Bezpieczne projektowanie celi zrobotyzowanej: normy, ryzyko i zabezpieczenia

Bezpieczne projektowanie celi zrobotyzowanej to temat, który dotyka każdego, kto stoi przed zadaniem zaprojektowania lub odbioru stanowiska z robotem przemysłowym. Rośnie liczba instalacji – według raportu IFR „World Robotics 2023″ gęstość robotyzacji w Europie Zachodniej przekracza 300 robotów na 10 000 pracowników w branżach o wysokim stopniu automatyzacji, a wraz z nią rośnie odpowiedzialność za prawidłowe zabezpieczenie tych stanowisk. Ten artykuł jest dla inżynierów, integratorów i specjalistów ds. bezpieczeństwa maszyn, którzy chcą wiedzieć, jak to zrobić zgodnie z normami i z głową. Znajdziesz tu konkretne wytyczne dotyczące norm, oceny ryzyka, doboru zabezpieczeń i dokumentacji – bez ogólników.

Najważniejsze informacje z tego artykułu:

• Bezpieczne projektowanie celi zrobotyzowanej wymaga stosowania kaskady norm – od PN-EN ISO 12100, przez EN ISO 10218-2, po normy bezpieczeństwa funkcjonalnego takie jak PN-EN ISO 13849-1.
• Ocena ryzyka musi obejmować wszystkie tryby pracy celi – automatyczny, uczenia, serwisowy i awaryjny – a nie tylko fazę normalnej produkcji.
• Odległości montażu kurtyn świetlnych i skanerów laserowych należy obliczać na podstawie rzeczywistego, zmierzonego czasu dobiegu robota, a nie wartości z kart katalogowych.
• Norma EN ISO 14119 wymaga projektowania blokad osłon tak, aby minimalizować motywację operatora do ich obchodzenia, co oznacza konieczność uwzględnienia ergonomii trybów serwisowych już na etapie koncepcji.
• Certyfikacja CE kompletnej celi wymaga formalnej dokumentacji oceny ryzyka, listy norm zharmonizowanych, opisów funkcji bezpieczeństwa i wyników testów walidacyjnych FAT/SAT.

Jak zaprojektować celę zrobotyzowaną zgodnie z zasadami bezpieczeństwa?

Bezpieczne projektowanie celi zrobotyzowanej zaczyna się na długo przed rysowaniem layoutu i doborem ogrodzenia. Punktem wyjścia jest analiza procesu technologicznego, zidentyfikowanie wszystkich interakcji człowieka z celą – w każdym trybie pracy – i dopiero wtedy dobranie środków ochronnych odpowiednich do zidentyfikowanych zagrożeń. Schemat myślenia musi być iteracyjny: identyfikujesz zagrożenie, szacujesz ryzyko, dobierasz środek ochronny, sprawdzasz, czy ryzyko zostało zredukowane do poziomu akceptowalnego, a następnie powtarzasz ten proces aż do wyczerpania listy zagrożeń.

Poniżej przedstawiam kompletny schemat postępowania przy projektowaniu bezpiecznej celi robotycznej.

Krok 1 – zdefiniuj granice systemu i tryby pracy

Zanim zaczniesz identyfikować zagrożenia, określ, co wchodzi w skład systemu. Celę zrobotyzowaną traktuj jako kompletną maszynę w rozumieniu Dyrektywy Maszynowej – obejmuje ona robota, osprzęt technologiczny (chwytaki, przyrządy), system sterowania, ogrodzenie, urządzenia podawcze i wszelkie inne elementy integrowane w jeden system. Następnie wypisz wszystkie przewidywalne tryby pracy:

• Tryb automatyczny – robot pracuje bez ingerencji człowieka w chronionej przestrzeni.
• Tryb uczenia (teach) – programista wchodzi do celi w celu uczenia trajektorii lub weryfikacji programu.
• Tryb ręczny serwisowy – technik utrzymania ruchu wykonuje prace przy robocie lub osprzęcie.
• Tryb awaryjny – obsługa blokad, usuwanie zakleszczonych detali, reset po alarmie.

