Standardy bezpieczeństwa i technologie systemów sterowania wykazują coraz większy poziom integralności i konwergencji, sprzyjając poprawie wydajności produkcji, dokładności realizowanych procesów oraz ochronie marki produktów.
Wraz z wprowadzaniem coraz bardziej wymagających przepisów w zakresie bezpieczeństwa produkcji w branży spożywczej powstało wiele mechanizmów zmierzających do ujednolicenia zarówno przepisów i norm obowiązujących w USA i Europie ? IEC 13849 i ISO 62061, jak i technologicznych rozwiązań systemowych, przeznaczonych do obsługi funkcji związanych z bezpieczeństwem, np. openSAFETY, PackSafety opracowanych przez OMAC Packaging Workgroup. Ponadto realizowanych jest wiele inicjatyw w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego, chociażby w branży robotów przemysłowych (ANSI/RIA R15.06) i innych, związanych z opracowaniem standardów w komitecie B11 amerykańskiej organizacji ANSI. Prace nad tego typu standardami trwają również w europejskich organizacjach standaryzujących i normatywnych.
W przemyśle spożywczym i farmaceutycznym kwestie bezpieczeństwa nabierają szczególnego znaczenia i ostateczne określenie wymogów stawianych urządzeniom pracującym w takich aplikacjach jest żmudne i pracochłonne. Stąd wiele jeszcze standardów i norm jest wciąż w fazie opracowywania. Obejmują one szerokiespektrum zagadnień: od skażeń w masie masła orzechowego, składników mogących wywoływać uczulenia, po rodzaje melaminy i resztki ołowiu w produktach dla dzieci i zabawkach oraz zalążki bakterii E. coli w różnych środkach spożywczych i mięsie.
Na pierwszy rzut oka sytuacja może przytłaczać. Ale w dłuższej perspektywie rozwoju najważniejsze interesy społeczne staną się imperatywem działań wielkich korporacji, zapewniającym ochronę marek i związanych z nimi produktów, wartych niejednokrotnie miliony dolarów, od ostatecznego upadku rynkowego i ruiny finansowej. Czasami ich widmo może pojawić się niespodziewanie, z dnia na dzień, za sprawą mediów lub zwykłych plotek, pomówień.
Spełnienie wymogów, integracja i innowacyjność
Utarło się przekonanie, że bezpieczeństwo, zwłaszcza w wymagających aplikacjach, to temat zarezerwowany dla wybitnych specjalistów, administratorów systemowych, prawników. Nikt inny nie powinien się tym zajmować. Zgodność z zasadami bezpiecznej żywności była od zawsze w centrum uwagi jedynie kadr kierowniczych w największych światowych koncernach.
Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków zwraca szczególną uwagę na ryzyko działań związanych z implementacją różnych standardów bezpieczeństwa w aplikacjach przemysłu spożywczego. W branży tej nabiera ono bardzo dużego znaczenia, ponieważ wystąpienie zagrożeń lub błędów w procesach produkcji żywności czy napojów może mieć zgubny wpływ na bardzo duże grupy ludzi, powodując uszczerbek na ich zdrowiu, a w krytycznych sytuacjach nawet zagrożenie życia. Implementacja nowoczesnych technik bezpieczeństwa w aplikacjach przemysłowych, realizowana jedynie z myślą o spełnieniu wymagających przepisów i zarządzeń, jest tylko działaniem częściowym, niedającym możliwości skorzystania z tzw. dobrych praktyk oraz zaawansowanych możliwości współczesnych systemów i technologii bezpieczeństwa.
Współcześni technolodzy systemów automatyki rozumieją doskonale, że inicjatywy związane z wdrożeniem funkcji bezpieczeństwa nie mogą już być postrzegane jako coś wyizolowanego, wydzielonego od innych podsystemów, realizowanego przez jednostki, grupy czy firmy, zwykle niewspółpracujące ze sobą. Kiedy agencje rządowe, dostawcy technologii, grupy opracowujące standardy przemysłowe i sami klienci zajmują się jednocześnie tą kwestią, trzeba nieustannie monitorować zbieżność ich interesów i stanowisk.
Warto zaznaczyć, że takie działania stwarzają technologom automatyki przemysłowej możliwość zaproponowania i wdrożenia kompleksowych, nowoczesnych technologii automatyki na wielu płaszczyznach przedsiębiorstw, które zwykle sprzyjają wzrostowi wydajności i jakości produkcji. Zgodnie z zasadą Pareto ? jeżeli najpierw rozwiąże się większy i bardziej skomplikowany problem, inne związane z nim kwestie rozwiązują się same, automatycznie. Niezbędnym elementem jest jednak wcześniejsze ustalenie, jakie są potrzeby klienta i danej aplikacji, jakie będą rzeczywiste koszty inwestycji oraz ile kosztowałoby zignorowanie niektórych wymagań, kwestii problematycznych.
