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VERÖFFENTLICHT
July 6, 2022
AUTOR
Royal Montgomery
KATEGORIE
Branchen News
Sicherheit ist das A und O: Wie kann ich meine Mitarbeiter schützen? - Unchained Robotics
An Kontaktpunkten von Robotern und Menschen kommt es nach wie vor zu Unfällen. Kollaborative Roboter verfügen zwar über weitaus mehr Sicherheitsfunktionen als traditionelle Industrieroboter, doch auch hier können Risiken existieren.
Trotz umfassender Sicherheitsvorkehrungen kommt es immer wieder zu Unfällen im Umgang mit Robotern – manche von ihnen mit fatalen Folgen. Warum ist das so?
Ein Fall, der besonders viel Aufmerksamkeit erregte, war der Tod eines Installateurs bei einem Automobilhersteller im Jahr 2015. Bei der Untersuchung des tragischen Unfalls kam heraus, dass der Mann sich scheinbar hinter der Sicherheitsabsperrung aufgehalten hatte, ohne dass der Roboter – in diesem Fall ein traditionelles Modell – ausgeschaltet war[i].
Warum er das getan hat, wird nie geklärt werden können, doch es scheint so zu sein, als ließe sich ein Muster hinter diesem und ähnlichen tragischen Unfällen erkennen:
“Studies indicate that many robot accidents occur during non-routine operating conditions, such as programming, maintenance, testing, setup, or adjustment. During many of these operations the worker may temporarily be within the robot’s working envelope where unintended operations could result in injuries.”[ii]
Unter diesen Umständen scheint es so gut wie unmöglich, Unfälle vollkommen zu vermeiden. Dennoch kann man Vorkehrungen treffen, um das Risiko von Verletzungen – oder schlimmerem – so gering wie möglich zu halten. Das gilt sowohl für traditionelle Industrieroboter als auch für kollaborative.
Unfälle vollständig zu vermeiden scheint so gut wie unmöglich, aber man kann trotzdem Vorkehrungen treffen, um das Risiko so gering wie möglich zu halten.
Beschäftigt man sich mit diesem Thema, dann stößt man immer wieder auf den Hinweis, dass eine Risikoanalyse ein entscheidender Teil der Strategie zur Vermeidung von Unfällen ist. Aber wie führt man eine Risikoanalyse durch und welche Punkte muss man dabei in Betracht ziehen?
Es gibt verschiedene internationale Standards, die hier eine wichtige Orientierung geben. Gehen wir sie einmal von allgemein bis konkret durch.
EN ISO 12100
Der erste und allgemein gültige Standard bei der Nutzung von Maschinen in der Produktion, beinhaltet die detaillierte Beschreibung eines iterativen Vorgehens zur Minderung von Risiken. Grob lassen sich die vorgeschlagenen Maßnahmen in 4 Punkte teilen:
1. Konstruktive Maßnahmen
Bereits im Design sollte man alle Möglichkeiten zur Vermeidung von Risiken ausschöpfen.
2. Technische Maßnahmen
Mithilfe konstruktiv-technischer Elemente wie Schutzzäunen, Klappen, Hauben, etc., und steuerungstechnischen Elementen wie optischen Schutzeinrichtungen sollte man Unfällen vorbeugen.
3. Organisatorische Maßnahmen
Mit Warnhinweise und Markierungen an der Maschine, sollte man Mitarbeiter und alle Menschen, die mit dem Gerät in Kontakt kommen, auf eventuelle Risiken hinweisen, damit diese sich entsprechend verhalten. Hersteller müssen in ihren Unterlagen zur Maschine auf Risiken aufmerksam machen.