Każdy z tych trybów ma zupełnie inną strukturę ryzyk i wymaga osobnego zestawu środków ochronnych. Analizy OSHA i NIOSH dla przemysłu motoryzacyjnego wskazują, że ok. 20–30% ciężkich wypadków przy robotach przemysłowych wynika właśnie z błędów w trybie ręcznym lub uczenia – co oznacza, że skupianie się wyłącznie na trybie automatycznym to jeden z częściej popełnianych błędów projektowych.

Krok 2 – przeprowadź ocenę ryzyka według PN-EN ISO 12100

Ocena ryzyka prowadzona zgodnie z PN-EN ISO 12100 wymaga przejścia przez trzy etapy dla każdego zidentyfikowanego zagrożenia:

1. Identyfikacja zagrożeń – uwzględnij zagrożenia mechaniczne (zmiażdżenie, uderzenie, wciągnięcie, cięcie), elektryczne, termiczne i pneumatyczne, a także zagrożenia wynikające z interakcji z innymi maszynami na linii produkcyjnej.
2. Szacowanie ryzyka – oceń ciężkość możliwego urazu, częstość ekspozycji człowieka na zagrożenie oraz możliwość uniknięcia urazu; wynikiem jest przypisanie zagrożeniu wartości ryzyka i wymaganego poziomu redukcji (PLr lub SILr).
3. Redukcja ryzyka – dobie środki ochronne zgodnie z hierarchią: eliminacja zagrożenia przez projekt, następnie środki ochronne zintegrowane (osłony, blokady, urządzenia detekcji), a na końcu informacja o ryzyku rezydualnym i szkolenia.

Ocena musi obejmować pełny cykl życia celi – projekt, instalację, normalną eksploatację, czynności konserwacyjne, możliwe awarie i planowany demontaż. EN ISO 10218-2 expressis verbis wymaga, żeby integrator uwzględnił wszystkie te fazy, a nie tylko etap pierwszego uruchomienia.

Wskazówka: Zanim zaczniesz dobierać środki ochronne, rozrysuj scenariusze operacyjne – w tym te nieoczywiste, jak mikrointerwencje przy zakleszczonym detalu czy czyszczenie chwytaka przy otwartej osłonie. Jeśli nie przewidzisz tych sytuacji w projekcie, operator sam znajdzie na nie sposób – i prawdopodobnie nie będzie to sposób bezpieczny.

Krok 3 – zdefiniuj i przypisz funkcje bezpieczeństwa

Każde zidentyfikowane zagrożenie musi zostać powiązane z konkretną funkcją bezpieczeństwa (SF), której zadaniem jest zredukowanie lub wyeliminowanie ryzyka. Dla typowej celi zrobotyzowanej lista funkcji bezpieczeństwa wygląda następująco:

• SF-STOP-EM – zatrzymanie awaryjne – wymagany poziom PL d lub PL e / SIL 2 lub wyżej, zależnie od wyników oceny ryzyka; to oddzielna funkcja bezpieczeństwa, wymagająca osobnej walidacji.
• SF-STOP-PROT – zatrzymanie ochronne – wyzwalane przez naruszenie strefy chronionej (kurtyna, skaner, wyłącznik drzwiowy).
• SF-LIM-SPEED / SF-LIM-POSITION – ograniczenie prędkości i zakresu ruchu – nadzorowane w certyfikowanym torze bezpieczeństwa (safety-rated speed monitoring), wymagany co najmniej PL d / SIL 2.
• SF-MON-SSM – monitorowanie odległości i prędkości – stosowane w aplikacjach kolaboracyjnych, dynamicznie redukuje prędkość robota w zależności od dystansu od człowieka.
• SF-GUARD-LOCK – blokada osłon z ryglowaniem do wybiegu – wymagana przy dużej bezwładności lub ryzyku uwięzienia operatora; EN ISO 14119 nakazuje dodatkowo zapewnienie awaryjnego otwarcia od wewnątrz.

Szczegółowe wymagania dotyczące poziomów PL i SIL dla konkretnych funkcji bezpieczeństwa opisuję w kontekście PL i SIL w robotyce – to zagadnienie, które ma bezpośrednie przełożenie na dobór architektury sprzętowej obwodów bezpieczeństwa.

