Bezpieczne stanowiska pracy robotów

Wydawałoby się, że robotyka jest dziedziną stosunkowo młodą. Nic bardziej mylnego. Powstanie pierwszego działającego robota datowane jest na rok 1738. Potrafił grać na flecie, a jego konstruktorem był Jacques de Vaucanson. Intensywny rozwój robotyki datuje się jednak dopiero na lata pięćdziesiąte XX wieku. W chwili obecnej próbuje się wykorzystywać roboty w coraz to nowych dziedzinach życia – również w przemyśle. Jednym z warunków jest ich bezpieczeństwo dla otoczenia.
Zadaniem robota jest ułatwienie życia człowiekowi. Niewątpliwą zaletą pracy robotów jest powtarzalność i dokładność wykonywanych przez nie zadań. Człowiek wykonujący te same czynności przez pewien czas wpada w rutynę, znudzenie, których konsekwencją mogą być błędy. Natomiast dla robota rutyna jest wskazana i naturalna.
Gdzie człowiek nie może, tam robota pośle
Robot może pracować w środowisku, w którym człowiek nie jest w stanie przebywać, albo wręcz pozostaje ono dla niego szkodliwe. Przykładem może być praca robotów w celach odlewniczych, w których temperatura detalu wyciąganego z prasy odlewniczej sięga kilkuset stopni Celsjusza. Inną gałęzią przemysłu, gdzie robotyzacja stała się standardem, jest branża motoryzacyjna (automotive). Roboty pracujące na liniach montażowych zastępują ludzi przy spawaniu, malowaniu, a nawet montażu niektórych podzespołów. Przykłady powyższych zastosowań prezentują typ robota pracującego we własnej przestrzeni, oddzielonej od strefy działań człowieka. W ten sposób z założenia maszyna nie stwarza dla ludzi zagrożenia.
Drugi obszar zastosowań to wykorzystanie robota do współpracy z człowiekiem. Przykładami takich urządzeń są roboty:

  • transportowe i magazynowe, stosowane do automatycznego pobierania i dostarczania produktów ze stref magazynowych;
  • medyczne, wspomagające pracę m.in. lekarzy przy bardzo precyzyjnych operacjach;
  • humanoidalne, naśladujące ruchy i pracę człowieka;
  • zabawki, coraz częściej kupowane dzieciom (np. robot-pies).

Należy wyraźnie zaznaczyć, że w tych przypadkach przestrzenie pracy robota i człowieka nachodzą na siebie, a co za tym idzie, pojawia się nowy typ zagrożeń ze strony maszyny, którym trzeba odpowiednio przeciwdziałać.
Etyka robotów
Wizja robotów przejmujących władzę nad ludzkością i światem, nakreślana w wielu opowiadaniach i filmach gatunku science fiction, doprowadziła do powstania tzw. praw robotów. Najczęściej cytowane są prawa z 1942 r., autorstwa Isaaca Asimova. Brzmią następująco:
1. Robot nie może skrzywdzić człowieka ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek doznał krzywdy.
2. Robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że stoją one w sprzeczności z pierwszym prawem.
3. Robot musi chronić sam siebie, jeśli tylko nie stoi to w sprzeczności z pierwszym lub drugim prawem.
Po jakimś czasie autor dodał jeszcze prawo zerowe, które brzmi:
0. Robot nie może skrzywdzić ludzkości lub poprzez zaniechanie działania doprowadzić do uszczerbku dla ludzkości.
Można pokusić się o stwierdzenie, że były to jedne z pierwszych – jeśli nie pierwsze – normy z zakresu bezpieczeństwa robotów. Mają one charakter fundamentalnych zasad regulujących wykorzystanie robotów w środowisku działalności człowieka.
Aktualne normy a projektowanie stanowisk robotycznych
Niniejszy artykuł dotyczy bezpieczeństwa pracy stanowisk zrobotyzowanych, w których strefa pracy robota została oddzielona od strefy pracy ludzi przez zastosowane urządzenia i elementy ochronne. W tym celu projektanci systemów zrobotyzowanych muszą bezwzględnie przestrzegać poniższych norm, zapisanych m.in. w unijnej dyrektywie maszynowej 2006/42/WE:

  • 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 „Bezpieczeństwo maszyn. Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i elektronicznych programowalnych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem”;
  • PN-EN 13849-1:2008 „Bezpieczeństwo maszyn. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem”.

