Przeprowadzanie oceny bezpieczeństwa dla robotów i systemów robotycznych

Fot. freepik

Zmiany zachodzące w robotach i systemach robotycznych oraz ich rosnąca obecność w przemyśle sprawiają, że ważne jest zrozumienie potencjalnych zagrożeń, związanych z tymi urządzeniami.

Rynek robotów i robotyki odnotowuje znaczny wzrost — pierwszej połowie 2020 r. skumulowany roczny wskaźnik wzrostu (CAGR) wyniósł tu ponad 25%. Branża robotyki rozwinęła się, obejmując różne urządzenia, takie jak roboty współpracujące, autonomiczne roboty mobilne (AMR), przemysłowe roboty mobilne (IMR), pojazdy sterowane automatycznie (AGV) oraz roboty osobiste. Obecnie produkowane roboty znacznie różnią się od tych spotykanych w przeszłości. Mogą być mobilne, wchodzić w bardziej bezpośrednie interakcje z ludźmi, są bardziej angażujące i, podobnie jak w przypadku wielu rodzajów produktów, są bardzo podatne na postęp technologiczny, wykorzystują połączenia sieciowe oraz posiadają coraz większą autonomią.

Zmiany zachodzące w robotach i produktach zrobotyzowanych, w połączeniu z ich ciągłym rozwojem i coraz większą obecnością w naszym życiu, sprawiają, że ważne jest zrozumienie potencjalnych zagrożeń związanych z tymi urządzeniami. Ponadto bardzo ważne jest zrozumienie norm i opcji testowania, które producenci i konstruktorzy powinni stosować w celu ograniczenia ryzyka oraz zapewnienia bezpieczeństwa i zgodności z przepisami.

Klasyfikacja potencjalnego ryzyka i zagrożeń związanych z robotami

Zgodnie z normą ISO 8373 robot jest definiowany jako aktywowany mechanizm, wykonujący ruch programowalny w dwóch lub więcej osiach, o pewnym stopniu autonomii, poruszający się w swoim środowisku w celu wykonywania zamierzonych zadań. Oczywiście roboty mogą być bardziej złożone. Wiąże się z nimi ryzyko, które należy brać pod uwagę podczas projektowania robotów oraz pracy z nimi. Poniżej wymieniono zagrożenia typowe dla większości rodzajów robotów:

  • Zagrożenia mechaniczne. Należy przeanalizować i ocenić kwestie związane z konstrukcją i działaniem samego systemu.
  • Zagrożenia elektryczne. Należy rozważyć ogólne bezpieczeństwo i działanie podzespołów elektrycznych w urządzeniu oraz samego urządzenia, szczególnie w odniesieniu do norm bezpieczeństwa elektrycznego.
  • Zaburzenia elektromagnetyczne (EMI). Problemy związane z oddziaływaniem pól elektromagnetycznych, emitowanymi przez urządzenia robotyczne na inne urządzenia elektryczne lub emitowanych przez inne urządzenia, znajdujące się w pobliżu, na roboty.
  • Zagrożenia dla ergonomii. Potencjalne problemy związane z konstrukcją i komfortem użytkowania urządzenia lub systemu.
  • Zagrożenia termiczne. Produkty muszą być oceniane pod kątem możliwości przegrzania, co może prowadzić do pożaru, poparzeń ludzi lub uszkodzeń sprzętu.
  • Zagrożenia akustyczne/hałasem. Podczas wykonywania przez produkt określonego zadania lub funkcji mogą pojawić się problemy operacyjne skutkujące niepożądanymi lub głośnymi dźwiękami.
  • Zagrożenia wibracjami. Problemy mechaniczne, które podczas użytkowania prowadzą do niepożądanych lub nadmiernych wibracji. Te z kolei mogą powodować hałas oraz potencjalne uszkodzenia produktu.
  • Zagrożenia ze strony promieniowania elektromagnetycznego. Poziomy emisji fal elektromagnetycznych z systemu i jego komponentów muszą mieścić się w zakresie uznawanym przez odnośne przepisy za bezpieczny i dopuszczalny.
  • Zagrożenia ze strony materiałów/substancji. Zagrożenia związane z komponentami robota, takimi jak oprzewodowanie, elementy metalowe, oprogramowanie itp.
  • Zagrożenia środowiskowe. Zagrożenia związane z określonym środowiskiem, w którym maszyna jest użytkowana zgodnie z przeznaczeniem. Na przykład w obiektach służby zdrowia – potencjalne zagrożenia związane z oddziaływaniem na inne urządzenia medycznymi i ich funkcje krytyczne.
  • Zagrożenia ze strony akumulatorów/baterii. Obawy związane z ładowaniem, przegrzaniem, pożarem lub iskrzeniem w urządzeniach wykorzystujących akumulatory/baterie i/lub inne komponenty magazynujące energię elektryczną.

