Sådan gør du en cobot sikker
Maskindirektivet og CE-mærket
Ansvarsfordeling
Regler og lovkrav
Risikovurdering
Sikkerheden og risikoen for fare er to emner, som altid skal berøres, når der arbejdes med maskiner. Dette gælder også, når maskiner udvikles, sammenbygges, installeres eller ibrugtages. Sikkerhed i relation til kollaborative robotter – altså cobots – er ikke uvæsentlig. Kollaborative robotter indbyder til et samarbejde mellem menneske og robot, hvilket betyder, at vi mennesker færdes tættere på og interagerer mere med robotterne. Derfor er der også en større risiko for, at ulykker kan opstå, når afstanden mellem menneske og robot mindskes. Dette afsnit har til formål at introducere generelle sikkerhedskrav med henblik på kollaborative robotter og fungere som en katalysator for sikkerhedsovervejelser, når en kollaborativ robotcelle skal risikovurderes.
Maskindirektivet og CE-mærket
Alle robotinstallationer i Europa skal CE-mærkes i henhold til Maskindirektivet 2006/42/EC – dette gælder uanset om der købes et færdigt anlæg eller om slutbrugeren installerer og implementerer udstyret selv.
Direktivet fastlægger de obligatoriske væsentlige sikkerheds- og sundhedskrav til maskiner, som er en overkategori til robotter. Når kravene i Maskindirektivet er overholdt, kan der monteres et CE-mærke på maskinen.
CE-mærket er ikke et kvalitetsstempel. Mærket indikerer, at maskinen er vurderet til at overholde væsentlige sikkerheds- og sundhedskrav fremsat af Maskindirektivet. Denne vurdering bliver lavet af producenten af maskinen, når maskinen produceres, og igen af integratoren, som bygger maskinerne sammen.
Før man kan montere et CE-mærke på maskinen, skal der være:
- En brugsanvisning
- En skriftlig risikovurdering
- Teknisk dokumentation for at maskinen er i overensstemmelse med væsentlige krav af relevante direktiver
- En underskrevet EU-overensstemmelseserklæring
En selvstændig robot er en delmaskine og er CE-mærket efter forskrifterne for en delmaskine. Det betyder, at når robotten sammenbygges med værktøj, fikstur og andet perifært udstyr, udgør alle delkomponenterne en hel maskine til sammen. Derfor skal CE-mærket også dække hele sammenbygningen.
Maskindirektivet gælder for en stor variation af maskiner. Derfor er maskindirektivets sikkerheds- og sundhedskrav ofte generelt formuleret til at varetage diversiteten af maskiner. For at overskueliggøre de væsentlige krav, som er relevant for den pågældende maskine, kan man gøre brug af harmoniserede standarder. De harmoniserede standarder indeholder detaljerede tekniske specifikationer for, hvordan man kan opfylde de væsentlige sikkerheds- og sundhedskrav, som relaterer sig til den pågældende maskine f.eks. til en robot.
Ansvarsfordeling
Der findes flere forskellige roller med hver sin ansvarsfordeling, når man arbejder med maskiner. Det kan være nyttigt at kende til de forskellige ansvarsfordelinger, da man kan risikere at have mere end én rolle, når man indkører en cobot i sin produktion. Ansvarsfordelingen kan opdeles mellem fabrikantens ansvar, integratorens ansvar og forbrugerens ansvar.
Fabrikanten (definition fra Artikel 2 Maskindirektivet 2006)
En juridisk person, som fremstiller en maskine eller en delmaskine til egen brug eller med henblik på at markedsføre maskinen under eget navn.
Integrator (defination fra ISO10218)
Enhed, som konstruerer, leverer, fremstiller eller samler robotsystemer eller integrerede produktionssystemer og er ansvarlig for sikkerhedsstrategien, herunder beskyttelsesforanstaltninger, styregrænseflader og sammenkoblinger med styresystemet.
Note: Integrator kan være producent og montør, ingeniørvirksomhed eller brugeren.
Hvis man som slutbruger selv integrer en robotinstallation påtager man også rollen som integrator og det dertilhørende ansvar. Som integrator er man minimum forpligtet til at:
- Udarbejde en risikovurdering for hele robotinstallationen.
