安全系统失效带来的危害和损失促使生产厂商加快了技术改进的步伐。新型安全控制系统实现安全功能与控制功能的有效集成，安全已不再只是降低危险损害的一种方式，更成为企业提高生产率和竞争力的一种手段。
        机器安全究竟离我们有多远？根据美国职业安全与健康研究所(NIOSH)的调查，与机器设备相关事故的致命率仅次于机动车辆相关的事故。高铁出轨、电梯故障、地铁追尾……近来身边频发的事故引发了全社会对安全的普遍关注和重视。2011年10月，罗克韦尔自动化“解码安全自动化”会议和德国莱茵TÜV首届大中华区国际功能安全峰会相继在上海举办，共同深入探讨了安全话题和发展趋势。
        安全功能集成驱动生产率
        传统的机器安全设计和自动控制设计相对独立，机器通常需要完全停止才能进行维修、维护或任何操作员操作，不仅停机时间增加，成本上升，甚至容易导致伤亡事故的发生，引发生命财产安全。让我们来简单算笔帐，看下安全事故潜在的成本（见图1）。

图1   安全事故潜在成本分析

        不难看到，安全事故带来的直接和间接成本类别多样，颇为可观。罗克韦尔自动化高级行业顾问George Schuster在其有关机器安全的论述中指出：假如生产停机一分钟的代价是10000美元，工厂平均每年停机3000次（每天8次），每次停机2分钟，那么仅此项损失每年就至少达到6000万美元。显然，如果仅将安全措施视为惩罚措施或者合规工作，尽管短期设备成本支出相对较少，但是由此带来的维护和赔偿成本却大大增加，得不偿失。
        越来越多的生产厂商考虑将安全技术集成到各种标准自动化产品中（如可编程自动化控制器、可编程安全继电器、变频器和伺服驱动器），以减少系统失效可能带来的损失。贝加莱ACOPOSmulti系列安全伺服驱动器通过openSAFETY无缝集成于POWERLINK网络中，使针对错误的响应时间缩短了10倍。带SafeMC（安全运动控制）功能的ACOPOSmulti通过SafeLOGIC安全逻辑控制器和X20安全I/O无缝集成于系统中，Automation Studio中的SafeDESIGNER工具包实现面向对象的安全编程，这一集成安全技术增加设备安全性的同时提高了机器的动态特性。（更多信息请访问：http://www.cechina.cn/1111-023.aspx）
        在先进技术和行业标准影响下，安全功能集成的设计在生产运用中日益显示了其灵活性和成本效益。标准和安全部分共用系统组件，降低了硬件成本；采用单一软件程序，有助削减培训和支持费用；操作和维护人员通过机器或系统HMI查看安全事件，凭借信息的可见性www.cechina.cn，更为迅速地诊断问题、执行服务，恢复机器设备的全面生产状态。更为重要的是，制造商能够在各种运行和维护情形下对创建的安全区域进行独立管理，操作人员和维护人员不再需要撤除相应机器设备的所有能源供应即可执行工作（比如清洁、检查等等），减少上锁/挂牌（LO/TO）停机时间，人员安全得到进一步保障。本次应邀来华参加安全会议的国际知名安全专家J.B.TITUS先生在其观点中强调：“预防安全事故的投资远远低于事故发生后带来的直接和间接成本。安全不再是一种成本负担，而是区分不同公司、提高效益的一种手段。”在设备的设计阶段就整合安全功能，所包含的财务回报早已不限于事故和医疗费用的成本降低，甚至成为提升机器性能和经营业绩的一种重要手段，帮助机器制造商在潜在客户面前脱颖而出。

3M公司采用罗克韦尔自动化的安全控制系统实行胶带粘合剂生产线系统改造。Allen-Bradley GuardLogix 可编程自动化控制器帮助实现跨系统通信，存储诊断数据以便进行跟踪。利用DeviceNet Safety I/O、启动器和编码器的即插即用功能在减少系统接线的同时增强了诊断功能。3M还安装了FactoryTalk View 人机界面软件用以收集运行数据并监视机器状态。新安全控制系统设计快速，帮助3M公司轻松通过了加拿大的预启动安全审核。（更多信息请访问：www.cechina.cn/1111-024.aspx）
        资料来源：Rockwell Automation

