Особенности охраны труда в автоматизированном и роботизированном производстве

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…….3

1. Особенности охраны труда в автоматизированном и

роботизированном производстве…………………………………….…….…4

2. Принципы и методы обеспечения безопасности в

автоматизированном производстве………………………………………..…7

3. Принципы и методы обеспечения безопасности в

роботизированном производстве …………………………………….……..14

Заключение…………………………………………………………..……………..24

Список используемой литературы………………………………..………………25

Введение

На современном производстве преобладает наличие автоматизированных и роботизированных технических систем. Это является, прежде всего, требованием современных потребностей в области производства. Автоматизированные и роботизированные технические системы дают гораздо более качественный результат в производстве, нежели технические системы старых образцов. Но вместе с более качественным результатом такие системы должны иметь своевременный подход, касающийся безопасности автоматизированных и роботизированных производств.

Прежде всего, необходимо понять, что автоматизация производства это новый процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства – основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

При разработке промышленных роботов и средств защиты лиц и обслуживающего персонала должны учитываться специфические свойства промышленных роботов, связанные с особенностями конструкции, выполняемых функций, динамики и алгоритмов управления перемещением рабочих органов. Если же разработка будет произведена неправильно, то ее полезность в плане безопасности будет стремиться к нулю и такая разработка будет наносить больше вреда, нежели пользы. Сами же средства защиты должны быть разработаны с учетом необходимости нахождения обслуживающего персонала в рабочем пространстве промышленных роботов.

1. Особенности охраны труда в автоматизированном и

роботизированном производстве

Механизация и автоматизация производственных процессов - важнейшее направление создания безопасных условий труда. Механизация - это замена мускульной силы человека при выполнении рабочих и вспомогательных движений за счет использования энергии электро-, пневмо- или гидродвигателя. Механизация способствует ликвидации тяжелого физического труда, снижению травматизма, уменьшению численности персонала. Автоматизация - это придание машине способности самостоятельно выполнять функции управления. Автоматизация, как высшая ступень механизации, способствует ликвидации существенного различия между умственным и физическим трудом. При комплексной автоматизации технологические процессы выполняются без вмешательства человека. Одним из перспективных направлений является использование промышленных роботов (манипуляторов с программным управлением). Промышленный робот представляет собой сложную систему или универсально применяемый (подвижный, портальный, консольный, с линейным перемещением, автономно передвигающийся и т.п.) автомат с несколькими (минимально - тремя) осями, пути или углы движения которого, а также последовательность его действий заранее запрограммированы и управляются чувствительными элементами. От известных средств автоматизации роботы отличаются тем, что позволяют автоматизировать такие производства, которые невозможно или нецелесообразно автоматизировать традиционными средствами.

Автоматизация и роботизация нашли широкое применение в цехах с тяжелыми и вредными условиями труда. Промышленные роботы (ПР), роботизированные технологические комплексы (РТК), роботизированные технологические участки (РТУ), гибкие производственные системы (ГПС) - это более совершенный этап в комплексной автоматизации производства. Интеграция двух сфер (автоматизации обработки информации и автоматизации технологических производств) привело к появлению нового направления, получившего название гибких автоматизированных производств (ГАП). ГАП - это автоматизированное производство, предназначенное для выпуска мелкосерийной продукции разнообразной номенклатуры в быстро меняющихся производственных условиях с частой сменой номенклатуры готовой продукции. ГАП реализуется с помощью гибких производственных систем, в состав которых входят производственные модули и гибкие автоматизированные линии.

Научно-технический прогресс, облегчая труд, повышая его производительность и безопасность, не исключает полностью проблемы охраны труда и защиты окружающей среды. Это обусловлено наличием объективных и субъективных факторов1:

• созданием производственных единиц большой мощности, ростом объемов производств и, следовательно, увеличением количества вредных веществ, поступающих в производственную среду;
• интенсификацией производственных процессов и, следовательно, убыстрением ритма производства;
• повышением сложности оборудования;
• появлением новых вредных и опасных производственных факторов;
• увеличением объема информации, поступающей для восприятия в единицу времени;
• отставанием темпов повышения квалификации персонала от темпов внедрения новой техники;
• отставанием сроков внедрения новых правил техники безопасности от сроков внедрения нового оборудования;
• недостаточной информацией об опасных и вредных факторах и методах предупреждения их возникновения;
• монотонностью труда и возрастанием гиподинамических нагрузок.