4. Personengebundene Maßnahmen
Die Betreiber von Maschinen müssen sich entsprechend schützen. Hierzu zählen Maßnahmen wie, zum Beispiel das Tragen eines Gehörschutz, Schutzhelm, Schutzbrille, Handschuhe, etc.[iii]
EN ISO 10218 (Teil 1 und 2)
An dieser Stelle sind wir einen Schritt weiter in der Spezialisierung der Sicherheitsvorgaben: ISO 10218 beschäftigt sich mit der sicheren Herstellung, Integration und Nutzung industrieller Roboter im Speziellen.
Dieser zweiteilige Standard ist einerseits ein Leitfaden für Hersteller und Systemintegratoren, um eine sichere Industrierobotik zu schaffen, und andererseits ein Handbuch für die Anwender und Integratoren von Robotersystemen. Diese inhaltliche Zweiteilung macht sich in der Trennung des Standards in einen Teil 1 und einen Teil 2 bemerkbar:
Trotz umfassender Sicherheitsvorkehrungen kommt es immer wieder zu Unfällen im Umgang mit Robotern – manche von ihnen mit fatalen Folgen. Warum ist das so?
Ein Fall, der besonders viel Aufmerksamkeit erregte, war der Tod eines Installateurs bei einem Automobilhersteller im Jahr 2015. Bei der Untersuchung des tragischen Unfalls kam heraus, dass der Mann sich scheinbar hinter der Sicherheitsabsperrung aufgehalten hatte, ohne dass der Roboter – in diesem Fall ein traditionelles Modell – ausgeschaltet war[i].
Warum er das getan hat, wird nie geklärt werden können, doch es scheint so zu sein, als ließe sich ein Muster hinter diesem und ähnlichen tragischen Unfällen erkennen:
“Studies indicate that many robot accidents occur during non-routine operating conditions, such as programming, maintenance, testing, setup, or adjustment. During many of these operations the worker may temporarily be within the robot’s working envelope where unintended operations could result in injuries.”[ii]
Unter diesen Umständen scheint es so gut wie unmöglich, Unfälle vollkommen zu vermeiden. Dennoch kann man Vorkehrungen treffen, um das Risiko von Verletzungen – oder schlimmerem – so gering wie möglich zu halten. Das gilt sowohl für traditionelle Industrieroboter als auch für kollaborative.
Unfälle vollständig zu vermeiden scheint so gut wie unmöglich, aber man kann trotzdem Vorkehrungen treffen, um das Risiko so gering wie möglich zu halten.
Beschäftigt man sich mit diesem Thema, dann stößt man immer wieder auf den Hinweis, dass eine Risikoanalyse ein entscheidender Teil der Strategie zur Vermeidung von Unfällen ist. Aber wie führt man eine Risikoanalyse durch und welche Punkte muss man dabei in Betracht ziehen?
Es gibt verschiedene internationale Standards, die hier eine wichtige Orientierung geben. Gehen wir sie einmal von allgemein bis konkret durch.
EN ISO 12100
Der erste und allgemein gültige Standard bei der Nutzung von Maschinen in der Produktion, beinhaltet die detaillierte Beschreibung eines iterativen Vorgehens zur Minderung von Risiken. Grob lassen sich die vorgeschlagenen Maßnahmen in 4 Punkte teilen:
1. Konstruktive Maßnahmen
Bereits im Design sollte man alle Möglichkeiten zur Vermeidung von Risiken ausschöpfen.
2. Technische Maßnahmen
Mithilfe konstruktiv-technischer Elemente wie Schutzzäunen, Klappen, Hauben, etc., und steuerungstechnischen Elementen wie optischen Schutzeinrichtungen sollte man Unfällen vorbeugen.
3. Organisatorische Maßnahmen
Mit Warnhinweise und Markierungen an der Maschine, sollte man Mitarbeiter und alle Menschen, die mit dem Gerät in Kontakt kommen, auf eventuelle Risiken hinweisen, damit diese sich entsprechend verhalten. Hersteller müssen in ihren Unterlagen zur Maschine auf Risiken aufmerksam machen.