- Beskrive grænseflader til andre maskiner og sikkerhedsanordninger, hvis det er relevant ift. risikovurderingen.
- Indstille de korrekte sikkerhedsindstillinger i robotten ift. risikovurderingen.
- Godkende det samlede robotsystem (overensstemmelseserklæring)
- Udfærdige brugsanvisning for det samlede system.
- Opmærke robotinstallationen med relevante skilte og oplysninger om integrator.
- Samle al dokumentation til teknisk dokumentation, der gemmes i minimum 10 år.
Ansvarsområder kan kort opsummeres i denne figur:
Regler og lovkrav
En metode til at finde de direktiver og standarder, som er gældende for din maskine, vil være at tage udgangspunkt i din maskines begrænsninger. Når afgrænsningen er defineret, kan man undersøge, hvilke direktiver, der er gældende inden for det afgrænsede område. Ved robotter er det primært Maskindirektivet, hvis der ikke er specielle miljøkrav. Herefter kan man finde de relevante tekniske specifikationer, tekniske rapporter og standarder, som er harmoniseret med f.eks. Maskindirektivet. Standarderne kan derefter bruges til at udlede konkrete krav til sikkerheden, og hvordan denne skal testes.
Ved et simpelt kollaborativt robot-setup, vil følgende direktiver og standarder være nyttige:
Lov/direktiv | Maskindirektivet 2006/42/EG | |
Standarder | Type A | EN ISO 12100 – Om Risikovurdering |
Type B | EN ISO 13849 – Om integration af sikkerhedsrelateret styresystemer | |
Type C | EN ISO 10218 – Om integration af Industrirobotter. | |
”Best practices” | ISO/TS 15066 – Om grænseværdier for kollaborative robotter | |
Maskindirektivets sikkerhedsrelaterede standarder er kategoriseret A, B og C, som indikerer hvor generel standarden er. Type A-standarder er en grundlæggende standard, som behandler generelle principper. Type B-standarder er mere specifikke end Type A-standarder og går mere i dybden med sikkerhedsaspekter i beskyttelsesanordninger. Type C-standarder indeholder maskinspecifikke krav og fremgangsmåder til at løse fremsatte krav. TS står for en teknisk specifikation og kan ses som et tillæg til en Type C-standard, selvom tekniske specifikationer ikke er en standard.
Der er flere standarder, der omtaler robotter – eksempelvis ISO 10218, som fastlægger sikkerhedskrav til integration af industrirobotter og industrielle robotsystemer. Standarden er opdelt i to dele: ISO 10218-1, der handler om, hvordan producenter skal udforme robotter, så de er sikre, mens ISO 10218-2 handler om, hvordan installationer med robotter udføres og anvendes på en sikker måde. Derudover findes ISO/TS 15066, der kun handler om cobots og deres anvendelse. I disse standarder defineres Cobots som robotter, der arbejder direkte sammen med et menneske inden for det arbejdsområde som både cobot og operatør befinder sig i – det kaldes for det kollaborative arbejdsområde. I dette område skal cobotten samarbejde med operatøren – det kaldes for kollaborativ drift.
Kollaborative operationer kan indeholde en eller flere af følgende principper som beskrevet i et tidligere afsnit
- Sikkerhedsvurderet overvåget stop
- Håndføring
- Hastigheds- og afstandsovervågning
- Effekt- og kraftbegrænsning ved konstruktion eller styring
Risikovurdering
Når en maskine installeres og CE-mærkes skal der foretages en risikovurdering. Risikovurderingen skal være en systematiseret iterativ proces, som har til formål at finde farekilder og minimere risikoen for at skader opstår. Risikovurderingen kan med fordel foretages af en gruppe af personer med forskellige fagområder. Dette kan f.eks. opnås med en gruppe bestående af en operatør, serviceteknikker og en erfaren repræsentant fra arbejdsmiljøorganisationen. Tilsammen har de god mulighed for at sparre med hinanden og svare på spørgsmål om:
- Cobottens tekniske design og funktioner.
