Rozwój stanowisk produkcyjnych w ostatnich latach bardzo intensywnie kieruje się w stronę wykorzystania robotów przemysłowych. Niezależnie od układów bezpieczeństwa będących na wyposażeniu samego robota działaniem koniecznym jest zapewnienie zgodności całego stanowiska z zasadami pracy bezpiecznej. W artykule przedstawiono podstawowe zasady i środki wykorzystywane do zabezpieczenia pracowników przed wypadkiem przy pracy z robotami.

Wstęp

Według danych za rok 2019 wskaźnik wypadkowości (rozumiany jako liczba osób poszkodowanych w wypadkach przy pracy na 1000 pracujących) wynosił 6,15. Ponad 1/3 wszystkich wypadków miała miejsce w przedsiębiorstwach przemysłowych. W każdym roku obserwujemy także wzrost liczby wypadków na stanowiskach zrobotyzowanych (co jest konsekwencją zwiększającej się liczby robotów wykorzystywanych w polskim przemyśle). Każdy taki wypadek może spowodować prywatne tragedie osób biorących w nim udział, a także konkretne straty i trudności w procesie produkcyjnym.

Z wymienionych powodów warto pochylić się nad problemem prawidłowego zabezpieczenia stanowisk zrobotyzowanych. Co ważne – stanowisko zależy zawsze analizować jako układ całościowy (stanowisko, automatyka, robot + narzędzia!)

Normy bezpieczeństwa

Aktualnie dla stanowisk zrobotyzowanych stosuje się następujące normy (na dzień publikacji artykułu):

• PN-EN ISO 12100:2012 „Bezpieczeństwo maszyn. Ogólne zasady projektowania. Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka”;
• PN-EN ISO 10218-1:2011E „Roboty do pracy w środowisku przemysłowym. Wymagania bezpieczeństwa. Część 1: Robot”;
• PN-EN ISO 10218-2:2011E „Roboty do pracy w środowisku przemysłowym. Wymagania bezpieczeństwa. Część 2: System robotowy i integracja”;
• PN-EN 62061:2008/A1:2013-06 „Bezpieczeństwo maszyn. Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i elektronicznych programowalnych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem”;
• PN-EN 13849-1:2016-02 „Bezpieczeństwo maszyn. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem”.

Pracujące ze stanowiskami zrobotyzowanymi (a w szczególności projektując je) należy zapoznać się zarówno z wymienionymi wyżej normami oraz upewnić się, że wymienione normy nie zostały znowelizowane.

Zabezpieczenia dostępu

Podstawowym środkiem zabezpieczającym przed wypadkiem jest stosowanie ścian, płotów, klatek, nadzorowanych bram wejściowych, osłon stałych itp. Odległość ogrodzenia od urządzenia powinna być dobrana tak, aby uniemożliwić potencjalne kolizje.

Strefy wejścia powinny być zabezpieczone w sposób zgodny z monitorowaniem stref bezpieczeństwa dla dowolnych innych maszyn – otwarcie bram wejściowych powinno, podobnie jak włączenie przycisku zatrzymania awaryjnego, zatrzymać roboty w kontrolowany sposób.

Wyłączniki awaryjne

Podstawowym i bardzo często pomijanym środkiem bezpieczeństwa są wyłączniki awaryjne. Przyciski te powinny być rozmieszczone w miejscach widocznych, w zasięgu operatora. Należy mieć świadomość, że w ogólności wyłącznik awaryjny powinien możliwie wyeliminować wszystkie sterowalne potencjalne zagrożenia w jego strefie działania. Wyłącznika awaryjnego nie można mylić (ideowo i programistycznie) ze stopem cyklu, który może doprowadzić maszynę do stanu ustalonego przed wyłączeniem. Należy pamiętać, że wykorzystując roboty jako element maszyny (lub zespołu maszyn połączonych) koniecznym jest zintegrowanie systemów bezpieczeństwa w taki sposób, aby zatrzymanie jednego elementu powodowało natychmiastowe zatrzymanie elementów współpracujących w obszarze.