Zagrożenia i wymagane środki bezpieczeństwa zależą od rodzaju zastosowania/przeznaczenia, ponieważ roboty i systemy zrobotyzowane mają różne kształty i rozmiary oraz są wykorzystywane w różnych aplikacjach. Mogą wystąpić pewne kombinacje czynników stwarzających zagrożenia, takie jak wibracje/hałas, elektryczne/termiczne lub elektryczne/promieniowanie/EMI. Podczas projektowania robotów i produktów robotycznych należy pamiętać o tych potencjalnych kombinacjach, aby być w stanie ograniczyć ryzyko oraz odpowiednio przetestować urządzenie przed uruchomieniem produkcji.

Ocena ryzyka dla każdego zdefiniowanego zagrożenia jest niezbędna do określenia odpowiednich środków zmniejszających ryzyko. Jeżeli zagrożenia nie da się wyeliminować za pomocą bezpiecznej konstrukcji, wymagane jest zastosowanie odpowiednich środków zabezpieczających oraz innych środków ochronnych. Oceny ryzyka należy dokonywać na każdym etapie prac związanych z opracowywaniem produktów.

Testy zagrożeń związanych z robotami

Do oceny zagrożeń związanych z urządzeniami robotycznymi istnieje kilka opcji badań, które mogą być stosowane w zależności od zagrożeń zidentyfikowanych w danym urządzeniu. Należą do nich m.in.:

  • Oceny miejsc niebezpiecznych, wykonywane dla produktów używanych w miejscach niebezpiecznych lub w atmosferze zagrażającej wybuchem. Wykonywane są zgodnie z określonymi wymaganiami.
  • Oceny bezpieczeństwa funkcjonalnego w celu zapewnienia prawidłowego działania mechanizmów zabezpieczających przed awarią.
  • Oceny mechaniczne pod kątem potencjalnych zagrożeń i środków je ograniczających.
  • Testy bezpieczeństwa elektrycznego, przeprowadzane w celu zapewnienia bezpiecznego działania produktu, odniesione do wykorzystywania energii elektrycznej oraz wykazania zgodności z wymaganymi normami bezpieczeństwa elektrycznego.
  • Ocena akumulatorów/ładowarek w celu zapewnienia, że technologie magazynowania energii elektrycznej spełniają kryteria wydajności, niezawodności oraz bezpieczeństwa.
  • Testowanie wydajności w celu dokonania oceny działania takich podzespołów jak chwytaki czy kamery oraz wibracje i akustyka, pod kątem ogólnej wydajności i ciągłości w czasie.
  • Oceny procesów, które obejmują zarządzanie ryzykiem, programowalne elektryczne systemy medyczne oraz użyteczność, w zależności od poszczególnych produktów, ich przeznaczenia oraz środowiska pracy.
  • Testy środowiskowe w celu oceny zagrożeń i działania związanego z przewidzianym przez producenta środowiskiem pracy urządzenia.
  • Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) w celu potwierdzenia ograniczenia zaburzeń elektromagnetycznych.
  • Testy łączności bezprzewodowej i cyberbezpieczeństwa, wykonywane w celu potwierdzenia, że odpowiednie systemy spełniają wymagania w zakresie połączeń sieciowych, funkcjonalności i bezpieczeństwa danych.

Należy pamiętać, że zagrożenia i odpowiednie testy do przeprowadzania ich oceny są często objęte obowiązującymi normami bezpieczeństwa, dlatego ważna jest ich znajomość i zrozumienie.

Źródło: CFE Media

Normy i przepisy dotyczące robotów

Określone przepisami wymagania dotyczące robotów różnią się w zależności od rynku i branży, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, które normy odnoszą się do danego projektu. Normy ISO 10218-1 i ISO 10218-2 dotyczą wymagań bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych, systemów oraz integracji. Zostały one zharmonizowane i przyjęte przez wiele krajów i regionów. Jednak w zależności od rynku i zastosowania mogą mieć zastosowanie inne, istniejące normy.

