使工厂成为一个安全的地方

上次罗恩·博西恩去一家制造商的工厂调查一起涉及Urschel切片机的时候，他发现有人把机器的电线接错了，所以它没有提供所需的保护水平。这样的事情肯定不是第一次发生了。

Bocian是位于印第安纳州切斯特顿的食品切割技术OEM Urschel实验室的电气工程师和风险经理，他知道你可以设计出尽可能安全的机器，但总是会有对未知的恐惧。这就是Bocian所说的合理可预见的误用。“一个操作员会做什么你无法预见的事情来受伤?他问道。

自20世纪50年代以来，Urschel一直在生产切片机和切丁机，因此该公司对运营商如何使用产品以及如何保护产品有深入的了解。但随着终端用户要求机器具有更大的灵活性，以应对不断变化的消费者需求，随着工业4.0倡议连接更多的设备、机器人和设备——从而在制造车间创造更多的活动部件——出现了新的、意想不到的安全风险。

“当有人重新发明轮子时，你不知道会发生什么，也不知道人们会如何滥用产品，”Bocian说。

使机器安全是原始设备制造商和制造商的首要任务，因为他们希望保护员工，他们需要遵守安全法规职业安全与健康管理局．但安全措施并不总是执行得很好，因为安全并不总是那么容易。

该公司安全高级技术营销经理John Klesk表示:“安全可能令人生畏，因为该技术在调试、操作和故障排除方面可能很复杂，具有挑战性旗帜工程。

当然，技术问题并不是造成安全混乱的唯一原因。参与这个过程的人通常也会做出贡献。

TÜV-certified功能安全专家和罗克韦尔自动化认证功能安全工程师George Schuster说:“许多机器制造商和制造商都在与心理障碍作斗争——心理障碍是[假设]将安全应用于制造过程会降低过程的效率或生产力。”“我认为这在制造业中根深蒂固。在我的制造经验中是这样的。(我认为)某件东西越安全，我的停机时间就越长，工作效率就越低。但作为一名系统设计师，我发现这是完全错误的。就像任何工具一样，关键在于你如何使用它，以及它与控制系统和流程的整合程度。”

安全措施

一旦他们克服了心理障碍，制造商必须确定从哪里开始在机器上实施安全技术。为了揭开这一令人困惑的工作的神秘面纱，行业专家建议从由多个步骤组成的风险评估开始:识别危险，评估风险，将风险降低到可接受的水平，记录结果，并跟进以确保机器能够完成它应该做的事情。

“风险评估是至关重要的，”英国皇家汽车公司(at)负责安全与轻量化的副产品营销经理扎卡里•斯坦克(Zachary Stank)说凤凰联系美国。“为了保护它，你必须知道你在保护什么。”

此外，风险评估为流程增加了一些秩序。斯坦克说，如果没有它，“你就会盲目前进，你会错过一些东西，或者你会过度保护机器，花太多钱(在机器上)，然后在竞争中失去竞争力。”

这种风险缓解不仅仅是了解应用于机器的安全技术，也是解决应用和行业法规的一种方式。例如，如果要在食品工业中使用一台机器，就需要考虑卫生要求。

“不幸的是，食品安全与机器安全是矛盾的，”Urschel的Bocian说。“机器安全就是增加联锁，为细菌提供藏身的缝隙。这是两个相互竞争的安全问题。这是一种平衡。”

除此之外，还有许多安全标准和设备要求，即使是精明的机器制造商也会摸不着头脑。例如，在制造工厂中，作为包装机一部分的机器人必须遵守至少9项标准国际标准化组织(ISO),美国国家标准协会和美国消防协会(NFPA)(请参阅下面的“遵守许多安全标准”)。

要跟上这些不断发展的标准(每五年更新一次，以跟上技术变化和数据需求)可能是一个挑战。此外，尽管正在努力协调ANSI、ISO和国际电工委员会(IEC)在美国，在其他国家销售设备的OEM可能会遇到额外的法律要求。

“你必须考虑标准和法规之间的差异，”公司技术服务总监弗雷德·海斯解释道包装和加工技术协会。“在美国，没有规定告诉OEM如何制造机器。在欧洲，有不同的态度。他们有一个机械指令，告诉建筑商他们必须遵守什么才能符合法律。”

但是，即使一切都符合规定，仍然存在操作员错误的问题，这是不可控的。事实上，ANSI标准声明“没有绝对安全的东西，也就是说，完全没有风险。”因此，没有一种机器是绝对安全的，也就是说它完全没有任何可能的风险。”

当事情发生时，谁负责?“在美国，机器所有者从纯OSHA的角度对机器的安全负责，”凤凰接触公司的斯坦克说，他解释说，一旦制造商购买了机器，他们就有责任保证机器的安全。“但从民事角度来看，律师可以追究他们想追究的任何人。”这包括机器制造商。

但标准和法规只是其中的一部分，因为它们只是为合规提供了方向。第二个重要的工具是技术，罗克韦尔的舒斯特尔说。这包括安全可编程逻辑控制器(plc)、驱动器、伺服器和灯光屏幕等。“标准本身并不能造就一个安全的系统，”他说。“组件本身并不能构成一个安全的系统。它们需要放在一起考虑，并放在安全计划的背景下考虑。”

在制造Urschel机器之前，一个工程师团队会进行风险评估，以了解制造商将如何使用它，以及所需的安全措施。

综合努力

传统上，安全性与机器控制器是分开处理的，最基本的安全形式是硬连线安全继电器。但今天，随着更快、更可靠的网络和更强大的处理能力，技术供应商正在将安全直接集成到主PLC中。