Применение в промышленности автоматов и роботов изменяет содержание работы человека, сокращает ручной неквалифицированный труд, улучшает условия труда и позволяет высвобождать и направлять на более престижные работы значительное количество рабочих. Автоматы и роботы снижают травматизм на предприятиях. Но при их работе возможно воздействие на работающих новых физически опасных производственных факторов: подвижных устройств автоматов и роботов и передвигающегося (двигающегося) материала (изделий, заготовок, инструмента и т.п.).

Основными причинами, формирующими опасные, критические и аварийные ситуации при эксплуатации ПР, РТК, РТУ, ГПС, согласно ГОСТ 12.2.072-98 являются:

• непредусмотренные движения исполнительных устройств промышленных роботов при наладке, ремонте, во время обучения и исполнения управляющей программы;
• внезапный отказ в работе промышленного робота или технологического оборудования, совместно с которым он работает;
• ошибочные (непреднамеренные) действия оператора или наладчика во время наладки и ремонта при работе в автоматическом режиме;
• доступ человека в рабочее пространство робота, функционирующего в режиме исполнения программы;
• нарушение условий эксплуатации промышленного робота или роботизированного технологического комплекса;
• нарушение требований эргономики и безопасности труда при планировке комплекса и участка.

Установлено, что наиболее травмоопасной ситуацией является прямой контакт человека с машиной, когда человек выполняет такие операции, как перепрограммирование, наладку, ремонт, установку, снятие инструмента, монтаж, смазку или чистку, выявление причин и устранение неисправностей. Наибольшему риску быть травмированными при выполнении вышеперечисленных операций подвергаются работники следующих профессий: слесари-монтажники, сборщики, электротехники, наладчики, мастера2.

Анализ и правильное использование сведений о распределении, динамике и причинах производственного травматизма при эксплуатации автоматических линий, ПР, РТК и РТУ позволяют избежать повторения ошибок при проектировании, создании и эксплуатации новых автоматических линий, комплексов и производств.

2. Принципы и методы обеспечения безопасности в

автоматизированном производстве

Основным принципом обеспечения безопасности автоматических и автоматизированных производственных процессов или производств является исключение или сведение до минимума вероятности (социально-допустимого риска) возникновения опасных ситуаций, формирующих несчастные случаи и другие нежелательные явления3.

Реализация этого принципа при эксплуатации промышленных объектов возможна лишь при высоком уровне профессиональной подготовки обслуживающего персонала, соблюдении технологической дисциплины, использовании эргономически обоснованных конструкций производственного оборудования, участков, линий, высокой надежности всей техники при работе в конкретно заданных условиях рабочей среды, создании для человека комфортных условий труда.

Другим, не менее важным, принципом обеспечения безопасности автоматизированных производств является принцип экономической целесообразности. Учитывая, что абсолютная безопасность - это лишь желаемое состояние любого производственного процесса при современном уровне развития техники, необходимо выбирать такие технологии, формы организации работ и средства защиты, которые позволили бы при минимально возможных расходах на охрану труда достигать требуемого уровня риска опасности. Основными формами реализации этого принципа являются переход к безлюдным или принципиально новым, более безопасным технологиям, производственным процессам, предусматривающим полную передачу энергетических, транспортных, технологических, логических функций от человека исполнительным механизмам, устройствам, машинам и т. п.; разработка и широкое использование автоматизированных, адаптивных систем диагностики, контроля и управления уровнем безопасности производственных процессов.

