استاندارد های ایمنی برای ربات صنعتی
سیستم‌های رباتیک و ربات صنعتی در حال تبدیل شدن به سیستم‌هایی با قابلیت همکاری بیشتر و پویایی بیشتر هستند. چه در محیط‌های صنعتی، مراقبت‌های بهداشتی یا خانگی، آنها به طور فزاینده‌ای در کنار انسان‌ها کار می‌کنند و آزادانه در فضاهای مشترک حرکت می‌کنند. استانداردهای ایمنی عملکردی به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا ربات‌ها و سایر سیستم‌های مکانیکی را با اقدامات خودکار و داخلی «ایمن در برابر خرابی» طراحی کنند.
ایمنی عملکردی چیست؟
ایمنی عملکردی به عناصر ایمنی «ایمن در برابر خرابی» یک سیستم یا ماشین اشاره دارد که به طور خودکار سیستم، اپراتور آن یا محیط اطراف آن را از آسیب محافظت می‌کنند.
گاوصندوق‌های ایمن یا عملکردهای ایمنی باید در هر سیستم بالقوه خطرناکی، چه یک ربات، چه یک شبکه برق یا یک قطعه ماشین‌آلات، طراحی شوند. ایمنی عملکردی باید هرگونه مشکل بالقوه‌ای را که می‌تواند ناشی از خطای انسانی، خطاهای سیستماتیک، خرابی سخت‌افزار، استرس عملیاتی، محیط اطراف و هر عامل دیگری باشد، در نظر بگیرد.
سیستم‌های ایمنی عملکردی شامل تمام عملکردهای ایمنی لازم برای حذف سطوح غیرقابل قبول خطر آسیب به تجهیزات، آسیب‌های شخصی، آسیب به سلامت افراد، آسیب به اموال و آسیب‌های زیست‌محیطی هستند.
هیچ فرآیند ایمنی کار نخواهد کرد، مگر اینکه با توجه به کل سیستم و محیطی که بخشی از آن است طراحی شود. این بدان معناست که دامنه پروژه‌های ایمنی عملکردی لزوماً از ابتدا تا انتها است: تمام جنبه‌های یک سیستم را در نظر می‌گیرد.
برای مثال، نرم‌افزار به طور گسترده در بسیاری از سیستم‌ها برای فرمان‌دهی و کنترل خودکار فرآیندها، از جمله عملکردهای ایمنی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین، عملکرد کلی نرم‌افزار برای ایمنی عملکردی کلی سیستم بسیار مهم است.
نقل قول از سایت ویرا صنعت:
“برای افزایش ایمنی کار با ربات‌های صنعتی، استفاده از تجهیزات حفاظتی ضروری است. محفظه‌های ایمنی، مانند قفسه‌ها و حفاظ‌های فیزیکی، باید در اطراف ربات نصب شوند تا از ورود ناخواسته افراد به محدوده خطر جلوگیری شود. درهای ایمنی مجهز به قفل‌های الکترونیکی نیز می‌توانند هنگام ورود افراد به محدوده عملیاتی، حرکت ربات را به طور خودکار متوقف کنند. علاوه بر این، سیستم‌های توقف اضطراری، شامل دکمه‌های توقف فوری، باید در مکان‌های قابل‌دسترس تعبیه شوند تا در مواقع خطر، کارکنان بتوانند سریعاً ربات را متوقف کنند.”
استانداردهای ایمنی عملکردی، یک صنعت جهانی را تنظیم می‌کنند
مفاهیم اساسی ایمنی عملکردی – اینکه ماشین‌آلات و سیستم‌ها مانند ربات جوشکاری ، نباید هیچ تهدیدی برای خود، افراد، اموال و محیط اطرافشان ایجاد کنند – در عملکردهای ایمنی که در سیستم‌های بزرگ ماشینی پیاده‌سازی می‌شوند، گنجانده شده‌اند.
این مفاهیم بر اساس مجموعه‌ای از استانداردهای مورد توافق هستند. سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) در استاندارد ISO 26262، ایمنی عملکردی را به عنوان «عدم وجود ریسک غیرمنطقی ناشی از نقص سیستم‌های الکتریکی و یا الکترونیکی» تعریف می‌کند.