Krok 4 – zaprojektuj układ fizyczny celi i odległości ochronne

Geometria celi bezpośrednio decyduje o skuteczności środków ochronnych. Obliczenia odległości bezpieczeństwa dla kurtyn świetlnych i skanerów laserowych prowadzi się według PN-EN ISO 13855, korzystając ze wzoru:

S = K × T + C

gdzie S to minimalna odległość środka ochronnego od strefy niebezpiecznej, K to prędkość zbliżania człowieka (przyjmowana normatywnie lub mierzona), T to łączny czas reakcji systemu bezpieczeństwa wraz z czasem dobiegu robota, a C to dodatkowy składnik uwzględniający możliwość dosięgnięcia strefy zagrożenia przed zadziałaniem środka ochronnego. Czas dobiegu T musi być zmierzony rzeczywiście na stanowisku, nie przyjmowany z dokumentacji technicznej – dla klasycznych robotów przemysłowych waha się od kilkuset milisekund do ok. 1–2 sekund, a niedoszacowanie o 0,1 s może oznaczać kilkanaście centymetrów różnicy w drodze ramienia robota po zadziałaniu kurtyny.

Oprócz odległości ochronnych, projekt musi uwzględniać minimalne szczeliny zgodnie z EN ISO 13854 – czyli takie wymiary przestrzeni między ramieniem robota, chwytakiem, osprzętem i stałą konstrukcją celi, przy których nie dochodzi do zmiażdżenia palców (min. 25 mm), dłoni (min. 100 mm) czy głowy (min. 300 mm).

Krok 5 – zaprojektuj architekturę sterowania bezpieczeństwem

Funkcje bezpieczeństwa muszą być realizowane przez certyfikowane układy sterowania, zweryfikowane zgodnie z PN-EN ISO 13849-1 lub IEC 62061. Bezpieczeństwo funkcjonalne w robotyce to obszar, w którym błędy projektowe najczęściej wychodzą dopiero przy audycie lub wypadku – dlatego architekturę obwodów bezpieczeństwa warto analizować systematycznie.

Osiągnięcie PL d przy architekturze kategorii 3 wymaga:

• Redundancji wejść – podwójne styki kurtyn, skanerów, wyłączników drzwiowych podłączone do dwóch niezależnych kanałów.
• Redundancji wyjść – podwójne styczniki z monitorowaniem styków sprzężenia zwrotnego.
• Monitorowania krzyżowego – logika bezpieczeństwa sprawdza spójność obu kanałów i wykrywa rozbieżności.
• Certyfikowanego modułu logiki – bezpieczny sterownik PLC lub przekaźnik bezpieczeństwa z odpowiednim PL/SIL.

PL e, wymagane np. przy funkcji blokady drzwi przy ryzyku uwięzienia, wymaga dodatkowo architektury kategorii 4 z bardzo wysokim pokryciem diagnostycznym (DC ≥ 99%) i ścisłą kontrolą uszkodzeń wspólnej przyczyny (CCF). Warto pamiętać, że szeregowe łączenie wielu urządzeń blokujących w jednym obwodzie może obniżać efektywne pokrycie diagnostyczne całego toru – jest to opisane w ISO/TR 24119.

Krok 6 – zaplanuj segmentację stref i dostęp operatora

Dobrze zaprojektowana cela nie jest monolitycznym ogrodzeniem z jednym wejściem. Segmentacja przestrzeni roboczej na niezależne sektory bezpieczeństwa pozwala utrzymać produkcję w jednej części celi, podczas gdy drugi sektor jest bezpiecznie dostępny dla operatora. Typowy podział uwzględnia:

• Strefę pracy robota – całkowicie wygrodzioną, dostępną wyłącznie przy zatrzymaniu i ryglowaniu.
• Strefy podawania detali – zabezpieczone kurtynami lub skanerami z odpowiednio obliczoną odległością ochronną.
• Strefę serwisową – dostępną w wyznaczonym trybie pracy z ograniczoną prędkością lub po procedurze LOTO.

Projekt musi eliminować tzw. ślepe kieszenie – czyli zakamarki wewnątrz ogrodzenia, gdzie pracownik może się znaleźć i nie zostać wykryty przez skanery obszarowe. W takich miejscach stosuje się linki zatrzymania awaryjnego, dodatkowe przyciski STOP wewnątrz celi lub skanery o nakładających się polach detekcji.