Реализация указанных принципов предусматривает:

• необходимость использования метода системного анализа при выявлении ОиВПФ и нежелательных последствий контакта человека с ними;
• оценку состояния (уровня) безопасности процесса;
• выбор и обоснование количественных показателей уровня безопасности проектируемого или эксплуатируемого производства для разработки общих и специальных требований;
• обеспечение выполнения разработанных требований при проектировании и эксплуатации4.

Для защиты человека от опасностей применяют два метода:

• обеспечение невозможности проникновения человека в рабочую зону при наличии источников опасности;
• применение специальных приспособлений и устройств, непосредственно защищающих человека от любой опасности, представляющей реальную угрозу для его жизни или здоровья.

Первый метод состоит в разработке, выборе и применении ограждающих, блокирующих, предупреждающих, сигнализирующих устройств или систем, обеспечивающих недоступность человека к источнику опасности.

Второй метод основан на использовании систем дистанционного управления или устройств, автоматически отключающих источники энергии или останавливающих движение исполнительных механизмов и других элементов при появлении человека в границах рабочей зоны.

Рассмотрим требования охраны труда к автоматическим, автоматизированным и механизированным линиям и участкам, которые изложены в ГОСТ 12.2.119-88 ССБТ «Линии автоматические, роторные и роторно-конвейерные. Общие требования безопасности».

Для обеспечения безопасности автоматических, автоматизированных и механизированных линий должны выполняться следующие требования:

• требования к основным элементам конструкции;
• требования к защитным ограждениям;
• требования к главному приводу линии, к гидроприводу, пневмоприводу и системе смазки;
• требования к загрузочным устройствам;
• требования к органам управления;
• требования к уровню шума и вибрации;
• требования к устройству площадок и лестниц;
• требования к электрооборудованию.

Рассмотрим особенности обеспечения безопасности линий и участков.

Расположение. Автоматические линии (участки) располагаются в специально спроектированных цехах (зданиях) и отделяются от соседних линий (участков), стен, подъездных путей проходами. Размеры проходов в соответствии с ОСТ 22-1424-80 приведены на рис. 15. Линии, обслуживаемые с двух сторон, при отсутствии в них безопасных проходов оборудуют переходами (мостиками) которые располагают на расстоянии, не превышающем 25 м. Линии, имеющие не доступные с пола элементы (которые необходимо периодически обслуживать), снабжают стационарными площадками или галереями. Мостики, площадки, галереи должны иметь двусторонние перила. Высота перил и ширина настила не менее 800-1000 мм; настил не должен быть скользким.

Размеры проходов, мм: а - 800…1000; б - 1200…1500; в - 40…50; г – 90…100; д – 40…50; е – 800…1000

Рисунок 1 Схема расположения механизированных линий

Органы управления. Расположение органов управления автоматических линий должно исключать возможность их случайного включения и выключения. Органы управления должны иметь четко выполненные надписи или символы, поясняющие назначение каждого из них. На линиях с большим фронтом обслуживания органы управления дублируются. Управление оборудованием на однотипных линиях унифицировано. Расположение пульта управления линией должно обеспечивать возможность визуального контроля выполнения рабочих и транспортных операций. В некоторых случаях рабочее место оператора находится в закрытой кабине, обеспечивающей защиту от воздействия вредных производственных факторов данного технологического комплекса.

Ограждение. Ограждению подлежат:

• все потенциально опасные вращающиеся или движущиеся элементы механизированных и автоматизированных комплексов (исключение составляют элементы, ограждение которых не допускается их функциональным назначением);
• зоны возможного выброса рабочего материала и инструмента;
• зоны факторов повышенной опасности (высоких температур, напряжений, излучений и т.д.).

Для наблюдения за работой механизмов автоматических линий или с целью уменьшения массы конструкции ограждения могут иметь отверстия или изготавливаться из решетки или сетки. Обычно размер ячеек сетки не превышает 10х10 мм. Если ограждение изготовлено из решетки (сетки), то расстояние от движущихся элементов до поверхности ограждения должно соответствовать следующим величинам (ГОСТ 12.2.009-99), приведенным в табл. 1.

