Опыт зарубежных исследователей проблем безопасности труда на производствах, использующих промышленные роботы

Необходимость изучения и разработки более совершенных форм организации безопасного труда на роботизированных производствах отмечается специалистами всех индустриальных развитых стран. Несмотря на сложившееся представление об относительной безопасности роботов, в печати имеются сообщения о несчастных случаях. В частности, в Японии сильной рукой робота был схвачен и направлен в зону обработки наладчик, подошедший близко для проверки станка.

Большое внимание вопросам разработки нормативных документов и организационных мероприятий по предупреждению травматизма при обслуживании промышленных роботов (ПР) уделяется в Японии. В статье «Техническое обслуживание и безопасность роботов» Нигата Риндзи сообщает о принципах технического обслуживания, методах обеспечения точности остановки, принципах предотвращения операционных ошибок отклонений и нарушений в работе, повышающих риск травматизма и влияющих на здоровье работающих. В числе нормативных требований указывается на запрещение появления персонала в рабочей зоне ПР, запрещение работы на ПР при наличии неисправности или неполной связи с периферийными устройствами.

Японские авторы выдвигают требование о необходимости пересмотра правил охраны труда на производстве с учетом появления необходимости эксплуатации, обучения и испытаний ПР, ставят задачу расширения исследований по проблемам обеспечения безопасности обслуживания ПР. На необходимость этой работы указывают данные о травматизме. В частности имеются сообщения, что на некоторых роботизированных производствах Японии травматизм возрос на 4% в сравнении с обычными цехами машиностроительного производства. Этот факт можно объяснить недостаточным вниманием к подготовке (обучению) персонала к работе в новых условиях, фетишизацией роботизированных участков и нестандартностью ремонтных работ, когда от наладчика требуется особая профессиональная осторожность и прогнозирование действий с учетом обеспечения безопасности выполняемых ремонтных (наладочных) операций.

Безопасность роботов тесно связана с авариями и, следо­вательно, с проблемой надежности ПР в работе. Рассматривая эту проблему, Синатави Хироси сообщает данные журна­ла «Никкей механикару» о результатах опроса, показавшего, что средний интервал наработки между отказами у 75% не превышает 1000 ч. На надежность системы управления ПР влияет качество электронных деталей, в первую очередь интегральных схем. Снижение отказов ПР обеспечивается также высоким уровнем технического обслуживания и создания благоприятных температурных режимов, исключением отрицательного влияния влажности и запыленности. Изучая проблему безопасности ПР, Сугимото Акиры обследовал 182 предприятия, использующие ПР, в 66,9% причиной их остановки являлась неисправность контролирующего оборудования. При этом в 1977 г. на промышленных предприятиях, оснащенных ПР, травмы, связанные с их обслуживанием, составили 25% от общего производственного травматизма.

В «Требованиях по технике безопасности к промышленным работам для обслуживания станков» в 1983 г. ГДР сформированы основные положении и задачи техники безопасности. Требования к ПР классифицируются на общие и частные. В числе общих отмечается объем ограничения хода движущихся элементов; надежность крепления навесных элементов, исключающего ослабление их при авариях; безопасность смены управляющей программы; отказ в системе привода энергии. Указывается на необходимость мероприятий, направленных на предупреждение основных перемещений элементов ПР под воздействием их силы тяжести, оборудование ПР ограждающими и предохранительными приспособлениями и др.

В частности, выделяются требования к механическим и электрическим предохранительным устройствам, блокирующим открытые двери или снятие кожуха, обработку плохо закрепленной детали и т. п. Указывается на необходимость размещения панели управления роботом в зоне легкой досягаемости и безопасности для оператора и наладчика. Подчеркивается важность стандартной маркировки, обозначения размеров рабочей зоны на схвате и др.

Специальные разработки посвящены контролирующим устройствам, повышающим безопасность использования роботов, рассматриваются вопросы безопасности труда программистов, защиты обслуживающего и ремонтного персонала от не планируемых перемещений частей ПР. Считается, что наибольшую опасность для персонала создают быстрые, в непредусмотренном направлении перемещения частей или самого ПР (скорость перемещения сборочных роботов до 1,2 м/с, a угловая скорость поворота до 2,1 рад/с). Датчики контрольных устройств должны располагаться по периметру рабочей зоны и включаются в контур управления ПР, обеспечивая блокировку помещения и выдачу необходимого сигнала при попадании непредусмотренного предмета в рабочую зону ПР. Включение блокировки обычно производится обслуживающим персоналом, в частности, может блокироваться открывание двери ограждения. Работа контрольного устройства должна сопровождаться визуальной сигнализацией. Управление блокирующим устройством осуществляется путем нажатия соответствующих клавишей. Контрольные функции могут программироваться, доступ программиста к управляющей модели осуществляется по определенному коду.

