Без компромиси в машинната безопасност

• В съвременната индустриална среда машинната безопасност не е просто изискване, а основополагащ принцип за осигуряване на устойчиво и ефективно производство
  
  
• Разгръщането на четвъртата индустриална революция разкрива не само множество модерни предизвикателства, но и огромен кръг от нови възможности за обезопасяване на машините и роботите
  
  
• Безкомпромисният подход към машинната безопасност е основата, върху която се изграждат иновациите и напредъкът в индустриите на бъдещето

В съвременната индустриална среда машинната безопасност не е просто изискване, а основополагащ принцип за устойчиво и ефективно производство. Осигуряването й е въпрос на стратегически подход, който интегрира иновации, целенасочени технологични решения и непрекъснато усъвършенстване.

Разгръщането на четвъртата индустриална революция разкрива не само множество модерни предизвикателства, но и огромен кръг от нови възможности за обезопасяване на машините и роботите. В ерата на автоматизацията, роботизацията и изкуствения интелект предпазването на работниците от рискове и инциденти изисква интелигентни и динамични системи за безопасност, които могат да се адаптират към променящите се условия. Всеки компромис в тази област не само поставя под риск човешкия живот, но и нарушава целия производствен процес. Поддържането на високи стандарти за безопасност е критично не само с оглед предотвратяването на аварии, но и за да се гарантира ефективност и дългосрочна устойчивост на предприятията.

В този контекст безкомпромисният подход към машинната безопасност е основата, върху която се изграждат иновациите и напредъкът в индустриите на бъдещето.
В миналото безопасността на машините е била сравнително пасивна и консервативна концепция, разчитаща основно на физическо ограничаване на достъпа до опасните зони. С напредъка на технологиите решенията за машинна безопасност – сензори за присъствие/отсъствие, радари, LiDAR и лазерни скенери, ключалки и превключватели, релета, аварийни стоп бутони, контролери, предпазни врати, портали и бариери, светлинни завеси, чувствителни на натиск подложки, камери и системи за машинно зрение, софтуер и др., стават все по-сигурни, надеждни и ефективни, като освен за служителите те се грижат още за оптималната производителност и дългия сервизен живот на машините и роботите.

Съвременна нормативна рамка

С глобалната инициатива “Vision Zero” Международната асоциация за социална сигурност (ISSA) налага тезата, че всички трудови инциденти и рискове за здравето и живота на работното място могат да бъдат предотвратени. Това е постижимо чрез правилно планирани и приложени решения за безопасност, които съчетават технически, организационни и поведенчески мерки. Това е и причината, поради която съвременният европейски модел за прилагане на мерки за безопасност на машините е подчинен на строго структурирана система от норми и стандарти, които осигуряват надеждна защита както за операторите, така и за крайните потребители.

В основата на тази рамка стои новият Регламент (ЕС) 2023/1230 относно машините, който ще започне да се прилага от 20 януари 2027 г., заменяйки досегашната Директива 2006/42/ЕО. Новият регламент въвежда съвременни изисквания, отчитащи напредъка в технологиите и нуждата от по-високо ниво на защита в контекста на киберсигурността, взаимодействието човек-машина и управлението на рискове при роботизирани и автоматизирани системи.

Сред ключовите цели на регламента са:

• Постигане на ефективна оценка и намаляване на риска още на етапа на проектиране;
  
  
• Осигуряване на безопасна интеграция на системи за управление и автоматизация;
  
  
• Прилагане на цялостни и устойчиви концепции за машинна безопасност.
  
  

Регламентът обхваща широка гама машини и компоненти: сменяемо оборудване, защитни устройства, товарозахващащи приспособления, предавателни механизми и др. Това включва както конвенционални машини с ръчно управление, така и ново поколение дигитализирани съоръжения – индустриални роботи, металообработващи машини с ЦПУ, 3D принтери и автоматизирани линии.

Икономическото и социално значение на този сектор е съществено – по данни на Европейската комисия от 2022 г. машиностроенето генерира годишен оборот над 740 млрд. евро, или почти 10% от общото индустриално производство в ЕС, и осигурява заетост на близо 2,8 милиона души в над 80 000 компании.

Втората съществена регулация в европейската рамка за осигуряване на безопасни условия на труд е Директива 2009/104/ЕО на Европейския парламент и на Съвета от 16 септември 2009 г. Тя дефинира минималните изисквания за безопасността и здравето на служителите при използването на работно оборудване, като поставя акцент върху състоянието, експлоатацията и контрола на машините в реалната работна среда. Документът има критично значение при оценката на остатъчните рискове и прилагането на защитни мерки по време на експлоатация.

