王坤然　劉霞　陳倩雯　許麗丹　房祥靜

關(guān)鍵詞：智能機器人，情景模擬法，傷害場景構(gòu)建，危害源識別

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.01.021

本文運用GB/T 39108-2020《消費品安全 危害識別 情景模擬法》所提出的方法[1]，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來搭建智能機器人引發(fā)的典型傷害場景，識別出產(chǎn)品主要的危害源，以期為消費者安全使用智能機器人和企業(yè)改進產(chǎn)品設(shè)計提供有益的參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

該標(biāo)準(zhǔn)提出了運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對消費品進行危險源識別的一般要求，包括仿真系統(tǒng)的要求、產(chǎn)品建模和場景布局的要求，以及進行產(chǎn)品測試的流程和各環(huán)節(jié)的要求。具體流程包括測試實驗的設(shè)計、被試者的選擇、數(shù)據(jù)收集與分析等。該標(biāo)準(zhǔn)提出的危害識別方法可應(yīng)用于監(jiān)管機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、檢測機構(gòu)等開展消費品安全危害源識別與風(fēng)險評估工作。

2 標(biāo)準(zhǔn)的意義與作用

使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建虛擬環(huán)境對消費品進行危險源識別，不僅能夠在消費品的使用階段發(fā)揮作用，還能夠在消費品的設(shè)計階段進行危害源分析，從而改進產(chǎn)品設(shè)計，提高消費品的安全性。在事后評估上，能夠?qū)μ摂M現(xiàn)實實驗測評過程進行錄像，觀察消費者使用產(chǎn)品行為特征。彌補傳統(tǒng)危害識別方法導(dǎo)致的傷害后果不可逆的不足，便于對消費品的潛在危害進行風(fēng)險評估，提高風(fēng)險評估的準(zhǔn)確度。

3 實例分析

該標(biāo)準(zhǔn)自2020年10月發(fā)布以來，引發(fā)各消費品生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)機構(gòu)的廣泛關(guān)注。本文以益智型智能機器人為具體實例，運用該標(biāo)準(zhǔn)所提出的情景模擬法開展產(chǎn)品安全危害源識別。

3.1 模擬場景設(shè)計

3.1.1 確定研究對象

智能機器人是一種具有發(fā)射激光和水彈等功能，可遙控、可編程的新型玩具，因其趣味性強，又能培養(yǎng)編程能力而廣受兒童喜愛。該產(chǎn)品具有發(fā)射水彈、激光等功能，存在一定的安全風(fēng)險[2-3]，因此對智能機器人開展危害識別研究。

3.1.2 運用虛擬現(xiàn)實場景開展測評

智能機器人發(fā)射激光可能會引發(fā)兒童眼睛被刺傷等不可逆?zhèn)Πl(fā)生，不宜采用真實使用者與產(chǎn)品互動測試，因此本文選擇運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建傷害場景進行測評。

3.1.3 測評任務(wù)設(shè)計

一般情況下，兒童都是在室內(nèi)使用智能機器人，所以依據(jù)產(chǎn)品使用特點確定智能機器人測試任務(wù)，包括兒童在客廳、臥室、書房等主要使用場景，通過遙控控制智能機器人的前進與后退速度以及轉(zhuǎn)向等，使其在不同房間穿梭，按下相應(yīng)按鈕使機器人發(fā)射激光和水彈射等，測試兒童在使用產(chǎn)品過程中傷害發(fā)生情況。

3.1.4 場景構(gòu)建將真實產(chǎn)品構(gòu)建

成3D模型并搭建在虛擬環(huán)境中，宜維持與現(xiàn)實中實體產(chǎn)品一致的可操作性，以確保其擬真性。虛擬現(xiàn)實的場景選用該消費品主要的使用場景， 基于實際情況選擇居民住宅內(nèi)為智能機器人主要研究場景，如客廳、臥室等。環(huán)境設(shè)計需維持一定的仿真程度，并支持被試者能與產(chǎn)品及周邊環(huán)境進行互動。

（1）兒童遙控控制智能機器人穿梭于不同房間場景

在Unity 3D中設(shè)置機器人動畫狀態(tài)，機器人在移動的過程中能夠播放自身移動的動畫，同時設(shè)置人物動畫狀態(tài)機，播放人物走路的動畫。

當(dāng)機器人前進通過房間拐角處，兒童未發(fā)現(xiàn)位于拐角另一側(cè)的行人，或發(fā)現(xiàn)行人后無法及時躲避，進而與行人發(fā)生碰撞，機器人停止移動，同時，當(dāng)人物觸碰到機器人的一瞬間，人行走的動畫切換為摔倒的動畫，并停止向前移動和播放摔倒在地的疼痛聲的音效，如圖1（a）所示。最后，當(dāng)人物摔倒2秒后，激活場景中的警告提示面板，提示有人在拐角處被機器人絆倒，如圖1（b）所示。