        以长远视角深化安全意识
        尽管安全功能集成在降低危险、提高生产率方面的作用受到肯定，在实际推广中很多机器制造商仍然不愿使用集成安全方案。究其原因，罗克韦尔自动化（中国）有限公司全球标准及贸易部中国地区经理华镕表示可能有几方面考虑：“1、机器制造商希望降低设备的成本，而集成安全短期的支出成本会增加；2、国家强制执行安全标准的力度不够，要做强标有一定的难度；3、最终用户不愿意投入，对操作人员的安全重视程度不足。”这些因素的综合导致了实际推广中的瓶颈。
        对于机器制造商而言，都希望在降低成本的同时实现收益最大化，不同类别的公司采取了截然不同的做法：被动响应的公司更计较眼前的成本投入，对安全抱有侥幸心理；而先发制人式的公司则着眼于集成安全功能设计带来的长远效益。长期效益与短期效益孰重孰轻？这是个很值得深思的问题。一个企业要想做强做大，实现可持续发展，必须基于长远发展的综合视角，德国莱茵TÜV大中华区功能安全负责人赵斌称：“尽管安全设计短期很难看到效益，但是当危险发生的时候，安全控制系统正确地执行了功能避免危险，减少了对环境、人及财产的很多损失。这就是安全集成的最大好处。”
        保障安全不仅是基于提高生产率、增加效益的考虑，也是对生命、财产、环境的一种责任和义务，加强安全意识责无旁贷。安全专家J.B.TITUS强调：“必须经常和客户交流，强调安全系统的增加是一种竞争优势。”最终用户对安全理念的坚持可以迫使一些安全认知度不高的机器制造商采用相应的安全控制产品，而当机器制造商对安全有了足够的认知，在设备设计阶段就将安全列入考虑中，这才意味着安全理念推广的基本成功。
        威琅电气（中国）总经理刘伟在接受CEC访谈时介绍了威琅在推广安全产品和解决方案时的做法：“我们和德国莱茵TÜV合作推广国际安全理念，与合作伙伴共同组织安全产品会议，并且通过手册、座谈会、媒体见面会等多种途径宣传这种安全理念。”诚然，安全观念的改变仅靠某几家企业的努力是不够的CONTROL ENGINEERING China版权所有，需要通过各个方面的共同合力深入推广，包括政府在安全生产相关法律、法规、标准等立法监督执行方面的努力，也需要借助媒体等社会舆论，使安全理念和安全意识深入人心。这是一个漫长的过程。
        关键的风险评估
        要实现高水平的功能安全，最大限度地降低危险损失并获得相应收益，不是一件一蹴而就的事情。功能安全是个系统概念，不是单个产品；功能安全还是一个持续的概念，不是系统交付就完成了，需要不断验证，直到系统退役。功能安全生命周期（在标准IEC 61508和IEC 62061中定义）为“整合设计”安全理念提供了基础框架，其核心目标是排除导致事故发生的原因（见图2）。通过对潜在危害的风险评估CONTROL ENGINEERING China版权所有，清晰机器的功能与限制，设计出可持续应用的安全系统，并在生产实践中不断检验、完善。罗克韦尔自动化的华镕表示：“功能安全的实现需要企业建立切实可行的安全策略，从上至下贯彻执行。这不光是个技术问题，还是个管理问题。说到容易做到难。”

图2  功能安全生命周期 （根据Rockwell Automation资料整理）

        执行危险分析和风险评估是功能安全生命周期的第一个阶段。风险评估是公司分析工厂内与机械或机械组有关的潜在风险的过程，它包括风险识别、风险量化和风险减轻（见图3），有助于帮助制造商找出机器上存在的特定危险，通过分析危害来量化风险控制工程网版权所有，并且制定缓冲技术使风险降低到可接受水平。在设计之前进行风险评估，可以在不降低生产率的同时使人员、过程和机器更加安全，最大化生产能力。安全专家J.B.TITUS称：“将风险评估纳入企业文化，有助更安全地操作机器，购买和维修机器成本降低，能够更加灵活地适应不断变化的要求。”

