文/工業設備安全部 林冠愷
摘要
根據 ISO 12100:2010[危害與風險分析]，本文屬於機械安全標準基礎結構中規定的 B1 類標準，標準分類如下：
- A類標準 — [基本安全標準] : 說明基本概念、設計原則和一般性，可應用於所有機械
- B 類標準 — [通用安全標準] : 可用於一種或多種類型機械的安全防護措施
- B1標準-[與安全相關](例如 : 機器安全距離、表面溫度、噪音)
- B2標準-[與安全相關裝置](例如 : 雙手控制，連鎖裝置，壓力感測器，保護裝置)
- C 類標準 [個別機器安全標準] :處理特定的機器或機器組設備的詳細安全要求
前言
(1) 機械安全是指機器在按使用說明書規定的預定使用條件下，執行其功能和在運輸、安裝、調整、維修、拆卸和處理時不產生損傷或危害健康的狀況。
(2) 利用安全距離防止上肢觸及危險區是消除或減小機械風險的一種方法。
規定安全距離時，必須考慮以下因素：
- 使用機器時可能出現的各種狀態
- 研究有關人體量測數據和使用者的種族差異：考量不同國家的人體尺寸
- 生物力學因素：身體部位的壓縮和拉伸以及關節的限制迴轉空間
- 技術和應用：針對特定人群、有特殊需要的人，需加裝額外防護措施
範圍
在機械設備的場域應用中，若危險源處於開放式工作環境，則需考量開放式護罩之設置並計算安全距離。其類別如下：
- 開放式護罩安全距離計算。
- 危險源在上方的安全距離計算。
- 上肢透過開口可進入危險區的開放式護罩設計要求。
註：本文依據 14 歲身高約 140cm 為基準，未包含 3 歲以上兒童約 90cm 之數據)
- 下肢透過護罩高度可自由進入危險區的設計要求。
- 下肢透過開口可進入危險區的開放式護罩設計要求(本文不提及)。
- 在某些場合必須偏離規定的安全距離時，則與此應用有關的標準應指明如何達到足夠的安全規定。
術語與定義
- 安全保護措施 Protective structure safeguard：
(例如防護裝置、阻礙裝置)，或其他物理障礙物(例如機器的一部分)限制身體和/或其一部分的運動，以防止到達危險區域。
- 參考平面 reference plane：
人員在使用機器或進入危險區域期間通常站立的高度。
- 安全距離 safety distance：
安全間隔距離，Sr 為防護結構與危險區域之間的最小距離。
- 安全距離由以下假設條件得出(上肢)
安全距離由以下假定得出，見圖一：
- 防護結構開口形狀和位置保持不變。
- 安全距離是從受限制身體或其有關部位的表面開始量測。
- 可能迫使身體某部位越過防護結構或通過開口企圖觸及危險區。
- 基準面是水平面，在水平面上的人一般採取站立姿勢，基準面不一定是地面，工作平台也可以是基準面。
圖一、越過防護結構及上肢可觸及示意圖
1：上肢可到達的區域
2：上肢不可到達的區域
hh：最接近上肢可到達危險區高度
hps：保護裝置高度
Sh：最接近上肢可到達的危險區水平安全距離
開放式護罩透過安全距離的設計，防止人員接近危險源
- 防護結構和其開口的形狀和位置保持不變
- 安全距離是從限制身體的表面或是身體相關部位開始測量
- 身體被強迫越過保護結構或穿過開放式結構而試圖達到危險區域
- 越過保護結構，輕微傷害(接觸溫度較低的熱表面、不會對身體產生永久的傷害，或非不可逆的損害：輕微挫傷、指甲斷裂)則見圖二，
- 越過保護結構，嚴重傷害(不可逆的損害：無法恢復、無法痊癒的傷害)可見圖三
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1：危險區域
2：參考基準面
h：危險區域高度
危險源在上方時，如何透過安全距離的設計避開危險源
- 穿鞋時與基準面有接觸(不包含高跟鞋、攀爬、跳躍)
- 不能透過椅子或階梯的輔助改變參考基準面
