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]，通過虛擬現實技術來搭建智能機器人引發的典型傷害場景，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節的要求。具體流程包括測試實驗的設計、被試者的選擇、數據收集與分析等。該標準提出的危害識別方法可應用于監管機構、生產企業、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

使用虛擬現實技術搭建虛擬環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月發布以來，引發各消費品生產企業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，又能培養編程能力而廣受兒童喜愛。該產品具有發射水彈、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 運用虛擬現實場景開展測評

智能機器人發射激光可能會引發兒童眼睛被刺傷等不可逆傷害發生，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射激光和水彈射等，測試兒童在使用產品過程中傷害發生情況。

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境中，宜維持與現實中實體產品一致的可操作性，以確保其擬真性。虛擬現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，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，兒童未發現位于拐角另一側的行人，或發現行人后無法及時躲避，進而與行人發生碰撞，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射水彈并且播放發射水彈時的燈光效果和聲音效果，機器人未發射水彈或者發射水彈未打中人，傷害未發生。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，并顯示該次實驗發射水彈總數。

（3）兒童使用智能機器人發射激光場景

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射激光并且播放發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射激光的次數。

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

經實驗測試發現，兒童使用智能機器人過程中主要發生以下傷害：智能機器人發射水彈射中人的敏感部位導致人受傷，智能機器人發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生40人次。其中智能機器人撞倒人物7次，智能機器人發射水彈打傷人物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境。三種因素同時出現會導致傷害事件發生，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生不可逆傷害的掣肘。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，可指導企業進一步改進水彈發射速度、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）