采取动态的安全方法

机器安全见解

• 工业4.0和数字孪生为制造商提供了通过增强态势感知来提高安全性的机会。
• 资产管理外壳(AAS)在资产和生产编排系统或工程工具之间交换与资产相关的数据，并充当工业4.0对象的链接，这可以让制造商更好地了解如何提高安全性。

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企业信息技术(IT)和操作技术(OT)的融合使系统和设备能够在全球范围内交换和解释共享数据。通过结合物理世界和虚拟世界的优势，网络物理系统有可能显著提高行业绩效，促进新产品的开发，并激发创新的商业模式，因为真实系统可以使用数字孪生以多种方式建模。

如今，数字孪生与现实世界的工厂并行运行，在那里，成千上万的传感器不断收集和处理数据，无论是在本地还是在更大的范围内。数字孪生接收来自产品或资产的连续实时数据，以创建该物理对象的虚拟表示。由于该物体可以全天候监控，因此增强了态势感知能力。

资产管理壳(Asset administration shell, AAS)是德国工业4.0平台(platform Industrie 4.0)提出的一个术语。每个I.40资产都分配了一个AAS，它在资产和生产编排系统或工程工具之间交换与资产相关的数据。由于AAS包含资产的所有信息和功能，因此它充当I4.0对象之间的链接，允许使用许多不同的通信通道和应用程序。

原子吸收系统可用于:

• 非智能和智能产品

• 涵盖产品、设备、机器和设施的整个生命周期

• 允许整合价值链

• 作为自主系统和人工智能发展的数字基础。

对于包含自适应和智能功能的系统，弹性变得至关重要，并被添加到可信度要求列表中。价值链上协作基础设施的可信度是稳定运营的先决条件。

风险管理和机器安全

虽然工业4.0在几个领域降低了风险，但连接接口的范围和灵活性带来了一系列新的风险问题。随着生产设施变得越来越复杂，运营商必须管理一个快速发展的系统，该系统包含多种相互依赖关系，同时最大限度地减少停机时间。因此，考虑风险的变化是至关重要的，这就是为什么工业4.0需要一种针对每个实际用例定制的新的风险管理方法。

随着这些相互依赖和动态变化的工业4.0系统所创造的灵活性的增加，引入了新的复杂性和挑战，从静态风险评估转向动态风险评估。因此，分析和评估人类、财产和环境面临的潜在物理和网络风险是一项具有挑战性的任务。

机械安全标准定义了一套在型式认证期间使用的一般物理危害。然而，目前的标准，如ISO 12100 -机械安全-设计的一般原则-风险评估和风险降低，并没有围绕机器连接和互操作性的概念设计。传统的安全概念没有考虑可能产生新危害的网络威胁的来源和影响。

在实践中，当机器在特定应用程序环境中运行时，其极限和适用的危险情况可能与最坏情况和独立场景下考虑的情况有很大不同。机器对机器的交互也可能产生额外的危险情况。

举个例子，一辆自动导引车(AGV)在最终接近一台机器进行对接时，可能会造成两个工业资产之间的碰撞风险。通过在AGV设计中采用两种安全措施——速度控制系统和停车制动系统控制，可以降低这种不安全的对接事件风险。

虽然在密闭区域内对人类没有风险，但这些措施对于保护工业资产免受损害是必要的。使用上下文敏感的安全方法可以实现财产保护的目标，同时提高系统效率。

第三个场景示例着眼于流程优化，其中操作停机和瓶颈可能不会对人员、财产和环境构成风险，但它们可能会影响系统性能。具有不同最大额定速度的agv，依次在队列中航行，受到队列第一的最大速度的限制。如果车道宽度和与相邻障碍物的间隙距离被认为是安全的——例如，没有人可以在不被检测到的情况下进入AGV的路径——那么系统可以改为平行导航。这种上下文敏感的安全性可以实现更高的速度、更好的导航灵活性和更高的效率。

上面的场景证明了对适应性生产系统的需求，该系统能够在运行时监视和识别危险情况，以确保在当前实践中处理剩余风险。除了传统最坏情况方法的局限性之外，系统操作员还应该意识到安全装置可能被有意识地操纵或无意地修改的现实情况，因为这些情况可能导致严重事故。

自适应安全

为了满足工业4.0的新需求，需要一种新的事件触发的动态风险评估和安全措施的自动验证方法。这将有助于系统设计人员和操作人员在虚拟模拟和现实应用中导航复杂的风险景观。这需要持续和全面的风险评估，以确保在智能制造环境中稳定运行，提高生产力并减少停机时间。这需要物理制造系统的数字或虚拟表示，使用数字双胞胎和资产管理外壳。这些所谓的网络物理系统结合了物理世界和虚拟世界的优势，具有显著提高工业绩效的潜力，因为这些系统可以通过多种方式使用数字孪生模型进行建模。

虽然数字孪生和AAS可以帮助制造商优化性能并准确预测业务障碍，但他们也面临着导航复杂的新风险环境的挑战。有效的安全和保障是关键的挑战，因为这可以与资产所有者和运营商建立信任，但将现有的风险评估标准应用于以多种交互和数据流为特征的动态I4.0操作环境变得越来越不可能。

数字孪生体拥有定制的安全和安保配置文件至关重要。应该对安全概要文件进行建模，以从一般和特定于应用程序的角度描述资产安全性。然后，这些概要文件应该由推理引擎根据实际的应用程序约束进行处理，以定义实际应用程序中的限制和风险缓解功能，从而在运行时提供自动化的风险评估。

达伦·休斯顿-罗伯茨是TÜV SÜD的机械安全主管。这最初出现在欧洲控制工程的网站。编辑克里斯·瓦夫拉，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．

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关键词:机器安全，运行管理

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参见更多的机器安全故事//www.globalelove.com/mechatronics-motion-control/machine-safety/

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