Sicherheit integrierter Produktionssysteme

Die Norm ISO 11161 ist ein grundlegendes Dokument zur Gewährleistung der Sicherheit in integrierten Fertigungssystemen. Ihr Ziel ist es, sicherzustellen, dass komplexe Produktionssysteme, die aus mehreren zusammenwirkenden Maschinen bestehen, sowohl für Bedienpersonen als auch für das Umfeld sicher konstruiert und betrieben werden. Im Folgenden werden die wichtigsten Aspekte dieser Norm dargestellt, die für Maschinenkonstrukteure und Integratoren der Industrieautomation von zentraler Bedeutung sind.

Ganzheitlicher Sicherheitsansatz

Die Norm ISO 11161 betont, dass ein integriertes Fertigungssystem als Gesamtsystem und nicht als Sammlung einzelner Elemente zu betrachten ist. Die Risikobeurteilung sowie die Umsetzung von Schutzmaßnahmen müssen das gesamte System umfassen und die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Maschinen berücksichtigen. Dieser Ansatz gewährleistet einen umfassenden Schutz und minimiert Risiken, die aus unvorhergesehenen Interaktionen zwischen verschiedenen Systemkomponenten entstehen. Bei integrierten Fertigungssystemen kann das Risiko nicht nur aus dem Betrieb einzelner Maschinen resultieren, sondern auch aus deren gegenseitiger Beeinflussung. Deshalb muss die Risikobeurteilung auf Ebene des gesamten Systems und nicht nur seiner einzelnen Komponenten durchgeführt werden.

Sicherheit integrierter Fertigungssysteme: Festlegung der Systemgrenzen

Die Festlegung der Grenzen und Funktionen des Fertigungssystems ist entscheidend für eine korrekte Risikobeurteilung und die Gewährleistung der Sicherheit. Die Systemgrenzen umfassen physische und betriebliche Begrenzungen sowie die Schnittstellen zwischen den Maschinen. Diese Spezifikation ermöglicht ein genaues Verständnis dafür, welche Systemelemente im Prozess der Risikobeurteilung berücksichtigt werden müssen. Die Funktionsdokumentation sollte detaillierte Beschreibungen aller Maschinen und Einrichtungen enthalten, die zum System gehören, ihrer Schnittstellen sowie der Betriebs- und Instandhaltungsverfahren. Ein solcher Ansatz stellt sicher, dass alle Sicherheitsaspekte bereits in der Phase der Systemauslegung berücksichtigt werden.

Die Risikobeurteilung muss alle Maschinen und Einrichtungen umfassen, die Teil des integrierten Fertigungssystems sind, einschließlich der Wechselwirkungen zwischen ihnen.

Identifizierung und Kennzeichnung von Arbeitsbereichen

Die Festlegung von Arbeitsbereichen, in denen Bedienpersonen ihre Aufgaben sicher ausführen können, ist ein zentrales Element der Norm. Diese Bereiche müssen eindeutig gekennzeichnet und mit geeigneten Schutzmaßnahmen ausgestattet sein, etwa mit Maschinenschutzeinrichtungen, Anwesenheitserkennungssystemen und Verriegelungen. Die Festlegung von Arbeitsbereichen ermöglicht ein wirksames Risikomanagement, da Bedienpersonen ihre Aufgaben sicher ausführen können, ohne Gefährdungen durch den Maschinenbetrieb ausgesetzt zu sein.

Verschiedene Betriebsarten

Die Norm verlangt die Bereitstellung verschiedener Betriebsarten, etwa Automatik-, Hand- oder Servicebetrieb, die eine sichere Ausführung unterschiedlicher Aufgaben im Fertigungssystem ermöglichen. Jede Betriebsart muss entsprechend ausgelegt und mit Schutzmaßnahmen versehen sein, um die Sicherheit der Bedienpersonen zu gewährleisten. Betriebsarten sind besonders in komplexen Fertigungssystemen wichtig, in denen je nach auszuführender Aufgabe zwischen unterschiedlichen Betriebsweisen umgeschaltet werden muss.

Sicherheit integrierter Fertigungssysteme: Umfassende Dokumentation

Die Bereitstellung einer detaillierten technischen Dokumentation ist unerlässlich, damit die Nutzer des Systems das integrierte Fertigungssystem sicher und effizient bedienen, instand halten und reparieren können. Die Dokumentation sollte Informationen zu allen Aspekten des Systems enthalten, darunter Sicherheitsverfahren, Betriebsanleitungen, Instandhaltungspläne und Beschreibungen der Schnittstellen zwischen den Maschinen. Eine umfassende Dokumentation stellt sicher, dass sich alle am Betrieb des Systems beteiligten Personen der potenziellen Gefährdungen bewusst sind und wissen, wie sie ihre Aufgaben sicher ausführen. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil des Risikomanagements und der Sicherstellung der Konformität mit den Sicherheitsnormen.