Krok 7 – walidacja i dokumentacja

Przed dopuszczeniem celi do pracy integrator przeprowadza walidację funkcji bezpieczeństwa w ramach testów FAT (Factory Acceptance Test) i SAT (Site Acceptance Test). Szczegółowy zakres tej walidacji i wymagania formalne opisuję w osobnym artykule na temat walidacji funkcji bezpieczeństwa robota. Dokumentacja techniczna wymagana do oznakowania CE obejmuje:

• Formalną dokumentację oceny ryzyka z listą zidentyfikowanych zagrożeń i zastosowanych środków.
• Listę zastosowanych norm zharmonizowanych.
• Opisy funkcji bezpieczeństwa z obliczeniami PL/SIL, w tym MTTFd, DC i CCF dla każdego toru.
• Protokoły pomiarów czasu dobiegu i weryfikacji odległości ochronnych.
• Deklarację zgodności CE podpisaną przez integratora jako producenta kompletnej maszyny.

Jakie normy obowiązują przy projektowaniu celi zrobotyzowanej?

Normy organizują się w hierarchię – od ogólnych wymagań bezpieczeństwa maszyn po szczegółowe wymagania dedykowane robotom i celom zrobotyzowanym. Nieznajomość tej hierarchii prowadzi do sytuacji, w której projekt spełnia część wymagań, a pomija inne, równie wiążące.

Nowe wydanie ISO 10218-2:2025 wchłania wymagania ISO/TS 15066 dla aplikacji kolaboracyjnych i doprecyzowuje obliczenia odległości przy monitorowaniu separacji (SSM). Warto śledzić ten dokument, ponieważ jego wymagania są bardziej szczegółowe niż poprzednia edycja normy – szczególnie w zakresie powiązania z PN-EN ISO 13849-1 i IEC 62061.

Jak przeprowadzić ocenę ryzyka dla stanowiska z robotem?

Ocena ryzyka prowadzona wyłącznie na podstawie intuicji i doświadczenia integratora to nie ocena ryzyka – to lista życzeń. Formalna ocena ryzyka musi być udokumentowana, iteracyjna i obejmować wszystkich przewidywalnych użytkowników, a nie tylko wykwalifikowanego programistę robota.

Szczegółowe omówienie metodyki znajdziesz w artykule poświęconym ocenie ryzyka dla robota, natomiast tutaj skupiam się na tym, co w kontekście celi zrobotyzowanej bywa pomijane.

Co identyfikować jako zagrożenia?

Lista zagrożeń mechanicznych dla celi obejmuje: uderzenie ramieniem robota lub przenoszonym detalem, zmiażdżenie między ramieniem a stałą konstrukcją, wciągnięcie w mechanizm napędowy, wyrzut detalu lub narzędzia przy awarii chwytaka. Do tego dochodzą zagrożenia elektryczne i pneumatyczne, zagrożenia wynikające z interakcji z sąsiednimi maszynami i przenośnikami oraz zagrożenia specyficzne dla procesu – np. emisja par, wysoka temperatura, hałas.

Statystyki wypadków w robotyce przemysłowej są jednoznaczne: ok. 30–40% zdarzeń wiąże się z brakiem lub nieprawidłowym stosowaniem środków ochronnych, a ok. 25–35% z nieprawidłowymi procedurami serwisowymi lub brakiem blokady energetycznej LOTO. To oznacza, że ocena ryzyka musi głęboko analizować nie tylko tryb automatyczny, ale też procedury utrzymania ruchu.

Jak szacować poziom ryzyka i wymagany PLr?

Szacowanie ryzyka wg ISO 12100 opiera się na trzech parametrach: ciężkości możliwego urazu (S), częstości i czasu ekspozycji człowieka na zagrożenie (F) oraz możliwości uniknięcia urazu lub ograniczenia szkody (P). Kombinację tych parametrów analizuje się za pomocą grafu ryzyka, który prowadzi do określenia wymaganego PLr dla funkcji bezpieczeństwa. Przy zagrożeniu zmiażdżenia z możliwością urazu nieodwracalnego i codzienną ekspozycją – wymagany PLr sięga typowo PLr = d lub PLr = e.