- Cobottens virkemåde, opsætning, vedligehold, betjening osv.
- Den praktiske arbejdstilgang under daglig drift.
- Hvilke uheld typisk opstår for denne type cobot og proces.
- Den automatiserede proces.
- Risikovurderingen.
Et eksempel på risikovurderingens struktur kan bl.a. findes i standarden ISO 12100:2011. Dette afsnit vil gennemgå metoden for risikovurderingen af kollaborative robotinstallationer. På Figur 24 illustreres en fremgangsmåde for risikovurdering. Risikovurderingen kan opdeles i to dele, hhv. risikoanalyse og risikonedsættelse. Risikoanalysen fokuserer på at finde og vurdere farekilder, hvor risikonedsættelsen omhandler tiltag til at formindske risikoen for skader. Både risikoanalysen og risikonedsættelsen vil blive gennemgået i de kommende afsnit.
6.4.1 - Afgrænsning
Afgrænsningen er det første element i risikoanalysen og lægger fundamentet for de fremtidige procestrin. Afgrænsningen har til formål at specificere cobottens brug i de forskellige stadier af cobottens levetid. Dette betyder, at der skal beskrives, hvordan cobotten skal anvendes, og hvordan den ikke skal bruges i hele cobottens livscyklus. Livscyklussen vil således omfatte opsætning, service, nedtagning og almindelig drift af cobotcellen. Afgrænsningen indeholder også en beskrivelse af de målgrupper, som kan komme i kontakt med cobotten og deres kompetenceniveau.
Afgrænsningen omhandler også cobottens funktion dvs. beskrivelse af cobottens arbejdsopgave, miljøet som cobotten står i f.eks. er den installeret i et ATEX-miljø (eksplosionsfare), og samtidig kan der også specificeres de pladsmæssige begrænsninger i form af cobottens rækkevidde, og hvor det fælles arbejdsområde er lokaliseret.
Man skal være opmærksom på, at afgrænsningen er med til at definere maskinen og dens anvendelse. Derfor skal man være opmærksom på de justeringer, som vil blive foretaget i cobottens levetid, da de kan have en stor betydning for sikkerheden. Det kan derfor være en fordel at lave afgrænsningen specifik og samtidig tage højde for den forudsigelige spredning på cobottens arbejdsopgaver. F.eks. hvis cobotten skal stable firkantede metalemner, som har en vægt på 2 kg med en takttid på 3 sekunder. Hvis det er forudsigeligt, at de firkantede metalemner på sigt vil variere i størrelse, kan man med fordel beskrive vægten på emnerne til f.eks. at være mellem 0-8 kg og en takttid på 2-5 sekunder. Intervallerne giver et råderum til at foretage justeringer, som der så allerede er taget højde for.
Hvis man foretager en justering, som der ikke er taget højde for, skal det vurderes om ændringen er væsentlig eller ej. Vurderingen er baseret på et skøn og skal afgøre om cobottens kapacitet, funktion og/eller sikkerhedsopsætning er ændret. Hvis en af de tre ting er ændret, er der tale om en væsentlig ændring, og derved kan cobotten betragtes som en ny maskine og skal have et nyt CE-mærke. Uanset om ændringen er væsentlig eller uvæsentlig skal risikovurderingen altid opdateres, så den svarer til den nye opstilling. I praksis kan man benytte rutediagrammet vist i Figur 27.
6.4.2 - Risikoanalyse
Formelt kan risikoanalysen inddeles i fire kategorier: Afgrænsning, identificering af fare, estimering af risici og risikobedømmelse. Afgrænsningen danner grundlaget for hele risikoanalysen, som vist på Figuren “risikoanalyse”. Risikoanalysen har til formål at finde, bestemme og vurdere farekilder i relation til den forudgående afgrænsning.
6.4.2.1 – Identificering af fare og risici
Det vigtigste punkt i risikoanalysen er at finde farer. Processen tager udgangspunkt i afgrænsningen, for at kunne finde de farer, der er til stede, i hver tilstand cobotten kan have. Det kræver en del erfaring at identificere eventuelle farer og risici ved kollaborative robot-installationer.
