Los fabricantes de equipos originales y los usuarios de éstos deben comprender que la seguridad de las máquinas abarca muchos aspectos, incluidos estándares, regulaciones, requisitos funcionales, tecnología e incluso circunstancias imprevistas.
El controlador de seguridad SC10 de Banner Engineering combina la funcionalidad de dos relés con la inteligencia de un controlador de seguridad para una solución intuitiva y rentable para máquinas más pequeñas.
La última vez que Ron Bocian visitó las instalaciones de un fabricante para investigar un incidente de seguridad relacionado con una máquina cortadora Urschel, descubrió que alguien había conectado incorrectamente la máquina de manera que no proporcionaba el nivel de protección requerido. Ciertamente no era la primera vez que algo así había sucedido.
Bocian, el ingeniero eléctrico y gerente de riesgos de Urschel Laboratories, un fabricante original de maquinaria de corte de alimentos con sede en Chesterton, Indiana, sabía que podía diseñar una máquina que fuese lo más segura posible, pero siempre existe el temor a lo desconocido. Es lo que Bocian llama un mal uso razonablemente previsible. "¿Qué lleva a un operador a lesionarse que podría haberse prevenido?", pregunta.
Urschel ha estado haciendo rebanadoras y cortadoras desde la década de 1950, por lo que la compañía tiene una comprensión profunda de cómo los operadores usarán el producto y, por lo tanto, de cómo protegerlos. Pero a medida que los usuarios finales solicitan una mayor flexibilidad de la máquina para hacerle frente a las cambiantes demandas de los consumidores, y a medida que las iniciativas de la Industria 4.0 conectan más equipos, robots y dispositivos, creando así más piezas móviles en el piso de fabricación, existen nuevos riesgos de seguridad inesperados.
Antes de construir una máquina Urschel, un equipo de ingenieros realiza una evaluación de riesgos para comprender cómo será utilizada por el fabricante y las medidas de seguridad requeridas.
"Cuando alguien reinventa la rueda, no sabes qué esperar y cómo la gente usará mal el producto", dice Bocian.
Hacer que una máquina sea segura es una prioridad tanto para los fabricantes de equipos originales como para los usuarios de éstos, ya que desean proteger a los empleados y deben cumplir con las normas de seguridad de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA). Pero las medidas de seguridad no siempre se han ejecutado bien porque la seguridad no siempre es fácil.
"La seguridad puede ser intimidante porque la tecnología puede ser complicada y difícil de poner en servicio, operar y solucionar problemas", dice John Klesk, gerente senior de marketing técnico de seguridad en Banner Engineering.
Y los problemas técnicos no son la única causa de problemas de seguridad, por supuesto. Las personas involucradas en el proceso a menudo contribuyen también.
"Muchos fabricantes de máquinas están luchando con el obstáculo mental que es [la suposición] de que la seguridad aplicada a un proceso de fabricación tiene el resultado de reducir la eficiencia o la productividad del proceso", dice George Schuster, experto con certificación TÜV funcional en seguridad e ingeniero de seguridad funcional certificado para Rockwell Automation. “Eso es algo que creo que está arraigado en la fabricación. Es mi experiencia en fabricación. [Creía] que cuanta más seguridad [se pusiera] en algo, más tiempo de inactividad y menos productividad tendría. Pero aprendí como diseñador de sistemas que esto es absolutamente falso. Como cualquier herramienta, es la forma en que la usa y qué tan bien está integrada en el sistema de control y en los procesos que marcan la diferencia".
Pasos de seguridad
Una vez que hayan superado ese obstáculo mental, los fabricantes deben identificar dónde comenzar a implementar la tecnología de seguridad en las máquinas. En un esfuerzo por desmitificar lo que puede ser un esfuerzo confuso, los expertos de la industria recomiendan comenzar con una evaluación de riesgos compuesta de múltiples pasos: identificar peligros, evaluar el riesgo, reducir el riesgo a un nivel aceptable, documentar los resultados y hacer un seguimiento para garantizar que la máquina hace lo que se supone que debe hacer.
"La evaluación de riesgos es primordial", dice Zachary Stank, gerente de marketing de productos asociado, seguridad y luz, en Phoenix Contact USA. "Tienes que saber lo que estás protegiendo para protegerlo".
Además, una evaluación de riesgos agrega cierto orden al proceso. Sin eso, dice Stank, "te quedarás ciego y perderás algo o sobreprotegerás la máquina, gastarás demasiado [en eso] y te saldrás de la competencia".
Esta mitigación de riesgos no es solo un ejercicio para comprender qué tecnología de seguridad aplicar a la máquina, sino también una forma de abordar la aplicación y las regulaciones de la industria. Por ejemplo, si se va a utilizar una máquina en la industria alimentaria, hay que tener en cuenta los requisitos de higiene.
"Desafortunadamente, la seguridad alimentaria es contradictoria con la seguridad de las máquinas", dice Bocian de Urschel. “La seguridad de la máquina consiste en agregar enclavamientos que están creando grietas para albergar bacterias. Son dos problemas de seguridad competitivos. Es un acto de equilibrio ".
Además de eso, existen muchos estándares de seguridad y requisitos de equipo que pueden hacer que incluso los fabricantes de máquinas inteligentes se rasquen la cabeza. Por ejemplo, un robot integrado como parte de una máquina de empaque utilizada en una instalación de fabricación tendrá que seguir al menos nueve normas de la Organización Internacional de Normalización (ISO), el Instituto Nacional de Normas Americanas (ANSI) y la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA).
