Manipulatory i roboty. Ocena ryzyka aplikacji zrobotyzowanych. Podejście do procesu oceny ryzyka

Dotychczasowy proces automatyzacji był często realizowany przez zespoły techniczne producenta. Ten kierunek jest właściwy z wielu powodów – między innymi ze względu na późniejszy serwis czy wsparcie techniczne. W przypadku stanowisk zrobotyzowanych pojawia się szereg pytań związanych z zasadnością samodzielnego wdrażania tego rodzaju rozwiązań paletyzacji. Nie są to wątpliwości wynikające ze złożoności rozwiązania. Głównym zagadnieniem do rozstrzygnięcia jest właściwe opracowanie systemu ze względu na ryzyka związane z wprowadzeniem manipulatora na strefę pakowania o ograniczonej ilości dostępnego miejsca. W tym przypadku, w pierwszym kroku, warto przeprowadzić ocenę ryzyka, która jest procesem dość złożonym i wymaga prac już w początkowej fazie analizy projektowej a nawet jeszcze na etapie definiowania oczekiwań i wymagań technicznych odbiorcy. Oczywiście opracowanie i implementacja systemu może zostać zrealizowana przez zewnętrznego integratora, ale nawet wówczas proces walidacji jest podstawowym zadaniem warunkującym poprawność pracy bezpiecznego rozwiązania. Cóż, w przypadku stanowisk zrobotyzowanych analiza czynników i zdarzeń niepożądanych spoczywa na każdym zespole biorącym udział w procesie. Przygotowanie odpowiedniego poradnika dla personelu technicznego jest dość trudne ze względu na formę artykułu. Jednak można znacząco przybliżyć zagadnienia i wskazać kluczowe czynniki definiujące poprawność przeprowadzenia oceny.

Podstawowe normy i definicje

Nim przystąpimy do właściwej a raczej rzecz biorąc do końcowej oceny ryzyka, warto w pierwszym kroku przeprowadzić analizę stanowiska pod kątem zgodności z normą maszynową (PN-EN ISO 12100). Znajdują się w niej szczegółowe informacje związane z zasadami projektowania maszyn i metod minimalizacji ryzyka już na etapie prac inżynierskich. Dużym atutem tej normy, jest fakt, że definicje w niej przedstawione zostały opracowane na podstawie wieloletnich doświadczeń w projektowaniu urządzeń oraz znajomości zdarzeń niepożądanych – wypadkowych. Należy tutaj zaznaczyć, iż w zakresie właściwej, a raczej szczegółowej oceny ryzyka, legislator przygotował specjalistyczne normy typu C uwzględniające zmienny charakter zagrożeń pojawiający się na stanowisku – na robocie jak i w obszarach związanych z integracją. Mając na uwadze powyższy podział norm należy stwierdzić, że właściwa definicja cyklu życia stanowiska zrobotyzowanego to dwa etapy, tj.: opracowanie rozwiązania oraz jego wdrożenie. W tej sytuacji w podobny sposób należy podejść do analizy ryzyka. Nawet w przypadku, gdy w zakładzie produkcyjnym opracowaniem rozwiązania zajmują się wewnętrzne służby techniczne, takie podejście na pewno lepiej się sprawdzi ze względu na łatwość wskazania punktów niebezpiecznych, a przecież głównie chodzi o to, aby zostały one zdefiniowane i wyeliminowane. Na każdym etapie – cyklu – życia systemu lista ryzyk będzie inna, jednakże w każdym z tych przypadków warto weryfikować, następnie właściwie zdefiniować / opisać by w konsekwencji zminimalizować możliwości pojawiania się niebezpieczeństw z poniższej listy:

• Zagrożenia mechaniczne,
• Zagrożenia elektryczne,
• Zagrożenia termiczne,
• Zagrożenia związane z hałasem,
• Zagrożenia związane z drganiami,
• Zagrożenia związane z promieniowaniem,
• Zagrożenia związane z materiałami / substancjami,
• Zagrożenia ergonomiczne,
• Zagrożenia związane ze środowiskiem funkcjonowania Produkcja,
• Połączenie różnych rodzajów zagrożeń.

Mówimy jednym językiem

Prawidłowe wskazanie zagrożeń wymaga określonej analizy, w której kluczowym jest użycie właściwych sformułowań związanych bezpośrednio z robotem czy obszarem jego wdrożenia. Dlatego też, należy używać definicji zgodnych z normami oraz zadaniami występującymi podczas realizacji każdego projektu. Poniższa lista przedstawia tylko kilka podstawowych definicji w uproszczonej formie, które najczęściej napotkamy podczas realizacji poszczególnych czynności – szczegółowe definicje są przedstawione we właściwej normie:

Pierwsze kroki – rozpoczynamy pracę analityczną i projektową

Rozpoczęcie projektu, w którym realizacją określonych zadań będą się zajmowały roboty/ manipulatory, powinniśmy zacząć od właściwych definicji związanych bezpośrednio z ramieniem wykonującym określone zadania, to na tym początkowym etapie definiujemy:

• Schemat bezpiecznego poruszania się personelu w pobliżu ramienia – koniecznie należy wziąć pod uwagę ramię robota i jego chwytak oraz możliwy dostęp personelu w różne miejsca stanowiska – strefa bezpiecznej pracy, przestrzeń operacyjna, przestrzeń wymagana do konserwacji,
• Wszelkie czynności operacyjne ramienia z uwzględnieniem trybów uczenia, konserwacji, ustawiania czy regulacji,
• Możliwe niepożądane uruchomienie lub użycie robota przemysłowego – w szczególności czynniki mogące wywołać nieoczekiwany rozruch,
• Zachowanie się robota w przypadku awarii w systemie sterowania, nawet przy awarii układów zabezpieczających – mechanizmów dekretujących,
• Szerokie spektrum ruchów robota lub innych części systemu mogące stanowić zagrożenie przy konkretnym zastosowaniu ramienia.

