Jste zde

Bezpečnost strojů - 1. díl - úvod, normy, posouzení rizika

Antonín Vojáček, 9. Říjen 2015 - 0:00

Problematika zajištění bezpečnosti strojů a zařízení není jednoduchá. Kompletní postup návrhu bezpečného stroje zahrnuje mnoho norem a úkonů. Trošku zpřehlednit situaci si dal za cíl tento několika dílný seriál. Tento první díl poskytuje základní úvod do problematiky, systém rozdělení norem podle jejich vlivu a co obnáší posouzení a vyhodnocení rizik strojů před i v průběhu konstrukce strojů.

Proč se starat o bezpečnost strojů?

Bezpečnost strojních zařízení je v moderní vyspělé společnosti nejdůležitější částí každého stroje, zařízení a systému, kde nějaká jeho část vykonává mechanický pohyb. Jde o sadu opatření pro zamezení kontaktu / kolizi stroje během tohoto pohybu s jakoukoliv částí lidské obsluhy.

Dá se říct, že je o jakýsi "mechanický" ekvivalent bezpečnosti elektrických zařízení, kde je nutné chránit lidskou obsluhu před nebezpečím elektrického proudu. Zatímco požadavky zajištění bezpečnosti proti elektrickému proudu jsou všeobecně chápány jako velmi důležité, bezpečnost proti mechanickým pohybům strojů se poměrně dlouho dost často zanedbávala, i když může způsobit stejně závažné úrazy jako úrazy elektrickým proudem. Ne vždy je chování moderních automatických či poloautomatických strojních zařízení předvídatelné, protože jejich pohyb je dnes obvykle řízen programem řídicí jednotky, jehož strukturu zná čistě jen programátor výrobce. Nehledě na neočekávaná chování způsobená chybami či nedořešenými chybovými stavy řízení stroje. Ne vždy tak lze využít čistě "selský přístup": "Když si dám pozor, nic se mi přece nemůže stát".

Problematika bezpečnosti strojů

Problematika zajištění bezpečnosti strojů a zařízení není nijak jednoduchá. Je nutné se jí zabývat již při začátku návrhu projektu / aplikace a pak ji již co nejlépe zahrnout hned od počátku do samotné mechanické konstrukce strojů. Rizika nebezpečí, která nelze odstranit či potlačit mechnickými prvky (kostrukcí stroje, kryty apod.), je nutné ošetřit / zajistit elektronicky. Na zbytkové riziko je pak nutné upozorňovat štítky na strojích a podrobněji v dokumentaci.

Bezpečnostní normy a jejich rozdělení

Na začátek je potřeba napsat, že vývoj strojů a zařízení po bezpečnostní stránce není jen čistě problematika dnes dvou "nejmedializovanějších" norem ČSN EN ISO 13849 a ČSN EN 62 061, ale řídí se daleko širším spektrem standardů, přičemž některé mohou být pro výrobce více závazné a důležitější než obě výše uvedené normy. Jde hlavně o normy pojednávající o problematice základního posouzení bezpečnostního rizika nebo snížení rizika již "v zárodku" vhodnou volbou základní konstrukce a funkce stroje či zařízení. Mnoho informací v těchto normách sice kvalitní a inteligentní konstruktér obvykle tak nějak aplikuje automaticky, protože mu to dá "zdravý rozum", ale přesto je nutné být s nimi seznámen. Například správně tvarově navržené mechanické nosné i funkční prvky (např. minimalizace zbytečných hran, rohů, otvorů, ostrých hrotů apod.) mohou následně výrazně snížit riziko plynoucí z jejich funkce a tím následně snížit konstrukční, technickou i finanční náročnost zajištění bezpečnosti stroje aplikováním množství mechanických krytů a zábran, či elektrických detekčních bezpečnostních prvků.

Z tohoto pohledu a pro větší přehlednost lze všechny pro bezpečnost relevantní normy a standardy rozdělit do tří na sebe navazujících skupin, které představují určité typy norem podle jejich důležitosti.

Grafická reprezentace rozdělení norem do tříd A, B a C.

Z programu norem vytvářených CEN/CENELEC, zaměřených na interpretaci základních bezpečnostních požadavku za účelem dosažení konformity s evropskou legislativou v oblasti bezpečnosti strojů, mají tyto normy následující hierarchii:

A-normy (Základní bezpečnostní normy) - poskytující základní pojmy a zásady pro projektování a konstrukci a obecná hlediska, která mohou být aplikována na všechny stroje.