W różnych inicjatywach, działaniach podejmowane są różnorodne wątkizwiązane z funkcjami bezpieczeństwa ? poczynając od zapobiegania skaleczeniom i uszkodzeniom ciała pracowników, aż po skażenia i zanieczyszczenia maszyn, które przecież mogą przenieść się na wytwarzaną przez nie żywność. Większość poruszanych kwestii skupia się głównie wokół poprawności konstrukcji mechanicznych samych maszyn, ale obserwowane coraz częściej zastępowanie dotychczasowych elementów sprzętowych bezpieczeństwa rozwiązaniami bazującymi na programowalnych sterownikach i modułach we/wy, połączonych siecią wymiany informacji cyfrowych, ma coraz większe znaczenie dla kompleksowości i wysokiej niezawodności stosowanych w przemyśle spożywczym technik bezpieczeństwa.
To właśnie sieciowe systemy automatyki zaczynają odgrywać w nich, w ciągu ostatnich lat, coraz bardziej znaczącą rolę, szczególnie w obszarach monitoringu, komunikacji, szybkości i pewności reakcji na zdarzenia w aplikacji, analizach i dokumentowaniu działania maszyn i całych procesów produkcyjnych. Elementy automatyki mogą być również odpowiedzialne za śledzenie produktów na całej linii produkcyjnej, w procesach pakowania, logistyki, kontrolując i dokumentując warunki realizacji zadań na poszczególnych etapach (temperatura, jakość powietrza itp.), które mogą mieć wpływ na jakość wytwarzanych produktów spożywczych.
Funkcje ? możliwości techniczne integracji systemów bezpieczeństwa
Czy to nie zaskakujące? Niejednokrotnie podobne czy wręcz te same funkcje związane są z uzyskaniem wysokiej jakości produktów, utrzymaniem ruchu maszyn oraz ich ogólnej sprawności i wydajności (wskaźnik OEE), z dokładnością i zrównoważeniem procesów oraz optymalizacją funkcjonowania łańcucha dostaw składników i półproduktów. Dlatego maszyny powiązane z realizacją zarówno procesów produkcyjnych, jak i funkcji bezpieczeństwa nie mogą zatrzymać się w celu wprowadzenia np. korekt nastaw w trakcie bieżącej produkcji (rys. 2). Jest to podstawowa zasada produkcji przemysłowej przy założeniu wysokiego wskaźnika OEE. Brak zatrzymań oznacza wyeliminowanie ponownych rozruchów maszyn, powodujących znaczące pobory prądu (tzw. udary prądowe), co z kolei przekłada się na podniesienie jakości energii w układach zasilania oraz poprawę efektywności energetycznej zakładu.
Ciągła praca linii produkcyjnych, bez nagłych przerw i zatrzymań, przy optymalnej prędkości, oznacza mniej odpadów produkcyjnych i bardziej jednolity, stały poziom jakości wytwarzanych produktów. Spokojny, zrównoważony przebieg kolejnych procesów produkcji, mniejsze zużycie maszyn i surowców, mała ilość uszkodzeń, niedoróbek oraz powtarzalność i zgodność realizacji kolejnych etapów produkcji z założonym harmonogramem ? tak to powinno wyglądać. To właśnie podstawowe zalety integralności, zbieżności funkcjonalnej i zachowania zgodności systemów sterowania i bezpieczeństwa z obowiązującymi normami i standardami. Konwergencja ta ma szczególne znaczenie w odniesieniu do standardów i technologii systemów automatyki, implementowanych w aplikacjach produkcji żywności. We współczesnym podejściu do realizacji elementów bezpieczeństwa w produkcji przemysłowej niebagatelną rolę odgrywają również zagadnienia prawidłowego projektowania i implementacji elementów mechatronicznych. W ostatnim okresie głównym elementem działań w tym zakresie jest np. wymiana klasycznych układów napędowych na zespoły serwonapędowe z komunikacją sieciową (synchronizacja, kalibracja itp.).
Coraz bardziej wymagające przepisy i normy dotyczące czystości maszyn determinują zasady projektowania i implementacji elementów czyszczących i sanitarnych, które dzięki nowym technologiom są szybsze i łatwiejsze w obsłudze, a tym samym tańsze w ogólnej eksploatacji. Podstawą konstrukcji maszyn wymagających wysokiego poziomu czystości jest wykorzystanie stali nierdzewnej oraz takie kształtowanie powierzchni (zaokrąglenia, opływowe kształty), by wyeliminować miejsca, w których mógłby gromadzić się brud, zanieczyszczenia.