- 不使用任何工具的輔助來擴展上肢的自然伸展範圍
- 嚴重傷害的可能，危險源需在2700mm或以上 輕微傷害的可能，危險源需在2500mm或以上
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依照ISO 12100 3.8中的規範，安全距離列入要考慮的重大危險，應考慮所有合理可預見的進入方式，當進入的可能性或是危險區域的多樣性皆應被列入考慮，如同一範圍內要考慮一個以上的安全距離，則要採取最大的安全距離為參考標準，當開孔大於120mm，見圖二。
圖二、低風險時上肢越過防護結構可觸及危險源的安全距離
- 不包括高度小於 1000 毫米的保護結構，不足以限制身體的運動，見圖三
圖三、高風險時上肢越過防護結構可觸及危險源的安全距離
- 危險區域在2700mm以上需見圖一右邊視圖。
- 不包括高度小於1000mm的保護結構，不足以限制身體的運動。
- 保護裝置在1400mm以下，不應在沒有額外保護措施下使用。
- 1.1應用-開放式防護結構與危險源的安全距離 & 安全高度 (上肢)
- 圖四、開放式防護結構與危險源
(1)見圖四的機械手為危險源，使用開放式安全防護欄，此危險如發生工傷為不可逆的傷害可能性，見圖三的對照表。
(2)假設危險區的高度為2100mm，安全防護欄高度為1900mm，對照表會有800mm及600mm的距危險區水平距離可選擇，同一範圍內應考慮一個以上安全距離，則要採取最大的安全距離為參考標準，所以會使用800mm為安全距離。
(3)假設防護欄高度為2100mm，距危險區水平距離為550mm，依安全原則選擇最小容許範圍，則高度選擇2000mm，距危險區水平距離選擇500mm，會出現兩個危險區高度選項，1600mm & 2600mm，此兩個高度皆可設定為危險區安全高度。
圖五、上肢可觸及案例
(1) 見圖五有吊扇為危險源，此危險如發生傷害為不可逆的傷害的可能性，因此安全高度需在2700mm以上，才可避免傷害發生。如果傷害為輕微受傷(非不可逆)的可能性則安全高度則需在2500mm以上即可。
- 2.可觸及危險源之開口護罩
可伸入之開口護罩離危險源距離，見圖六。
- 圖六、弧形可及安全距離(A : 上肢活動範圍，Sr : 徑向安全距離)
- 2.1安全護罩的開口是可被上肢穿過的情況下，如何設計限定危險源的距離
- 當限制動作的障礙物長度至少為300mm時，可以使用小於850mm的安全距離。
- 僅在肩部和腋窩處受到移動限制 / 至危險區域的距離需≧850mm 。
- 手臂支撐到肘部 (障礙物長度≧ 300mm) /至危險區域的距離需≧550mm。
- 手臂支撐到手腕 (障礙物長度≧620mm) /至危險區域的距離需≧230mm。
- 手臂和手支撐到指關節 (障礙物長度≧720mm)/至危險區域的距離需≧130mm。
- 可應用在安全防護欄開口小於等於120mm時，手臂可穿越安全防護欄開口，並有機會觸碰到危險源，此狀態即需要依手臂可穿越開孔的長度，見圖六，確認安全防護欄及危險源的安全距離Sr。
- 3.防護裝置的開孔設計
- 圖七、開孔護罩之開孔尺寸(14歲以上)(Sr : 徑向安全距離，e : 開孔大小)
- 3.1防護裝置開孔大小可讓手指穿過時，需如何設計開孔大小，以避開危險源
- 見圖七中的藍底色表格受開口尺寸限制的身體部分，因槽型開口四邊不等長，如開孔大小指的是最窄尺寸，而當長度小於等於65mm，大拇指就會形成阻擋，安全距離即可縮短至大於等於200mm，因此槽型開孔的安全距離會大於方形及圓形的安全距離。
- 見圖六中給出了 14 歲及以上(不含3歲以上)，通過一般開孔到危險區域(Sr)的安全距離。
- 開孔的尺寸(e)，對應於方形開孔的邊、圓形開孔的直徑和槽形開孔的最窄尺寸。
- 當開孔大於120mm, 安全距離的採用就必須符合本文圖二。