En fare beskriver en sandsynlighed for at en skade kan opstå. En skade kan forekomme af en pludselig hændelse som et elektrisk stød eller et slag. Men en skade kan også opstå over tid, som f.eks. høretab ved at blive udsat for høje lyde igennem længere perioder. Når der skal findes farekilder ved en cobot, som kan resultere i en skade, findes der overordnet to tilgange.
Man kan tage udgangspunkt i den specifikke cobotinstallation og undersøge den for farekilder, som er til stede. Det kan være svært at overskue hele cobotten imens den er i drift. Derfor kan man blandt andet gøre det ved at tage billeder af cobotten og evt. optage en video af den tiltænkte interaktion inden den idriftsættes. Herefter kan man roligt gennemgå billederne og videoerne for farekilder og notere dem.
En anden tilgang er at tage udgangspunkt i bilag A fra standarden ISO 10218-2:2010. Bilaget indeholder en liste af de mest gængse farekilder ved robot- og cobotinstallationer. Man kan benytte denne liste til at undersøge, hvilke farekilder, der er til stede på listen, og ens cobot. På den måde kan man være sikker på at man tager stilling til de mest gængse farekilder og farer.
Oftest kan et risikonedsættende tiltag have stor indflydelse på flere farekilder, som ligner hinanden. Det kan derfor være en fordel at inddele farekilderne i kategorier. Da det kan være nemmere at holde styr på, hvordan de risikonedsættende tiltag påvirker de forskellige farer. Et eksempel på kategorier kunne være:
- Mekaniske farer (Stød, slag, knusning, klemning)
- Elektriske farer (elektrisk stød, forbrænding)
- Termiske farer (forbrænding)
- Ergonomiske farer (belastningsskader, træthed)
- Osv.
6.4.2.2 – Estimering af risici
For hver enkel fare, som er blevet fundet, skal der foretages et risikoskøn. Risikoskønnet skal foretages objektivt, men vil i sidste ende komme ud på en vurdering. Der findes mange metoder til at estimere risikoen for en enkel fare. Men alle metoderne tager udgangspunkt i, hvor alvorlig en skade, faren kan forsage og sandsynligheden for, at skaden vil opstå.
En metode er at underinddele skadens alvorlighed i underkategorier, som:
- Meget sandsynligt (Skaden vil med garanti opstå.)
- Sandsynligt (Det er ikke usandsynligt, at man vil komme til skade.)
- Usandsynligt (Det er usandsynligt, at man vil komme til skade.)
- Umuligt (Det er nærmest umuligt at komme til skade.)
Risikoen kan nu findes ved at sammenholde skades alvorlighed og sandsynligheden for at skaden vil opstå. Tabel 2 gør netop dette. Når skadens sandsynlighed og alvorlighed er bestemt, kan risikoen aflæses i tabellen. F.eks. hvis du har en moderat alvorlig skade som sandsynligvis vil opstå, vil risikoen for den fare være af medium risiko.
Sandsynlighed for en skade opstår | Skadens alvorlighed | |||
Katastrofal | Alvorlig | Moderat | Lille | |
Meget sandsynlig | Høj | Høj | Høj | Medium |
Sandsynlig | Høj | Høj | Medium | Lav |
Usandsynlig | Medium | Medium | Lav | Negligibel |
Umuligt | Lav | Lav | Negligibel | Negligibel |
Tabel 2: Evaluering af risiko ud fra skadens alvorlighed og sandsynlighed.
ISO/TR 14121-2:2012 indeholder flere eksempler på metoder til risikoestimering.
6.4.2.3 – Evaluering af risici
Efter, at risikoen for hver enkel fare er blevet estimeret, skal der vurderes om risikoniveauet kan accepteres. Hvis risikoen ikke kan accepteres, skal risikoen minimeres. Grænseværdien for, hvad der er acceptabelt, og hvad der ikke er, varierer ofte mellem virksomheder og brancher. Der findes dog krav til, at alle sikkerhedsrelaterede dele af styresystemet skal være af performance niveau d kategori 3 (PL=d. cat. 3). Dette betyder, at hvis der installeres nogle tekniske foranstaltninger til at minimere risikoen, skal den tekniske foranstaltning være af PL=d niveau med en kategori 3 opbygning.
