各個行業自動化和生產制造系統都在持續發展以跟上新的市場趨勢，但那些在系統上或附近區域工作的人員的安全，仍然是一個關鍵問題?，F在可以使用最新更新的標準ANSIB11.20-2017——集成制造系統的安全要求，來幫助行業了解與工人安全相關的指南、趨勢和要求。

隨著工業4.0、工業物網絡(IIoT)、智能制造和最新的自動化技術(如動力受限的機器人和伺服驅動設備)的融合，大規模定制將推動制造業向更加靈活的、按需生產模式轉變。這一行業模式的核心之一就是集成制造系統(IMS)。

集成制造系統一般包含以下要素：

●包含兩臺或多臺工業機器：可以彼此獨立操作，也可以是用于制造、處理、移動或包裝的分立零件或組件；

●由物料處理系統連接的；

●通過控制系統相互連接，以實現協調操作。

集成制造系統通常與機器人系統相關聯。因為機器人經常與至少一臺其他機器組合在一起成為一個單元(見圖1)。不過，將一個系統定義為集成制造系統，機器人并不是必須的。

圖1:圖中所示是集成制造系統的一個例子，它體現了ANSIB11.20-2017-集成制造系統的安全要求中的一個概念。圖片來源:Sick

安全標準

由于現有的集成制造系統不斷更新，并且引入了額外的系統來滿足市場需求，因此在集成制造系統上或周邊工作的人員的安全至關重要。ANSIB11.20-2017旨在解決潛在的安全問題，并幫助實現工作環境安全。這一標準已更新到第三版，并于2017年9月12日獲得批準，它是ISO11161:機械安全-集成制造系統-基本要求的美國版本，從2007年以來，在歐洲兩者是一致的。

ANSIB11.20是第一個解決復雜自動化系統安全問題的標準，這些問題都源自將單個機器集成到一個更大的協調系統中。第一版的ANSIB11.20頒布于1991年，其后是其歐洲版的ISO11161,頒布于1994年。ANSIB11.20的第二個修訂周期完成于2004年；ISO11161在2011年完成更新。2017版的B11.20介紹了目前適用于集成制造系統的行業最佳做法，這些實踐已經在過去的一年中得到了發展和完善。

ANSIB11.20旨在指導供應商、用戶、修改人員和在集成制造系統上或周邊工作的人員。每個集成制造系統的大小和復雜性都各不相同，并且可能包含需要不同專業知識的各種技術。

集成制造系統應該被認為是一個新的、不同的系統，而不是它的組成部分的總和。危險通常是特定集成制造系統所特有的。危險的數量和類型直接關系到自動化過程的性質和安裝的復雜性。與這些危險相關的風險，因所使用的機器類型、用途、安裝、編程、操作和維護的方式而不同。

供應商計劃將獨立運行的單個機器集成到集成制造系統中，以進行協調運行，這通常會引入新的或額外的危險，而這些危險是很多原始設備制造商(OEM)沒有預見到的。更新的標準涉及到與安全相關的機器和設備互聯的重要方面。換言之，也可能存在適用于特定機器的標準來提供指導，以減少與每臺機器相關的風險以及它們所帶來的獨特危害。

劃分控制區域

在2017版的標準中，進一步強調了被稱為"布局分析"的過程。此過程類似于(并且可以被合并到)風險評估，建議在較大的系統中創建單獨的區域。保護在這些區域內的人員通常需要靈活的存在傳感技術和與安全有關的邏輯系統，以確定在特定區域內，是否允許出現危險工況存在。

將集成制造系統劃分為較小的控制區域的最大好處是，例如在生產模式下，允許工作人員在安全的情況下訪問自動化系統的某些部分，同時仍允許其它部分保持運行狀態。這有助于最大限度地提高系統的生產率和產量；對單個組件所需的任何修改(如維護、更改、設置等)，都不需要關停整個系統(請參見圖2)。

圖2:布局分析是ANSIB11.20-2017標準要求的一部分。圖中所示是集成制造系統中控制區域的一個示例。

為了確定系統中的控制區域，布局分析過程包括以下步驟：

●確定機器和系統的限制；

●從風險評估中識別任務/風險對；

●確定任務區域和控制區域；

●選擇減少風險的措施；

●確定安全相關控制裝置的控制范圍。

此外，布局分析過程是一個迭代過程，可以作為減少風險的一部分重復進行，并可能會導致下列一項或多項操作:

●修改布局、集成制造系統的功能或限制；

●修改或添加新的特殊運行模式；

●變更或修改設備以取消或修改任務；

●確定新的訪問方式；

●修改任務的執行方式。

當剩余風險和集成制造系統功能可接受時，布局分析就完成了。

ANSIB11.20-2017詳細的解釋了布局分析過程，并專門用30頁的附件，來提供使用過程的詳細示例。

特殊操作模式

新標準還提出了一個決策過程，用于確定何時需要其它"特殊"模式，來操作集成制造系統內的設備，而這在設備獨立運行或設備供應商預見的典型方式下是不需要使用的。

"特殊模式"的概念近十年來一直以某種形式存在。當第一次出現時，這個概念被稱為"過程觀察"，并已包含在目前的工業機器人系統和集成的安全標準中，ISO10218-2:2011機器人和機器人設備。在美國，這個標準被采納為ANSI或RIAR15.06-2012:工業機器人和機器人系統-安全要求，在加拿大則是CAN/CSAZ434-14:工業機器人和機器人系統。但是，ANSIB11.20-2017認為，過程觀察并不是此決策過程仍然適用的唯一特殊操作模式。

在特殊模式下運行集成制造系統，需要結合特定的風險減少措施和安全的工作程序，以便在特殊模式處于活動狀態時為操作員提供保護。特殊模式通常通過限制速度、位移、扭矩、通道等方式，來限制潛在的危險工況。它還限制了特殊模式不需要的潛在危險(例如，允許螺桿慢速運動允許清洗，但禁止其它運動或位移)。

ANSIB11.20中提供的決策過程，幫助集成商和系統用戶進行重點通信，以確定是否可以安全地將特殊模式實現到集成制造系統中。一旦實現，每個特殊模式應該有唯一的命名，以便工作人員知道其功能。

圖3:集成制造系統的典型機器人焊接應用。

隨著最新版本的ANSIB11.20在行業中開始應用，這些元素將被設計工程師測試和采用。預計，支持"特殊模式"的決策過程，可以有效地應用于使用協同操作的機器人系統的安全設計。協同操作被定義為特定設計的機器人在限定的工作空間內與人類直接協作的狀態。

由于具有動力限制功能(也稱為協作機器人)的機器人越來越受到歡迎，最終用戶將繼續尋找新的和創造性的方法，與以前未被部件供應商或系統集成商考慮的系統進行集成和交互。ANSIB11.20-2017中描述的"布局分析"和"特殊模式"的概念將持續發揮作用，成為復雜自動化系統設計者必備的工具。