4. Personengebundene Maßnahmen
Die Betreiber von Maschinen müssen sich entsprechend schützen. Hierzu zählen Maßnahmen wie, zum Beispiel das Tragen eines Gehörschutz, Schutzhelm, Schutzbrille, Handschuhe, etc.[iii]
EN ISO 10218 (Teil 1 und 2)
An dieser Stelle sind wir einen Schritt weiter in der Spezialisierung der Sicherheitsvorgaben: ISO 10218 beschäftigt sich mit der sicheren Herstellung, Integration und Nutzung industrieller Roboter im Speziellen.
Dieser zweiteilige Standard ist einerseits ein Leitfaden für Hersteller und Systemintegratoren, um eine sichere Industrierobotik zu schaffen, und andererseits ein Handbuch für die Anwender und Integratoren von Robotersystemen. Diese inhaltliche Zweiteilung macht sich in der Trennung des Standards in einen Teil 1 und einen Teil 2 bemerkbar:
- Teil 1: Sicherheitsanforderungen an Roboterhersteller oder Hersteller, die ein Robotersystem in den Markt bringen
- Teil 2: Möglichkeiten, wie Mensch und Operator im gleichen Arbeitsraum zum selben Zeitpunkt interagieren können, sichere Integration eines Robotersystems in eine existierende Anlage[iv]
- Kommen Bewegung oder Rotationen eines scharfen Werkzeugs am Endeffektor oder an externen Achsen vor?
- Können die zu handhabenden Teile gefährlich sein?Kann die zugehörige Ausrüstung gefährlich sein?
- Entsteht durch die Rotationsbewegung der Roboterachsen ein Risiko?
- Entsteht eine Gefährdung durch abgeschnittene oder herausgeschleuderte Produkte?
2. Anschließend stellt man die Roboterzelle in einem Bauplan dar, in dem auch eventuelle Sicherheitsvorkehrungen gezeigt werden. - Die 3 schwersten Entscheidungen bei der Wahl eines industriellen Roboters
- Die Top 10 Fragen zur Roboterwahl
- 5 gute Gründe, warum gerade KMUs Cobots nutzen sollten
- Die 5 größten Vorteile von Cobots
- [i] Bryant, Chris (July 02, 2020): “Worker at Volkswagen plant killed in robot accident. Fatality touches on concerns about spread of automation”, https://www.ft.com/content/0c8034a6-200f-11e5-aa5a-398b2169cf79.
- [ii] Davison, Patrick (July 06, 2015): “How does the Accident in Germany Affect Industrial Robot Safety?”, https://www.robotics.org/content-detail.cfm/Industrial-Robotics-News/How-Does-the-Accident-in-Germany-Affect-Industrial-Robot-Safety/content_id/5555.
- [iii] Leuze Electronic: “Risiko Beurteilung. White Paper”, https://docplayer.org/46333068-Risiko-beurteilung-white-paper.html.
- [iv] Behnisch, Kevin und Matthias, Bjoern (June 12, 2020): „ISO 10218 – von der neuen Norm zur Anwendung/ ISO 10218 – Putting the New Standard into Practice“, https://www.researchgate.net/publication/269411305_ISO_10218_-_von_der_neuen_Norm_zur_Anwendung_ISO_10218_-_Putting_the_New_Standard_into_Practice.[v]DGUV (August, 2017): “Kollaborierende Robotersysteme. Planung von Anlagen mit der Funktion ‚Leistungs- und Kraftbegrenzung‘“, https://www.dguv.de/medien/fb-holzundmetall/publikationen-dokumente/infoblaetter/infobl_deutsch/080_roboter.pdf.Foto: Troy Bridges on Unsplash
ISO TS 15066
Der dritte und am stärksten spezialisierte Leitfaden ist streng genommen (noch) kein global geltender Standard, sondern eine Technische Spezifikation – also eine Empfehlung der ISO. Es ist aber sehr wahrscheinlich, dass er in Zukunft als Basis für einen verbindlichen, globalen Standard dienen wird.