Europa

Roboty w UE podlegają regulacjom w zależności od ich zastosowania. Producenci powinni przestrzegać istniejących norm EN oraz ISO, dotyczących urządzeń zrobotyzowanych; kilka z nich zostało zharmonizowanych w ramach Dyrektywy Maszynowej. Zapewni to bezpieczeństwo robota w oparciu o wyniki oceny ryzyka produktu, która rozpoczyna się od określenia zamierzonego zastosowania, uzasadnionego przewidywalnego niewłaściwego użycia / ograniczeń dla maszyn oraz identyfikacji zagrożeń. Obowiązujące normy europejskie to między innymi:

  • EN ISO 10218-1 i 10218-2 obejmują wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych, systemów robotycznych oraz ich integracji
  • EN 12100 zawiera ogólne zasady projektowania, oceny ryzyka i ograniczania ryzyka w odniesieniu do maszyn
  • ISO/TS 15066 jest specyficzna dla robotów współpracujących
  • EN 61000-6-2 i 61000-6-4 koncentrują się na odporności i emisji EMC dla środowisk przemysłowych
  • Dyrektywa ATEX 2014/34/UE dotyczy robotów wykorzystywanych w niebezpiecznych miejscach lub środowiskach zagrożonych wybuchem
  • EN 13857 dla robotów stosowanych w niebezpiecznych miejscach/środowiskach zagrożonych wybuchem, jeżeli bezpieczeństwo maszyn jest regulowane przez zapewnienie odległości bezpieczeństwa
  • Dyrektywa w sprawie urządzeń radiowych (RED), która ustanawia wymagania dotyczące bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej dla urządzeń wykorzystujących fale radiowe.

Ameryka Północna

W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie opracowano normy dotyczące robotów i urządzeń zrobotyzowanych, zgodne z istniejącymi normami międzynarodowymi. Należą do nich normy 10218-1 i 10218-2 oraz normy zharmonizowane ANSI/RIA R15.06 i R15.08 oraz CAN/CSA Z434, a także:

  • ANSI/UL 1740 dla robotów i sprzętu robotycznego
  • IEC 61508-1, 61508-2 i 61508-3 dotyczą bezpieczeństwa funkcjonalnego elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów bezpieczeństwa oraz ich oprogramowania
  • IEC 62061 dotyczy bezpieczeństwa funkcjonalnego elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów sterowania, związanych z bezpieczeństwem.

Azja

W Azji wiele krajów i regionów posiada normy dotyczące robotyki zharmonizowane z ISO 10218-1. Należą do nich GB 11291 i 11291.2-2013 w Chinach, JIS 8433-1 w Japonii, KS B ISO 10218-1 i 10218-2 w Korei Południowej, CNS 14490-1 B8013-1 i 14490-2 B8013-2 na Tajwanie oraz SS ISO 10218-1:2016 i 10218-2:2016 w Singapurze. Istnieją dodatkowe normy obejmujące zarządzanie ryzykiem, w tym jego oceny i ograniczanie, takie jak GB/T 15706-2012 w Chinach i JIS B9700:2013 w Japonii. W Japonii muszą być uwzględniane normy dotyczące robotów współpracujących w ramach JIS TS B0033.

Najlepsze praktyki dotyczące robotów

Producenci i konstruktorzy mogą przygotować swoje produkty do wejścia na różne rynki na kilka sposobów. Po pierwsze, muszą znać normy i wymagania obowiązujące na rynku, na który zamierzają wejść oraz być na bieżąco z nieuniknionymi aktualizacjami i zmianami.  Powinni również na bieżąco śledzić zmiany w technologii i aplikacjach, ponieważ mogą one wpływać na normy i wymagania. Zidentyfikować wszelkie zbieżności z wymaganiami dotyczącymi testowania i oceny, obowiązującymi na rynkach, na które zamierza wejść dana firma. Może to pomóc w usprawnieniu podejścia, co z kolei może doprowadzić do szybszego wprowadzenia produktów na rynek i obniżenia ponoszonych kosztów.

Producenci powinni wykonywać analizy ryzyka związanego z zagrożeniami oraz ustalać odpowiednie badania i oceny w celu wyeliminowania zagrożeń, a także działania korygujące. Współpracować z zaufaną i kompetentną firmą partnerską, która zna obowiązujące normy i najlepsze sposoby demonstrowania zgodności z ich wymaganiami. Może ona pomóc w opracowaniu kompleksowego planu testów, który pozwoli wprowadzić produkty na rynek, planu obejmującego ocenę jakości i bezpieczeństwa w celu zapewnienia sukcesu dla produktu.

Roboty i robotyka oferują wiele możliwości dla tak wielu różnych branż, zaś wielu producentów pragnie poznać możliwości związane z tymi produktami. Znajomość norm i wymagań określonych przepisami może nie tylko zapewnić opracowanie bezpieczniejszego i lepiej działającego produktu, ale także pozwolić na szybkie i efektywne wprowadzenie produktu na rynek.


Pierrick Balaire, dyrektor globalnej linii biznesowej w firmie Intertek, będącej partnerem merytorycznym CFE Media.