Analiza ryzyka robota przemysłowego to proces, który wymaga znajomości zarówno samego robota, jak i wszystkich elementów systemu – chwytaków, przyrządów, systemu podawania, sterowania. Dlatego ocenę ryzyka warto przeprowadzać w zespole, w którym uczestniczą zarówno konstruktor mechaniczny, jak i specjalista ds. automatyki i bezpieczeństwa.

Jakie zabezpieczenia techniczne zastosować w celi zrobotyzowanej?

Dobór środków ochronnych wynika bezpośrednio z oceny ryzyka – nie istnieje jeden uniwersalny zestaw zabezpieczeń odpowiedni dla każdej celi. Jednak pewien katalog technologii pojawia się w zdecydowanej większości instalacji.

Ogrodzenia i osłony stałe

Ogrodzenie stalowe to fundament chronionej przestrzeni pracy robota (safeguarded space wg ISO 10218-2). Minimalna wysokość i konstrukcja oczek siatki muszą być dobrane zgodnie z PN-EN ISO 13857 tak, aby uniemożliwić sięgnięcie ręką lub nogą do strefy zagrożenia przez otwory w ogrodzeniu. Drzwi i bramy w ogrodzeniu wyposaża się w blokady z monitorowaniem pozycji i – przy dużych ryzykach – z ryglowaniem do zatrzymania ramienia robota.

Kurtyny świetlne i skanery laserowe

Kurtyny świetlne (optoelektryczne urządzenia ochronne, AOPD) montuje się w strefach wejścia i wyjścia detali, gdzie ogrodzenie fizyczne uniemożliwiałoby przepływ produkcji. Skaner laserowy obszarowy ma tę przewagę nad kurtyną, że pozwala definiować wielopolygonowe strefy ostrzegawcze i ochronne w jednej płaszczyźnie skanowania – co daje większą elastyczność przy zmieniających się layoutach. Badania skuteczności tych urządzeń pokazują, że ich zastosowanie w strefach wejścia/wyjścia celi może ograniczyć liczbę niebezpiecznych zbliżeń człowieka do robota o 60–80%.

Wskazówka: Odległość montażu kurtyny lub skanera oblicz zawsze na podstawie zmierzonego czasu dobiegu konkretnego robota przy konkretnym programie i obciążeniu – nie korzystaj ze standardowych wartości z dokumentacji technicznej jako jedynego źródła. Różnica kilkudziesięciu centymetrów w pozycji montażu może decydować o tym, czy środek ochronny zatrzyma robota przed kontaktem z człowiekiem.

Blokady osłon – dobór i projektowanie zgodne z EN ISO 14119

EN ISO 14119 klasyfikuje urządzenia blokujące od prostych mechanicznych po nienastykowe z kodowaniem (w tym RFID z unikatowymi kodami). Wyższy poziom kodowania utrudnia zastąpienie aktywatora blokady magnesem czy kawałkiem metalu – co jest jednym z najczęstszych sposobów obchodzenia zabezpieczeń na halach produkcyjnych. Norma normatywnie wymaga, żeby projekt celi minimalizował motywację operatora do obejścia blokady – a to oznacza konieczność zapewnienia ergonomicznych trybów pracy serwisowej jeszcze na etapie projektu.

Szczegółowe omówienie doboru środków ochronnych i ich klasyfikacji znajdziesz w artykule o środkach redukcji ryzyka w robotyce.

Przyciski zatrzymania awaryjnego

Przyciski zatrzymania awaryjnego (E-stop) muszą być rozmieszczone zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz celi, w zasięgu operatora – maksymalnie co kilka metrów. Rozlokowanie przycisków wewnątrz celi skraca czas reakcji na sytuację zagrożenia o kilka sekund w stosunku do sytuacji, gdy jedyny przycisk jest na zewnątrz ogrodzenia. Przy prędkościach i energiach charakterystycznych dla robotów przemysłowych każda sekunda to kilkadziesiąt centymetrów drogi ramienia.

Jak zaplanować strefy pracy robota i dostęp operatora?