- 可應用在例如安全防護欄使用網狀開孔形狀及大小，手的任何部位可穿越安全防護欄的開孔時，見圖七確認需要設計離危險源的安全距離。
- 3.2不規則開孔
- 在不規則開孔的情況下，應按以下步驟並順序確認孔位大小。
最小圓形開孔的直徑 → 最小方形開孔的邊 → 最窄槽形開孔的寬度
- 確定的每個開孔到危險區域的相應安全距離做選擇，亦可選用上述順序三個數值中最短的安全距離。
- 4.多重防護結構對安全的影響
危險區域不只單一點位，而是大角度時，可參考此多重防護結構，減少手臂、手腕或手指的自由運動，避免任一角度揮動時觸碰危險源。
圖八、附加防護式護罩(Sr：逕向安全距離)
- 肩部和腋下活動受限(見圖八上欄位)：兩個獨立的防護結構，一個允許從手腕移動，另一個允許從肘部移動，Sr1≥ 230mm，Sr2≥ 550mm，Sr3≥ 850mm。
- 肩部和腋下活動受限(見圖八下欄位)：一個單獨的防護結構，允許從手指向上移動到指關節，Sr3≥ 850mm，Sr4≥ 130mm。
- 在沒有額外防護措施的情況下，不得使用具有e > 180 mm的狹槽開口和e > 240 mm的方形或圓形開口的保護結構，因為可以允許全身進入，為無效的安全防護。
- 見圖三，高度小於1400mm的保護結構不得在沒有額外防護措施的情況下使用，因為此高度可讓人員直接跨越，為無效的安全防護。
5.阻止下肢自由進入的安全高度
某些安全護罩下方的開口見圖九，人員可由下肢穿過，藉有此安全疑慮，需考量人員下肢可穿越的任一角度，來設計下方開口高度。
圖九. 防止下肢進入的安全高度
1：基準面，2：髖關節，3：防護結構h：到防護結構的高度，l：限制距離
- 此高度不是安全距離，可能需要附加的防護措施以限制進入。
- 對應的距離用於人在無支撐時保持站立姿勢時限制下肢進入的特定情況。
- 此數值不能用在有滑倒時或誤用風險場合。
- 該表中的數值不能有任何插入值。如果防護結構高度h在兩個數值之間，則要使用較高h值的距離。
5.1應用-開放式防護結構下方開口與危險源的安全距離(下肢)
(1) 見圖十，安全防護罩的下方鏤空有一高度是可被人員的下肢穿過，見圖九的三種下肢穿越方式，對照安全防護罩下方鏤空的高度及下肢穿過的姿勢，選擇適當的危險源安全距離。
(2) 假設安全防護罩下方鏤空的高度為500mm，而人員的下肢見圖九的三種姿勢皆可穿越，則安全距離選擇950mm。
(3) 假設安全防護罩下方鏤空的高度為600mm，安全護罩下方鏤空的高度符合400<h≦600 & 600<h≦800，則選擇較高的h值為600<h≦800，而人員的下肢見圖九的三種姿勢皆可穿越，則安全距離選擇950mm。
結語
在機械產業蓬勃發展下，也必然對安全防護的規範日漸要求嚴格，當製造商或是終端用戶(end user)皆提升對工作安全的認知，既可符合法規的規定也阻止工安意外發生。可先了解防護的方式並對照相應表格即可得知距危險源的安全距離。本文所介紹的內容可應用在如：加工機的切屑機、自動化生產的安全柵欄設計、機械手場域的安全防護等皆可參考。
參考文獻
•EN ISO 12100:2010 Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction
•EN ISO 13857: 2019 Safety of machinery — Safety distances to prevent hazard zones being reached by upper and lower limbs。
•羅堎自動化股份有限公司 - 沖壓板金移載自動化 (圖四)。
•羅堎自動化股份有限公司 - 工業防護安全圍籬 (圖十)。
•經濟部工業局臺灣製產品MIT微笑標章網站-吊扇60吋哈瓦那DC變頻遙控吊扇 (圖五)。