Przed przystąpieniem do pracy nad projektem stanowiska pracy robota projektant powinien sprawdzić, czy normy, z których będzie korzystał, są nadal aktualne. Należy pamiętać, że w Polsce jednostką odpowiedzialną za działalność normalizacyjną jest Polski Komitet Normalizacyjny (www.pkn.pl), którego zadaniem jest (jak czytamy na jego stronie internetowej) „organizacja i prowadzenie prac normalizacyjnych zgodnie z potrzebami kraju, z uwzględnieniem normalizacji europejskiej i międzynarodowej, łącznie z realizacją zadań wynikających z członkostwa Polski w Unii Europejskiej, w tym wprowadzanie Norm Europejskich do zbioru Polskich Norm, ze szczególnym uwzględnieniem Polskich Norm zharmonizowanych w ramach dyrektyw”.
<—newpage—>Podpowiedzi dla projektanta
Projektowanie układów sterowania z wykorzystaniem robotów wiąże się z przestrzeganiem wielu zasad. Poniżej przedstawiono te ważniejsze (ale nie jedyne), które należy brać pod uwagę przy projektowaniu stanowisk zrobotyzowanych.
Najczęściej stosowanym w przemyśle sposobem zabezpieczenia obszaru pracy robota jest utworzenie tzw. cel. Wykonuje się je z odpowiednio dobranych i zaprojektowanych osłon i ogrodzeń. Wewnątrz celi umieszcza się robota, a poza jej obszarem szafę sterującą oraz panel do programowania, sterowania i kontroli stanów robota.
Jednak nie zawsze da się całkowicie wygrodzić taki obszar. W przypadku zastosowania np. transporterów odbierających występują powierzchnie niezabezpieczone ogrodzeniem, przez które mogą dostać się do wewnątrz celi osoby trzecie. Takie obszary należy zabezpieczyć barierami optycznymi. Dodatkowym zabezpieczeniem celi robota jest zastosowanie urządzeń wykrywających obecność człowieka w obszarze pracy robota, np. czułych na nacisk (listwy, maty na podłodze) lub na ruch (skanery, czujniki ruchu). Strefy wejścia do obszaru pracy powinny być zabezpieczone elektroryglami, wraz z systemem automatycznego ryglowania i odryglowania. W ten sposób rygiel zostaje zwolniony dopiero w momencie, gdy robot został zablokowany. System automatycznego ryglowania powinien być zintegrowany z systemem bezpieczeństwa celi. Dla dokładniejszej kontroli tego, czy operator wyszedł ze strefy pracy robota, stosuje się kluczebezpieczeństwa, które wyjmuje się z rygla przed wejściem do celi i wkłada do rygla dopiero w momencie opuszczenia strefy pracy robota. Dzięki takiemu rozwiązaniu osoba trzecia nie jest w stanie bez klucza bezpieczeństwa zaryglować celi i uruchomić robota. Innym sposobem kontroli wyjścia z celi robota jest wykonanie sekwencji polegającej na naciskaniu odpowiednich przycisków i przechodzeniu operatora opuszczającego celę przez kolejne bariery. Dodatkowe przyciski bezpieczeństwa wewnątrz celi mogą uchronić osobę w środku przed niekontrolowanym uruchomieniem robota przez osobę trzecią. Uzupełnieniem systemu bezpieczeństwa jest stosowanie lamp, kolumn i syren ostrzegawczych, a sam robot oraz jego ruchome elementy powinny mieć jaskrawe barwy.
Wymagane przeszkolenie
W zakładach pracy stosuje się hierarchię pracy, a co za tym idzie, także obowiązków. Aby móc wykonywać pewne czynności, trzeba przejść odpowiednie szkolenie. Do pracy z robotem oddelegowuje się trzy typy pracowników: operatorów, programistów i inżynierów utrzymania ruchu, przy czym każdy ma inne zadania i uprawnienia. Operator może włączać i wyłączać sterownik robota oraz uruchamiać robota z poziomu panelu operatorskiego. Bezwzględnie zabrania mu się wchodzić do strefy pracy robota. Ta czynność zarezerwowana jest dla programistów i inżynierów utrzymania ruchu, mających odpowiednie przeszkolenie. Dodatkowo programista i inżynier są odpowiedzialni za obsługę robota oraz jego programowanie (z możliwością programowania podczas przebywania w celi). Natomiast zadania konserwacyjne, regulacje oraz prace związane z wymianą części mogą być wykonywane wyłącznie przez inżyniera utrzymania ruchu.