Evaluering af risici omhandler også evaluering af de risikonedsættende tiltag. Her skal det blandt andet vurderes, om de risikonedsættende tiltag er for restriktive og derved til gene for brugerne, så denne forsøger aktivt at omgå sikkerheden.
ISO-standarden ISO 10218-2:2010 i bilag G opremser en liste af krav til robotinstallationer, samt metoder til at vurdere om robotcellen overholder de fremstillet krav.
6.4.3 - Risikonedsættelse
Risikonedsættelse går ud på at minimere risikoen for farer. Der findes mange måder, hvorpå risikoen kan nedsættes. ISO 12100:2010 beskriver bl.a. en sikker måde at minimere risikoen. Her anbefales det at minimere risikoen gennem det mekaniske design (egensikker konstruktion). Først når det ikke længere er muligt at mimere risikoen gennem det mekaniske design, minimere man risikoen med tekniske beskyttelsesforanstaltninger (Funktionel sikkerhed). Når det ikke længere er muligt at minimere risikoen ved brug af funktionel sikkerhed, skal der informeres om restrisici og hvilket beskyttelsesudstyr, som er nødvendigt.
6.4.3.1 – Egensikker konstruktion
Det kan være en fordel at identificere potentielle farer og minimere dem allerede i design-fasen af ens cobot. Typisk er en cobot-arm designet med pæne afrundede overflader uden skarpe kanter. Dette er gjort for at nedbringe risikoen for skader, når robot og en person kommer i kontakt med hinanden. Samme tilgang kan benyttes, når den resterende installation designes. Det gælder især udstyr, der monteres på robotten (griber, værktøj, kabelholdere mm.) men også det faste udstyr som fiksture, magasiner mm., hvor robotten kommer i nærheden af en person og således kan klemme en person mellem robotten og udstyret. Brug derfor afrundede hjørner eller eftergivende materialer, som afbøjer af ved kontakt, inden der opstår skade.
Man skal også undgå åbninger og løkker (f.eks. kabler) på det bevægelige udstyr, så det hindres, at personen blive viklet ind eller trukket med, når robotten bevæger sig.
6.4.3.2 – Funktionel sikkerhed
Hvis der i risikoanalysen er fundet risici, som ikke kan nedsættes ved egensikker konstruktion, skal risiciene nedsættes ved brug af funktionel sikkerhed, f.eks. ved brug af lysgitre, laserscannere, trepunktsgreb eller ved effekt- og kraftbegrænsning. Når der nedsættes med funktionel sikkerhed, er det vigtigt at analysere hver enkelt fare. Er faren til stede, hvis robotten står stille eller evt. bevæger sig ved lav hastighed? I det tilfælde kan sikkerhedssensorer benyttes til at tvinge robotten ned i hastighed eller stoppe den, når personer detekteres i området. På samme måde kan effekt- og kraftbegrænsning nedsætte energien i kollisioner, som derved vil give mindre skader.
Man kan også tænke sikkerheden ind i robottens bevægelser f.eks. ved, at cobot-armen bevæger sig langsomt og med bløde bevægelser, da det vil være nemmere for brugeren at forudse robottens bevægelse. På samme måde kan man gøre brug af cobot-armens egensikker konstruktion og ”gemme” skarpe værktøjskanter bag cobot-armen. Dette kan bl.a. gøres ved at lade de skarpe kanter pege væk fra bevægelsesretningen.
En cobot-arm har typisk en række interne sikkerhedsfunktioner, som kan anvendes som funktionelle sikkerhedsforanstaltninger. Dette kan bl.a. være områdebegrænsning, hastighedsovervågning og kraft- og effektbegrænsning som beskrevet i Sikre samarbejdsmetoder (se forord).
Område begrænsning
Cobot-armens arbejdsområde kan begrænses ved at angive geometriske områder, hvor det er tilladt for armen at bevæge sig. Det kan være virtuelle vægge, robotten ikke må kunne overskride, eller vinkelområder for hvert enkelt rotationsled på robotten.
