Bezpečnosť strojov - Priorita štvrtej priemyselnej revolúcie

Štvrtá priemyselná revolúcia (I4.0) sa podľa niektorých štúdií mení na piatu (I5.0) [1, 2]. I5.0 sa chápe ako návrat k predindustriálnej produkcii modernými technológiami, kde sa hlavne mení vzťah človeka a pracovného prostriedku. Charakteristika I4.0 je definovaná najmä jej deviatimi piliermi [3]:
1. Internet vecí – IoT (Internet of Things);
2. Rozšírená realita (AR);
3. Cloudové systémy – Clouds Computing (CC);
4. Spracovanie údajov – Big data (BD);
5. Pokročilá simulácia (AS);
6. Kybernetická bezpečnosť (CS);
7. Autonómne systémy (roboty) (AuS);
8. Aditívna výroba (3D tlač) (AM);
9. Systémová integrácia (horizontálna/vertikálna) (SI).

Podľa [3] I5.0 dopĺňa a rozširuje I4.0. Zameriava sa na tie aspekty, ktoré budú rozhodujúce pre ekonomický a technologický rozvoj a majú rozmer environmentálny, sociálny ako aj rozmer základných práv. Je možné konštatovať, že I5.0 sa viac orientuje na princípy koexistencie vymožeností I4.0 v spoločenskom rámci s ohľadom na udržateľnosť podnikania.

Bezpečnosť strojov v I4.0
Rozvoj v chápaní bezpečnosti strojov sa v I4.0 odvíja od štandardov (obr. 1) [4] aplikovaných už viac ako 30 rokov nielen v Európskej únii, ale aj na celom svete. Dôležitým aspektom „kontinuity“ právnych predpisov je spokojnosť zákazníka, teda používateľa stroja, udržiavať požadovanú úroveň bezpečnosti počas celého životného cyklu stroja.

Obr. 1: Požiadavky na bezpečnosť strojov vymedzené smernicami EÚ [5]

Posúdenie rizík už v etape návrhu stroja, je kľúčovým faktorom, ktorý sa nedá vylúčiť, či už ide o jednoduché stroje alebo robotické pracoviská.
Z právneho hľadiska sa za bezpečný považuje každý produkt spĺňajúci požiadavky príslušného predpisu alebo, ak pre tento produkt neexistuje, predpisu spĺňajúcemu požiadavky noriem, resp. zodpovedajúcemu stavu vedeckých a technických poznatkov známych v čase jeho uvedenia na trh.
Normy, ktoré sa vyžadujú pri konštrukcii strojov, sú viac-menej záväzné. V smernici 2006/42/ES sa v úvodnej časti, (odst. 18) deklaruje: „táto smernica definuje iba základné všeobecné požiadavky na bezpečnosť a ochranu zdravia, doplnené o určitý počet špecifickejších požiadaviek pre určité kategórie strojových zariadení. Aby sa pomohlo výrobcom pri preukazovaní zhody s týmito základnými požiadavkami a aby sa umožnilo overiť zhodu so základnými požiadavkami, je žiaduce mať na úrovni Spoločenstva harmonizované normy týkajúce sa predchádzaniu rizík, ktoré vyplývajú z návrhu a konštrukcie strojových zariadení“ [5].
Smernica nerozporuje ich nezáväznosť, ale v čl. 7 odst. 2 vymedzuje splnenie požiadaviek na zhodu nasledovne: „Strojové zariadenia vyrobené v zhode s harmonizovanou normou, na ktorú bol uverejnený odkaz v Úradnom vestníku Európskej únie, sa považujú za spĺňajúce základné požiadavky na bezpečnosť a ochranu zdravia, ktorých sa týka takáto harmonizovaná norma.
Tieto normy majú svoju štruktúru s definovanými úrovňami (obr. 2) a ich vývoj súvisí s vývojom požiadaviek na ochranu človeka v pracovnom prostredí, nebezpečných vlastností strojov a ich identifikáciou a vo veľkej miere aj s vývojom bezpečnostných zariadení.

Obr. 2: Hierarchia noriem A-B-C a jej štruktúra [5]

Pojem tzv. integrovaná bezpečnosť [4] má v sebe mnoho progresívneho od nevyhnutnosti vnímania možných chýb človeka pri práci na stroji, nutnosti používania vhodných osobných ochranných prostriedkov, zváženia možností eliminácie rizík konštrukčným riešením, informovaním o zostatkových rizikách ale najmä aplikovaním bezpečnostných zariadení, ktorých účinnosť je relevantná vo vzťahu k posúdenému riziku.
Napriek týmto prístupom je riadenie bezpečnosti strojov počas ich celého životného cyklu vo vývoji súvisiacom s I4.0.
Vzťah medzi človekom a strojom (angl. Human-Machine Interactions, HMI) a človekom a robotom (angl. Human-Robot Interaction, HRI) [6], s rozvojom technológií prináša aj tzv. novovznikajúce riziká.

