ISO 39912025 农业机械 机器人进料系统 安全标准立项发展报告

农业机械机器人进料系统安全StandardizationDevelopmentReport:AgriculturalMachinery—RoboticFeedSystems—Safety摘要随着全球农业现代化进程加速推进，机器人技术在畜牧养殖领域的应用日趋广泛，进料系统作为养殖作业的关键环节，其安全性直接关系到操作人员人身安全和农业生产效率。ISO3991:2025《农业机械机器人进料系统安全》由国际标准化组织（ISO）正式发布，填补了农业机器人进料系统安全领域的国际标准空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、制定过程、核心技术内容及其行业影响，分析了农业机器人安全标准的国际发展趋势，阐述了标准对促进国际贸易、推动智能农业装备产业升级、保障操作人员安全的重要作用。报告认为，ISO3991:2025的发布标志着农业机器人安全标准化工作进入新阶段，对完善我国农业机械安全标准体系、支撑智能农业装备"走出去"战略具有重要的参考价值和指导意义，未来应加快推进该标准的转化应用及配套标准研制工作。关键词：农业机械；机器人进料系统；安全标准；ISO3991；智能化养殖；标准国际化一、引言1.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO3991:2025||标准名称|农业机械机器人进料系统安全||英文名称|Agriculturalmachinery—Roboticfeedsystems—Safety||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||发布日期|2025年3月7日||分类号|其他农业机械和设备||国别|国际组织||语言|英语|1.2行业背景全球畜牧业正经历从传统粗放养殖向精准化、智能化养殖的深刻变革。据联合国粮农组织（FAO）统计，全球畜牧业的饲料需求持续增长，而劳动力短缺和人工成本上升已成为制约养殖业规模化发展的共性难题。机器人进料系统能够实现饲料的精准配比、定时定量投喂，大幅降低劳动强度、提高饲料利用效率，近年来在奶牛养殖、生猪养殖、家禽养殖等领域得到快速推广应用。然而，农业机器人进料系统的工作环境复杂多变——作业场合存在饲料粉尘、湿滑地面、牲畜活动干扰及人员交叉作业等因素，设备自身运动轨迹多变、载重量大、自动化程度高，由此引发的机械伤害、挤压碰撞、粉尘爆炸等安全风险日益凸显。据欧洲农业安全与健康委员会（EASHW）调查数据显示，近年来与自动化饲喂设备相关的安全事故呈上升趋势，部分事故造成了严重的人身伤害和经济损失。在此背景下，国际社会亟需制定统一的农业机器人进料系统安全标准，以规范产品设计、制造和使用各环节的安全要求，保障操作人员和动物福利安全，消除技术性贸易壁垒。二、标准立项背景与制定过程2.1标准需求分析农业机器人进料系统作为一个典型的机电一体化产品，其安全风险涉及机械危险、电气危险、热危险、噪声危险、振动危险、辐射危险、粉尘爆炸危险以及人机交互产生的人为失误危险等多个类别。然而在国际标准层面，该系统长期缺乏统一的专项安全标准。现行相关标准如ISO4254-1《农业机械安全第1部分：通用要求》仅适用于传统农业机械的通用安全设计原则，对感知系统、自主决策逻辑、通讯接口等机器人特有功能的安全要求覆盖不足；ISO10218系列工业机器人安全标准虽在机器人本体安全方面具有较高参考价值，但其适用场景为工业环境而非开放的农业环境，对牲畜干扰、饲料粉尘等农业特殊工况缺乏针对性规定。