内外同步规范 机械手臂工安设计有诀窍

机械手臂是智能工厂的指标设备之一，因此未来工厂安全规范中，机械手臂将会是极重要的一环，透过内部的层层节制设计与外部巡检防范，机械手臂安全将可更周全严密。

工业4.0与智能工厂成为制造业的重要趋势，而要让智能化愿景成真，自动化架构势不可免。简单来说，智能化是自动化的延伸，透过设置于自动化机台上的传感器与控制器，撷取设备各类数据后，再由后端系统分析，以制定相关策略，令设备的自动化动作有其智能意涵。在自动化系统中，机械手臂向来是极重要的一环，设置于产线中的机械手臂，与作业人员共工的机率相当高，因此如何避免人员为机械手臂所伤，就成为机械手臂的重要设计。

目前的机械手臂发展可分为线性手臂、SCARA手臂、关节多轴机械手臂等，其应用各有不同。线性手臂与SCARA手臂多用于体积较小、重量较轻的零组件组装，关节式多轴手臂则有依其设计，分为小、中、大、重型等四种区别，20kg以下为小型、20kg~60kg为中型、60kg~300kg为大型、300kg以上为大型，由于关节式多轴机械手臂的抓取物有一定重量，且产线效率要求下，动作速度都相当快，重力加速度所产生的质量相当大，若与人体发生碰撞，极容易受伤，因此中、大、重型关节式多轴机械手臂，都会使用围篱与作业人员区隔，避免发生碰撞。

机械手臂工安SOP

目前机器手臂围篱可分为实体与光栅两种。实体围篱以金属制成隔板或网状，阻绝人、物的进入；光栅顾名思义就是以光线隔绝。这两类架构都会与机械手臂链接，若有人强行进入，机械手臂会实时停止动作，以防误伤人体。

机器手臂的围篱通常在导入初期就会一并设计，由于现在这类围篱产品的技术不难，导入也容易，制造业者通常找系统厂商直接安装，这种方式通常不会设计整套的工安标准流程，其安全防护仅在机械手臂动作期间，或许有人会认为，机械手臂在未动作时不会发生意外，不必纳入相关规范，但有业者曾经发生过，维修人员身形被机械手臂挡住，也未在围篱入口挂告示牌，结果操作人员未经检查迳行开启，所幸经出声后操作人员立即关闭机台，未造成维修人员受伤。

现在机械手臂的安全设计考量，除了确保正常操作的安全外，不正常操作时的安全也需纳入，因为伤害多为不正常操作，像是今年台湾南部曾经发生机械手臂动作后，工作人员才发现抹布挂在上面，情急之下进入拿取结果受伤。业界人士指出，不管是正常操作或不正常操作，机械手臂在动作时都必须要有一定的标准化流程，以前文为例，机械手臂的维修标准流程，应是进入围篱后，先挂上作业标示牌，再从内部反锁围篱，如此一来其他人员便可清楚知道目前手臂正处于维修状态。

至于非正常操作的安全设计，这必须由设备内部设计着手，内部设计包括「安全回路」与「安全元件」的建构，这类安全设计与过去设备的思维不同。以往的设计思维是当机械手臂出现异常后，立刻发出警报，通知前端有异常发生；安全回路与安全元件的作法，则是机械手臂在动作时，回路会随时监视手臂状态，一但手臂内的安全元件未达回路所设定的标准，系统会实时发出断电指示，并通知后端管理人检查，直到手臂安全疑虑排除，才能重启系统。因此所谓非正常操作时的安全控管，在这部份的解读应为「预防非正常操作」。

另一部份的作法则是在机器手臂上设置传感器，当手臂接触人体、物品等异物时，系统会主动发出指令停止手臂动作，避免伤害持续发生，另外机械手臂也需设有以太网络通讯埠，手臂一旦有异常动作，后端会立即通知并记录，以供后端系统统计备查。

智能巡检  人机合力保工安

除了透过设备内建的传感器与通讯网络外，厂房的巡检也是机械手臂工安规范中相当重要的一环，前两年谈到智能工厂时，业界曾有人提出「无人工厂」、「关灯生产」等概念，不过设备业者指出，「无人工厂」并非智能工厂的最佳效益作法，智能工厂还是必须配置一定的人力，只是这些人力不再负责重复的制造动作，而是从事更具智能、更高附加价值的工作，毕竟多数工作，机器仍无法取代人力，其中巡检工作也是。

巡检属于智能工厂中厂务管理的一部分，透过人员的巡察，记录并实时改正厂内各处的疏失，在满布机械手臂的厂房中，人工巡检可定时确认手臂运作处的实际状况，确保机具完整以维系生产效能。

根据机器人协会的统计，设备事故问题发生因素，机械失效比例为最高，占43%，平均造成的损失达到7.2亿美元，因此设备劣化风险预知机制的建立，已成为各生产设备商的重点设计。机械手臂部份，除了前述的安全元件与安全回路的内部设计外，外部的巡检也是确保机械手臂顺畅运作的重点。

过去厂房的巡检多采纸本作业方式，由巡检人员携带表单，到各指定点检查，并以手抄记录，不过这种作法会产生几种疏失：一是容易因笔误或对表格的不熟悉造成错误，二是庞大的纸类表单加重后续的管理难度，再则是人员难以控管，无法确定是否有至各点巡察。

这种种问题，业界人士建议可利用近年来兴起的Beacon技术解决。Beacon是一种定位装置，可以蓝牙与手持式装置互联，透过手持式装置的操作，创造出大量的创意应用。Beacon这几年的应用主要在消费端，例如美国NFL球团49人队在主球场中的每个座位都设置了Beacon，观众可用手机连上Beacon点餐，不必像以往必须离开位置去摊位购餐，而由服务人员依照Beacon所显示的位置送餐，此一作法让49人队每场球赛的餐饮销售额多出200万美元。

Beacon解决纸本作业疏失

在制造现场，Beacon可取代以往的纸本作业，其作法是在定点设置Beacon，当巡检人员走近时，Beacon会主动与巡检人员手上的手持式装置连线，巡检人员也可透过手上设备记录需改善处，并将记录实时上传，而维修工程师与清洁人员也都被纳入同一平台中，看到需改善处，便可实时处理。

Beacon的作法可以解决纸本的各种疏失，首先是避免因笔误让其他员工不易辩读字迹；另外所有数据数码化后，可累积为数据库，除了简化查找动作外，庞大的数据量将可建立为更可靠的数据样本，作为相关策略的制定依据；此外Beacon的主动连线记录，可确认巡检人员有确实到场检查，杜绝纸本作业容易发生的敷衍情事。

放眼未来趋势，机械手臂已成为自动化与智能化厂房的代表性设备，随着大陆人工成本的高涨，各制造业者也逐渐加快导入速度，而机械手臂与人员的共工也势在必行，在此态势下，工安规范的制定更行重要，无论是机械手臂的内部设计或外部巡检制度，业者都必须审视本身特色，与系统整合商配合，方能制定出最妥善的相关制度。