Sicherheitsanforderungen an Steuerungen von Industriemaschinen
Sicherheitsanforderungen an Steuerungen von Industriemaschinen
Sicherheitsanforderungen an Steuerungen von Industriemaschinen
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Forschung und Innovation -<br />
Innovation für sichere wettbewerbsfähige<br />
Arbeitsplätze<br />
Michael Schaefer<br />
BGIA, S<strong>an</strong>kt Augustin, Germ<strong>an</strong>y<br />
michael.schaefer@dguv.de
Forschung und Innovation<br />
Themen<br />
• Das weite Feld der Maschinen und Betriebsarten<br />
• Warum braucht der Arbeitsschutz neue Technologien?<br />
• Unfallschwerpunkte <strong>an</strong> stationären Maschinen<br />
• Was benötigt der Arbeitschutz?<br />
• Beziehung: Mensch-Technologie-Org<strong>an</strong>isation (MTO)<br />
• Vorschlag für einen systemischen Ansatz<br />
• Beispiele neuer Technologien<br />
• Erste Arbeiten im BGIA<br />
Seite 2
Forschung und Innovation<br />
Das Weite Feld der Maschinen<br />
Seite 3
Forschung und Innovation<br />
Betriebsarten<br />
Beispiel: Schweißroboter in der Automobilindustrie<br />
Einrichtbetrieb<br />
Normalbetrieb<br />
Prozessbeobachtung<br />
Störungsbeseitigung<br />
Wartung<br />
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Forschung und Innovation<br />
Warum braucht der Arbeitschutz<br />
neue Technologien?<br />
• Neue Technologien:<br />
• Basis:<br />
• Intelligente Sensorik<br />
• Moderne Steuerungskonzepte (Rechnertechnik)<br />
• Möglichkeiten zum Datenaustausch<br />
• Beispiele <strong>von</strong> Vorteilen (für Akzept<strong>an</strong>z)<br />
• Prozessbedingte Anpassung <strong>von</strong> Mensch-Maschine-Schnittstellen<br />
• Assistenz zur Vermeidung <strong>von</strong> Bedienfehlern<br />
• Vereinfachte Inbetriebnahme<br />
• Vereinfachte Fehlerdiagnose (Störungsbeseitigung)<br />
• Schnelle Adaption <strong>an</strong> unterschiedliche Fertigungsprozesse (Flexibilität)<br />
• Verbesserte Logistik<br />
Seite 5
Forschung und Innovation<br />
Unfallschwerpunkt Maschinen,<br />
Zeitraum 1996-2000<br />
274.043<br />
60 % aller Maschinenunfälle ereignen sich<br />
auf Grund <strong>von</strong> funktionsgerechten Maschinenbewegungen !<br />
403.034<br />
277.663<br />
125.371<br />
Quelle: HVBG (heute DGUV)<br />
Übrige Bewegungen und Zustände:<br />
• Ruhezust<strong>an</strong>d<br />
• Zerstörung, Rutschen, Umkippen,<br />
Schwingen<br />
• Versagen <strong>von</strong> Material und<br />
Sicherheits- / Steuerungselementen<br />
Funktionsgerechte Bewegung<br />
der Maschine, da<strong>von</strong><br />
Beim Bedienen und Steuern<br />
Bei übrigen Tätigkeiten<br />
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Forschung und Innovation<br />
Unfallschwerpunkt Maschine,<br />
Zeitraum 1996-2000<br />
41 % aller Maschinenunfälle ereignen sich beim Bedienen und Steuern <strong>an</strong><br />
funktionsgerechten Maschinenbewegungen !<br />
29.408<br />
62.080<br />
186.175<br />
Quelle: HVBG (heute DGUV)<br />
Wie verhält sich dabei der<br />
Maschinenbediener ?<br />
In Ruhe, wird erfasst<br />
Hineingreifen,<br />
unzulässige Annäherung<br />
Übrige Bewegungen<br />
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Forschung und Innovation<br />
Ursachen aller tödlichen Arbeitsunfälle (1998-2000)<br />
Quelle: BAuA<br />
12 %<br />
11 %<br />
26 %<br />
50 %<br />
1%<br />
Phys./Psych.<br />
Technik<br />
Arbeitsstätte<br />
Org<strong>an</strong>isation<br />
Verhalten<br />
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Forschung und Innovation<br />
Was benötigt der Arbeitsschutz?<br />
• Sicherheit: Funktionssicherheit der Maschinen<br />
• Ausreichende und einfache Bedienkonzepte<br />
• Benutzerfreundlichkeit liefert:<br />
• Ein „Mehr“ <strong>an</strong> Sicherheit<br />
• Ein „Mehr“ <strong>an</strong> Produktivität<br />
• Ein „Weniger“ <strong>an</strong> Stressoren<br />
• Stichwort „Usability“ (Benutzerfreundlichkeit) beinhaltet:<br />
• Funktionale Sicherheit und<br />
• Bedienerfreundlichkeit<br />
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Forschung und Innovation<br />
MTO, das systemische Konzept,<br />
ein kurzer Überblick<br />
Thesen zu Mensch Technologie Org<strong>an</strong>isation (MTO)<br />
• Bek<strong>an</strong>nter Begriff im Bereich der Industriepsychologie<br />
(Ulich 1992, Ursprung: 1950 sozio-technische System<strong>an</strong>sätze)<br />
• Weniger bek<strong>an</strong>nt und praktiziert im Bereich <strong>von</strong><br />