Ich rámec je možné vymedziť nasledovne [7]:
 Informačné riziko spojené so stratou údajov, stratou integrity a dostupnosťou informácií.
 Problém s dostupnosťou a integritou údajov pre údržbu.
 Chyby pri spracovaní údajov.
 Citlivosť a zraniteľnosť údajov – problém súvisiaci s kybernetickými útokmi.
 Nízka úroveň vedomostí súvisiaca s nízkou úrovňou kvalifikácie pracovníkov.
 Riziká súvisiace s elektromagnetickou kompatibilitou a elektromagnetickou emisiou ovplyvňujúcou chod a fungovanie strojov.

Na druhej strane okrem „štandardných“ bezpečnostných zariadení nastal rozvoj nových, tzv. smart (inteligentných) osobných ochranných pracovných prostriedkov (OOPP) reagujúcich na prostredie a identifikujúcich možné nebezpečenstvá. Známe sú napr. technológie prepojené so smartfónmi a inteligentnými hodinkami, využívajúce komunikáciu so senzormi pripevnenými k OOPP, napr. s prilbou, ochrannými okuliarmi a pod [8].
Medzi zaujímavé trendy súvisiace so zjednodušovaním pracovných činností, ako je napr. manipulácia s produktom (zdvíhanie, tlačenie, ťahanie, premiestňovanie a pod.), sa do popredia dostávajú tzv. nositeľné mechanické alebo elektromechanické zariadenia vyvinuté na zvýšenie fyzického výkonu znížením fyzickej záťaže, tzv. pracovné exoskelety [9, 10]. Exoskelety predstavujú osobné asistenčné technológie, ktoré ovplyvňujú telo mechanicky. Môžu znížiť zaťaženie fyzickej práce, ako je zdvíhanie ťažkých bremien, čím sa znižuje riziko porúch pohybového aparátu. Využívajú sa tam, kde ergonomický dizajn a usporiadanie pracoviska nie je možné riešiť vhodnou technológiou [11].

Bezpečnosť strojov v I5.0
Ako už bolo uvedené, I5.0 sa nechápe ako nový stupeň vo vývoji I4.0, ale najmä ako nadstavba I4.0 smerovaná k pohode a duševnému zdraviu človeka v pracovnom, ale aj sociálnom prostredí s využitím nových komunikačných technológií. Princípom je, že nové technológie nesmú „podkopávať“ základné práva jednotlivca.
Zapojenie kolaboratívnych robotov do pracovných činností predstavuje na jednej strane efektívnejšiu spoluprácu medzi človekom, a strojom, na druhej strane však vyžaduje určitú citlivosť a autonómnosť zohľadňujúcu potreby človeka.
V norme ISO /TZS 15066 [12] sú uvádzané štyri základné režimy prevádzky medzi robotom a človekom, vzhľadom na ich spoluprácu:
1. Monitorovanie bezpečného zastavenia – kde pri strete s človekom sa robot zastaví, avšak jeho pohon je naďalej pod napätím.
2. Ručné vedenie – robot má zníženú rýchlosť činnosti tak, aby neohrozoval človeka pri jeho navádzaní.
3. Obmedzenie sily a výkonu – pri vzájomnej spolupráci sú dodržané biomechanické medze zaťaženia vyplývajúce z limitov ľudského tela pri kolízii s robotom.
4. Monitorovanie vzdialenosti a rýchlosti – kde monitorovanie trajektórie pohybu človeka je zosúladené s činnosťou robota.
Bezpečnosť spolupráce závisí od maximálnej rýchlosti zastavenia ramena robota ak dôjde do kontaktu s človekom. Typické kolaboratívne robotické ramená sa môžu zastaviť už na vzdialenosť 2 mm [13]. Aj keď toto riešenie nie je jednoduché, platí zásada, že aj nové prvky snímajúce pohyb človeka a reagujúce na jeho činnosť musia dosahovať úroveň výkonnosti PL = d (pozri EN ISO 13840-1).