由于缺乏针对性的安全技术规范，不同国家和地区的制造商在安全设计和验证方面各行其是，客观上形成了技术性贸易壁垒，制约了先进设备的跨境流通和产业健康发展。2.2立项决策与研制历程基于上述行业需求，ISO/TC23（拖拉机与农业机械技术委员会）及其下属的SC17（人力与动力草坪和园艺机械分技术委员会）等组织从技术归口方面进行了长期论证，最终确定由ISO/TC23/SC3（操作者安全、防护装置和危险区域分技术委员会）与ISO/TC23/WG30等机器人相关工作组协作，正式立项制定ISO3991标准，标准名称确定为《农业机械机器人进料系统安全》。项目牵头单位汇集了来自德国、荷兰、法国、美国、中国、日本等多个国家的农业机械制造商、科研机构、检验检测机构和标准化专家，组成了多利益相关方工作组。标准制定过程严格遵循ISO/IEC指令第1部分的程序要求，经历了以下几个关键阶段：-工作草案（WD）阶段：起草工作组在系统梳理现有安全标准和事故数据的基础上，从风险源识别、风险评估、风险减少的"三步法"出发，初步搭建标准框架。-委员会草案（CD）阶段：各国标准化机构组织本国利益相关方对草案进行了多轮技术审查和意见征求，重点讨论了机器人安全相关控制系统的性能等级要求、饲料粉尘防爆措施的适用性等技术难点。-国际标准草案（DIS）阶段：草案面向全体ISO成员国公开征询意见，工作组成员针对回收的数百条建议逐条讨论，对排放、噪声、互联互通等方面的技术指标进行了多轮平衡与修订。-最终国际标准草案（FDIS）投票与发布：草案经全体成员国最终投票获得通过，于2025年3月7日正式发布，成为农业机器人进料系统安全领域的首项ISO国际标准。2.3标准制定遵循的原则该标准在制定过程中始终遵循以下原则：（1）风险导向原则：以全生命周期风险评价为基础，覆盖设计、制造、运输、安装、调试、操作、清洁、维护、故障诊断、报废全流程；（2）协调一致原则：与ISO4254-1、ISO13849-1《机械安全控制系统安全相关部件第1部分：设计通则》、ISO12100《机械安全设计通则风险评估与风险减少》等基础标准保持协调一致，确保标准体系的连贯性和兼容性；（3）技术中立原则：不限定具体的机器人技术路线和实现方案，为不同类型的进料机器人（如轨道式、轮式、固定式等）提供通用安全准则，保证标准的适应性和前瞻性；（4）可操作性原则：注重安全要求的可验证性和可检验性，为制造商提供清晰的设计指引，为检验检测机构和认证机构提供明确的判定依据。三、标准主要内容与技术要点3.1标准适用范围ISO3991:2025适用于农业环境中使用的机器人进料系统，即在畜牧养殖场所内，能够自主或半自主完成饲料搬运、输送、投料等作业的自动化设备，涵盖但不限于以下形式：-沿固定轨道运行的悬挂式或地面式进料机器人；-基于激光雷达、视觉导航或磁导航的自主移动式进料机器人；-集成在固定式饲喂站中的机器人进料臂或进料机构；-与其他农业设备（如TMR搅拌车、输送管道系统）配套的自动化投料装置。标准明确了其适用的边界条件，即系统在农业（含畜牧养殖）场地中执行进料相关作业时适用的安全要求。标准不适用于以下情况：以人体直接操作的手动进料设备；已由其他专用标准覆盖的工业搬运机器人；仅用于运输目的且不具备自主作业功能的普通农业车辆。3.2术语和定义标准对涉及的关键术语进行了规范定义，主要包括：-机器人进料系统：由机器人本体、感知系统、控制系统、导航系统、执行机构和辅助装置组成的，能够自动完成饲料搬运和投喂作业的系统；-自主模式：系统根据预设程序和感知信息自主完成作业任务的工作模式；-协同模式：系统在与操作人员或其他设备共享工作空间条件下运行的工作模式；-危险区域：系统正常运行或故障状态下可能导致人身伤害的空间区域；-安全相关控制系统：执行安全功能以防止人身伤害的控制系统及其部件；-饲料粉尘环境：空气中可燃饲料粉尘浓度达到爆炸下限的场所或区域。