Například sem patří normy: EN ISO 14121 (Bezpečnost strojních zařízení. Zásady pro identifikaci a posouzení rizika), EN ISO 121002 (Bezpečnost strojních zařízení - základní pojmy a všeobecné zásady pro konstrukci), IEC 61508 (Funkční bezpečnost elektrických, elektronických a programovatelných elektrických systémů souvisejících s bezpečností).
B-normy (Skupinové bezpečnostní normy) - zabývající se jedním bezpečnostním aspektem nebo jedním typem bezpečnostního zařízení, které může být použito pro větší počet strojů. Pojednávají o bezpečnostních požadavcích nebo bezpečnostních zařízeních, které je možné použít pro širokou škálu strojů. Mezi B-normy se pak řadí normy typu B1 jednotlivých bezpečnostních aspektů pro speciální bezpečnostní požadavky (např. bezpečnostní vzdáleností, teploty povrchu, hluku, elektrickou bezpečnost strojů, výpočet bezpečné vzdálenosti, požadavky na řídící systémy apod.) a normy typu B2 pro bezpečnostní zařízení (například dvouruční ovládání a bezkontaktně působící ochranná zařízení).

Do kategorie B-normy tak patří nejen ČSN EN ISO 13849 (Bezpečnost strojních zařízení. Bezpečnostní části řídicích systémů – všeobecné zásady pro konstrukci) a ČSN EN 62061 (Bezpečnost strojních zařízení. Aplikační norma pro stavbu strojů.), ale také například EN 60204-1 (Bezpečnost strojních zařízení), EN 349 (Nejmenší mezery k zamezení stlačení částí lidského těla), IEC 61496-1 (Elektrická snímací ochranná zařízení), EN 1088 (Blokovací zařízení spojená s ochrannými kryty), atd.
C-normy (Speciální bezpečnostní normy pro stroje) - určující detailní bezpečnostní požadavky pro jednotlivý stroj nebo skupinu strojů. Obsahují bezpečnostní požadavky na speciální stroje nebo konstrukční skupinu strojů. Obvykle se zde jedná buď o zařízení velmi náročných podmínek (výbušné prostředí, velmi čistá / hygienická prostředí, prostředí s radiací apod.), nebo o speciální "atypické" stroje a konstrukce. Pokud taková norma existuje, má přednost před A nebo B-normou. Přesto může být C-norma přijímána ve vztahu k A nebo B normě a vždy musí být splněny požadavky směrnice pro stroje.

Patří sem například norma ČSN EN 692 (Mechanické lisy - Bezpečnost) nebo ČSN EN ISO 10218 (Roboty pro výrobní prostředí - Požadavky na bezpečnost).

Z výše uvedeného je patrné, že čím "vyšší" skupiny, tím detailnější informace obvykle obsahuje pro konstrukci daného stroje, přičemž však platí, že výsledný stroj či zařízení musí splňovat nejen specifické požadavky na bezpečnost uvedené v normě typu B či C, které zde mají přednost, ale současně nesmí být v přímém rozporu s požadavky relevantních norem typu A.

Posouzení rizika strojů

Při konstrukci stroje je nutno vzít v úvahu všechna možná rizika stroje a v případně nutnosti zavést opatření pro ochranu obsluhy před existujícími riziky. Aby byla výrobci stroje tato fáze návrhu ulehčena, definují a popisují normy proces posouzení rizika. Posouzením rizika se uvažuje sled logických kroků, které umožňují systematickou analýzu a posouzení rizik. Stroj musí být navržen a zkonstruován tak, aby byl v souladu s výsledky posouzení rizika.

Základní vzorec odhadu a posouzení rizika.

Normy pro posouzení rizika jsou:

Posouzení rizika – norma typu A: ČSN EN ISO 14121
Snížení rizika – norma typu A: ČSN EN ISO 121001, EN ISO 121002

Posouzení rizika začíná stanovením funkcí stroje zahrnující například následující body:

specifikace stroje (co se bude vyrábět, maximální výrobní výkon, předpokládaný materiál),
prostorové limity a předpokládané místo instalace,
plánovaná životnost,
zamýšlené funkce a provozní režimy,
očekávaná selhání a poruchy,
osoby, podílející se na procesu,
produkty, které mají souvislost se strojem,
odpovídající použití, ale také neúmyslné chování obsluhy.

Po stanovení funkcí stroje následuje systematická identifikace možných předvídatelných rizik, rizikových situací a rizikových událostí:

mechanické ohrožení,
elektrické ohrožení,
termické ohrožení,
ohrožení v důsledku hluku,
ohrožení v důsledku kmitání,
ohrožení zářením,
ohrožení ze strany materiálů a substancí,
ohrožení v důsledku zanedbání ergonomických zásad při konstrukci stroje,
ohrožení v důsledku uklouznutí, zakopnutí, pádu,
ohrožení v souvislosti s okolím instalace stroje,
ohrožení, způsobené kombinací výše uvedených rizik,
transport, montáž, instalace a uvedení do provozu,
nastavení, běžný provoz a odstranění závad, údržba a čištění stroje,
odstavení z provozu, demontáž a likvidace.