Záver
Na stránke Európskej komisie (https://ec.europa.eu) je možné nájsť prehlásenie Matriyi Gabriel, komisárky pre inovácie, výskum, kultúru, vzdelávanie a mládež, v ktorom hovorí: „Nový koncept Industry 5.0 nemohol prísť v lepšom čase. Mnohé európske priemyselné odvetvia sa znovu objavujú, prispôsobujú sa novej realite po COVIDe, čoraz viac využívajú digitálne a zelené technológie, aby zostali naďalej poskytovateľom riešení pre všetkých Európanov. Teraz je čas urobiť pracoviská inkluzívnejšími, vybudovať odolnejšie dodávateľské reťazce a prijať udržateľnejšie spôsoby výroby“.
Všetky pozitívne aspekty priemyselnej revolúcie (I4.0) musia viesť k bezpečnejšej, efektívnejšej a ekologickejšej výrobe, s ohľadom na potreby človeka a spoločnosti. Tieto potreby je nutné riešiť na jednej strane špecifickými nástrojmi s určitou ohľaduplnosťou, avšak na druhej strane s dávkou motivácie pre naplnenie tvorivých ambícií človeka podporovaných jeho vzdelávaním, fyzickou a psychickou pohodou. Tieto potreby sú výzvou pre riešenia v rámci I5.0.

TEXT/FOTO Hana Pačaiová, Juraj Glatz, Peter Darvaši, Tomáš Gazda, Technická univerzita v Košiciach, SjF, KBaKP

Tento príspevok vznikol vďaka podpore v rámci operačného programu Výskum a vývoj, pre projekt: Univerzitný vedecký park TECHNICOM pre inovačné aplikácie s podporou znalostných technológií – II. fáza, kód ITMS: 313011D232, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja“, projekt APVV-19-0367 Rámec Integrovaného prístupu riadenia procesnej bezpečnosti pre Inteligentný podnik, a grantový projekt KEGA 013TUKE-4/2020 Transfer poznatkov z výskumu prostriedkov využívajúcich rozšírenú realitu do edukačného procesu v oblasti bezpečnosti technických systémov.

Použitá literatúra:
[1] Østergaard, E. H. (2018). Welcome to industry 5.0. Retrieved Febr, 5, 2020.
[2] Jafari, Niloofar, Mohammad Azarian, and Hao Yu. „Moving from Industry 4.0 to Industry 5.0: What Are the Implications for Smart Logistics?.“ Logistics 6.2 (2022): 26.
[3] Polat, Leyla, and Alptekin Erkollar. „Industry 4.0 vs. Society 5.0.“ The International Symposium for Production Research. Springer, Cham, 2020.
[4] Smernica Európskeho parlamentu a Rady 2006/42/ES zo 17. mája 2006 o strojových zariadeniach a o zmene a doplnení smernice 95/16/ES.
[5] H. Pačaiová a kol., Posudzovanie a riadenie rizík strojových zariadení, Strojnícka fakulta TU v Košiciach 2020, ISBN 978-80-553-3698-5.
[6] Ungerman, Otakar, Jaroslava Dedkova, and Katerina Gurinova. „The impact of marketing innovation on the competitiveness of enterprises in the context of industry 4.0.“ Journal of competitiveness 10.2 (2018): 132.
[7] Jiri Tupa, Jan Simota, Frantisek Steiner, Aspects of Risk Management Implementation for Industry 4.0, Procedia Manufacturing, Volume 11, 2017,Pages 1223-1230, ISSN 2351-9789, https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.248.
[8] Adjiski, V., Despodov, Z., Mirakovski, D. i Serafimovski, D. (2019). System architecture to bring smart personal protective equipment wearables and sensors to transform safety at work in the underground mining industry. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 34 (1), 37-44. https://doi.org/10.17794/rgn.2019.1.4.
[9] Exoskeletons as Personal Protective Equipment. [on-line]. Dostupné na internete: https://ceet.news.niu.edu/2020/12/01/exoskeletons-as-personal-protective-equipment/
[10] M. Balážiková, D. Onofrejová, M. Tomašková, K. Vaškovičová (2021) Meranie fyzickej záťaže ako súčasť prevencie pri práci so strojovými zariadeniami, ATP Journal, ISSN 1335-2237.
[11] Occupational exoskeletons: wereable robotic devices to prevent work-related musculoskeletal disordreds in the worklplace of the future. [on-line]. Dostupné na internete: http://osha.europa.eu.
[12] ISO/TS 15066:2016, Robots and robotic devices — Collaborative robots
[13] Bloss, R. (2016), „Collaborative robots are rapidly providing major improvements in productivity, safety, programing ease, portability and cost while addressing many new applications“, Industrial Robot, Vol. 43 No. 5, pp. 463-468. https://doi.org/10.1108/IR-05-2016-0148.