（2）兒童使用智能機器人發(fā)射水彈場景

通過代碼控制人物在場景中移動，并播放人物在移動時的動畫，同樣通過代碼控制機器人發(fā)射水彈并且播放發(fā)射水彈時的燈光效果和聲音效果，機器人未發(fā)射水彈或者發(fā)射水彈未打中人，傷害未發(fā)生。當(dāng)水彈射擊到人身上時，人物停止移動并在人物動畫狀態(tài)機中切換動畫，播放人物由于被水彈射傷捂肚子的動畫，同時播放人物受傷時的音效。在人物被水彈打傷2秒后，激活場景中的警告提示面板，提示人物被水彈射傷，并顯示該次實驗發(fā)射水彈總數(shù)。

（3）兒童使用智能機器人發(fā)射激光場景

通過代碼控制人物在場景中移動，并播放人物在移動時的動畫，同樣通過代碼控制機器人發(fā)射激光并且播放發(fā)射激光時的燈光效果。當(dāng)激光射擊到人眼睛時，人物停止移動并在人物動畫狀態(tài)機中切換動畫，播放人物由于被激光射傷眼睛而捂眼睛的動畫，同時播放人物受傷時的音效。 在人物被激光射傷2秒后，提示人物被激光射傷眼睛，并顯示本次實驗中發(fā)射激光的次數(shù)。

3.2 實驗測試

本次選擇使用該產(chǎn)品較多且安全意識薄弱的兒童作為測評對象，征集33名3～6歲、33名7～14歲兒童分批次參加實驗。兒童在實驗室穿戴VR設(shè)備后，在搭建的VR場景中的臥室、客廳等房間中使用虛擬智能機器人，每個兒童重復(fù)做1次實驗，觀察記錄兒童的使用行為及傷害發(fā)生情況。實驗全程有工作人員或父母陪護，以保證兒童的安全。

3.3 實驗結(jié)果與分析

3.3.1 實驗概況

經(jīng)實驗測試發(fā)現(xiàn)，兒童使用智能機器人過程中主要發(fā)生以下傷害：智能機器人發(fā)射水彈射中人的敏感部位導(dǎo)致人受傷，智能機器人發(fā)出的激光刺傷兒童眼睛，智能機器人速度過快撞倒人。66名兒童參加了本次智能機器人安全風(fēng)險實驗測試，由智能機器人引起的傷害發(fā)生40人次。其中智能機器人撞倒人物7次，智能機器人發(fā)射水彈打傷人物6次，激光射傷人物12次。

3.3.2 危害源識別

采用故障樹法分析智能機器人導(dǎo)致傷害發(fā)生的原因，逐級往下找出產(chǎn)品危害源。頂端事件為水彈射傷人、激光刺傷眼睛、速度過快撞倒人等傷害事件。中間層為兒童誤使用行為、水彈危害特征、沒有安全防護的使用環(huán)境。三種因素同時出現(xiàn)會導(dǎo)致傷害事件發(fā)生，與產(chǎn)品相關(guān)的底事件彈射動能與小零件兩種危害存在，才會引發(fā)人被水彈射傷眼睛等傷害事件（如圖2所示），由此可知產(chǎn)品危害源為彈射動能和小零件。同理推知激光刺傷眼睛、速度過快撞倒人的產(chǎn)品危害源為激光、彈射動能。綜上可知，導(dǎo)致智能機器人發(fā)生傷害的主要危害源為小零件、激光輻射和動能危害速度。

4 結(jié)語

GB/T 39108-2020《消費品安全 危害識別 情景模擬法》運用虛擬仿真方法進行危害識別克服了真實消費者與產(chǎn)品交互發(fā)生不可逆?zhèn)Φ某钢?。本文運用該標(biāo)準(zhǔn)所提出的場景構(gòu)建方法識別出智能機器人發(fā)生傷害的主要危害源為小零件、激光輻射和動能危害速度，可指導(dǎo)企業(yè)進一步改進水彈發(fā)射速度、激光相關(guān)的安全防護設(shè)計或安全使用警示，提升產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，保障消費者安全。

作者簡介

王坤然，通信作者，碩士，工程師，研究方向為產(chǎn)品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)化。

劉霞，博士，研究員，研究方向為產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)化。

陳倩雯，碩士，助理研究員，研究方向為社會管理。

許麗丹，碩士，工程師，研究方向為材料安全標(biāo)準(zhǔn)化。

房祥靜，碩士，工程師，研究方向為管理科學(xué)與工程。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）