Podział przestrzeni celi na niezależne, logicznie odseparowane sektory bezpieczeństwa to element, który odróżnia projekty przemyślane od tych, które wyglądają bezpiecznie na papierze, ale generują ciągłe problemy operacyjne. Jeśli operator musi za każdym razem zatrzymywać całą celę, żeby wymienić detal w jednym gnieździe, prędzej czy później zacznie szukać skrótów.

Segmentacja stref pozwala na równoczesne utrzymanie pracy robota w jednym sektorze i bezpieczny dostęp człowieka do drugiego – pod warunkiem że robot ma certyfikowane, nadzorowane ograniczenie zakresu ruchu (SF-LIM-POSITION) uniemożliwiające wejście w strefę, gdzie przebywa operator.

Przy projektowaniu stref dostępu należy sprawdzić kilka rzeczy:

• Czy wewnątrz ogrodzenia nie powstają zakamarki, gdzie pracownik może zostać uwięziony i niewidoczny dla skanerów obszarowych.
• Czy drzwi serwisowe otwierają się w kierunku wyjścia – tak, żeby przypadkowe wciśnięcie operatora przez element maszyny nie zablokowało drogi ewakuacji.
• Czy po wejściu do celi operator ma w zasięgu ręki zarówno przycisk zatrzymania awaryjnego, jak i urządzenie potwierdzające obecność (np. włącznik hold-to-run).
• Czy pozycja punktów teach i panelu sterowania jest ergonomiczna – tzn. czy operator nie musi stać tyłem do ramienia robota podczas programowania.

Jakie błędy projektowe najczęściej powodują zagrożenia w celi zrobotyzowanej?

Przez lata pracy przy wdrożeniach zauważyłem, że pewne błędy powtarzają się niezależnie od branży i wielkości instalacji. Poniżej zebrałem te, które mają bezpośrednie przełożenie na ryzyko wypadku.

Błędy w ocenie ryzyka

• Ocena ryzyka przeprowadzona tylko dla trybu automatycznego – tryby serwisowy i uczenia generują inne zagrożenia i wymagają osobnych środków ochronnych.
• Brak analizy wyrzutu detalu lub narzędzia – szczególnie przy chwytakach pneumatycznych i wysokich prędkościach liniowych ramienia.
• Niedoszacowanie częstości ekspozycji – jeśli operator wchodzi do celi kilkanaście razy na zmianę, ekspozycja jest wysoka i wymaga silniejszych środków ochronnych niż wejście raz na tydzień.

Błędy w doborze i rozmieszczeniu środków ochronnych

• Przyjmowanie czasu dobiegu z dokumentacji bez pomiaru – rzeczywisty czas dobiegu może być dłuższy niż deklarowany przez producenta robota, szczególnie przy maksymalnym obciążeniu chwytaka.
• Montaż kurtyny świetlnej bez uwzględnienia składnika C w formule z ISO 13855 – przy kurtynach pionowych istnieje możliwość dosięgnięcia strefy zagrożenia pod kurtyną, co wymaga dodatkowego składnika odległości.
• Ślepe kieszenie bez dodatkowych środków detekcji – ogrodzenie z zakamarkami wymaga skanerów o zachodzących na siebie polach detekcji lub linek zatrzymania awaryjnego.

Błędy w architekturze sterowania bezpieczeństwem

• Realizacja funkcji nadzoru prędkości robota przez standardowy PLC – funkcje SF-LIM-SPEED muszą być realizowane przez certyfikowane moduły z odpowiednim PL/SIL, a nie przez pomiar prędkości w sterowniku procesowym.
• Szeregowe łączenie wielu blokad bez analizy maskowania błędów – przy połączeniu wielu wyłączników drzwiowych w jeden obwód, uszkodzenie jednego z nich może zostać zamaskowane przez pozostałe; ISO/TR 24119 opisuje ten problem i sposoby jego rozwiązania.
• Brak monitorowania styków wyjściowych – podwójne styczniki bez monitorowania sprzężenia zwrotnego to architektura kategorii 1, a nie kategorii 3.

