振兴人机交互 促进社会进步
——五、人机协作新范例面临的挑战

5.3 人机协作新范例

3.德国案例研究：英飞凌科技公司——协作机器人

(接上)

安全和安保这两个词乍听起来很相似，但二者有一个明显的区别：安全指对人的保护，但安保则包含对数据的保护，因此安保的目的在于保护机器人免受网络攻击。在工业4.0和物联网的背景下，数据安全的重要性日益攀升——只有数据安全性良好的系统，才能保证其功能的安全性。加密系统可以保护发送给机器人的指令，避免指令被他人操纵，而授权机制则可以避免机器人执行错误指令。机器人是为生产过程的一部分，安全机制可以防止其在有线或远程软件更新期间被操纵。用户和新增组件也需要进行安全认证，以阻拦未经授权的访问。

机器人必须经过校准才能正常运转。然而，如果攻击者操纵了校准，机器人的运动范围将有可能超出编程设置。

这就是安全和安保的交汇之处——没有有效的安保保护，功能安全就不存在。这是未来系统的一个关键要求，当前的解决方式是采用具有硬件安全模块(HSM)等功能的特殊安全控制器或微控制器。由于安全功能是在硬件中实现的，用户只需掌握极少的加密技术知识。此外，这对现有软件的影响极小。

自动化设备和机器人只有在功能良好的情况下才能顺利完成工作，因此需要定期维护。但关闭机器、进行维护会占用宝贵的生产时间。此外，鉴于生产过程中的具体负载配置要求，自动化团队可能会更换掉仍能正常工作的部件，造成大量本可避免的损失。

机器人能发出多种信号，供我们诊断其“健康状况”。例如机器人运转声音发生变化或出现轻微震动是电机、齿轮箱或轴承需要维修保养的迹象。例如，功率消耗轻微且有规律地上升，可能是机械阻力增加的迹象。可能是由于轴承即将失效，导致电力系统比平时消耗更多的电流。半导体行业已有利用性质独特的硅制出的、价格低廉的微型传感器，用于测量各种各样的信号。拥有了低成本但高质量的传感器，我们势必要在机器人上搭载一系列传感器，来监测其健康状况。例如，温度、振动、噪音、定位和运动、加速度和测力传感器可集成于机器人的关节中。其中许多传感器已经可以在机器人内部找到，因为它们是实现机器人及其他机器的预期功能所必需的。但除此之外，共同监测所有传感器，就可以像拥有直觉的人类一样，识别潜在的早期故障迹象。

(未完待续)