Ved at indskrænke robotarmens arbejdsområde sikres, at risikovurderingen omkring armens bevægelser kun skal tage hensyn for det tilladte område. F.eks. kan mulighederne for klemningsfare elimineres ved at sikre, at armen ikke kan komme i position, hvor klemning kan ske.
Nogle robotter giver mulighed for at lave flere forskellige områder, der kan aktiveres og deaktiveres ud fra sensor input. Dette er specielt anvendeligt, hvis der er tale om kollaborativ drift med skiftevis samarbejde (operatør og robot ikke i samme område samtidig).
Hastighedsovervågning
Det er muligt at angive en maksimal tilladt hastighed for cobot-armens værktøj, eller rotationshastigheder for hvert enkelt led. Typisk er det muligt at kunne definere to sæt hastigheder, som man kan skifte i mellem ved et eksternt input. Det giver mulighed for, at cobot-armen f.eks. kan køre hurtigt og skifte til en lavere maksimal hastighed, når f.eks. en laserscanner måler, at en bruger er for tæt på cobotten.
Kraft og effekt
Ved kraft- og effektbegrænsning angives den maksimale kraft robottens værktøj må trykke med. Nogle robotter tillader også, at man kan begrænse kraften for de enkle led. Hvilket vil gøre cobotten mere sensitiv over for kollisioner på hele cobot-armen. Man kan gøre brug af risikovurderingen til at finde ud af, hvilke kropsdele cobotten med sandsynlighed kan komme i kontakt med. Kropsdelene kan man bruge til at fastsætte nogle grænser for, hvor hårdt brugeren kan blive skubbet eller klemt ad cobot–armen. Disse grænseværdier kan bl.a. findes i standarden ISO/TS 15066 og kan benyttes som en retningslinje for niveauet af maksimalt tilladt tryk pr. legemsdel – hvor hårdt man kan tåle at blive skubbet og klemt.
6.4.3.3 – Brugerinformation & beskyttelsesudstyr
Det sidste risikonedsættende tiltag skal informere brugerne om de resterende farer, som ikke kunne nedsættes med de to forudgående tiltag, og hvilke beskyttelsesudstyr, der kan anvendes for at nedsætte eller helt undgå dem. Dette skal der gøres opmærksomhed på i cobottens brugermanual, men også ved skiltning relevante steder på cobotten.
Brugerinformationen indbefatter også en beskrivelse af standard arbejdsprocesser med cobotten, som sikrer en sikker arbejdsproces.
Brugerinformationen skal være let overskuelig, let læselig og kortfattet.
6.4.3.3 – Brugerinformation & beskyttelsesudstyr
Det sidste risikonedsættende tiltag skal informere brugerne om de resterende farer, som ikke kunne nedsættes med de to forudgående tiltag, og hvilke beskyttelsesudstyr, der kan anvendes for at nedsætte eller helt undgå dem. Dette skal der gøres opmærksomhed på i cobottens brugermanual, men også ved skiltning relevante steder på cobotten.
Brugerinformationen indbefatter også en beskrivelse af standard arbejdsprocesser med cobotten, som sikrer en sikker arbejdsproces.
Brugerinformationen skal være let overskuelig, let læselig og kortfattet.
6.4.4 - Teknisk dokumentation
Den tekniske dokumentation, som også kaldes den tekniske fil, skal indeholde al dokumentation, der er blevet udarbejdet i forbindelse med risikovurderingen. Dette vil inkludere alt fra afgrænsning, fundet farekilder, risikonedsættende tiltag og restrisici til data og kilder, som er blevet brugt til at validere, om cobotten er sikker. Derudover indeholder den tekniske dokumentation også en beskrivelse af maskinen herunder konstruktionsdiagrammer som el-tegninger og maskintegninger. Maskindirektivets Bilag VII og Maskinforordningens 3bilag IV beskriver en liste, som dikterer minimumsindholdet for den tekniske dokumentation.
Tilmeld dig vores nyhedsbrev!
Gå ikke glip af spændende nyheder fra os. Vil du også gerne være opdateret på de nyeste cases i forhold til Cobot Knowledge Lab?
