Mensch-Roboter-Kollaboration Sicherheit bei MRK

Wie eine sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter gelingt

29. Juni 2020, von Pascal Staub-Lang, Leiter Kompetenzzentrum Maschinensicherheit, TÜV SÜD Industrie Service GmbH

Die Erfahrung zeigt: Bei der Integration von Robotersystemen in industrielle Fertigungsprozesse herrscht noch viel Unsicherheit. Die Hersteller müssen eine sichere Funktionalität der Systeme gewährleisten. Doch wie werden die Systeme in den Gesamtbetrieb integriert? Welche Normen gelten? Und welche Schutzmaßnahmen müssen getroffen werden? TÜV SÜD zeigt, was nötig ist, um die Sicherheit der Maschinenbediener zu gewährleisten und wirtschaftliche Fertigungsprozesse zu ermöglichen.

Ob kooperierend, koexistierend oder kollaborierend, wenn Roboter und Menschen zusammenarbeiten, hat die Sicherheit oberste Priorität. Ziel muss es daher sein, die erforderlichen Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Roboter sind nach Maschinenrichtlinie 2006/42/EG zu behandeln und in Verkehr zu bringen. Dazu gehört die Erklärung der CE-Konformität. Nur so ist ein sicherer und rechtskonformer Betrieb möglich.

Grundlage: sichere Konstruktion

Bereits bei der Konstruktion von Robotersystemen müssen die Sicherheitsmaßnahmen weitreichend sein und verschiedenste Anwendungsfälle abdecken. Risikobeurteilungen zur sicheren Integration in Maschinen sind obligatorisch. Bei Gefährdungen, die (schutz-)technisch nicht vermieden werden können, ist eine zugehörige Technische Dokumentation erforderlich. Anwender müssen zum Beispiel mit sichtbaren Kennzeichnungen oder Warneinrichtungen auf etwaige Gefährdungen hingewiesen werden.

Bei kollaborierenden Systemen ist vor allem die normative Grundlage gemäß ISO/TS 15066 – „Robots and robotic devices – Collaborative Robots“ zu berücksichtigen. Sie enthält unter anderem Vorgaben zur Kraftmessung und zur Einhaltung biomechanischer Grenzwerte (mögliche Verletzungsgrade bei einem Zusammenstoß von Roboter und Mensch). In der Praxis herrscht jedoch oft noch Unklarheit darüber, wie die Anforderungen für den Arbeitsschutz konkret umzusetzen sind, besonders wenn keine festen, trennenden Schutzeinrichtungen wie Zäune oder Gitter verbaut sind. Daher kommen zunehmend steuerungstechnische Schutzeinrichtungen (zum Beispiel berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen) zum Einsatz. Diese müssen sowohl bei Inbetriebnahme, nach wesentlichen Änderungen als auch regelmäßig im laufenden Betrieb geprüft werden.

Schutzziele für eine sichere Zusammenarbeit

Grundsätzlich werden vier Schutzziele der Mensch-Roboter-Kollaboration berücksichtigt, die in der ISO/TS 15066 sowie der EN ISO 10218 ("Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen", Teil 1 und Teil 2) definiert sind. Dazu gehören (1) ein sicherheitsgerichteter, überwachter Stillstand, wenn ein Mensch ungeplant den Sicherheitsbereich betritt, (2) die Steuerung eines Roboters durch einen Menschen (die sogenannte „Handführung“), (3) Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung zur Verhinderung eines Kontakts zwischen Menschen und arbeitendem Roboter sowie (4) Leistungs- und Kraftmessung, wenn ein Kontakt erforderlich ist.

Für den Betrieb eines Robotersystems in einer Gesamtanlage soll die Risikobeurteilung für den Hersteller Klarheit zu den erforderlichen Schutzmaßnahmen geben. Diese ist insbesondere auf Basis der ISO 10218-2:2011 (Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen – Teil 2: Robotersysteme und Integration) zu erstellen.

Bei Mensch-Roboter-Kollaboration im Fertigungsprozess gehört der Arbeitsschutz zu den wichtigsten Kriterien. Betreiber müssen trotz sicherer Produkte eine Gefährdungsbeurteilung erstellen, um die Risiken für Mitarbeiter zu minimieren. Hier spielen auch die örtlichen Gegebenheiten eine Rolle. Zum Beispiel die Platzverhältnisse und, ob die nötigen Abstände eingehalten werden können. Es gilt, mit einem umfassenden Sicherheitskonzept die Lösungen zu finden, die Mitarbeiter im Betrieb schützen – bei einer zugleich bestmöglichen Produktivität.

