更是一种风险管理和系统工程的哲学体现。该标准通过引入更为精细的协作安全要求、强化风险评估与验证流程，以及对软件和数据安全的初步关注，为日益复杂和智能化的工业机器人生态系统提供了清晰、可行且具有前瞻性的安全指南。展望未来，工业机器人安全标准将向以下方向持续演进：1.人工智能（AI）与安全：如何评估和保证搭载了机器学习和人工智能决策算法的机器人系统的安全性，将是下一阶段标准化的热点。AI的行为不可预测性对传统的“确定性”安全验证方法构成了挑战。2.多源信息融合与动态安全：未来的机器人将集成更多传感器（视觉、力觉、触觉、激光雷达），安全系统不再依赖单一信源。标准需要解决如何通过置信度评估和冗余校验来融合这些信息，实现动态、智能的风险避让。3.人的因素深度融入：安全管理将越来越关注操作人员的心理状态、疲劳度以及技能熟练度对安全交互的影响。标准可能引入基于工效学和认知科学的评估模型。4.网络安全（Cybersecurity）要求的强化：随着OT与IT深度融合，机器人单元成为网络攻击的潜在入口。未来标准将更加强调安全通信协议、安全