Таблица 1 Расстояние от движущихся элементов до поверхности ограждения

Ограждение зоны обработки выполняется из стали толщиной не менее 0,8 мм или алюминия толщиной не менее 2мм, или из прочной пластмассы толщиной не менее 4мм. При необходимости ограждения могут иметь смотровые окна из безопасного стекла толщиной не менее 4мм.

Блокировки. Линии и оборудование должны иметь блокировки:

• исключающие возможность ведения рабочих операций при незафиксированном рабочем материале или при его неправильном положении;
• не допускающие самопроизвольных перемещений рабочих устройств, транспортных средств, механизмов подъема, поворота и других подвижных элементов линии и оборудования;
• не допускающие выполнения следующего цикла до окончания предыдущего;
• обеспечивающие остановку линии при снятии или открывании ограждения и при входе человека в зону ограждения.
• обеспечивающие невозможность пуска линии при снятых или открытых ограждениях или нахождении человека в зоне ограждения;
• исключающие возможность одновременного использования дублированных органов или пультов управления;
• обеспечивающие остановку при выходе исполнительных устройств оборудования за пределы запрограммированного пространства, отказе оборудования или выходе параметров за допустимые пределы;
• обеспечивающие удержание заготовки и инструмента в случае неожиданного прекращения подачи электроэнергии, воздуха, масла и т.д.

На рис. 2 приведено решетчатое ограждение опасной зоны с установкой конечных выключателей на входной двери.

                                                     а                      б 

Рисунок 2  Ограждение опасной зоны (а) и схема электрической блокировки дверей (б)

Электробезопасность. Электробезопасность линий обеспечивается:

• размещением в удобном месте вводного аппарата ручного или станционного действия, который позволяет подключать к питающей сети все электрооборудование линии и отключить его во время перерыва в работе или в аварийных случаях;
• наличием аварийной кнопки «Стоп» с выступающим грибовидным толкателем красного цвета, которая обеспечивает отключение электрооборудования независимо от режима работы линии;
• защитой электроприводов от самовключения (независимо от положения органов управления) при внезапном восстановлении исчезнувшего напряжения;
• блокированием дверей шкафов (ниш) для электроаппаратуры;
• защитным заземлением, занулением, организацией защитного отключения механических устройств и установок, которые могут случайно оказаться под напряжением;
• заключением наружной электропроводки (кроме отдельных коротких участков) и внутренней (в местах возможных повреждений, попадания масла, влаги и т.д.) в трубы, металлорукава, резиновые шланги.

Сигнализация. При выборе предупредительных или аварийных сигналов предпочтение отдается звуковым сигналам, если шум в цехе соответствует ГОСТ 12.1.003-83. В противном случае целесообразно использовать яркий мигающий свет. Уровень звукового давления сигнала обычно 90-100 дБ в полосе частот 125–500 Гц. Сигнально-предупредительная окраска и знаки безопасности должны отвечать требованиям ГОСТ 12.4.026-2001.

Санитарно-гигиенические условия. Шумовые и вибрационные характеристики линий должны соответствовать ГОСТ 12.1.003-83, ГОСТ 12.1.012-78. Линии должны быть снабжены устройствами местного освещения рабочей зоны в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.119-88. Величина освещенности устанавливается СНиП II-4-79. Состояние воздушной среды в рабочей зоне производственных помещений должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.005-88. В цехах должна быть организована вентиляция. Линии, работа которых сопровождается образованием вредностей (вредные пыли, аэрозоли, излучения и т.д.), необходимо снабжать устройствами, позволяющими гарантировать соблюдение санитарных норм. Например, автоматические линии, которые в процессе работы образуют пыль, мелкую стружку, вредные жидкости (газы), должны иметь устройства для отсоса из зоны обработки загрязненного воздуха и его очистки. Процессы, в которых концентрация вредных веществ превышает ПДК, должны быть оборудованы дистанционным управлением.

Испытания. Автоматические линии проходят предварительную проверку, испытания на холостом ходу и испытания в режиме работы.