<strong>Industriemaschinen</strong><br />
• Viele Studien bek<strong>an</strong>nt, aber nicht weit verbreitet<br />
• MTO erhält durch den Einsatz neuer Technologien eine<br />
realistische neue Bedeutung<br />
Seite 10
Forschung und Innovation<br />
Was bedeutet MTO?<br />
Org<strong>an</strong>isation<br />
Übliche<br />
Beziehung<br />
Tr<strong>an</strong>sfer!<br />
Technologie<br />
Tr<strong>an</strong>sfer?<br />
Mensch<br />
Tr<strong>an</strong>sfer?<br />
Seite 11
Forschung und Innovation<br />
Vorschlag für den systemischen Ansatz<br />
• Integration der Erfahrungen des Maschinenführers/-benutzers bei der<br />
Gestaltung der Maschine<br />
• Einbeziehung menschlicher Aspekte im Maschinenbetrieb<br />
• Gestaltung und Anpassung <strong>von</strong> MTO-Methoden für<br />
<strong>Industriemaschinen</strong><br />
• Untersuchung der sicherheitstechnischen und ökonomischen Vorteile<br />
der Gestaltung -> Akzept<strong>an</strong>z<br />
Seite 12
Forschung und Innovation<br />
Schlechtes Beispiel für Sicherheit <strong>an</strong> Maschinen<br />
Beispiel: feststehende trennende Schutzeinrichtung: Blech<br />
Einrichtbetrieb<br />
normal operation<br />
Störungsbeseitigung<br />
Prozessbeobachtung<br />
Wartung<br />
Sicherheit??<br />
Usability???<br />
Seite 13
Forschung und Innovation<br />
Vorbild, der Mensch<br />
• Sensorik<br />
• Augen, Ohren, Tastsinn,<br />
Geruchssinn, Geschmackssinn<br />
• Logik (Steuerung)<br />
• Großhirn, Kleinhirn<br />
• Datenübertragung<br />
• Nervensystem<br />
• Aktorik<br />
• Muskeln, Sprache<br />
Nachteil: Zuverlässigkeit<br />
Seite 14
Forschung und Innovation<br />
Möglichkeiten <strong>an</strong> einer Maschine,<br />
Gesamtkonzept<br />
• Sensorik<br />
• Schalter, Lichtschr<strong>an</strong>ken,<br />
Lichtgitter, Lasersc<strong>an</strong>ner,<br />
Kamerasysteme, Radar,<br />
Ultraschall, Schaltleisten,<br />
Schaltmatten …<br />
• Logik (Steuerung)<br />
• Mikroprozessorsteuerungen<br />
• Datenübertragung<br />
• Feldbussysteme, Netzwerke<br />
• Aktorik<br />
• Motoren, Zylinder, Sprache<br />
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Forschung und Innovation<br />
Beispiel: Sichere Logiken, intelligente <strong>Steuerungen</strong><br />
Konventionell Neue Technologien<br />
Seite 16
Forschung und Innovation<br />
Beispiel: Sichere Bussysteme,<br />
Netzwerke<br />
• Sichere Datenübertragung<br />
Seite 17
Forschung und Innovation<br />
Beispiel: Sprachsteuerungen<br />
<strong>von</strong> Maschinen<br />
• 30% mehr Produktivität, weniger Stress<br />
Seite 18
Forschung und Innovation<br />
Beispiel: 3D-Kamerasystem<br />
(Time of flight)<br />
Seite 19
Forschung und Innovation<br />
Einsatz eines Kamerasystems,<br />
eine Vision?<br />
Seite 20
Forschung und Innovation<br />
Einsatz eines Kamerasystems,<br />
assistierende Roboter (Foto: Labor BGIA)<br />
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Forschung und Innovation<br />
Erste Arbeiten im BGIA<br />
• Integration menschlicher Aspekte in Maschinen<br />
• Referat: Neue Technologien, Mensch und Technik<br />
• Projekt Nr. BIA 5088, “Prüfliste für die Prüfung und Zertifizierung der<br />
ergonomischen Gestaltung <strong>von</strong> Maschinen“<br />
• Projekt Nr. BIA 5089, “M<strong>an</strong>ipulation <strong>von</strong> Schutzeinrichtungen <strong>an</strong><br />
Maschinen“<br />
• Projekt Nr. FF0223, “Retten und Bergen”<br />
• Project Nr. BIA0067, „Gestaltung <strong>von</strong> Betriebs<strong>an</strong>leitungen komplexer<br />
Sicherheitssysteme“<br />
in Kooperation mit der FH Bonn-Rhein-Sieg<br />
• Zukunft:<br />
Aufbau eines Usability-Labors für <strong>Industriemaschinen</strong> (bezogen auf<br />
Sicherheitstechnik)<br />
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Forschung und Innovation<br />
Usability <strong>von</strong> Sicherheitstechnik –<br />
BGIA: Virtuelle Realität<br />
• Unfallverhütung/Produktsicherheit<br />
• Angew<strong>an</strong>dte Forschung initiiert durch Unfallversicherungsträger / Industrie<br />
• Prüfung der Usability <strong>von</strong> Sicherheitsbauteilen<br />
• Simulation des Verhaltens <strong>von</strong> Maschinen/Menschen<br />
• Evaluation <strong>von</strong> Mensch-Maschine-Schnittstellen<br />
Eigenentwicklung:<br />
Stereographisch (INFITEC)<br />
Durchmesser 6 m<br />
Höhe 3 m<br />
Bogenlänge: 8 m<br />
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