تولیدکنندگان و کاربران قطعات، زیرسیستم‌ها و سیستم‌هایی که ادعاهایی در مورد ایمنی عملکردی خود دارند، باید این ادعاها را توسط یک استاندارد ایمنی عملکردی که به طور گسترده شناخته شده است، تأیید کنند.
استانداردهای ایمنی عملکردی، محصولات را برای سطوح یکپارچگی ایمنی (SIL) خاص یا در برخی کاربردهای خاص، برای سطوح عملکرد (PL) خاص تأیید می‌کنند. تولیدکنندگان این گواهی را به همراه یک گزارش ارزیابی دریافت می‌کنند که دامنه و محدودیت‌های عملکرد ایمنی عملکردی محصول آنها را توضیح می‌دهد.
با توجه به ماهیت سرتاسری دامنه فرآیندهای ایمنی عملکردی، استانداردهای ایمنی عملکردی برای سیستم‌های الکتریکی، الکترونیکی و قابل برنامه‌ریزی (مانند ربات‌ها) ملزم به گسترش به بخش‌هایی از سیستم هستند که الکتریکی، الکترونیکی یا قابل برنامه‌ریزی نیستند. این اجزا شامل محرک‌ها، شیرها، کنترل‌های موتور، مانیتورها و حتی نرم‌افزاری هستند که امکان اتوماسیون را فراهم می‌کند.
ایمنی عملکردی برای رباتیک
توسعه‌دهندگان ربات به طور فزاینده‌ای ربات‌هایی را طراحی می‌کنند که بتوانند در کنار انسان‌ها همکاری نزدیک‌تری داشته باشند. در نتیجه، ایمنی عملکردی به طور فزاینده‌ای در طراحی سیستم‌های ربات اهمیت پیدا می‌کند.
روند کلی در رباتیک و اتوماسیون صنعتی در قرن گذشته از همزیستی بوده است. در اینجا، ربات‌ها با حداقل آزادی حرکت، دور از انسان‌ها نگهداری می‌شوند؛ به همکاری، که در آن ربات‌ها و انسان‌ها فضای کاری مشترکی دارند اما وظایف جداگانه و احتمالاً غیرهمزمان را انجام می‌دهند؛ و به همکاری، که در آن ربات‌ها و انسان‌ها در یک فضا و همزمان با هم کار می‌کنند.
در نتیجه این روند، ربات‌ها به طور فزاینده‌ای به انسان‌ها نزدیک می‌شوند و بنابراین اعمال استانداردهای ایمنی عملکردی برای سیستم‌های رباتیک تازه طراحی شده بسیار مهم است.
استانداردهای ایمنی عملکردی برای ربات‌ها
چندین نهاد حاکم بین‌المللی و ملی، با استفاده از نظرات متخصصان، نمایندگان صنعت و دولت و گروه‌های مصرف‌کننده، استانداردهای ایمنی عملکردی را تعیین می‌کنند.
متخصصانی که در بخش استانداردهای ایمنی کار می‌کنند، تمایل دارند از روش مهندسی ایمنی مبتنی بر خطر استفاده کنند. این روش، رویکردی سیستماتیک به ایمنی را ممکن می‌سازد که متخصصان را به شناسایی تمام خطرات و اعمال اقدامات کاهش‌دهنده برای کاهش میزان انرژی که دستگاه می‌تواند به انسان منتقل کند، هدایت می‌کند.
استانداردهای بین‌المللی ایمنی عملکردی توسط کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) و همچنین سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) تعیین می‌شوند. بسیاری از کشورها نیز نهادهای نظارتی خود را دارند که استانداردهای ایمنی عملکردی را تعیین می‌کنند.
بینش‌های ایمنی رباتیک
- نصب ربات‌های صنعتی در سال ۲۰۲۲ به رکورد بالایی رسید و پیش‌بینی می‌شود که در سال ۲۰۲۴ نیز رشد بیشتری داشته باشد که این امر نقش محوری اتوماسیون در تولید را برجسته می‌کند.
- حرکات غیرمنتظره، خرابی سیستم‌ها، برخوردها و خطرات الکتریکی، خطرات قابل توجهی را در محیط‌های صنعتی ایجاد می‌کنند و نیازمند پروتکل‌های ایمنی قوی هستند.