Wszelkie zdefiniowane na etapie projektowym zagrożenia należy eliminować poprzez wprowadzenie właściwych korekt oraz środków ochronnych czy przegród ruchomych / stałych. Miejsc, w których mogą wystąpić określone niebezpieczeństwa, należy zawsze oznaczyć właściwymi piktogramami.

Kluczowym czynnikiem na etapie analizy projektowej jest eliminacja możliwych ryzyk a w przypadku ich wystąpienia redukcja możliwych skutków. Również w tym przypadku jest mowa o działaniach niepożądanych w momencie wystąpienia awarii układów kontrolnych, nadzorujących, gdzie każdy taki przypadek winien skutkować natychmiastowym zatrzymaniem (kategoria 0 lub 1 – definicja w normie PN-EN 60204-1).

Prawidłowo zakończony proces projektowania to ponowna walidacja systemu/stanowiska obejmująca podstawowe czynności, jak oględziny i analiza użytych rozwiązań, przegląd możliwego zachowania się komponentów systemu, analiza cykli pracy i życia stanowiska oraz określenie metod obsługi i użytkowania systemu.

Budowa i integracja robota – wdrożenie systemu

Analiza ryzyka przy implementacji danego rozwiązania dotyczy określenia zagrożeń oraz weryfikacji użytych środków zapobiegawczych w całym cyklu życia systemu z uwzględnieniem ograniczeń Produkcja występujących na każdym z etapów. Bardzo ważne w tym miejscu jest określenie, iż stanowisko w trakcie budowy, aż do momentu całkowitego jego wdrożenia jest maszyną nieukończoną i nie może zostać wydany certyfikat zgodności z dyrektywami maszynowymi 2006/42/WE.

Na każdym zdefiniowanym etapie życia Produkcja należy przedstawić listę i rodzaj zagrożeń związanych bezpośrednio z procesem produkcji i unikalnymi właściwościami instalacji systemu. Również, a można powiedzieć, że w szczególności, prace serwisowe czy konserwacyjne podlegają procesowi oceny możliwych niebezpieczeństw. Budowa i integracja to w głównej mierze tworzenie rozwiązań oraz ich ocena pod względem ryzyk i możliwości ich redukcji. Zawsze należy dbać o minimalizację ryzyk wykorzystując proces iteracji, który zezwala na etapową redukcję niebezpieczeństw i wszelkich zagrożeń, poprzez wykorzystanie środków ochrony pośredniej lub bezpośredniej. Iteracja to w pierwszym kroku definicja rodzaju zagrożenia, zgodnie z normami, określenie możliwości jego wystąpienia, a następnie wprowadzenie do procesu odpowiednich środków zmniejszające lub całkowicie eliminujących możliwość wystąpienia zdarzenia. Bardzo często taki proces – przy klasycznym wykorzystaniu robota przemysłowego – prowadzi do jego zamknięcia w specjalnej celi zabezpieczonej przegrodami stałymi, ruchomymi (z właściwymi wyłącznikami) czy osłonami.

Koniecznie podczas identyfikacji zagrożeń jest określenie metody pracy robota, jego cykli wykonawczych i zakresu współpracy z innymi elementami systemu. Warto pamiętać, iż robot wykonuje ruchy o wysokiej energii w określonej przestrzeni operacyjnej. Inicjacja tego ruchu i trajektoria poruszającego się ramienia jest co prawda oprogramowana, ale trudna do przewidzenia przez użytkowników czy obsługę. Bardzo często rozwiązania składają się z kilku robotów oraz obszarów, gdzie operatorzy znajdują się blisko ramienia robota czy chwytaka, co oznacza, że przestrzeń robocza robotów, operatorów lub maszyn produkcyjnych może się ze sobą pokrywać a to generuje kolejne niebezpieczeństwa wystąpienia zagrożenia. Eliminacja tego typu ryzyk winna odbyć się na etapie projektowania poprzez wprowadzenie do układu odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych oraz technicznych środków ochronnych. Stosowanie technicznych środków ochronnych to zabezpieczenie operatora przed bezpośrednim kontaktem z komponentem systemu mogącym stwarzać zagrożenie lub ich kontrolowanie poprzez osiągnięcie pozycji bezpiecznej układu, nim operator będzie w zasięgu ich działania.

Jak widać normy wprowadzają lub bardziej nakładają konieczność wykonania określonych działań, jednak ze względu na unikalność niektórych instalacji, nie są w stanie wskazać każdego możliwego zagrożenia. Kluczowym czynnikiem są tutaj szkolenia personelu produkcyjnego i technicznego, które minimalizują wystąpienie zdarzeń z udziałem człowieka. Warto zawsze pamiętać, że w tym zakresie jednak najlepiej jest przygotować rozwiązanie, w którym zostanie stworzona odpowiednia przestrzeń ochronna a nawet, gdy wystąpi naruszenie przestrzeni roboczej, czas dobiegu jest na tyle krótki, że urządzenia się zatrzymają w pozycji bezpiecznej. Cóż, każdy projekt zrobotyzowanego układu w pierwszym kroku winien podlegać ocenie bezpieczeństwa już na etapie pomysłu, ponieważ praca maszyn będzie miała wpływ na projekt i dobór środków ochronnych.

Artykuł został opublikowany w kwartalniku "Świat Przemysłu Kosmetycznego" 1/2023