提升直觀能力

　　人機協作的第四個優點在于，智能機器人的直觀能力提高，使編程的效率提高，也簡化了編程的步驟，降低了編程的門檻，使沒有專業編程背景的操作員可以輕松操作智能機器人。操作員可以手把手教機器人，讓它按照所要求的步驟和位置進行模擬，機器人則通過自身智能程序計算出最優路線，然后可以按照操作員工所教導的進行實際操作。

降低成本

　　人機協作的第五個優點是可以減少安全防護措施、傳感器及其編程的成本，因為之前也提到，安全防護措施及傳感器的成本幾乎占整個系統的20%到25%，將安全防護措施、傳感器及其編程的功能集成在智能機器人內部，并且通過引入人來參與生產系統，利用人的優勢來減少整個系統對于傳感器的依賴，系統集成的總成本便會相應減少。

　　通過人機協作的參與，整個生產過程也因此保持可持續發展，生產效率也同時得到持續性提高，使高成本生產國家有機會和能力保住現有的工作崗位，提升自身的全球競爭力，甚至使從低成本生產國家手中重新獲得新的工作崗位成為可能。

人機協作的挑戰

　　每一塊閃亮的金牌背后都充滿了荊棘，困難和挑戰，人機協作也不例外。如何根據實際裝配產品的大小、重量、精度和節拍要求，智能設計傳感器和機器人以及系統集成，在保證安全的前提下避免機器人停機，減少減緩速度的時間空間，成為了提升人機協作的使用率，深化人機協作率的重要前提和最大挑戰。

　　由于人機協作以及機器人應用隸屬于機器設備，所在在介紹關于人機協作的安全要求前需要先介紹機器設備的安全要求，即DIN EN ISO 13849 以及DIN EN 62061。兩個標準的側重點不一樣，DIN EN 62061 以SIL(安全集成等級)來作為評估級別，它主要從電器、電氣以及可編程的控制系統這三方面來評估整個系統的安全等級，而DIN　EN ISO 13849則以PL(執行等級) 來作為評估級別，著重于設備，從液壓部件、壓縮氣體部件和機械部件，按功能安全要求去進行評估。下圖是兩種評估標準的案例。對應每個評估等級都有其相應的安全要求。

　　在DIN EN ISO 13849 以及DIN EN 62061的基礎上，EN ISO 10218-1/-2 以及ISO/TS 15066:2016版本都有關于機器人安全需求的詳細記載，前者是規定工業機器人的安全標準，后者是規定人機協作的安全標準，以及對于人機協作系統及應用的風險評估。安全需求分為四種案例，第一種案例是, 當人進入到具有安全防護欄的封閉或者開放式工作系統之時，機器人就立刻停下; 第二種案例是，在人引導機器人進行運動的情況下，當安全按鈕被按住，機器人以緩慢的速度開始運動，反之則機器人保持靜止; 第三種案例是對于人或物體位移速度和與機器人距離的監控，當規定的安全距離被打破的時候，機器人會停止; 第四種案例是在人與機器人有接觸的情況下，對機器人功率以及力量的限制，使接觸產生的影響力小于限定值。在ISO/TS 15066:2016中通過以下這些標志來對各種危害源進行歸類和提醒。

　　鑒于人機協作工作系統涉及到人身安全，所以在規劃執行人機協作項目當中，除了要按照之前提及的標準定義項目的安全等級外，還要根據EN ISO 12100對項目進行風險評估，風險分析以及采取措施降低風險。具體的流程安排如下，首先是對整個工作系統的界定，哪些包含在系統內，哪些不屬于，在定義系統的范圍之后，就需要來識別系統中有哪些危險源，然后對于會產生的風險來進行相應推測 (此三部被稱為風險分析)。針對推測出來的風險進行風險評估，并判斷這個風險是否能夠成功規避 (至此被稱為風險評估)。 如果風險可以被規避到可以接受，那就需要去做文檔記錄并結束對此項的評估。 如果這個風險不能夠被規避，則需要通過變更系統設計，添加額外的安全保護措施或者更新操作指導書并提醒操作員工相關注意事項。在決定采取這些措施之前，仍然要判斷是否會因此產生新的危險源并經行新一輪的分析和評估，直至風險能夠被規避并可以接受為止。

　　作為人機協作非常重要的一部分，抓斗連接于智能機器人手臂上，與工具/加工部件和人有直接接觸。我們從剛剛提到的安全標準來看對抓斗的三種不同的安全要求。基于EN ISO 12100，從普遍性設備的風險評估出發，對抓斗的要求是要緊緊抓住工具/加工部件，不能夠使部件脫離, 也就是意味著當抓斗失去能源來源或者是處于緊急停止狀況，它仍然能夠通過自身來緊緊抓住部件; 根據DIN EN ISO 13849，作為控制系統的一個組成部件，抓斗需要確保安全的運行，即可以隨時感應到外界的接觸，同時有自身的防護措施; 基于EN ISO 10218-1/-2 以及ISO/TS 15066:2016，通過設置不會導致傷害的抓力以及添加相應的傳感器，進行實時監控，當抓斗判斷出與人有直接接觸而不是工具/加工部件時，馬上調整抓力，確保抓斗不會傷害到人。

　　除了要達到安全要求，人機協作是不是能夠有很高的投資回報率也是人機協作繼續發展的前提條件和巨大挑戰。整個系統的成本由兩部分組成，首先是硬件方面的成本，包括智能機器人、抓斗、控制系統、安全系統，其次是集成和認證方面的成本，包括集成商編程以及項目管理成本，以及第三方機構的風險評估、認證費用。 與純人工工作系統相比，人機協作必須在速度、柔性、質量三方面展現其巨大優勢，才能較之其系統成本確保較高的投資回報率。

　　當然，如何讓生產中的員工可以接受人機協作，讓整個工作系統按照起初的設計理念進行人機無縫運作，也作為另外一個不可忽視的挑戰。

人機協作的實踐路徑
　
　　在深入了解何為人機協作，其優勢和挑戰之后，如何實施人機協作便成為下一個需要討論的問題。根據過去實施的人機協作案例進行歸納總結，分析-制定方案-可行性研究-實現是一條值得遵循的實踐路徑。

　　分析: 根據實際裝配產品的大小、重量、精度、數量、品種和節拍要求進行分析，哪些工作系統適合標準自動化，哪些適合純手工加工裝配，哪些工作可以交付智能機器人完成，如何讓機器人與人協同工作，從而可以從中受益。作為成果，適用于人機協作的工作系統得以確認。

　　制定方案: 根據被確認的工作系統，建立不同的人機分工方案、模擬流程，并根據系統要求評估各個方案，從人力成本、系統成本、占地、物流、信息流、技術風險和難點、安全需求等方面綜合比對，最后得出最優化的方案。

　　可行性研究: 通過實際測試或模擬，針對流程和安全風險和難點進行可行性研究，從而確保方案的可行性和安全性。

實現: 按照方案和可行性研究的結果進行實施，完成項目。

總結與展望

　　從安全的角度來說，現有的工業機器人處在安全防護欄之后進行工作，并非已被時代所淘汰，因為它的優勢在于，非常低的設計成本，相對簡單的風險分析，以及擁有非常穩定的高生產率。隨著人機協作的層面不斷進深，相對的風險評估也會愈加繁復，為減少風險所采取的設計措施也會增加。但隨著工業4.0時代的到來，智能產品對于生產系統的要求迫使新一代的工作系統必須適用柔性生產，人機協作必然在此領域大展宏圖。