- حسگرها، ربات‌های مشارکتی و راه‌حل‌های نرم‌افزاری، ایمنی را افزایش می‌دهند و همکاری کارآمد انسان و ربات را در عین رعایت الزامات قانونی و استانداردهای ایمنی، ممکن می‌سازند.
ربات‌های صنعتی در حال تبدیل شدن به اجزای اصلی تولید هستند و با سریع‌تر و دقیق‌تر کردن تولید، بازی را تغییر می‌دهند. در سال ۲۰۲۲، رکورد نصب ۵۵۳،۰۵۲ ربات صنعتی در سراسر جهان گزارش شد که نشان‌دهنده نرخ رشد ۵ درصدی نسبت به سال گذشته است. پیش‌بینی می‌شود تقاضا برای ربات‌های صنعتی همچنان رو به افزایش باشد، به طوری که فدراسیون بین‌المللی رباتیک انتظار دارد امسال ۶۰۰،۰۰۰ واحد در سراسر جهان نصب شود.
با این افزایش، اهمیت اطمینان از عملکرد ایمن ربات‌ها افزایش می‌یابد. برای انجام این کار، کاربران باید در مورد خطرات احتمالی ایمنی، نحوه اجرای استراتژی‌های کاهش ریسک، جدیدترین فناوری‌ها برای جلوگیری از تصادفات و مقرراتی که به حفظ امنیت همه کمک می‌کند، بدانند. به آن به عنوان ایجاد فضایی امن فکر کنید که در آن انسان‌ها و ربات‌ها می‌توانند در کنار هم کار کنند و اطمینان حاصل شود که تلاش برای اتوماسیون، ایمنی را نادیده نمی‌گیرد.
درک چهار ریسک ایمنی رایج برای ربات‌های صنعتی
اگرچه ربات‌های صنعتی مزایای زیادی دارند، اما بدون اقدامات ایمنی مناسب، می‌توانند خطرات قابل توجهی ایجاد کنند. چهار مورد از خطرات ایمنی رایج مرتبط با ربات‌های صنعتی در زیر برجسته شده است.
۱. حرکات غیرمنتظره ربات
ربات‌های صنعتی، به ویژه آن‌هایی که برنامه‌نویسی پیچیده‌ای دارند، می‌توانند حرکات غیرمنتظره‌ای انجام دهند. این اقدامات غیرقابل پیش‌بینی ممکن است به دلیل خطاهای برنامه‌نویسی یا نقص در عملکرد رخ دهد و خطراتی را برای کارگران مجاور ایجاد کند. به عنوان مثال، یک ربات نقاش در خط مونتاژ خودرو می‌تواند به دلیل خطای برنامه‌نویسی، بازوی خود را به طور غیرمنتظره‌ای فراتر از محدوده مورد انتظار دراز کند. این اتفاق می‌تواند در طول یک عملیات معمول رخ دهد و کارگران مجاور را در صورت ورود سهوی به منطقه عملیاتی ربات بدون حفاظ‌های مناسب، در معرض خطر قرار دهد.
۲. خرابی سیستم
مانند هر ماشین‌آلات پیچیده‌ای، ربات‌های صنعتی نیز در برابر خرابی سیستم مصون نیستند. این خرابی‌ها می‌توانند منجر به از دست دادن کنترل ربات شوند که به طور بالقوه منجر به توقف‌های ناگهانی یا حرکات نامنظم می‌شود. به عنوان مثال، یک ربات پالت‌ساز که در انبار برای چیدن کالاها استفاده می‌شود، می‌تواند به دلیل فرسودگی قطعات، دچار خرابی سیستم شود و منجر به حرکات ناگهانی و غیرقابل پیش‌بینی شود.
۳. خطرات برخورد
فضای تعامل بین انسان‌ها و ربات‌ها در یک فضای کاری مشترک، خطر برخورد را افزایش می‌دهد. خطرات برخورد به ویژه در طول برنامه‌نویسی دستی، تعمیر و نگهداری یا ورود غیرمنتظره به فضای کاری ربات، برجسته‌تر می‌شوند.