Конвейеры. В производственных процессах для выполнения транспортных операций часто используют конвейеры. Применение конвейеров значительно интенсифицирует технологический процесс. Для обеспечения безопасности конвейеров должны выполняться требования6:

• к конструкции конвейеров;
• к средствам защиты;
• к размещению конвейеров в производственных зданиях, галереях, тоннелях и на эстакадах.

Требования безопасности к конвейерам уставлены ГОСТ 12.2.022-80 ССБТ «Конвейеры. Общие требования безопасности». Эти требования должны выполняться при проектировании, изготовлении, монтаже, наладке, обкатке и эксплуатации.

Роботизированные участки, комплексы и производства имеют ряд специфических особенностей. Рассмотрим особенности обеспечения безопасности этих процессов.

3. Принципы и методы обеспечения  безопасности в 

роботизированном производстве

Широкое использование промышленных роботов в качестве одного из основных средств комплексной автоматизации производственных процессов требует в зависимости от типа ПР, области применения и вида производства выявления, классификации, оценки и учета потенциальных опасностей, возникающих при эксплуатации ПР в составе механизированных, автоматизированных комплексов, участков, линий.

В отличие от традиционных видов оборудования, автоматизированных линий, при эксплуатации которых опасная зона, как правило, располагается внутри оборудования, станка или линии (зоны обработки, загрузки, выгрузки и т.п.), при эксплуатации промышленных роботов расположение потенциально опасной зоны может быть более разнообразным.

Потенциально опасной зоной называется окружающее робота пространство, появление человека в котором создает угрозу для жизни или здоровья последнего. Размеры опасной зоны (ОЗ) зависят, в первую очередь, от границ рабочей зоны (РЗ), исполнительного механизма робота, способности надежно удерживать обрабатываемые изделия, инструмент.

Существует два метода определения границ опасных зон промышленных роботов (рис. 3):

• метод «концентрических окружностей» (является наиболее эффективным при определении границ ОЗ в горизонтальной проекции);
• метод «пространственных решеток» (применяется для определения границ ОЗ и в горизонтальной, и вертикальной проекциях).

                                           а                     б                        в

а - метод концентрических окружностей; б, в - метод пространственной решетки;

1-активная  РЗ; 2-ограждение; 3-потенциально опасное  пространство; 4-пассивная РЗ; 5-зона  опасного перемещения исполнительных  механизмов, элементов, узлов робота; 6-граница ОЗ по высоте 

Рисунок 3  Определение границ опасных зон промышленных роботов

Все потенциальные опасности, возникающие при эксплуатации роботов, являются комбинациями небезопасных условий труда и небезопасных действий человека. Рассмотрим специфические опасности, присущие в большинстве случаев только роботам или роботизированным производственным системам. Можно выделить следующие группы опасностей:

• опасности, возникающие при перевозке, установке и монтаже роботов (зависят от конструкции ПР, его компоновки, подвижности и т.п.);
• опасности, возникающие при подготовке роботов к работе и их регулировке (при позиционировании, регулировке, настройке, калибровке конечных выключателей, амортизаторов, ограничителей движения, тормозов и других элементов, обеспечивающих его нормальное функционирование);
• опасности, возникающие при программировании, обучении, перенастройке, корректировке программ;
• опасности, возникающие при тестовых испытаниях;
• опасности, возникающие при работе робота в автоматическом режиме (операции по обслуживанию робота: уборка отходов, загрузка и разгрузка деталей, заготовок, проверка качества обрабатываемых изделий);
• опасности, возникающие при непредвиденных (внезапных) отказах.

Безопасность роботизированных участков, комплексов и производств обеспечивается выполнением:

• требований к конструкции ПР и их составным частям;
• требований к организации комплексов, участков и производств;
• требований к эксплуатации ПР, РТК, РТУ и РТС.

Требования безопасности установлены ГОСТ 12.2.072-98 ССБТ «Роботы промышленные, роботизированные технологические комплексы и участки. Общие требования безопасности».

