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 н роботизированного технологического оборудования с развитием масштабов аварии и распространением ее негативных воздействий на окрестное население и окружающую природную среду.

Вообще, 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. Другими 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, особенно связанных с опасными и вредными условиями труда.

Роботизированные производства основаны на широком использовании в их составе так называемых роботов (от чешек, robota — барщина, подневольный труд), зачастую имеющих антропоморфный (человекоподобный) вид исполнительных органов и выполняющих двигательные производственные функции человека. Распространенные на современных конвейерных линиях промышленные роботы-манипуляторы выполняют подавляющую часть сборочных операций, особенно с использованием точечной автоматической сварки, при производстве автомобилей.

Кроме использования роботов в условиях промышленного конвейерного производства, еще одной областью применения роботов являются сверхэкстремальные условия производственной 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».

По своей специфике автоматизированные и роботизированные производства изначально призваны в максимальной степени обеспечить безопасность трудовой деятельности человека, создать ему наиболее комфортные и высокопроизводительные условия рабочей среды обитания. Поэтому, учитывая высокую

степень автоматизации самих производственных процессов на таких предприятиях, 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 разработаны и внедрены в роботизированные производства специальные ограждающие устройства, поднятые вверх в выключенном состоянии промышленных роботов и опускающиеся вниз перед началом их активизации, если только в рабочей зоне не зафиксировано присутствие человека.

Вообще, довольно распространенным приемом обеспечения безопасности людей на автоматизированном или роботизированном производстве является автоматическое отключение технологического оборудования и промышленных роботов- манипуляторов, если в зоне их действия оказывается человек. Система специальных датчиков обеспечивает блокировку энергопитания указанного производственного оборудования при нахождении человека в опасной зоне действия автоматов или программных роботов-манипуляторов. Помимо высокой динамики движений и большой рабочей зоны охвата исполнительных органов масса таких промышленных роботов может достигать сотен килограммов, что делает их при выполнении заданных технологических операций весьма опасными. Еще один источник опасности для человека со стороны мощных электрогидрав- лнческих промышленных роботов заключается в высоком давлении гидроприводов их исполнительных органов, достигающем 100 МПа и выше.

Безопасность самого автоматизированного и роботизированного производства базируется прежде всего на скрупулезном анализе надежности всех компонентов такого производства и всего производственного комплекса в целом. Для этого можно воспользоваться вероятностными характеристиками, представленными в 5.1, с определенными поправками, вытекающими из самой специфики использования автоматических и робототехнических средств.

Рассмотрим роботизированный комплекс, включающий в себя основное технологическое оборудование с вероятностью безотказной работы Ят(/т) и действующее совместно с ним робототехническое устройство с вероятностью безотказной работы Pp(fp). Надежность совместной работы указанных компонентов,

по сути дела, определяет и общую надежность роботизированного комплекса

где— общее время действия роботизированного комплекса, включающее в себя кактак и

Учитывая определенные требования по надежности, предъявляемые к используемому технологическому оборудованию и всему роботизированному комплексу в целом, а также используя известный экспоненциальный закон распределения вероятности безотказного состояния робототехнического устройства, можно определить условие надежной работы последнего, накладываемое на суммарную величину интенсивности его отказов

(5.10)

Использование функциональных возможностей робототехнического устройства, находящегося в составе роботизированного комплекса, для восстановления работоспособности основного технологического оборудования создает предпосылки для существенного повышения надежности всего комплекса в целом

Задаваясь определенным уровнем надежности всего роботизированного комплекса в целом и восстанавливаемого основного технологического оборудования, несложно найти уровень надежности, которому должно соответствовать используемое робототехническое устройство:

(5.П)

Учет представленных условий (5,10) и (5.11) обеспечивает образование взаимосвязанной системы вероятностных характеристик всех компонентов технологической системы, обеспечивающих оптимальную эффективность всего роботизированно

го комплекса и, как следствие, максимальную его безопасность с точки зрения надежности функционирования.

Все представленные выше математические зависимости носят универсальный характер и с успехом могут быть использованы для оценки и оптимизации надежности любых автоматизированных и роботизированных производств самого разнообразного функционального назначения.

К дополнительным мерам обеспечения безопасности функционирования роботизированных производств можно отнести следующие конструктивные, функциональные и организационные решения: наличие достаточно большого числа основных и дополнительных степеней подвижности исполнительных органов робототехнических средств, обеспечивающих их гибкость и высокую функциональную универсальность, но не приводящих к возникновению кинематической избыточности и снижению эксплуатационной надежности; модульный принцип конструктивной компоновки исполнительных органов робототехнических средств с размещением приводов непосредственно в узлах степеней подвижности, который обеспечивает возможность их ремонта с частичной заменой вышедших из строя элементов и блоков непосредственно в производственных условиях; выбор динамических и точностных свойств систем управления робототехнических средств, обеспечивающих максимальную эффективность и безопасность их функционирования; наличие развитого информационного обеспечения исполнительных органов робототехиических средств с помощью установленных на них различного рода тактильных, телевизионных, локационных и силомоментных датчиков, которое достаточно для эффективного операторного и автоматического режимов управления, достижения максимальной безопасности функционирования роботизированного производства; обеспечение минимально возможных значений энергопотребления электрооборудования и давления гидрооборудования приводов исполнительных органов робототехнических средств в составе роботизированного производства; обеспечение автоматической надежной фиксации исполнительных органов робототехиических средств с намеренно выключенными или случайно обесточенными приводами в произвольном их положении; яркая цветовая маркировка исполнительных органов робототехнических средств и мигающая световая сигнализация расположенных на них предупреждающих индикаторов, особенно на высокодин ам ич ных кинематических звеньях; продуманная система автоматически действующих ограждений и блокировок для защиты обслуживающего персонала; средства программного обеспечения робототехнических средств и всего роботизированного производства, направленные на максимальную безопасность их функционирования.

Все перечисленные выше меры прямо или косвенно должны в своей совокупности создать для человека безопасную среду обитания на самом роботизированном производстве и не представлять со стороны последнего никакой опасности для окружающей антропогенной и природной среды.

© Контрольные вопросы Каковы основные аспекты безопасности функционирования автоматизированных и роботизированных производств? В чем заключаются особенности автоматизированного производства? Чем характеризуется роботизированное производство? Как действует система автоматической защиты (ограждений, блокировок) для обеспечения безопасности обслуживающего персонала на роботозированном производстве? Каковы особенности совместного функционирования основного технологического оборудования и робототехнического устройства в составе единого роботизированного комплекса? Что можно предпринять для повышения надежности и безопасности роботизированного производства? В чем заключается комплекс конструктивных, функциональных и организационных мер по обеспечению максимальной безопасности функционирования роботизированного производства?