ISO TS 15066 befasst sich detailliert damit, wie man Cobots sicher in Unternehmensprozesse integrieren kann, ohne ihre kollaborativen Fähigkeiten negativ zu beeinflussen. Sie führt hierzu vier Arten von kollaborativen Arbeitsweisen auf:
Sicherheitsgerichteter Stopp: Der Roboter hält an, sobald ein Mensch ihm zu nahe kommt, wird aber nicht abgeschaltet
Handführung: Nachdem der Roboter angehalten hat, kann der Nutzer den Arm nach Wunsch bewegen
Geschwindigkeits- und Distanzüberwachung: Erlaubt dem Roboter seine Geschwindigkeit anzupassen, je nachdem, wieweit der Mensch weg ist, je näher er kommt, desto stärker drosselt der Roboter seine Bewegungen
Leistungs- und Kraftbegrenzung: Wird benötigt in Anwendungen, in denen es zu Kontakt zwischen Roboter und Mensch kommen kann
quasi-statisch: ein Körperteil wird eingeklemmt, oder
variabel: der Mensch wird getroffen, kann aber zurück-/ausweichen[v]
Jetzt kennen wir die Standards und Orientierungspunkte, zur sicheren Integration von kollaborativen Robotern, aber wie führt man eine Risikoanalyse durch?
Risikoanalyse
Im Großen und Ganzen besteht die Risikoanalyse aus drei Teilen:
1. Suche nach Gefahrenpotentialen: Man geht den gesamten Ablauf durch und analysiert, wo Gefahrenpunkte entstehen könnte. Die Aspekte bieten hier eine Orientierung:
Bewegungen jedes Teils des Roboter: Was sind Teile der Roboterbewegung, die vielleicht ein Risiko darstellen könnten?
Bewegungen der externen Achse (einschließlich der Endeffektorwerkzeug in der Wartungsposition)
3. Im dritten und letzten Schritt, wird der Bauplan in eine 3D Simulation übertragen, mit der erneut eventuelle Risiken überprüft werden. Hier können dann auch solche Probleme auffallen, die zuvor vielleicht noch nicht bedacht wurden.
Nach den Abschluss dieser Risikoanalyse müssen die geplanten Sicherheitsvorkehrungen dann nur noch in die Tat umgesetzt werden. Allerdings gibt es einen weiteren – entscheidenden – Faktor, um die Sicherheit von Arbeitskräften zu ermöglichen: Die Menschen selber.
Man kann so viele Vorkehrungen treffen wie man will, wichtig ist im Endeffekt, dass sich die Mitarbeiter über das Risiko bewusst sind und entsprechend vorsichtig handeln. Roboter sind in vielen Fällen stärker und schneller als Menschen. Gerade bei solchen, die nicht über automatische Sicherungen verfügen (aber auch bei diesen), sollte man daher wachsam bleiben.
Fazit
Roboter und insbesondere kollaborative Roboter bieten viele Vorteile gegenüber einer rein manuellen Herstellung. Mit diesen Vorteilen kommen aber auch Risiken: Roboter sind stärker und schneller als Menschen und agieren nur basierend auf ihrer Programmierung.
Dabei können und sind bereits Menschen zu Schaden gekommen.
Es gibt aber eine Vielzahl an Vorkehrungen, die man treffen kann, um Risiken zu minimieren. Die Basis hierfür bilden die globalen Standards der ISO und eine detaillierte Risikoanalyse, die bereits während der Planung der Roboterzelle durchgeführt wird.
Letztendlich ist aber auch hier der Mensch das entscheidende Element: Man muss die Mitarbeiter über mögliche Risiken unterrichten und dafür sorgen, dass sie sich dem Risiko entsprechend verhalten – auch wenn jahrelang nichts passiert ist.
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