Ведутся работы по пространственно-временным аспектам безопасности труда при использовании робототехники. В них исследуются роль человека и разделение функций между человеком и средствами труда. Эти исследования проводятся как на полностью автоматизированных, так и на частично оснащенных автоматами производствах, а также на различных этапах работ: при отладке программы, наладке оборудования, его эксплуатации, в стадии ремонта. Мероприятия по обеспечению охраны труда классифицируются в зависимости от степени опасности. Отмечается второстепенность роли времени работы как фактора травматизма. Подводя итоги, исследователи указывают на необходимость разработки спе­циальных правил и инструкций по безопасному взаимодейст­вию системы человек-машина.

Имеются сообщения, обращающие внимание на особую организацию работы в обслуживании ПР, используемых при действии высоких давлений и температур, в условиях взрыво­опасной среды. По мнению исследователей, особое внимание обеспечению безопасной работы ПР должно быть уделено тем ПР, которые работают непосредственно с возгорающимися и взрывоопасными материалами, а также выполняющими лакокрасочные, шлифовальные, полировальные технологические процессы, связанные с образованием взрывоопасной пыли. ПР, предназначенные для таких работ, должны иметь средства для обнаружения опасной ситуации и для проведения действий, исключающих (уменьшающих) опасность взрыва и возгорания, а также для их ликвидации.

В статьях, обобщающих разработку проблем безопасности робототехники в японской промышленности, отмечается появление новых аспектов обеспечения безопасных условий тру­да на современных производствах. В числе их указывается: по­вышение быстродействия и уменьшение габаритов станков, изменение технологии транспортировки материалов и функ­ций управления сложными станками. При анализе аварийных ситуаций, в которых ПР может нанести травмы рабочим, вы­деляются ошибочные действия ПР и его периферийных уст­ройств во время настройки, проверки, ремонта. Наиболее ча­сто травмы происходят при выполнении ремонтно-наладочных работ. Основными мероприятиями по профилактике травматизма считаются: предотвращение попадания человека в опас­ную зону, предупреждение поражения электрическим током, надежность визуального наблюдения.

В английской и американской литературе авторы ссылаются на опыт работы по созданию безопасных условий для персонала, обслуживающего ПР в Японии, отмечаются типичные причины аварийности и травматизма, сообщается о соз­дании в Великобритании специальной организации, занимающейся вопросами техники безопасности ПР, которая должна разрабатывать национальные и интернациональные стандар­ты по безопасности ПР. Рассматривая причины роста несчастных случаев, авторы указывают как основные – незапрограммированные действия ПР в результате ошибок в управ­ляющих командах, повреждение манипулятором незащищенных соединений пневмоцилиндров. Наиболее распространенными и действенными средствами защиты считаются ограждение рабочей зоны, применение цветных индикаторов, использование фотоэлементов и чувствительных контактных датчиков и др. Рассматривается проблема безопасности труда в процессе ручного обучения, обучения методом «хозяин-слуга»,программирования с помощью ЭВМ.

В докладе немецкого исследователя X.Я. Прайса рассматриваются требования техники безопасности к манипуляторам и промышленным роботам с позиций их рентабельности. При рассмотрении защиты за счет ограждения всей опасной зоны обращается внимание на контроль входных дверей: перед началом движений ПР защитное устройство должно вводиться в действие, во время работы оно должно закрывать вход, при снятии действия защитного устройства опасные движения ПР должны приостанавливаться.

Бесконтактные защитные устройства конструируются с расчетом, обеспечивающим недоступность входа человека в запрещенную зону. Устройства в виде защитных пластин и ширм применяются преимущественно на небольших аппаратах. Они устраиваются с расчетом, исключающим их обход со стороны, и с защитой от попадания воды, масла, стружки и т. п. Натяжные шнуры, шланги под давлением, защитные планки устраиваются снаружи опасной зоны. Использование их не исключает применения за ними защитных пластин, ширм и тому подобных способов ограждения. Если применяется натяжной шнур, то при его обрыве, ослаблении срабатывает устройство, останавливающее ПР. Чтобы гарантировать необходимую безопасность при движениях подачи, используются подвижные контролирующие защитные устройства, бесконтактные защиты, защитные пластины и др. Безопасность во время подготовки к работе ПР, устранение неисправности обеспечиваются за счет устройства, отключающего все источники энергии, питающие агрегаты. Отмена действия защитных устройств должна производиться только специальными лицами.

Французские фирмы также разрабатывают системы, обеспечивающие безопасность рабочих зон автоматических машин и ПР. Сообщается, что создание новых форм защиты вызвано непригодностью классических предохранительных систем для использования в роботизированных комплексах. В разрабатываемых системах защиты ПР предусматриваются информация оператора о состоянии рабочих органов, мероприятия по защите программиста, блокировочные устройства и другие средства по ограничению доступа персонала в рабочую зону ПР.

Обращает внимание предварительное исследование европейской группы (Франция, Великобритания, ФРГ) по изучению проблем сохранения здоровья и надежности в робототехнических системах. Работа проводилась тремя подкомиссиями: здоровье и надежность (безопасность), язык программи­рования роботов, контроль за результативностью роботов.