Poté, co byla rizika identifikována, je pro každou posuzovanou rizikovou situaci nutno provést odhad rizika, které je závislé na následujících prvcích:

Rozsahu škod, které mohou být v důsledku ohrožení způsobeny (lehká poranění, těžká poranění apod.),
pravděpodobnosti výskytu této škody (vystavením osob riziku, výskytem rizikové události, technickými a lidskými možnostmi pro snížení škod).

Pro odhad rizika existují různé nástroje a tabulky, které najdete v normě ČSN EN ISO 14121-2 (dá se zařadit do skupiny A-normy).

Snížení rizika strojů

Pokud posouzení rizika určilo nutnost dalších opatření pro minimalizaci rizika, je nutno použít tzv. 3-stupňovou metodu, kde výrobce stroje je při volbě opatření povinen použít následující principy, a to v následujícím pořadí:

Bezpečný návrh: odstranění nebo minimalizace rizik v rámci možností konstrukcí stroje (integrace bezpečnosti do konstrukce stroje).
Technická opatření: zavedení nezbytných ochranných opatření proti rizikům, která není možno odstranit konstrukčně (např. použití světelného závěsu).
Informace pro uživatele o zbytkovém riziku.

Bližší informace o postupu při procesu snížení rizika uvádí norma ČSN EN ISO 12100-1, -2 (dá se zařadit do skupiny A-normy).

Proces snižování rizika podle konstruktéra.

Bezpečná konstrukce strojů (integrace bezpečnosti do konstrukce)

Bezpečná konstrukce je prvním a nejdůležitějším stupněm procesu minimalizace rizika. Možná rizika jsou zde vyloučena během návrhu a konstrukce. Účinnost opatření je proto prokazatelně nejvyšší a ekonomicky nejefektivnější. Požadavky na bezpečnou konstrukci ovlivňují samotnou konstrukci stroje a vzájemné působení mezi ohroženými osobami a strojem.

Například:

mechanická konstrukce,
koncept obsluhy a údržby,
elektrické vybavení (elektrická bezpečnost, elektromagnetická kompatibilita),
koncepty pro odstavení stroje v případě nouze,
mechanika tekutin,
použité materiály a pohonné hmoty,
funkce stroje a výrobní proces.

V každém případě by měly být komponenty zvoleny a použity tak, aby v případě selhání stroje byla bezpečnost osob prioritní. V úvahu je také nutné vzít omezení škody na stroji a okolním prostředí. Všechny součásti konstrukce stroje by měly být specifikovány tak, aby byly funkční v rozsahu jejich přípustných limitních hodnot. Design by však přesto měl být co nejjednodušší a dobře definovaný a bezpečnostně relevantní funkce je nutné od ostatních funkcí důkladně oddělit.

Technická ochranná opatření jsou realizována prostřednictvím ochranných zařízení (kryty, dveře, světelné závěsy, dvouruční ovládání) nebo monitorovacími jednotkami (kontrola pozice, rychlosti apod.), které vykonávají bezpečnostní funkci. Ne všechna ochranná zařízení musí být zapojena do řídícího systému stroje (například pevně instalovaná oddělující ochranná zařízení - bariéry, kryty, atd.). Vhodné umístění a použití mechanických ochranných zařízení představuje splnění hlavní části práce.

O funkční bezpečnosti se hovoří tam, kde je účinek ochranného zařízení závislý na správné funkci systému řízení. Pro její realizaci je nutno definovat bezpečnostní funkci, která určuje nezbytnou bezpečnostní úroveň, a pak ji pomocí správných komponentů realizovat a otestovat.

Ověření všech technických ochranných opatření pak zajišťuje, že odpovídající bezpečnostní funkce mají spolehlivý účinek.

Příklady vhodné mechanické konstrukce, aby vůbec riziko nemohlo vzniknout.

Závěr 1. dílu

V tomto prvním díle to byl zatím takový základní úvod do problematiky bezpečnosti strojů a zařízení, přičemž měl za cíl ukázat, že celá praktická problematika bezpečnosti není pouze o dvou dnes nejznámnějších normách ČSN ISO 13849 i ČSN EN 62 061, ale zahrnuje daleko širší pole působnosti a i mnoho dalších norem, které jsou neméně důležité, tj. A-norem ČSN EN ISO 12100 a ČSN EN ISO 14121.

Co bude v 2. díle?

V druhém díle se již přímo zaměříme na problematiku stanovení požadované úrovně bezpečnosti u obou B-norem ČSN ISO 13849 i ČSN EN 62 061, včetně postupu po jednotlivých krocích a porovnání obou norem. Mimo jiné se dozvíte, kdy je vhodnější použít normu ČSN ISO 13849 a kdy normu ČSN EN 62 061 a jaký existuje přepočet mezi parametry PL a SIL.

Již brzy za serveru http://automatizace.hw.cz ...