Sicherheit integrierter Fertigungssysteme: Validierung von Schutzmaßnahmen

Vor der Inbetriebnahme des Systems müssen alle Schutzmaßnahmen überprüft und in ihrer Wirksamkeit bestätigt werden, um das Risiko auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Diese Validierung sollte Funktionsprüfungen, Prüfungen der Dokumentation sowie Audits zur Konformität mit harmonisierten Normen umfassen. Die Validierung von Schutzmaßnahmen ist von entscheidender Bedeutung, da sie sicherstellt, dass alle Schutzeinrichtungen wie vorgesehen funktionieren und die Bedienpersonen wirksam vor Gefährdungen schützen. Sie ist erforderlich, um die CE-Kennzeichnung zu erhalten und die Konformität mit den rechtlichen Anforderungen zu bestätigen.

Schutzmaßnahmen auf Systemebene

Schutzmaßnahmen müssen nicht nur auf Ebene einzelner Maschinen umgesetzt werden, sondern auch auf Ebene des gesamten Produktionssystems, um eine umfassende Maschinensicherheit zu gewährleisten. Die Schutzeinrichtungen müssen die Schnittstellen zwischen den Maschinen einschließen und auch bei einem Systemausfall Schutz bieten. Schutzmaßnahmen auf Systemebene umfassen unter anderem Not-Halt-Systeme, die Erkennung der Anwesenheit von Bedienpersonen sowie Systeme zur Überwachung des Maschinenzustands. Alle diese Elemente müssen so integriert sein, dass ihre wirksame Funktion im gesamten System sichergestellt ist.

Die technische Dokumentation von Maschinen sollte detaillierte Beschreibungen der Betriebs- und Wartungsverfahren sowie der Schnittstellen zwischen den Maschinen enthalten, um die vollständige Konformität mit den Anforderungen der Norm sicherzustellen.

Sicherheit integrierter Produktionssysteme: Muting und Blanking

Muting ist die vorübergehende automatische Aussetzung der Wirkung von Sicherheitssystemen, etwa von Anwesenheitssensoren oder Lichtschranken, damit Materialien die Schutzzone passieren können, ohne Alarme auszulösen oder die Maschine anzuhalten. Dies ist besonders in automatisierten Produktionslinien nützlich, in denen ein regelmäßiges Unterbrechen des Maschinenbetriebs ineffizient wäre.

Wesentliche Merkmale des Mutings:

• Vorübergehender Charakter: Muting ist immer zeitlich begrenzt und dient dazu, die Durchfahrt von Materialien durch die Schutzzone unter festgelegten, kontrollierten Bedingungen zu ermöglichen.
• Automatisierung: Der Muting-Prozess wird automatisch durch das Steuerungssystem kontrolliert, das Bedingungen wie Bewegungsgeschwindigkeit und Anwesenheit von Objekten überwacht, um sicherzustellen, dass Muting nur dann angewendet wird, wenn dies sicher ist.
• Sicherheit: Muting wird so umgesetzt, dass das Risiko für Bedienpersonen minimiert wird. So kann Muting beispielsweise nur dann angewendet werden, wenn sich keine Bedienperson im Gefahrenbereich befindet, und Systeme zur Anwesenheitserkennung müssen aktiv sein, um ein unbeabsichtigtes Betreten des Gefahrenbereichs zu verhindern.

Beispiel für den Einsatz von Muting: Stellen wir uns eine Produktionslinie vor, in der ein Förderband Rohmaterialien durch verschiedene Produktionsstufen transportiert. Um einen kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen, kann das System die Wirkung einer Lichtschranke vorübergehend aussetzen, wenn das Förderband Material durch die Schutzzone transportiert. Nach der Durchfahrt des Materials kehrt die Lichtschranke automatisch in den aktiven Modus zurück und schützt die Bedienpersonen vor dem Betreten des Gefahrenbereichs.

Blanking ist das Abschalten eines Teils des Anwesenheitserkennungssystems (z. B. von Sensoren oder Lichtvorhängen) in bestimmten Bereichen, um den normalen Maschinenbetrieb ohne Unterbrechungen zu ermöglichen. Blanking ist besonders in Situationen nützlich, in denen bestimmte Maschinenelemente oder transportierte Materialien den Erfassungsbereich passieren können, ohne eine Gefahr für die Bedienpersonen darzustellen.