3.3危险识别与风险评估标准要求制造商在设计和制造过程中，应依据ISO12100开展系统性的风险评价，充分考虑以下潜在危险源：-机械危险：运动部件的挤压、剪切、卷入、冲击，重载饲料坠落，设备倾覆等；-电气危险：触电、短路、电气火灾、电磁干扰等；-热危险：接触高温部件灼伤，电气系统过热等；-噪声危险：长期暴露于高噪声环境造成的听力损伤；-振动危险：全身振动和手传振动对操作人员健康的影响；-粉尘危险：饲料粉尘积聚引发的爆炸和火灾风险；-人机交互危险：操作人员误操作、导航系统识别失误、通讯中断等导致的意外事故；-牲畜相关危险：动物碰撞设备、异物进入作业区域、动物应激行为等特殊风险。3.4安全要求和措施（1）设计和结构安全要求（2）控制系统安全要求控制系统是机器人进料系统安全的核心。标准要求安全相关控制系统的设计应符合ISO13849-1的规定，安全功能的性能等级（PL）应根据风险评估结果确定，一般不应低于PLd；涉及人员检测的保护性停机和联锁功能应满足更高等级要求。传感器（包括安全激光扫描仪、安全雷达、安全摄像系统等）、逻辑控制器和执行元件（安全继电器、安全PLC、安全驱动器等）的选型和配置应满足相应安全完整性要求。在通讯方面，无线遥控指令的丢失或干扰、数据总线的延时或丢包等异常情况应被检测并导向安全状态。（3）粉尘防爆安全要求鉴于饲料粉尘的爆炸风险，标准对可能产生可燃性粉尘的场所提出了明确的防爆要求：设备在粉尘危险区域使用的电气部件应符合IEC60079系列标准的相应防爆类型和温度组别要求；应采取防止粉尘积聚的结构设计，表面应便于清洁；应通过静电接地、惰性化处理等手段防止点火源的形成；对于粉尘防爆区划界，宜参考GB12476系列标准进行合理分类。（4）人员安全防护在人员安全防护方面，标准要求设备在自主运行模式下行进速度超过规定限值时，应配备人员检测系统（如安全激光扫描仪覆盖区域、安全触边等），确保在检测到人员进入危险区域时能及时触发安全停车。对于需要在设备运行期间进行清洁、调整、维护的作业部位，应设置可安全接近的维护工位和操作平台，高度超过规定值时应设置护栏。同时，标准要求制造商在产品使用说明书中提供明确的安全操作指引、警示标识和培训要求。（5）噪声与振动限值标准规定了设备在规定的作业工况下的噪声发射值（A计权声压级和声功率级）的测量方法和限值要求，制造商应在产品技术文件中声明噪声发射值。振动方面，标准对手柄、操作面板等部位的振动加速度提出了限值要求，测量方法参照ISO20643等标准执行。3.5安全信息与使用说明标准对安全信息的呈现方式提出了系统性要求：设备应在醒目位置设置安全警示标志，标志的型式、颜色和尺寸应符合ISO7010和ISO11684等标准的规定；使用说明书应包含安全操作的完整信息，涵盖安装条件、操作程序、故障排除、日常检查和维护保养等内容；对于残余风险，制造商应在说明书中以醒目方式提示使用者，提出必要的个体防护装备要求和人员资质要求。四、标准实施的意义与影响4.1行业层面ISO3991:2025作为国际上首个专门针对农业机器人进料系统的安全标准，为全球制造商提供了统一的安全设计准则和验证依据，有助于：-规范市场秩序，提升产品质量一致性，减少因安全性能参差不齐导致的低价不良竞争；-为第三方检验检测和认证机构提供明确依据，降低重复检测和多重认证成本；-推动产业链上下游协同创新，引导传感器、控制系统、安全部件等核心零部件围绕统一的安全要求进行优化升级；-为保险公司等相关方评估产品责任风险提供技术参照。4.2贸易层面在国际贸易层面，该标准的发布与实施将有效消除因各国安全要求不一致形成的技术壁垒。