В изложении результатов работы подкомиссии «здоровье и надежность» рассматриваются предложения по разработке правил пользования робототехникой. В частности, структура изложенной работы следующая.

Во введении изложена проблема надежности, которая должна исследоваться по системе – оценка различных угрожающих (аварийных) ситуаций, определение риска возникновения несчастного случая и в зависимости от результатов рассматриваются конструирование и применение средств защиты.

Второй раздел посвящен конструированию, строительству и монтажу робототехники и содержит подразделы:

а) Конструирование: законодательные нормы и специфи­кация для инженеров-конструкторов; характеристика надежности на стадии конструирования; информационные разработ­ки, полезные для инженеров-конструкторов;

б) Установка и пуск в действие: установка робота и подсобных систем; транспортировка робота и других механизмов; присоединение агрегатов и обеспечение надежности систем;

в) Нормальное функционирование (работа): изучение выполняемых роботом операций, для которых робот предназначен, и оценка риска аварийности и травматизма (опасности воздействия сварки, УВЧ, механических травм);

г) Регулировка робота: планирование графика работ; все регулировки производятся по соответствующим программам;

д) Поддержание робота в рабочем состоянии: контроль за работой робота, регулировка, осмотры в целях выявления дефектов, недостатков и отклонений.

Третий раздел посвящен проблемам риска. В частности, указано, что необходимо изучить всю робототехническую установку и связанные с ней механизмы и системы с позиций риска, аварий и травматизма. Предусмотреть все возможные ситуации, предрасполагающие к несчастным случаям. Определить степень риска в нормативных условиях и при нарушении работы систем робота. Особое внимание обратить на отказы и нарушения в системе управления роботом.

Четвертый раздел посвящен созданию приспособлений, обеспечивающих надежность робота. Отмечено, что они должны обеспечивать надежность во время установки и при функционировании в различных режимах, а также иметь соответствующую степень защиты и при известном риске (перегрузке). При этом следует руководствоваться положением – чем выше степень риска, тем более надежная защита необходима. Кроме того, защита должна соответствовать степени и частоте риска. Для защиты должны использоваться стацио­нарные (фиксированные) устройства и временные (съемные – пневматические, электрические, ультразвуковые и т. п.). Должны учитываться предполагаемая система управления ро­ботом и машинами, факторы риска и системы защиты. Учи­тываются также частота допуска человека в опасную зону, степень риска и возможная тяжесть повреждений (травм} в случае поломки робота. При этом анализируются методы ра­боты, необходимость подхода человека к роботу, траектория движения опасных частей робота, общая характеристика обо­рудования. Оценка должна проводиться как вусловиях нор­мативной работы, так и в аварийных ситуациях.

Пятый раздел посвящен методам анализа надежности ПР (см. приложение).

Шестой раздел посвящен базовым принципам обеспечения безопасности. Указано, что любая рекомендация должна соот­ветствовать следующим положениям.

Проектирование, конструирование и монтаж должны учи­тывать соответствующие требования безопасности.

Нормативное функционирование должно обеспечиваться за счет соблюдения требований эксплуатации систем управления, направленных на предупреждение риска травматизма, разработки указаний в области методик использования роботов и других средств, в том числе и применение средств электрической защиты. Если робот оснащен съемными защитными средствами, то рекомендуется, чтобы они были эффек­тивными и в случае нарушения системы управления. Нужно изучить степень защиты, основанной на применении программирующей электронной системы, когда она может быть применена в целях надежности.

При программировании и регулировке необходимо стремиться планировать использование дистанционного управле­ния, особенно если робот удален от источника энергии. Следует программировать работу ПР на пониженной скорости. Все точки управления должны располагаться так, чтобы движение робота прекращалось по команде оператора. Выклю­чатели аварийного отключения должны располагаться на пульте управления. В работе должен быть предусмотрен чет­кий алгоритм (последовательность) действий, т. е. необходи­мо формализовать порядок действий оператора по включению системы. Проверку программы действий робота необходимо проводить на нормативной скорости. Только в исключитель­ных случаях решается вопрос о применении других, более опасных рисковых действий. В этом случае следует устано­вить, контроль за перемещением человека в опасной зоне и строго соблюдать порядок выполнения работ.

Начиная с момента обучения робота действиям, желатель­но, чтобы безопасность программиста была независима от степени надежности системы (электронной защиты). Для это­го необходимо оценивать следующие элементы:

- номинальную возможность скорости робота в момент программирования (нормативной работы) и в момент полом­ки (аварии);

- время реакции человека на ситуацию (аварию) и ско­рость остановки робота;

- устройство робота и особенности его работы;

- другие устройства надежности и защиты, в том числе чувствительные системы, являющиеся частью робота.

Следует рассматривать размеры ограничения (площади) передвижения робота и соответствующие типы ограждений и другие необходимые в этом отношении меры.