Wskazówka: Sprawdź, czy każda funkcja bezpieczeństwa w projekcie ma przypisany wymagany PLr wynikający z oceny ryzyka, obliczony PL osiągnięty z analizą MTTFd, DC i CCF, oraz zaplanowaną strategię testowania – zarówno przy uruchomieniu, jak i w cyklicznych przeglądach. Jeśli brakuje choćby jednego z tych elementów, dokumentacja bezpieczeństwa jest niekompletna.

Jak projektować celę z cobotem – o czym trzeba wiedzieć?

Robot współpracujący nie jest automatycznie bezpieczny bez ogrodzenia. To twierdzenie brzmi banalnie, ale wciąż bywa ignorowane podczas doboru sprzętu. ISO/TS 15066 – której wymagania wchłania nowe ISO 10218-2:2025 – definiuje cztery tryby pracy kolaboracyjnej:

• SMS (Safety-Monitored Stop) – robot zatrzymuje się, gdy człowiek wchodzi w wyznaczoną strefę.
• Prowadzenie ręczne (Hand Guiding) – operator bezpośrednio prowadzi ramię z ograniczoną prędkością i siłą.
• SSM (Speed and Separation Monitoring) – robot dynamicznie redukuje prędkość wraz ze zmniejszaniem dystansu od człowieka.
• PFL (Power and Force Limiting) – robot ogranicza siłę i energię kontaktu do poziomów niepowodujących poważnych obrażeń.

W trybie PFL projektant musi udowodnić, że przy najgorszym przypadku kolizji siła i czas oddziaływania mieszczą się w limitach biomechanicznych zdefiniowanych dla 29 obszarów ciała ludzkiego. To wymaga uwzględnienia masy i geometrii chwytaka, maksymalnej prędkości programu, kształtu przyrządów i obecności krawędzi ostrych w zasięgu ramienia.

Nawet przy cobotach zagrożenie zmiażdżenia między ramieniem a stałą konstrukcją celi nie znika. EN ISO 13854 precyzuje, że w miejscach, gdzie możliwe jest wprowadzenie głowy lub tułowia w szczelinę, sama ograniczona siła robota nie spełnia wymagań – trzeba albo wyeliminować strefę ściśnięcia przez odpowiedni układ mechaniczny, albo uczynić ją fizycznie niedostępną.

W trybie SSM obliczenie minimalnej odległości ochronnej między człowiekiem a robotem w ruchu musi uwzględniać czas reakcji sensorów detekcji, czas reakcji logiki bezpieczeństwa i czas hamowania napędów. Martwe strefy skanerów stosowanych do detekcji obecności człowieka mogą powodować opóźnienie wykrycia – i to opóźnienie musi być wliczone do całkowitego czasu T w obliczeniach odległości.

Kiedy warto skorzystać z pomocy integratora lub specjalisty ds. bezpieczeństwa maszyn?

Wiele firm traktuje specjalistę ds. bezpieczeństwa maszyn jak kogoś, kto przychodzi na końcu projektu podpisać dokumenty. To błąd, który kosztuje – zarówno finansowo, jak i czasowo. Wdrożenie kompletnego systemu bezpieczeństwa celi (wygrodzenia, kurtyny, skanery, blokady, sterownik bezpieczeństwa, walidacja) stanowi zwykle od 10 do 20% całkowitego kosztu projektu robotyzacji – ale redukcja kosztów wypadków i przestojów produkcyjnych w horyzoncie kilku lat przekracza tę inwestycję wielokrotnie.

Specjalista ds. bezpieczeństwa maszyn powinien być zaangażowany od etapu koncepcji, a nie odbioru. Wynika to z prostego faktu: zmiana geometrii celi na etapie projektu kosztuje czas i papier, natomiast zmiana po wykonaniu ogrodzenia i okablowania kosztuje kilkadziesiąt tysięcy złotych i kilka tygodni przestoju.

