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人机共融制造中的安全投资效益分析与决策1

人机共融制造中的安全投资效益分析与决策

摘要

人机共融制造作为工业4.0时代的重要发展方向，正深刻改变着传统制造业的生产

模式和组织形态。然而，随着工业机器人、智能装备与人类工作者在物理空间中的协同

作业日益频繁，安全问题已成为制约该技术广泛应用的关键瓶颈。本报告系统分析了

人机共融制造环境下的安全投资效益，构建了多维度的评估模型与决策框架。研究表

明，科学的安全投资不仅能够显著降低事故率（平均减少37%），还能通过提升生产效

率（平均提升22%）和降低运营成本（平均降低18%）带来可观的经济回报。报告基于

国家智能制造发展战略，结合行业案例数据，提出了包含技术防护、管理机制和人员培

训在内的综合安全投资方案，并建立了包含短期、中期和长期效益的评估体系。通过实

证分析发现，人机共融制造企业的安全投资回报周期平均为2.3年，且随着智能化程度

提高呈现递减趋势。本报告的研究成果为制造企业制定安全投资策略提供了理论依据

和实践指导，对推动制造业高质量发展具有重要意义。

引言与背景

1.1人机共融制造的发展历程

人机共融制造是指人类工作者与智能机器人在共享工作空间内协同作业的新型生

产模式，其发展可追溯至20世纪70年代工业机器人诞生初期。早期工业机器人主要

应用于危险、重复性高的作业环境，采用物理隔离方式确保人类安全。随着传感器技术、

人工智能和机器人技术的进步，2000年代中期出现了第一代协作机器人（Cobots），它

们能够在特定条件下与人类近距离作业。根据国际机器人联合会（IFR）统计

年间全球协作机器人装机量年均增长率达到63%，远高于传统工业机器机的12%。我

国《智能制造发展规划年）》明确提出要发展人机协同制造技术，推动制造

业转型升级。当前，人机共融制造已从汽车、电子等高端制造业向家电、食品加工等传

统行业渗透，成为制造业数字化转型的重要抓手。

1.2安全问题的紧迫性与复杂性

人机共融制造环境下的安全问题具有多维度特征。从物理层面看，机器人运动部

件可能对人类造成挤压、碰撞等伤害；从信息层面看，工业控制系统面临网络攻击风

险；从认知层面看，人机交互中的误解可能导致操作失误。德国联邦劳动局数据显示，年涉及人机协同的事故率是传统自动化生产线的1.8倍。美国OSHA报告指

出，约42%的人机协同事故源于安全防护措施不足。我国应急管理部统计表明，制造业

中的人机协同事故造成的平均损失达47万元/起，远高于普通工伤事故的28万元/起。

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这些数据表明，随着人机共融制造规模的扩大，安全问题已成为制约其健康发展的关键

因素，亟需系统化的解决方案。

1.3安全投资的经济社会价值

安全投资不仅具有保障生命健康的直接价值，还能通过多种途径创造经济效益。研

究表明，每投入1元安全资金可避免46元的事故损失。在智能制造领域，良好的安全

记录能显著提升企业品牌价值，据麦肯锡调研，安全评级每提升一级，企业订单量平均

增加8%。从社会层面看，安全投资有助于缓解”机器换人”带来的就业焦虑，促进技术

接受度。欧盟”Horizon2020”计划评估显示，人机共融制造企业的安全投资使员工满意

度提高23%，生产效率提升19%。这些证据表明，安全投资应被视为战略性投资而非单

纯成本支出，需要建立科学的评估与决策机制。

研究概述

2.1研究目标与意义

本研究旨在构建人机共融制造环境下的安全投资效益分析框架，为企业决策提供

科学依据。具体目标包括：建立多维度安全投资评估指标体系；开发投资效益量化模型；

提出基于风险等级的差异化投资策略；形成行业最佳实践指南。研究意义体现在三个层

面：理论上，填补人机共融制造安全经济性研究的空白；实践上，指导企业优化安全资

源配置；政策上，为政府制定相关标准提供参考。根据我国《“十四五”智能制造发展规

划》，到2025年规模以上制造业企业基本普及数字化，人机协同将成为常态，本研究恰

逢其时。

2.2研究范围与边界

本研究聚焦于制造业中的人机共融场景，主要包括装配、焊接、搬运、检测等典型

作业环节。研究对象涵盖三类企业：大型制造企业（年