Normy postępowania przy obsłudze robota
Rutyna pojawiająca się w trakcie obsługi urządzeń procesowych, a robotów w szczególności, jest bardzo niebezpieczna. Prowadzi do wzrostu zagrożenia urazem lub wypadkiem. Dlatego bezwzględne przestrzeganie zasad i ich ciągłe przypominanie to kluczowy element bezpieczeństwa, o który dbać muszą pracownicy i przełożeni.
Roboty są urządzeniami wymagającymi okresowych przeglądów i konserwacji, a także korygowania albo tworzenia nowego programu pracy. Należy pamiętać, że wykonywanie konserwacji czy napraw musi się odbywać przy odłączonych i zabezpieczonych wszelkich obwodach zasilających robota, a więc nie tylko energii elektrycznej, ale także np. pneumatycznej czy hydraulicznej. W tym celu w wielu zakładach wdraża się system LOTO (lockout/tagout), polegający na zakładaniu specjalnych kłódek na wyłącznikach energii oraz zawieszaniu przywieszek ostrzegających i informujących o wyłączeniu urządzenia z eksploatacji. Także w trakcie uczenia robota należy przestrzegać dwóch zasad: wspomnianego w tabeli zmniejszenia prę-dkości poszczególnych stopni swobody robota do akceptowalnego maksimum (wg norm nie więcej niż 250 mm/s) oraz zapewnienia obecności dwóch osób w trakcie procesu uczenia robota, z czego zadaniem jednej z nich jest pełna gotowość do natychmiastowego zatrzymania robota (np. przez naciśnięcie przycisku bezpieczeństwa).
Zdarzają się sytuacje, w których częstotliwość wejść w przestrzeń pracy robota jest na tyle duża, że każdorazowe oczekiwanie na zezwolenie wejścia do celi robota wydane przez układ bezpieczeństwa staje się dla użytkownika uciążliwe. Próbuje się wówczas „oszukiwać” system bezpieczeństwa przez mostkowanie torów bezpieczeństwa albo blokowanie wyłączników krańcowych. Taka praktyka jest niedopuszczalna i karygodna. Bywa że po takiej interwencji w obwód bezpieczeństwa dochodzi do wypadków, gdyż osoba trzecia nie wiedziała o dokonanej zmianie i o braku ochrony.
Projektowanie rozwiązań bezpieczeństwa z zastosowaniem norm
Maszyna musi być bezpieczna, ale warto wspomnieć, z jakich narzędzi skorzystać, aby określić poziom ryzyka i wymagania stawiane układowi bezpieczeństwa. Z pomocą przychodzą tu dwie normy: EN ISO 13849-1 i PN-EN 62061. Każda podchodzi do tematu bezpieczeństwa z innej strony. Dzięki temu można uznać, że uzupełniają się, dając całościowy obraz problemu bezpieczeństwa. EN ISO 13849-1 kieruje się w zakresie oceny układów bezpieczeństwa probabilistyką. Określany jest tzw. Performance Level (PL), który należy osiągnąć dla projektowanego systemu. Natomiast norma PN-EN 62061 korzysta z macierzy przyporządkowania współczynnika SIL (Safety Integrity Level). Określany jest tzw. poziom nienaruszalności bezpieczeństwa. W zależności od projektowanej aplikacji należy każdorazowo określić, jaki minimalny poziom bezpieczeństwa musi spełnić użyty system bezpieczeństwa.
Podsumowanie
Stanowiska pracy robotów są już standardem w wielu zakładach. Mimo wymogu ze strony organów bezpieczeństwa pracy stosowania najwyższych standardów bezpieczeństwa, czasami słyszy się w mediach o wypadkach z udziałem robotów. Pamiętajmy, że w starciu człowiek–robot siła leży po stronie robota, a inteligencja po stronie człowieka. Warto więc korzystać z ludzkiej inteligencji, aby zabezpieczyć się przed siłą robota.
Autor: mgr inż. Krzysztof Blicharski, BaP Group (Biuro Automatyki Przemysłowej)