Komentarz eksperta

Zapewnienie pracownikom bezpiecznych warunków pracy to temat priorytetowy dla przedsiębiorstw posiadających własny park maszynowy. Dlatego kwestia bezpieczeństwa funkcjonalnego stanowisk i linii zrobotyzowanych jest na stałe wpisana w proces ich projektowania i użytkowania.Należy pamiętać, że pod względem prawnym temat bezpieczeństwa maszyn jest wysoce uregulowany i obwarowany normami, a zatem projektowanie, integrowanie i wdrażanie rozwiązań zrobotyzowanych wymaga odpowiedniej wiedzy i doświadczenia inżynierskiego, aby dostarczane rozwiązania spełniały oczekiwane wymagania produkcyjne a jednocześnie były bezpieczne dla załogi, biorąc pod uwagę różne, nawet te mniej typowe scenariusze. Niezmiennie podstawowym i fundamentalnym w kwestii zapewnienia bezpieczeństwa maszyn jest etap projektowy z pełną identyfikacją zagrożeń i szczegółową oceną ryzyka, które na dalszych etapach realizacji projektu – dzięki doborze określonych środków bezpieczeństwa – niwelujemy. Konieczne jest określenie odpowiedniego poziomu zapewnienia bezpieczeństwa, wykonanie odpowiednich obliczeń i dopiero na tej podstawie – dobór właściwych urządzeń bezpieczeństwa. Ostatecznym potwierdzeniem, że pracownikom obsługującym zaprojektowaną i zbudowaną przez nas maszynę nic nie będzie zagrażało, jest walidacja systemów bezpieczeństwa. W przypadku zastosowania barier optoelektronicznych lub skanerów bezpieczeństwa, niezwykle istotna jest kontrola czasu dobiegu, czyli weryfikacja, po jakim czasie dana maszyna zatrzyma się, jeśli pracownik przykładowo przetnie kurtynę bezpieczeństwa (potwierdzamy w ten sposób czy zaplanowana odległość kurtyny od elementu niebezpiecznego jest wystarczająca). Ostateczny audyt bezpieczeństwa w przypadku stanowisk zrobotyzowanych lub bardziej rozbudowanych maszyn powinien zostać przeprowadzony po instalacji w zakładzie klienta. W doborze środków bezpieczeństwa istotna jest równieżanalizadocelowego środowiska pracy maszyn. Dla nas jako integratora to oczywisty punkt na liście ryzyk, ale warto przypomnieć, że testy maszyn pod kątem działania urządzeń bezpieczeństwa takich jak skanery czy bariery optyczne, wykonywane w warunkach laboratoryjnych czy warsztatowych nie zawsze pozwalają odzwierciedlić rzeczywiste warunki pracy na halach produkcyjnych, a to oznacza, że określone standardy bezpieczeństwa mogą ulegać zmianie. Przykładem są zakłady, gdzie panuje duży stopień zapylenia powietrza, co ma bezpośredni wpływ na działanie skanerów. Projektując systemy bezpieczeństwa należy również pamiętać, że kluczowe jest nie tylko spełnienie określonych norm i wymagań, ale również zaprojektowanie i wykonanie maszyny która będziefunkcjonalna, ergonomiczna i przyjazna w obsłudze. Kolejny aspekt to ewolucja stanowisk zrobotyzowanych. Elementem procesu produkcyjnego coraz częściej stają się roboty mobilne typu AMR (ang. Autonomous Mobile Robots) i podczas projektowania tego typu systemów oprócz wskazanych w artykule standardowych norm dotyczących bezpieczeństwa, należy wziąć pod uwagę także inne, łącznie z bezpieczeństwem i testowaniem akumulatorów. O ile prawidłowe zabezpieczenie typowych stanowisk zrobotyzowanych, przy zastosowaniu odpowiednich wygrodzeń, jest tematem dobrze branży znanym,inaczej ma się sytuacja w przypadku robotów współpracujących. Owszem, koboty same w sobie są zaprojektowane jako urządzenia bezpieczne we współpracy z człowiekiem, jest jednak ale, za którym kryją się pytania o konkretne narzędzia, w jakie kobot zostanie wyposażony oraz elementy jakie będzie przenosił. Wszystkie te zmienne będą wpływać na stopień bezpieczeństwa stanowiska i muszą zostać obligatoryjnie uwzględnione w ocenie ryzyka, aby dana aplikacja z użyciem robota współpracującego była bezpieczna i funkcjonalna.

Kurtyny świetlne

W wielu wypadkach nie ma możliwości takiego zaprojektowania punktów wymiany detali z resztą ciągu technologicznego, aby można było pozostawić otwór bez aktywnego monitorowania. Odpowiedzią na ten problem jest zastosowanie kurtyn świetlnych o odpowiednio dobranej długości oraz rozdzielczości.

Przy doborze i montażu kurtyny bezpieczeństwa należy zwrócić uwagę na ich rozdzielczość (odległość promieni od siebie), wielkość (długość) oraz odległość od strefy zagrożenia. Przykładowo rozdzielczość 20 oznacza wykrycie dowolnego przedmiotu większego niż 20 mm przekraczającego barierę. Przy wyborze rozdzielczości bariery bierze się pod uwagę która część ciała może być narażona na uszkodzenie po przecięciu bariery świetlnej. Najmniejsza rozdzielczość zapewnia ochronę palców, kolejna dłoni, kończyny i całego ciała (rozdzielczość dobiera się także na podstawie odległości bariery od zagrożenia).

