Безопасность функционирования автоматизированных и роботизированных производств

Проблема обеспечения безопасности функционирования современных автоматизированных и роботизированных производств распадается, как минимум, на две взаимосвязанные достаточно крупные части, а именно необходимость обеспечения безопасности:

• • персонала, выполняющего на подобных производствах основные или вспомогательные функции, при нормальной (штатной) работе автоматизированного и роботизированного технологического оборудования;
• • производства при выходе из строя отдельных видов автоматизированного и роботизированного технологического оборудования с развитием масштабов аварии и распространением ее негативных воздействий на окрестное население и окружающую природную среду.

По существующей терминологии к числу автоматизированных производств относятся такие производственные линии, участки, цеха, предприятия, на которых часть функций управления промышленным оборудованием и контроля за ходом технологических операций и качеством выпускаемой продукции осуществляется с помощью автоматических устройств при сохранении за человеком главенствующей роли стратегического управления производством. Иными словами, человек отдает автоматам непосредственное управление станками, поддержание необходимых параметров производственной среды, контроль за соблюдением требуемого качества объектов производства и ряд других рутинных технологических процессов, связанных с опасными и вредными условиями труда.

Роботизированные производства основаны на широком использовании в их составе так называемых роботов (от чешск. robota — барщина, подневольный труд), зачастую имеющих антропоморфный (человекоподобный) внешний вид и выполняющих двигательные производственные функции человека. Распространенные на современных конвейерных линиях промышленные роботы-манипуляторы выполняют подавляющую часть сборочных операций. За счет жестко запрограммированных действий таких промышленных роботов удастся не только обезопасить человека от воздействия опасных и вредных факторов производства, но и существенно снизить стоимость выпускаемой продукции.

Кроме использования роботов в условиях промышленного конвейерного производства, еще одной областью применения роботов являются так называемые сверхэкстремальные условия окружающей среды, в которых уровень опасных и вредных воздействий многократно превышает предельно допустимые для человека нормы. Именно в таких условиях проходят, например, операции с высокорадиоактивными веществами, обладающими опасным для человека уровнем ионизирующих излучений. Роботы-манипуляторы с дистанционным управлением позволяют вывести человека из «горячей» зоны радиоактивного воздействия, надежно обезопасить его от опасной рабочей зоны толстой свинцово-бетонной защитой, оставив ему функции управления на расстоянии действиями механических «рук» .

Так как степень автоматизации самих производственных процессов на роботизированных предприятиях высока, не представляет особой сложности автоматизировать и действие защитных устройств, надежно ограждающих рабочую зону действия технологических автоматов и роботов от случайного проникновения в нее людей.

С этой целью на роботизированных производствах используются специальные ограждающие устройства, поднятые вверх в выключенном состоянии промышленных роботов и опускающиеся вниз при их включении, если только в рабочей зоне не зафиксировано присутствие человека.

Довольно распространенным способом обеспечения безопасности людей на автоматизированном или роботизированном производстве является автоматическая блокировка технологического оборудования и промышленных роботов-манипуляторов, если в зоне их действия оказывается человек. Помимо высокой динамики движений и большой рабочей зоны охвата исполнительных органов, масса таких промышленных роботов может достигать сотен килограммов, что делает их при выполнении технологических операций весьма опасными. Еще один источник опасности со стороны гидравлических промышленных роботов заключается в высоком давлении приводов их исполнительных органов, достигающем 100 МПа.

Безопасность самого автоматизированного и роботизированного производства базируется на скрупулезном анализе надежности всех компонентов такого производства и всего производственного комплекса в целом. Пусть роботизированный комплекс включает в себя основное технологическое оборудование с вероятностью безотказной работы (Pт (tт)) и действующее совместно с ним робототехническое устройство с вероятностью безотказной работы (PpUp)). Надежность совместной исправной работы указанных компонентов определяет общую надежность всего роботизированного комплекса ??(t?):

где t? — общее время действия роботизированного комплекса, включающее в себя как tт, так и tp.

К общей системе мер по обеспечению безопасности функционирования роботизированных производств можно отнести следующие конструктивные, функциональные и организационные решения:

• • наличие достаточно большого числа степеней подвижности исполнительных органов робототехнических средств, обеспечивающих их гибкость и функциональную универсальность, по не приводящих к возникновению кинематической избыточности и снижению эксплуатационной надежности;
• • модульный принцип конструктивной компоновки исполнительных органов робототехнических средств, который обеспечивает возможность их быстрого ремонта с заменой вышедших из строя элементов и блоков;
• • выбор динамических и точностных свойств систем управления робототехнических средств, обеспечивающих максимальную эффективность и безопасность их функционирования;
• • наличие развитого информационного обеспечения исполнительных органов робототехнических средств с помощью установленных на них тактильных, телевизионных, локационных и силомоментных датчиков, достаточных для эффективного управления и обеспечения максимальной безопасности функционирования роботизированного производства;
• • обеспечение автоматической фиксации робототехнических средств с выключенными приводами в произвольном их положении;
• • яркая цветовая маркировка высокодинамичных звеньев робототехнических средств и световая сигнализация расположенных на них индикаторов;
• • система автоматически действующих ограждений и блокировок для защиты обслуживающего персонала.

Перечисленные меры должны создать для человека безопасную среду обитания, а также обеспечить безопасность самого роботизированного производства для окружающей антропогенной и природной среды.