高级PLC/HMI产品营销经理Robert Miller表示:“在过去，安全是通过单独的控制器来实现的三菱电机自动化。“现在，由于安全是机器制造的重要组成部分，它开始直接集成到控制器中。”

此外，有一个软件包来编程和故障排除使它更容易监控和维护系统。三菱的Melsec iQ-R控制器内置了安全装置，该公司的伺服系统、变频驱动器(vfd)和机器人也内置了安全装置。米勒说:“制造所有集成安全功能的产品都不需要复杂的编程、额外的布线和额外的安全要求。”

同样的,Beckhoff自动化的TwinSafe集成安全技术，包括I/O终端和软件，可以在EtherCAT网络上在同一帧内传输安全数据和非安全数据。与安全相关的应用程序配置了倍福的TwinCAT软件，通过总线系统传输到程序运行的TwinSAFE逻辑终端。当数据通过终端时，只有安全终端接收到安全数据。倍福美国公司I/O产品经理Sree Swarna Gutta说:“你不必有一个单独的安全网络。“你不必担心两个控制面板和控制器，也不必为安全和标准的plc通信数据。”

总体目标是让安全变得简单直观。例如，Banner的SC10安全控制器在一个紧凑、经济的设备中提供了安全控制器的智能，取代了两个安全继电器的功能。SC10使用基于图标的拖放用户界面，允许用户在实现之前快速模拟配置并确保功能。Klesk说:“该软件还自动生成快速调试的接线图。”“配置可以保存到存储卡中，以便在多台机器上快速复制，而不需要PC。”

Banner Engineering的SC10安全控制器将两个继电器的功能与安全控制器的智能相结合，为小型机器提供直观、经济的解决方案。

设计安全

在其机器上，Urschel使用IDEM安全开关，罗克韦尔的Allen-Bradley保护锁定开关，以及来自中国的非接触开关和安全继电器倍加福,同上的,而且Pilz。

在设计机器时，Bocian应用ISO 13849标准，该标准为电路和控制系统的安全相关部件的设计和集成提供了原则指导。他在设计安全过程中的下一步是研究满足3类性能水平D的标准。

安全类别从1到4，其中4代表安全功能所达到的最高安全级别。类别是关于架构或组件如何组合在一起以实现安全功能的。另一方面，性能水平(PL)是一个技术中立的概念，可用于电气、机械、气动和液压安全。PL被用来衡量构成安全功能的部件的可靠性，分为a到E五个级别，E给出了最好的可靠性，使其处于最高风险级别。

PMMI的海耶斯指出:“围绕这些指定存在很多困惑。“许多原始设备制造商和最终用户花费时间和金钱来设计一种控制系统解决方案，其性能达到第3类d级。但我想说的是，要超越钢丝的末端，因为在这之后，控制系统将控制轴上的制动器，这永远不会比第2类更好。”

海斯说，关键在于细节，这要求机器制造商使用风险评估流程——甚至在报价之前。“首先，OEM必须了解客户想要什么，以及机器将如何使用，以便找出危险并定义安全功能。”

Bocian说，Urschel总是在建造之前进行风险评估。工程小组将分析安全方面的问题，在第一个原型建造完成后，他们将组建一个团队对系统进行测试，并使用设计安全软件进行正式的风险评估设计安全工程，这是一家帮助原始设备制造商提高设备安全性的软件和工程服务公司。

Designsafe是一种工具，通过识别危险，然后评估和降低风险，引导用户完成整个过程。它可以识别用户是谁，并提供内置的检查列表。在这一步之后，软件会查看操作员的任务，然后查看与机械、电气、人体工程学、材料处理、环境等特定任务相关的危险。当构建人员完成任务列表时，他们可以评估每个危险的严重程度以及如何降低风险。

设计安全工程公司总裁布鲁斯·梅因说:“软件不会告诉你该思考什么，但它会帮助你思考什么。”

评估形势

一旦机器建成，安全评估就不应该停止。这就是罗克韦尔自动化为终端用户和机器制造商提供安全成熟度指数(SMI)的原因。这种自我引导的在线评估工具衡量与文化(行为)、合规性(程序)和资本(当代技术投资)相关的绩效。这些测量可以帮助最大限度地降低成本，提高法律合规性、操作员安全性和客户价值——不仅可以优化机器设计，还可以帮助机器在竞争中脱颖而出，特别是在安全和通过工业物联网(IIoT)连接的企业方面。

罗克韦尔自动化公司的舒斯特说:“客户在过去几十年里所做的网络投资，例如工业以太网，为数据流提供了一条管道。”“现在你可以访问数据，并有分析工具来理解它。”

例如，工厂的操作员可能发现了一种更好的方法来执行一项从未预料到的任务，这可以提高生产率。或者，工厂车间安全系统的误用可能是合规性问题。从机器上收集信息可以更广泛地评估与安全功能有关的情况。例如，得知一扇门每班被访问40次，而它的设计每班只允许访问4次，这可能表明有人正在使用那扇门做他们不应该做的事情。这可能代表一个遵从性问题，或者是持续改进的机会。

此外，虽然与工业物联网和工业4.0相关的连接和分析可能会改变现有的安全流程，但最终，它们提供的诊断将创造一个更安全的环境。

舒斯特说:“安全正在成为一个完美的应用空间，互联企业或工业4.0可以为人们带来真正的价值。”