Съществен напредък в осъвременяването на изискванията към роботизираното оборудване и системите за автоматизация е постигнат с актуализирането на стандарта ISO 10218 – “Безопасност на индустриални роботи”, който е структуриран в две части – част 1 (изисквания към производителите) и част 2 (изисквания към системните интегратори). Новата версия на стандарта въвежда редица подобрения, съобразени с практическите предизвикателства при внедряването и експлоатацията на роботизирани системи в производството:

• Прецизиране на изискванията за функционална безопасност с цел намаляване на риска и подобряване на съответствието;
  
  
• Включване на специфични изисквания за колаборативни приложения, при които човек и робот споделят общо работно пространство;
  
  
• Въвеждане на насоки за безопасно ръчно зареждане/разтоварване, както и за инсталация и работа с крайни изпълнителни устройства;
  
  
• Добавяне на нови класификации на роботи, заедно с методологии за изпитване и валидиране на функционалната безопасност;
  
  
• Първи формулировки на изисквания за киберсигурност, пряко свързани с безопасната работа на индустриалните роботи и защита от неоторизирани намеси в системите за управление.
  
  

Нарастващият фокус върху трудовата и машинна безопасност е ясно изразен както в националните политики на индустриално развитите държави, така и в дейността на международните организации, включително Американската (OSHA) и Европейската агенция за безопасност и здраве при работа (EU-OSHA), Международната организация по стандартизация (ISO), Международната електротехническа комисия (IEC) и др. Всички те работят в посока изграждане на нормативна и техническа база, която не просто да намали, а да елиминира риска от инциденти, като следва философията на “Vision Zero” – безопасността като основна, интегрирана цел още на етапа на проектиране, въвеждане в експлоатация и поддръжка на оборудването.
Модерният подход към машинната безопасност е междудисциплинарен и изисква системно мислене и интеграция на защитни функции още в концепцията и дизайна на машините. Това превръща стандартите и регулациите в областта в активен инструмент за управление на риска, а не просто в правна формалност.

Еволюцията на технологиите и въздействието й върху машинната безопасност

Независимо дали са предназначени за модернизация на съществуващо конвенционално оборудване или за внедряване в съвременни високотехнологични приложения, средствата за машинна безопасност следват ясна еволюционна линия, задвижвана от концепциите на Industry 4.0 и дигитализацията на производствената среда.

Новите изисквания и предизвикателства, породени от роботизацията, автоматизацията и киберфизичните системи, изискват интегриран подход към безопасността, в който защитните механизми са неотменна част от дизайна и архитектурата на машините.
Модерните технологии, като Internet of Things (IoT), интелигентни сензори, изкуствен интелект, машинно самообучение, прогнозна поддръжка, виртуална и добавена реалност, както и усъвършенстваната човеко-машинна колаборация, допринасят за ново измерение в управлението на риска. Те не само увеличават гъвкавостта и ефективността на производствените системи, но и налагат нови стандарти по отношение на функционалната безопасност, ергономичността, проследимостта на събитията и киберсигурността. Анализите на водещи маркетингови агенции сочат, че глобалният пазар на технологии и решения за машинна безопасност ще нарасне от над 5 млрд. щатски долара през 2022 г. до повече от 9,7 млрд. долара през 2032 г., което ясно показва все по-ключовото значение на темата в индустриалния свят.

Съвременните системи за машинна безопасност са предназначени да предотвратяват разнообразни инциденти и нежелани събития, като:

• Контакт с движещи се части, захващащи и манипулиращи устройства;
  
  
• Удари от роботизирани механизми или транспортиращи средства;
  
  
• Изгаряния от нагорещени повърхности или компоненти;
  
  
• Порязвания и наранявания от режещи инструменти и пресови механизми;
  
  
• Уловени крайници при взаимодействие с автоматизирани линии и клетки.
  