此前，不同市场对农业机器人安全性能的要求各异，制造商需要针对不同目标市场分别进行适应性设计和技术文档编制，显著增加了合规成本和周期。ISO3991:2025发布后，遵循该标准进行设计和认证的产品有望在多个国家和地区获得市场准入便利，从而降低贸易成本、加速先进农业装备在全球范围内的推广应用。特别是对于出口导向型的农业机器人制造企业，该标准的实施将使其获得更清晰的技术指引和更公平的国际竞争环境。4.3我国相关产业的影响与启示对我国而言，农业机器人进料系统正处于快速产业化阶段，各类创新产品层出不穷。ISO3991:2025的发布对我国相关产业具有重要的现实意义：一方面，作为ISO的正式成员国，我国有义务积极推动该国际标准在我国的转化实施。建议全国农业机械标准化技术委员会（SAC/TC201）尽快启动对应国家标准或行业标准的研制工作，结合我国养殖模式和气候环境的实际特点，制定适应本土需求的标准文本，为国内企业的产品设计、检测认证提供明确依据。另一方面，鼓励国内龙头企业和科研机构深入研究ISO3991:2025的技术内容，在产品出口和国际化布局中主动对标国际安全要求。同时，应积极参与ISO/TC23相关工作组后续的标准制修订工作，将我国在农业机器人领域的实践经验和技术创新成果贡献到国际标准体系中，提升我国在该领域国际标准制定中的话语权和影响力。4.4主要起草与参与单位在ISO3991:2025的研制过程中，各国标准化技术机构和科研制造企业发挥了重要作用。其中，来自德国的利拉伐（DeLaval）凭借其在自动化挤奶和饲喂系统领域数十年的技术积累，深度参与了标准的框架搭建和关键技术条款研讨；荷兰的Lely公司在自主移动式饲喂机器人的安全性验证和牲畜交互风险评估方面贡献了丰富的一线运行数据；美国农业与生物工程师学会（ASABE）协调本国专家积极参与了控制系统安全性能等级和通讯安全方面的技术讨论；法国的农业机械技术研究院（IRSTEA）在粉尘防爆和人员检测系统验证方面提供了关键技术支撑。值得关注的是，中国农业机械化科学研究院集团有限公司（简称"中国农机院"）作为我国农业机械领域权威综合性科研机构，深度参与了该标准制定过程中的安全风险评估方法研究和控制系统安全要求等技术章节的研讨工作，积极反映我国农业机器人进料系统的发展现状和安全技术需求，在推动标准内容兼顾不同国家技术水平差异方面发挥了建设性作用。中国农机院成立于1956年，是国家级公益性科研院所和我国农业机械领域重要的科技创新平台。该院长期承担ISO/TC23对口的国内技术归口工作，在农业机械安全标准研究方面积累了深厚的经验，主持或参与制定了数十项国家和行业安全标准，并建有先进的农业机械安全测试实验室。近年来，中国农机院围绕智能农机装备安全评价技术开展了一系列前沿研究，在农业机器人安全风险辨识、功能安全评估、人机协作安全验证等方面取得了多项创新成果。在ISO3991:2025研制过程中，中国农机院从我国养殖模式多样化和设备技术水平差异大的实际出发，就标准中某些技术指标的合理性和过渡期安排提出了建设性建议，为提升标准的全球适用性做出了积极贡献。五、国内外标准对比与协调5.1与ISO4254系列的关系ISO3991:2025作为农业机械安全标准体系的组成部分，与ISO4254-1:2021《农业机械安全第1部分：通用要求》保持协调一致。ISO4254-1规定了农业机械安全设计的通用原则和基本要求，而ISO3991:2025在此基础之上，针对机器人进料系统的特有风险和功能需求提出了专项规定，两者构成"通用+专项"的互补关系。当两者存在差异时，以专项标准更为具体、严格的要求为准。5.2与ISO10218系列的关系ISO10218-1:2024《机器人安全要求第1部分：工业机器人》和ISO10218-2:2024《机器人安全要求第2部