Wesentliche Merkmale des Blankings:

• Selektivität: Beim Blanking werden nur bestimmte Sensoren oder Teile davon abgeschaltet, sodass die Schutzfunktionen in anderen Bereichen erhalten bleiben.
• Kontrolle: Der Blanking-Prozess wird durch das Steuerungssystem streng kontrolliert und überwacht, das sicherstellt, dass die abgeschalteten Bereiche keine Gefahr darstellen.
• Anpassungsfähigkeit: Blanking kann an unterschiedliche Produktionssituationen angepasst werden und ermöglicht so ein flexibles Sicherheitsmanagement.

• Wesentliche Merkmale des Blankings:
• Selektivität: Blanking besteht darin, nur bestimmte Sensoren oder Teile davon abzuschalten, sodass die Schutzfunktionen in anderen Bereichen erhalten bleiben.
• Kontrolle: Der Blanking-Prozess wird durch das Steuerungssystem streng kontrolliert und überwacht, das sicherstellt, dass die abgeschalteten Bereiche keine Gefahr darstellen.
• Anpassungsfähigkeit: Blanking kann an unterschiedliche Produktionssituationen angepasst werden und ermöglicht so ein flexibles Sicherheitsmanagement unter wechselnden Betriebsbedingungen. In der Industrieautomation ist diese Anpassungsfähigkeit von zentraler Bedeutung, da sie eine dynamische Anpassung der Schutzsysteme an veränderte Produktionsszenarien ermöglicht.

Die Norm ISO 11161 hebt die wesentlichen Aspekte zur Gewährleistung der Sicherheit in integrierten Fertigungssystemen hervor. Ein ganzheitlicher Ansatz bei der Risikobeurteilung, die Festlegung der Systemgrenzen, die Definition von Arbeitsbereichen, unterschiedliche Betriebsarten, eine umfassende Dokumentation, die Validierung von Schutzmaßnahmen, Schutzkonzepte auf Systemebene sowie fortgeschrittene Mechanismen wie Muting und Blanking sind grundlegende Elemente eines wirksamen Sicherheitsmanagements.

Maschinenkonstrukteure und Integratoren der Industrieautomation müssen diese Vorgaben berücksichtigen, um einen sicheren und effizienten Betrieb komplexer Fertigungssysteme nach höchsten Sicherheitsstandards und im Einklang mit den rechtlichen Anforderungen sicherzustellen. Die Einhaltung der Anforderungen der Norm ISO 11161 erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern optimiert auch die Produktionsprozesse, indem sie das Risiko von Stillständen und Ausfällen verringert. Das führt zu einer höheren Fertigungsqualität und größerer Kundenzufriedenheit.

Im Kontext der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG sowie der Maschinenverordnung 2023/1230 ist die Umsetzung der Norm ISO 11161 ein wesentlicher Baustein, um die Rechtskonformität sicherzustellen und die CE-Kennzeichnung von Maschinen zu erlangen. Ergänzend sind die Anforderungen der Verordnung (EU) 2023/1230 über Maschinen für Hersteller, Integratoren und Betreiber relevant. Dadurch können Fertigungssysteme auf dem europäischen Markt sicher betrieben werden und alle Anforderungen an Sicherheit und Gesundheit erfüllen.

Industrieautomation ist ein zentrales Element moderner Produktionslinien und ermöglicht eine höhere Effizienz und Betriebssicherheit. Maschinenverbünde, die über fortschrittliche Steuerungssysteme wie SCADA und PLC-Programmierung integriert sind, erlauben eine präzise Überwachung und Steuerung von Produktionsprozessen.

Die Integration der Automatisierung von Produktionsprozessen und fortschrittlicher Technologien wie Industrierobotern sowie SCADA- und PLC-Systemen erfordert ein sorgfältiges Projektmanagement und regelmäßige Sicherheitsaudits. Für Hersteller sind dabei auch neue Anforderungen für Maschinenhersteller relevant. Das Outsourcing von Ingenieuren und die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Konstruktionsbüro können die Effizienz und Sicherheit von Projekten zur Produktionsautomatisierung deutlich steigern.

Letztlich trägt der Einsatz geeigneter Schutzmaßnahmen sowie die systematische Überwachung und Kontrolle des Zustands von Fertigungssystemen gemäß den Vorgaben der Norm ISO 11161 dazu bei, sichere und zuverlässige Produktionslinien zu schaffen, die höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen. Dazu gehören auch eine saubere EU-Konformitätserklärung, die Wahl geeigneter Konformitätsbewertungsmodule, Anforderungen beim Inverkehrbringen von Maschinen sowie – je nach Aufbau des Systems – die EU-Einbauerklärung für unvollständige Maschinen. Bei bestimmten Projekten können zudem die EU-Baumusterprüfung 2023/1230, die Rolle einer benannten Stelle für die CE-Kennzeichnung oder – bei Umbauten und Standortwechseln – die Verlagerung einer Produktionslinie und CE-Kennzeichnung relevant werden.