  

Особено стриктни са регулаторните и стандартизирани изисквания за безопасност в ключови индустриални сектори като машиностроене, автомобилна индустрия, енергетика, минно дело, опаковане, хранително-вкусова промишленост, електроника, фармация, нефтено-газова и химическа промишленост и т. н.
Парадигмата на безопасността се променя динамично – вече не става дума само за защита на физическата цялост на операторите, а и за:

• Безопасно съвместно функциониране с автономни мобилни роботи (AMR), AGV платформи и колаборативни роботи (коботи);
  
  
• Защита от неоторизиран достъп до мрежово свързани компоненти и контролни системи;
  
  
• Изисквания за киберустойчивост на устройствата за безопасност, способни да ограничат или блокират действия при подозрение за нарушение.
  
  

Дигитализацията и отдалеченото управление през смарт устройства (телефони, таблети, SCADA) носят значителни удобства, но също така повишават уязвимостта на индустриалните системи на кибератаки. Това изисква всички компоненти за машинна безопасност – от сензори и релета до сложни контролери – да бъдат изградени с многостепенна защита, криптиране и идентификация, гарантиращи тяхната надеждност дори при целенасочени злонамерени действия.
В обобщение – безопасността на машините в съвременната индустрия не може да бъде разглеждана изолирано. Тя трябва да покрива и аспектите на киберсигурността, за да осигури не само съответствие със законовите изисквания, но и реална, устойчива защита на хората, машините и производствените процеси.

Основни тенденции, оформящи бъдещето на машинната безопасност

Сред останалите отчетливи технологични и пазарни тенденции, които диктуват посоките на бъдещо развитие на компонентите и системите в сегмента, са: ускорени темпове на автоматизация и роботизация, по-задълбочена IoT интеграция, стратегии и технологии за обработка и анализ на големи обеми от данни, поддръжка на нови/популярни интерфейси, комуникационни протоколи и стандарти (като IO-Link), времечувствителни мрежи (Time-sensitive networks, TSN), отворени архитектури и оперативна съвместимост между продукти на различни производители, усъвършенстван специализиран софтуер за безопасност и др. На преден план излиза ролята на интелигентните сензори и контролери като основни градивни единици на системите за безопасност, а част от задължителните им функции са мониторингът и управлението в реално време.

Една от водещите технологии на четвъртата индустриална революция, която все по-смело навлиза и в машинната безопасност, е виртуалната (и разновидностите й – добавена, разширена, смесена) реалност. Тази иновация позволява не само детайлно тестване и валидиране на различни конфигурации при проектирането на системите за безопасност, но и интерактивно предварително обучаване на операторите за безопасна работа с нова машина или функция, а също и широка дистанционна колаборация между различни експерти и екипи при разработката, интеграцията, експлоатацията и поддръжката на съответното решение и/или оборудване.

Интересно явление са модулните подходи към машинната безопасност, които оставят в миналото обемните предварително конфигурирани статични ограждения и осигуряват възможности за гъвкаво комбиниране на подходящите елементи в адаптируеми, персонализирани и пестящи пространство решения.
Новост са и платформите с изкуствен интелект и алгоритми за машинно самообучение, които оптимизират процесите по вземане на решения, като обработват и анализират гигантски информационни масиви, самоусъвършенстват се с времето, идентифицират “невидими” на пръв поглед рискове и зависимости и прогнозират развитието на различни сценарии. Те позволяват все по-висока степен на автономност на автоматизираните системи и роботите в съвременните заводи и складове по пътя към визията за т. нар. “Lights-оut” фабрики или изцяло автоматизирани индустриални екосистеми, неизискващи (почти) никаква човешка намеса. Производството “на тъмно” обаче далеч няма да изчерпи всички възможни проявления на интелигентната индустрия на бъдещето, тъй като една също толкова мощна тенденция, но с обратна посока вече я трансформира – Industry 5.0 или петата промишлена революция, която се очаква да върне човека “в центъра” на завода и да постави фокус върху още по-безопасната и ефективна колаборация с машините.

За финал ще отделим по-специално внимание именно на коботите като един от най-фундаменталните стълбове на новата производствена реалност. Компактни, достъпни и оборудвани с интегрирани сензори за сила, натиск, въртящ момент и сблъсък, камери за машинно зрение, функции за автоматично спиране, връщане в изходна позиция и превключване между режими с различна скорост/мощност и ниво на безопасност в зависимост от присъствието на оператор в работната зона, колаборативните роботи окончателно слагат край на физическите бариери между човека и машината. А само за седем години – в периода от 2023 до 2030 г., маркетолозите очакват повече от седемкратно увеличение на глобалните приходи от продажби на коботи.

Статията е подготвена със съдействието на Ехнатон България