图3  风险评估过程（根据Rockwell Automation资料整理）

        实施风险评估后，须在设计阶段尽可能将危险加以排除或缓解；对于无法避免的危险，可以采取必要的安全防护措施；此外，还应提供适当的培训CONTROL ENGINEERING China版权所有，确保操作员理解包括个人防护装备在内的安全措施。三个方面相互结合，以减少潜在人员的伤亡、环境影响和财产损失。
        越来越多的厂商意识到功能安全的重要性，在风险评估基础上，在设计阶段就考虑采用技术手段来规避潜在危险。德国莱茵TÜV的赵斌认为：“若系统的开发遵照功能安全的要求，可大幅提高产品的安全性，同时可用性也应该是厂家在研发产品时考虑的一个重要因素，两者在设计上并不冲突。”有效实现安全系统与控制系统的集成而不是在设备成型后作为一个增加属性，更加符合多方利益。
        国际安全标准升级，我们准备好了吗？
        随着技术的发展，规范和引导功能安全的机器控制系统功能安全标准也在不断完善，使制造商的生产活动受限于标准范围内，尽可能地减少危险的发生。欧盟委员会新的机械安全标准EN ISO 13849-1:2008将于2011年12月31日起全面实行，完全取代原有的EN954-1标准。EN ISO 13849-1（机械安全-控制系统的安全相关部分）或EN/IEC 62061（机械安全-电气、电子和可编程电气控制系统的功能安全）成为新的欧洲机械指令下可接受的功能安全标准。这两个标准使用不同的方法，但产生的结果是相同的。每个标准的方法体系都适用于其目标用户。
        新的标准继承了老标准的部分思想，顺应技术发展的需求加入了对软件等新技术的要求。功能安全应用标准对安全产品（光栅、阀门、执行器、安全继电器、安全光幕、安全毯、安全门闩、安全控制器、安全开关、接近开关、安全扫描仪等）的开发也作了进一步规范，每个安全组件都必须具有指定的“危险失效概率”或“平均危险失效时间”。罗克韦尔自动化长期以来一直走在支持新标准的前列，其市场开发部经理Dan Hornbeck解释了支持的两个重要原因：第一，新的标准帮助用户提高了当今复杂机械的安全；第二，结合新技术和设计经验，支持新的EN ISO 13849-1标准能够帮助各家公司提升总体机械效率、生产力和灵活性。
        对于机器制造商和系统集成商来说，新标准的实行，使得采用新技术有了依据，可以加快新技术在机械产品上的应用；同时由于功能安全标准的复杂性，安全质量要求提高，机械产品的保护成本将上升，对很多厂家造成了研发困难。为了遵守新标准，许多机械制造商和控制系统供应商都投入了大量的时间和资金，但是根据CONTROL ENGINEERING年初的调查显示，仍然有很大部分的厂家并没有完全做好应对准备，并且希望能够获得外部协助。

        就中国而言，作为一个机械制造业大国，发达国家制定的专门的机械安全法规和标准，就像无形的贸易壁垒，使得中国的许多机械产品由于安全性问题无法出口。随着欧盟新标准的全面执行，中国制造业必须水涨船高，进一步提高产品质量才有可能拓展欧洲市场。谈及欧盟新的机械安全标准对中国企业可能产生的影响，德国莱茵TÜV的赵斌表示机遇与挑战并存：“国内制造商急需考虑的是如何满足标准的要求，从低附加值的产品制造企业走向具有高附加值的产品研发创新的模式，改变系统集成商只能靠使用国外已认证的产品来满足标准要求的现状。如果能够尽早考虑功能安全，将会给企业带来巨大的经济效益。”罗克韦尔自动化的华镕对前景总体看好：“很多行业都要求强制执行安全标准，如果大环境发生了变化，中国的市场还是非常大的。”
        不仅中国的企业需要积极应对迎接EN ISO 13849-1:2008，新标准的全面实行对中国的机械标准同样是个调整契机。中国目前的机械安全分为基础标准（A类）、通用标准（B类）及专业机械标准（C类）。就标准的性质而言，基础类和通用类标准通常为推荐性的，部分安全要求方面的标准为强制的，而产品类的安全标准有一部分是强制的，在理念、体系、监管等方面，目前与发达国家相比还存在一定差距。上海市科技功臣、同济大学现代制造技术研究所张曙教授对CEC表示：“欧盟新标准必将提高进入欧洲的产品安全要求。相信我国也将随之制定相应的新标准。”
        机器安全问题、安全自动化问题的发生隐患可能存在于生产安全产品、防范方案的设计细节中，但其根源还是对生产安全的警惕性和重视程度有所放松。管理制度的缺失和在岗人员安全专业素质的问题都在近期国内造成较大社会影响的安全生产事件中有所曝光。因此，国内生产企业无论是加强安全自动化建设，还是学习国际先进的安全标准，都恰逢其时。正如中国机械安全标准化技术委员会主任委员李勤在接受媒体采访时所言：只有和国际标准接轨，加强机械安全标准的研究和宣传贯彻工作，规范产品安全设计，强化安全管理，加强市场和舆论监督，才可能真正在机械设计、制造和使用的全过程中实施安全标准，从根本上减少机械伤害事故的发生。