Требования к конструкции

Промышленные роботы, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенной запыленности и температуры воздуха, наличия взрыво- и пожароопасных смесей и в других неблагоприятных условиях производственной среды, изготовляют в соответствующем защитном исполнении с учетом требований ГОСТ 12.1.004-91 и ГОСТ 12.1.010-76. Захватное устройство ПР должно удерживать объект манипулирования при внезапном отключении питания. В случае применения в составе РТК (участка, линии) роботов зарубежных моделей цветовое оформление их составных частей производится в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.026-2001, а символы органов управления - в соответствии с ГОСТ 12.4.040-78. Выход манипуляторов за пределы запрограммированного рабочего пространства ограничивается жесткими упорами, выдерживающими нагрузку с учетом динамического и статического усилий. Промышленные роботы оснащаются регуляторами, снижающими скорость перемещения его исполнительных устройств до 0,3 м/с, если для обучения и наладки ПР требуется присутствие персонала в рабочей зоне. Переключатели режимов работы и регуляторы скорости ПР должны быть снабжены фиксаторами, исключающими самопроизвольное их перемещение. Доступ к ним должен предусматривать применение специального инструмента (ручек, ключей и т.п.). На переключатели режимов работы и регуляторы скорости наносят четкие надписи или символы по ГОСТ 12.4.040-78. Для повышения безопасности в конструкции робота должны быть устройства, обеспечивающие получение и передачу на пульт управления информации: о режиме работы (исполнение программы, работа по этапам программы, ручное управление); о срабатывании блокировок ПР и оборудования; о наличии сбоя в работе ПР; о начале движения исполнительных устройств и готовности к движению при исполнении управляющей программы.

Средства защиты. В зависимости от условий взаимодействия человека с ПР различают три вида потенциальных опасностей, обусловливающих применение тех или иных методов и средств защиты: динамическое воздействие на человека (толчки, удары и т. п.) исполнительных устройств или других движущихся механизмов; механическое воздействие на человека (захваты, прижимы, сдавливания и т.п.) исполнительных устройств или перемещающихся относительно друг друга элементов; воздействие факторов, присущих традиционным процессам (электрический ток, электрический удар, электрическая дуга, радиация, высокие или низкие температуры, раскаленные предметы, вредные химические вещества и т.д.).

Выбор метода и устройств, защищающих человека от опасностей роботизированных систем, требует не только высокого уровня знаний от конструктора и проектировщиков, но и учета поведенческих реакций обслуживающего ПР персонала. Эффективным средством (системой) обеспечения безопасности следует считать такое средство, которое в реальных производственных условиях позволяет обслуживающему персоналу находиться в рабочей зоне ПР без риска травмирования при возникновении отказов оборудования или ошибок оператора. Любая система обеспечения безопасности состоит из трех одинаково важных подсистем: обнаружения человека в опасной зоне, контроля и исполнительных устройств, отключающих источники энергии. Эффективному решению задач защиты человека от опасностей предшествуют операции определения границ опасной зоны (см.рис.3).

Для разработки эффективных средств защиты необходимо рассмотреть классификацию роботизированных систем по степени участия человека в работе и управлении этими системами. Различают три основных варианта планировки РТК, участков, линий (рис. 4):

• комплексы, исключающие возможность появления оператора в пределах рабочей зоны ПР при его работе в автоматическом режиме;
• комплексы с совмещением рабочих зон оператора и ПР;
• комплексы с разделением рабочих зон оператора и ПР7.

Системы 1-го типа обычно имеют замкнутое круговое ограждение, при нарушении которого происходит автоматическая блокировка и остановка ПР. К ним относятся также комплексы, в которых ПР встроены или являются частью основного технологического оборудования. Переналадка и коррекция работы РТК производятся оператором с пульта управления вне рабочей зоны ПР, а устранение неисправностей и необходимая профилактическая работа осуществляются при переводе ПР с автоматического на ручной режим управления. При этом конструкция ограждения не должна затруднять визуальный контроль оператора за работой РТК.