基于情景模擬標準的兒童玩具危害源識別研究

王坤然　劉霞　陳倩雯　許麗丹　房祥靜

關鍵詞：智能機器人，情景模擬法，傷害場景構建，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)實技術來搭建智能機器人引發(fā)的典型傷害場景，識別出產品主要的危害源，以期為消費者安全使用智能機器人和企業(yè)改進產品設計提供有益的參考。

1 標準的內容

該標準提出了運用虛擬現(xiàn)實技術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、產品建模和場景布局的要求，以及進行產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計、被試者的選擇、數(shù)據(jù)收集與分析等。該標準提出的危害識別方法可應用于監(jiān)管機構、生產企業(yè)、檢測機構等開展消費品安全危害源識別與風險評估工作。

2 標準的意義與作用

使用虛擬現(xiàn)實技術搭建虛擬環(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計階段進行危害源分析，從而改進產品設計，提高消費品的安全性。在事后評估上，能夠對虛擬現(xiàn)實實驗測評過程進行錄像，觀察消費者使用產品行為特征。彌補傳統(tǒng)危害識別方法導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險評估，提高風險評估的準確度。

3 實例分析

該標準自2020年10月發(fā)布以來，引發(fā)各消費品生產企業(yè)及相關機構的廣泛關注。本文以益智型智能機器人為具體實例，運用該標準所提出的情景模擬法開展產品安全危害源識別。

3.1 模擬場景設計

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。該產品具有發(fā)射水彈、激光等功能，存在一定的安全風險[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品互動測試，因此本文選擇運用虛擬現(xiàn)實技術構建傷害場景進行測評。

3.1.3 測評任務設計

一般情況下，兒童都是在室內使用智能機器人，所以依據(jù)產品使用特點確定智能機器人測試任務，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向等，使其在不同房間穿梭，按下相應按鈕使機器人發(fā)射激光和水彈射等，測試兒童在使用產品過程中傷害發(fā)生情況。

3.1.4 場景構建將真實產品構建

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為智能機器人主要研究場景，如客廳、臥室等。環(huán)境設計需維持一定的仿真程度，并支持被試者能與產品及周邊環(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，同時設置人物動畫狀態(tài)機，播放人物走路的動畫。

當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致傷害發(fā)生的原因，逐級往下找出產品危害源。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)會導致傷害事件發(fā)生，與產品相關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品危害源為激光、彈射動能。綜上可知，導致智能機器人發(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品交互發(fā)生不可逆?zhèn)Φ某钢?。本文運用該標準所提出的場景構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，可指導企業(yè)進一步改進水彈發(fā)射速度、激光相關的安全防護設計或安全使用警示，提升產品質量安全水平，保障消費者安全。

作者簡介

王坤然，通信作者，碩士，工程師，研究方向為產品質量安全標準化。

劉霞，博士，研究員，研究方向為產品安全標準化。

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準化。

房祥靜，碩士，工程師，研究方向為管理科學與工程。

（責任編輯：張瑞洋）