Parametry i wymagania dotyczące projektowania maszyn i urządzeń dla przemysłu spożywczego, w zgodzie z wymogami sanitarnymi, są już powszechnie znane i z powodzeniem wdrażane w rzeczywistych aplikacjach. Mogą one być stosunkowo łatwo zaimplementowane również w innych obszarach, jak pakowanie produktów spożywczych, nie tylko w odniesieniu do maszyn bezpośrednio pakujących, ale również tych niemających bezpośrednio kontaktu z pakowaną żywnością czy napojami, farmaceutykami itp. Wspomniane opływowe kształty elementów maszyn produkcyjnych sprzyjają też ograniczeniu ryzyka skaleczeń, zranień pracowników obsługi. Dlatego warto na liniach produkcyjnych wykorzystywać nowoczesne, dobrze zaprojektowane urządzenia mechatroniczne, proste serwonapędy ? zamiast przekładni, łańcuchów, pasów transmisyjnych i innych elementów, które okresowo musiały być demontowane, czyszczone, konserwowane itp.
Sieciowe magistrale komunikacyjne będą stopniowo zastępować klasyczne rozwiązania kablowe, zapewniając ograniczenie liczby przewodów i kabli niezbędnych do realizacji zadań na liniach produkcyjnych. Duża ilość kabli i ogólna ciasnota panująca w traktach kablowych, prowadzonych niejednorodnie po powierzchni maszyn, podzespołów linii produkcyjnych, sprzyjała bowiem gromadzeniu się zanieczyszczeń. Eliminacja części przewodów zapewni uzyskanie przestrzeni między nimi i łatwiejsze czyszczenie, spłukiwanie itp. Warto podkreślić, że coraz częściej w ramach połączeń sieciowych realizowane są funkcje nie tylko sterowania, ale również zintegrowanego bezpieczeństwa, dzięki czemu istnieje dodatkowa możliwość redukcji przewodów, niezbędnych dotychczas jako oddzielne instalacje dla systemów bezpieczeństwa maszyn i ludzi.
Nauka z przeszłości
13 lat temu jednym z największych problemów technologów informatycznych i systemów automatyki było przygotowanie się na zmianę daty ? problem roku 2000. Ówczesne działania, realizowane przedsięwzięcia zapobiegające zatrzymaniu lub resetom urządzeń, systemów, mogą posłużyć za klasyczny przykład rozdźwięku pomiędzy tym, jak kształtowały się przewidywania kosztów związanych w tym przypadku z eliminacją zagrożeń i ewentualnych skutków awarii, wynikających z problemu roku 2000, a przewidywaniami analityków gospodarczych giełdy Wall Street. Niektóre firmy inżynierskie odnotowały jednorazowe wpływy w budżecie, ponieważ w wielu przedsiębiorstwach wydatki związane z problemem roku 2000 okazały się znacznie mniejsze od planowanych, co z kolei sprzyjało wzrostom cen akcji na giełdzie.
Z opisanej sytuacji wypływa wniosek na przyszłość ? korporacje i przedsiębiorstwa, planując wydatki związane z ochroną prestiżu swej marki i pozycji rynkowej, powinny w znacznie większym stopniu położyć nacisk na inwestowanie w nowoczesne systemy automatyki i monitoringu, które mogą w krytycznej sytuacji ograniczyć liczbę uszkodzeń, awarii, nieplanowanych przestojów lub złagodzić ich skutki.
W ostatnich kilku latach terminem modnym w organizacji pracy przedsiębiorstw produkcyjnych stała się równowaga, zrównoważenie. Systemy i funkcje bezpieczeństwa powinny być postrzegane jako element takiego zrównoważenia, sprzyjający poprawie jakości i skuteczności procesów produkcyjnych. Poprzez bezpośredni wpływ na wydajność i efektywność produkcji sprzyjają one również ograniczeniu emisji CO2 do atmosfery.
W zakładach produkcji żywności i napojów warto położyć szczególny nacisk na współpracę narzędzi i systemów wspierających zrównoważenie oraz procedury bezpieczeństwa. Sprzyja to ograniczeniu strat na wszystkich etapach produkcji, dostaw i składowania. W planach działań na przyszłość warto uwzględniać jeszcze jeden istotny czynnik ? wzrost liczebności ludzi na świecie, przy jednoczesnym zmniejszaniu się zasobów agrokultury w najbliższych dziesięcioleciach. Dlatego największe koncerny i firmy produkujące żywność już teraz podejmują liczne działania, zmierzające do jak najefektywniejszego organizowania swoich linii produkcyjnych, by zminimalizować straty. Omawiana w tym artykule kwestia zapewnienia bezpieczeństwa maszyn i urządzeń, wraz z pełną integracją z systemami sterowania i monitoringu, stanowi pierwszy i chyba najistotniejszy krok na tej drodze.
John Kowal, B&R Industrial Automation
Opracował dr inż. Andrzej Ożadowicz, AGH Kraków