Należy zwrócić uwagę, że bariery świetlne należy umiejscowić w taki sposób aby chroniły nie tylko przed wtargnięciem do strefy, ale także (gdy to konieczne) przed pozostaniem w niej.

Bezpieczeństwo w pracy z robotami współpracującymi

Roboty współpracujące (koboty – nazwa pochodzi od połączenia angielskich słów „collaboration” i „robot”) znacząco zyskują na popularności w ostatnich latach. Poprzez ograniczenie siły i mocy robota mogą być one teoretycznie stosowane bezpośrednio przy współpracy z ludźmi bez dodatkowych zabezpieczeń.  To zdanie jest prawdą dopóki mówimy o stacjonarnym kobocie bez zainstalowanego narzędzia i manipulowanego detalu. Jeśli narzędziem, którego używa robot współpracujący, będzie jednak np. nóż lub nagrzewnica to nawet pomimo niskiej energii robot taki może powodować realne zagrożenie dla pracowników operujących w otoczeniu maszyny.

Komentarz eksperta

Nie ma ważniejszego zagadnienia w fabryce niż bezpieczeństwo jej pracowników, dlatego nowoczesne urządzenia są od samego początkutworzone z myślą o bezpieczeństwie pracującego z nimi personelu. Zintegrowane funkcje bezpieczeństwa uwzględniają tę kwestię w początkowej fazie projektowania.Każdy aspekt pracy maszyny jest rejestrowany na poziomie danych przetwarzanych przez system sterowania,wszystkie komponenty i czynności na linii są ściśle monitorowane w czasie rzeczywistym, a systemy sterowania łączące inteligentne, zintegrowane i interaktywne elementy pozwalają na wczesne identyfikowanie zarówno rzeczywistych, jak i potencjalnych problemów, a tym samym – na szybką reakcję. Dzięki temu – poprzez wyeliminowanie potencjalnych awarii – zwiększa się nie tylko bezpieczeństwo pracowników, lecz takżewzrasta produktywność linii. Wspominane wcześniej fotoelektryczne kurtyny bezpieczeństwa są rozwiązaniem chętnie stosowanym przez producentów, ponieważ mogą mieć wiele różnych zastosowań, są zatem praktycznym rozwiązaniem w fabrykach, które stawiają na elastyczne linie produkcyjne. Najnowocześniejsze dostępne obecnie na rynku modele zapewniają niezawodną ochronę nawet w trudnych warunkach i ekstremalnych temperaturach dzięki szczelnej, odpornej na olej konstrukcji oraz dużemu zasięgowi działania. Innym rozwiązaniem stworzonym z myślą o dużych liniach produkcyjnych wykorzystujących roboty przemysłowe oraz przeznaczone dla sprzętu wymagającego szybkiego sterowania są sieciowe sterowniki bezpieczeństwa, np. z serii NX firmy OMRON. Automatyczne programowanie systemów bezpieczeństwa, symulacja offline i test funkcjonalny programów kontroli w trybie online umożliwiają skrócenie czasu od powstania projektu do weryfikacji bezpieczeństwa. Ponadto rejestrowanie danych sprawia, że nawet niedoświadczeni pracownicy mogą łatwo wykryć przyczynę nagłego przestoju linii.

Inne zabezpieczenia

Oprócz wymienionych zabezpieczeń w niektórych przypadkach warto zastanowić się nad zastosowaniem bardziej wyrafinowanych elementów chroniących zdrowie i życie pracowników. Mowa tu o matach naciskowych, skanerach bezpieczeństwa czy kamerach bezpieczeństwa. Ich zastosowanie w wielu przypadkach stanowi uzupełnienie opisanych już środków podstawowych.

Podsumowanie

Bezpieczeństwo pracowników musi być naszym priorytetem przy zakupie i modernizacji stanowisk pracy (nie tylko tych zrobotyzowanych). Przed przystąpieniem do prac należy gruntownie poznać proces i obowiązujące normy prawne

Do najważniejszych wniosków płynących z prezentowanego artykułu należy z pewnością fakt, iż zastosowanie kobotów nie zwalnia projektanta z myślenia o całościowym bezpieczeństwie aplikacji i nadal wymaga przeprowadzenia analizy ryzyka oraz zastosowania odpowiednich środków zabezpieczających, które zaprezentowano we wcześniejszej części artykułu.

Autor: Maciej Gniadek, Redakcja Portal Przemysłowy.pl