Pomoc zewnętrznego integratora lub specjalisty jest szczególnie potrzebna gdy:

• Cela ma być integrowana z innymi maszynami i systemami podawania – interfejsy bezpieczeństwa między maszynami wymagają analizy, kto jest producentem kompletnej maszyny i kto wystawia deklarację CE.
• Planujesz zastosowanie cobota bez fizycznego ogrodzenia – analiza trybów PFL i SSM wymaga pomiarów biomechanicznych i obliczeń, które wykraczają poza standardowe doświadczenie programisty robota.
• Ocena ryzyka wykazuje wymagany PLr = e dla którejkolwiek funkcji bezpieczeństwa – osiągnięcie PL e wymaga architektury kategorii 4 i specjalistycznej wiedzy z zakresu bezpieczeństwa funkcjonalnego.
• Cela jest przebudowywana lub rozbudowywana – modyfikacja systemu robotowego może oznaczać konieczność ponownej oceny ryzyka i aktualizacji deklaracji CE.

Podsumowanie

Bezpieczne projektowanie celi zrobotyzowanej to proces, który zaczyna się od formalnej oceny ryzyka według PN-EN ISO 12100, a kończy na walidacji funkcji bezpieczeństwa i dokumentacji zgodności CE. Każdy tryb pracy celi generuje inne zagrożenia i wymaga osobnych środków ochronnych – od ogrodzeń i blokad, przez kurtyny i skanery, po certyfikowane obwody sterowania bezpieczeństwem spełniające wymagania PN-EN ISO 13849-1. Odległości montażu środków ochronnych oblicza się na podstawie zmierzonych czasów dobiegu, a architektura sterowania musi zapewniać redundancję i monitorowanie zgodnie z wymaganą kategorią. Specjalisty ds. bezpieczeństwa maszyn angażuj od etapu koncepcji – nie od etapu odbioru.

FAQ

Q: Czy robot przemysłowy używany w trybie uczenia musi działać przy ograniczonej prędkości?

A: Tak. EN ISO 10218-1 wymaga, aby w trybie uczenia prędkość była ograniczona do 250 mm/s, a ruch odbywał się wyłącznie przy ciągłym trzymaniu włącznika zezwolenia (hold-to-run). Wejście do celi bez aktywnego ograniczenia prędkości jest niedopuszczalne.

Q: Czy celę zrobotyzowaną zbudowaną na zlecenie można oznaczyć znakiem CE bez przeprowadzania testów?

A: Nie. Oznakowanie CE wymaga m.in. walidacji funkcji bezpieczeństwa, pomiarów czasów dobiegu i udokumentowanej oceny ryzyka. Samo podpisanie deklaracji zgodności bez tych elementów jest niezgodne z Dyrektywą Maszynową i naraża integratora na odpowiedzialność prawną.

Q: Jak często należy przeprowadzać przeglądy funkcji bezpieczeństwa w działającej celi?

A: Częstotliwość przeglądów zależy od wymaganego poziomu PL i specyfikacji komponentów. Dla PL d i PL e konieczne są cykliczne testy diagnostyczne, a ich częstotliwość powinna być określona w dokumentacji technicznej i instrukcji użytkowania celi.

Q: Co to jest procedura LOTO i kiedy jest wymagana w celi zrobotyzowanej?

A: LOTO (Lockout/Tagout) to procedura blokowania źródeł energii przed wejściem do strefy niebezpiecznej w celu wykonania prac serwisowych. Jest wymagana zawsze, gdy pracownik musi wejść w strefę, w której robot lub inne elementy mogą się nieoczekiwanie uruchomić – np. przy wymianie chwytaka, naprawie przyrządów czy czyszczeniu celi.

Q: Czy przy przebudowie istniejącej celi trzeba przeprowadzać nową ocenę ryzyka?

A: Tak. Każda modyfikacja systemu robotowego, która zmienia zakres zagrożeń lub wpływa na funkcje bezpieczeństwa, wymaga aktualizacji oceny ryzyka. Może też oznaczać konieczność wystawienia nowej deklaracji zgodności CE, jeśli integrator odpowiada za całość zmodyfikowanego systemu.

Weryfikacja i redakcja

Za redakcję i weryfikację artykułu odpowiadają:

Joanna Lewandowska. Specjalistka ds. automatyki i integracji. Absolwentka kierunku Automatyka i Robotyka na Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.

Piotr Woźniak. Doświadczony redaktor technologiczny. Absolwent kierunku Dziennikarstwo i Komunikacja Społeczna na Uniwersytecie Warszawskim.