در یک محیط تولیدی ترکیبی، یک ربات متحرک که مواد را حمل می‌کند، اگر کارگر به طور غیرمنتظره‌ای در مسیر آن قرار گیرد، می‌تواند با یک کارگر انسانی برخورد کند. حتی با برنامه‌ریزی دستی یا بررسی‌های تعمیر و نگهداری، بدون تمایز واضح مسیر ربات و همچنین پیاده‌سازی سیستم‌های تشخیص پیشرفته برای متوقف کردن حرکت ربات در صورت نزدیک شدن بیش از حد انسان، خطر افزایش می‌یابد.
۴. خطرات الکتریکی
ربات‌های صنعتی توسط سیستم‌های الکتریکی ولتاژ بالا تغذیه می‌شوند که خطرات برق گرفتگی یا آتش‌سوزی را به همراه دارند. به عنوان مثال، یک ربات جوشکاری صنعتی که برای کار به برق ولتاژ بالا نیاز دارد، ممکن است در حین تعمیر و نگهداری یا در صورت بروز نقص الکتریکی، خطرات الکتریکی ایجاد کند. برقکاری که بدون اعمال رویه‌ها و دستگاه‌های قفل/برچسب‌گذاری روی ربات کار می‌کند ، می‌تواند در معرض برق گرفتگی قرار گیرد.
استراتژی‌هایی برای کاهش ریسک
کاهش خطراتی که شناسایی کرده‌ایم مستلزم یک استراتژی جامع است که شامل ارزیابی ریسک، اجرای اقدامات پیشگیرانه و پایبندی به پروتکل‌های ایمنی می‌شود. این چهار روش ارزیابی ریسک بسیار مهم هستند:
- شناسایی خطرات بالقوه: یک بازرسی کامل از محل کار ربات انجام دهید تا منابع احتمالی آسیب را مشخص کنید.
- ارزیابی خطرات: احتمال و شدت خطرات شناسایی شده که بر کارگران یا فرآیند تولید تأثیر می‌گذارند را ارزیابی کنید.
- تعیین اقدامات کنترلی: تدوین استراتژی‌هایی برای حذف یا کاهش خطرات مرتبط با هر خطر شناسایی شده.
- اجرا و نظارت: اقدامات کنترلی را اعمال کنید و اثربخشی آنها را پایش کنید و در صورت نیاز آنها را تنظیم کنید.
اقدامات پیشگیرانه برای اطمینان از ایمنی ربات
ادغام اقدامات پیشگیرانه در فضای کاری رباتیک برای به حداقل رساندن خطرات ایمنی ضروری است. محافظ‌های ایمنی و دکمه‌های توقف اضطراری به عنوان اقدامات فوری برای متوقف کردن عملکرد ربات در صورت بروز خطر عمل می‌کنند. موانع فیزیکی مانند نرده‌ها و پرده‌های نوری، منطقه عملیاتی ربات را به طور مؤثر مشخص می‌کنند، از دسترسی غیرمجاز جلوگیری می‌کنند و خطر برخورد تصادفی را کاهش می‌دهند. پیاده‌سازی حسگرهای ایمنی و سیستم‌های بینایی ماشین همچنین می‌تواند به تشخیص حضور انسان در نزدیکی ربات کمک کند و در صورت لزوم باعث خاموش شدن خودکار شود.
پروتکل‌های ایمنی
ایجاد پروتکل‌های جامع ایمنی نیز به همان اندازه مهم است. آموزش کارکنان در مورد شیوه‌های ایمنی و واکنش در شرایط اضطراری بسیار مهم است. این آموزش باید شامل عملکرد صحیح ربات‌ها، آگاهی از خطراتی که ایجاد می‌کنند و اقداماتی که باید در مواقع اضطراری انجام شود، باشد. تمرین‌های منظم و دوره‌های آموزشی تضمین می‌کند که ایمنی در اولویت ذهن کارگران باقی بماند و آنها آماده باشند تا در صورت بروز حادثه اقدام کنند. ایجاد فرهنگ ایمنی که در آن کارکنان احساس کنند که قدرت گزارش خطرات احتمالی را دارند و تشویق می‌شوند که پیشنهادهای بهبود ارائه دهند نیز می‌تواند ایمنی را افزایش دهد.