Flexibilität bringt höhere Anforderungen

Es gibt noch eine ganze Reihe weiterer Normen und Vorgaben zu beachten, wodurch es in der Praxis nicht immer leichtfällt, den Überblick zu behalten. Je nach Branche und Design des Fertigungsprozesses kommt es zu besonderen Herausforderungen – wie in der Automobilindustrie.

Diese Branche war schon immer Vorreiter bei technologischen Entwicklungen im Fertigungsprozess. Das gilt auch für den Einsatz von kollaborativen Robotern. Hier müssen die Produktionsprozesse flexibel sein, um auf die sich ständig ändernde Nachfrage an Produktspezifikationen reagieren zu können. Gerade die Flexibilität macht kollaborative Roboter für viele produzierende Unternehmen interessant, da sie nicht durch bauliche Komponenten wie Schutzkäfige eingeschränkt sind. Bei jeder Veränderung muss die Sicherheit im Fertigungsprozess gewährleistet und neu bewertet werden.

Neue, innovative Fabrikkonzepte setzen zunehmend auf modulare Produktionsanlagen. Um den Anforderungen künftiger Smart Factories gerecht zu werden, müssen die Zertifizierungsprozesse angepasst werden. Denn auch eine andere Anlagenkonfiguration kann eine wesentliche Veränderung sein, die jeweils neu bewertet werden muss.

Mehr zu diesem Thema erfahren Sie auf dem diesjährigen virtuellen Forum Mensch Roboter

Die Veranstaltung schafft eine Plattform für Experten und Einsteiger im Bereich der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit! Erweitern Sie Ihr Netzwerk in alle Richtungen mit hochwertigen Kontakten.

Jetzt weiter zum Programm

Fazit:

Von der Planung und Konstruktion über die Inbetriebnahme bis zur Anpassung der Anlagenkonfiguration oder der Veränderung der Roboter-Systeme: Hersteller und Betreiber haben zahlreiche gesetzliche Richtlinien und Standards zu beachten. Für den Betrieb und die Gestaltung der Arbeitsplätze gelten weiterführende Empfehlungen. Prüforganisationen wie TÜV SÜD unterstützen mit einer unabhängigen Bewertung und helfen bei der Anwendung der geltenden Normen. Zum Beispiel wenn ein Hersteller von Maschinen mit integrierten Robotersystemen eine unabhängige Bestätigung der CE-Konformität einholen möchte oder ein Betreiber Unterstützung bei der Gefährdungsbeurteilung beziehungsweise der Bewertung seines kollaborierenden Roboters oder dessen Veränderungen benötigt.

Autor: Pascal Staub-Lang

Mit Abschluss des Master-Studiums der Elektrotechnik Vertiefungsrichtung Automatisierungstechnik 2010 an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Saarbrücken begann er seine berufliche Tätigkeit als Sachverständige für Maschinen- & Anlagensicherheit. Seine Prüferfahrungen in den Bereichen Fördertechnik, Maschinensicherheit und Funktionale Sicherheit gewann er danach bei 2 verschiedenen TÜV-Organisationen. Seit 2011 ist er Mitarbeiter der TÜV SÜD Industrie Service GmbH und arbeitete als Sachverständiger für Maschinensicherheit sowie als anerkannter Experte für Funktionale Sicherheit. 2015 wurde er zum Leiter des Kompetenzzentrums für Maschinensicherheit bei TÜV SÜD Industrie Service GmbH ernannt. Zudem leitet er seit 2018 die Abteilung Elektro- & Gebäudetechnik der Niederlassung St. Ingbert.

Das könnte Sie auch interessieren:

Allgemein

Sicherheit bei MRK-Anwendungen

20.08.19, von Jörg Ertelt

Sicherheit bei MRK-Anwendungen

Im Zusammenhang mit MRK-Anwendungen teilen sich Mensch und Roboter einen gemeinsamen Arbeitsraum, den sogenannten Kollaborationsraum. Dabei kommt es zwangsläufig zu Situationen, in denen der Mensch ungewollt mit dem Roboter kollidiert. Der mögliche Schaden für den Menschen muss deshalb auf ein akzeptables Maß reduziert werden. Weiterlesen