سه پیشرفت در فناوری‌های ایمنی
فناوری‌های پیشرفته ایمنی، قابلیت حفظ امنیت محیط‌ها را در محیط‌های صنعتی که انسان‌ها و ربات‌ها با هم همکاری می‌کنند، افزایش داده‌اند. در زیر برخی از این فناوری‌ها آورده شده است:
۱. حسگرها و سیستم‌های بینایی
حسگرها و سیستم‌های بینایی، ربات‌ها را قادر می‌سازند تا حضور انسان‌ها را در مجاورت خود به طور دقیق تشخیص دهند. این قابلیت امکان تنظیمات بلادرنگ در عملکرد ربات، مانند کاهش سرعت یا توقف حرکات، را برای جلوگیری از برخورد یا تصادف فراهم می‌کند. این سیستم‌ها در محیط‌هایی که ربات‌ها و انسان‌ها فضای کاری مشترک دارند، بسیار مهم هستند و تضمین می‌کنند که عملیات بدون به خطر انداختن کارایی، با خیال راحت انجام شود.
۲. ربات‌های همکار (کوبات‌ها)
ربات‌های مشارکتی یا کوبات‌ها (cobots) با در نظر گرفتن تعامل انسان طراحی شده‌اند. این ربات‌ها مجهز به ویژگی‌هایی مانند محدودکننده‌های نیرو هستند که قدرت و نیروی پشت حرکات آنها را کاهش می‌دهد و آنها را برای کار در کنار انسان‌ها ایمن می‌کند. کوبوت‌ها اغلب کوچک‌تر و چابک‌تر هستند و دارای مکانیسم‌های ایمنی داخلی هستند که به آنها امکان می‌دهد تماس را حس کنند و فوراً متوقف شوند تا از آسیب جلوگیری شود. طراحی آنها سهولت استفاده و ایمنی را در اولویت قرار می‌دهد و آنها را قادر می‌سازد بدون نیاز به موانع ایمنی گسترده در محیط‌های مختلف مستقر شوند.
۳. راهکارهای نرم‌افزاری
نرم‌افزارهای پیشرفته، امکان نظارت مداوم بر ربات‌ها را فراهم می‌کنند و ناهنجاری‌هایی را که می‌توانند نشان‌دهنده‌ی خرابی‌ها یا خطرات احتمالی باشند، شناسایی می‌کنند. نرم‌افزارهای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده می‌توانند زمان احتمالی خرابی قطعات را پیش‌بینی کرده و قبل از بروز هرگونه مشکل، تعمیرات یا تعویض‌ها را برنامه‌ریزی کنند و خطر تصادفات را کاهش دهند. علاوه بر این، نرم‌افزار می‌تواند با اطمینان از عملکرد ربات‌ها در چارچوب پارامترهای ایمنی از پیش تعریف‌شده، پروتکل‌های ایمنی را اجرا کند و در صورت شناسایی خطرات، عملیات را به طور خودکار متوقف کند.
این پیشرفت‌ها در فناوری‌های ایمنی، چشم‌انداز رباتیک صنعتی را متحول می‌کند و امکان استفاده از مزایای اتوماسیون را در عین تضمین ایمنی و رفاه کارگران انسانی فراهم می‌سازد.
اجرای ایمنی فیزیکی
برای ایمن نگه داشتن دست‌ها، انگشتان و بازوها، تجهیزات تولیدی مدرن، مانند ربات‌ها ، معمولاً درون نوعی قفس نگهداری می‌شود. در صورت نیاز به دسترسی، یک درب محافظ باز می‌شود و به تکنسین‌ها اجازه می‌دهد تا دستگاه را سرویس کنند. به طور ضمنی، هنگامی که ماشین‌آلات در حال کار هستند، یک مکانیزم قفل مانع از باز شدن آن توسط افراد می‌شود. در صورتی که درب قفس باز باشد، اما قرار نباشد که باز باشد، یک سوئیچ یا سنسور یکپارچه وضعیت را تشخیص می‌دهد. در چنین شرایطی، تضمین می‌کند که ماشین‌آلات تا زمانی که آن درب کاملاً بسته و قفل نشده باشد، نمی‌توانند روشن شوند.
این اغلب ما را در موقعیتی قرار می‌دهد که یا ماشین‌ها در حال کار هستند و اپراتورها نظاره‌گرند. یا اپراتورها می‌توانند در حالی که دستگاه ثابت است، آن را سرویس کنند. تعامل بین هر دو طرف ایمن است اما به طور خاص کارآمد نیست. بنابراین، رابطه به جای همکاری، همزیستی و همکاری است.