Mantenerse al día con estos estándares en constante evolución, que se actualizan cada cinco años para mantenerse al día con los cambios tecnológicos y los requisitos de datos, puede ser un desafío. Además, a pesar de los esfuerzos de armonización en curso para alinear ANSI, ISO y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), un fabricante que vende equipos en otros países podría encontrar requisitos legales adicionales.
"Hay que tener en cuenta la diferencia entre normas y reglamentos", explica Fred Hayes, director de servicios técnicos de PMMI, la Asociación para las Tecnologías de Envasado y Procesamiento. “En los Estados Unidos, no existe una regulación que le diga a un fabricante cómo construir una máquina. En Europa, hay una actitud diferente. Tienen una directiva de maquinaria que les dice a los constructores qué deben cumplir para cumplir con la ley ”.
Pero incluso cuando todo se hace de conformidad, todavía existe el problema del error del operador, que es incontrolable. De hecho, un estándar ANSI establece que "no existe tal cosa como ser absolutamente seguro, es decir, una ausencia total de riesgo". Por lo tanto, no hay maquinaria que sea absolutamente segura en el sentido de estar completamente desprovista de todos los riesgos concebibles ".
Y cuando pasa algo, ¿quién es responsable? "En Estados Unidos, el propietario de la máquina es responsable de la seguridad de la máquina desde un punto de vista de OSHA puro", dice Stank de Phoenix Contact, explicando que, una vez que un fabricante compra la máquina, son responsables de mantenerla a salvo. "Pero desde un punto de vista civil, los abogados pueden ir tras quien quieran". Eso incluye al fabricante de máquinas.
Pero los estándares y las regulaciones son solo una pieza del rompecabezas, ya que solo brindan instrucciones para el cumplimiento. La segunda herramienta importante es la tecnología, dice Schuster de Rockwell. Esto incluye cosas como controladores lógicos programables de seguridad (PLC), unidades, servos y pantallas de luz. "Las normas por sí solas no hacen un sistema seguro", dice. "Los componentes por sí mismos no hacen un sistema seguro. Deben considerarse juntos y en el contexto del plan de seguridad”.
Un esfuerzo integrado
Tradicionalmente, la seguridad se ha tratado por separado del controlador de la máquina, la forma más básica de seguridad son los relés de seguridad cableados. Pero hoy, con redes más rápidas y confiables y más potencia de procesamiento, los proveedores de tecnología están integrando la seguridad directamente en el PLC principal.
"En el pasado, la seguridad se hacía con controladores separados", dice Robert Miller, gerente senior de marketing de productos PLC / HMI en Mitsubishi Electric Automation. "Ahora, dado que la seguridad forma parte de la construcción de máquinas, está comenzando a integrarse directamente en el controlador".
Además, tener un paquete de software para programar y solucionar problemas hace que sea más fácil monitorear y mantener el sistema. El controlador Melsec iQ-R de Mitsubishi tiene seguridad incorporada, al igual que los servos, los variadores de frecuencia (VFD) y los robots de la compañía. "Construir todos los productos para integrar la seguridad elimina la compleja programación, el cableado adicional y los requisitos adicionales que la seguridad en el pasado necesitaba", dice Miller.
De manera similar, la tecnología de seguridad integrada TwinSafe de Beckhoff Automation, que incluye terminales de E / S y software, puede transferir datos seguros y no seguros en el mismo marco en la red EtherCAT. La aplicación relevante para la seguridad está configurada con el software TwinCAT de Beckhoff para transmitirse a través del sistema de bus a un terminal lógico TwinSAFE donde se ejecuta el programa. Cuando los datos pasan a través de los terminales, solo los terminales de seguridad recogen los datos de seguridad. "No es necesario tener una red de seguridad separada", dice Sree Swarna Gutta, gerente de productos de E / S de Beckhoff USA. "Y no tiene que preocuparse por dos paneles de control y controladores e intentar comunicar datos para PLC seguros y estándar".
El objetivo general es hacer que la seguridad sea fácil e intuitiva. Por ejemplo, el controlador de seguridad SC10 de Banner proporciona la inteligencia de un controlador de seguridad en un dispositivo compacto y rentable que reemplaza la funcionalidad de dos relés de seguridad. El SC10 utiliza una interfaz de usuario basada en iconos de arrastrar y soltar que permite a los usuarios simular rápidamente configuraciones y garantizar la funcionalidad antes de la implementación. "El software también genera automáticamente diagramas de cableado para una rápida puesta en marcha", dice Klesk. "Las configuraciones se pueden guardar en una tarjeta de memoria para una replicación rápida en varias máquinas sin necesidad de una PC".
Seguridad por diseño
En sus máquinas, Urschel utiliza interruptores de seguridad IDEM, interruptores de bloqueo de protección Allen-Bradley de Rockwell e interruptores sin contacto y relés de seguridad de Pepperl + Fuchs, IDEM y Pilz.
Al diseñar una máquina, Bocian aplica el estándar ISO 13849 que proporciona orientación sobre los principios para el diseño e integración de piezas relacionadas con la seguridad en lo que respecta a los circuitos y al sistema de control. Su próximo paso en el proceso de seguridad por diseño es investigar estándares que cumplan con la categoría 3, y desempeño de nivel D.
Las categorías de seguridad varían de 1 a 4, donde cuatro representa el nivel más alto de seguridad alcanzado por la función. Las categorías son sobre arquitectura o cómo se juntan los componentes para una función de seguridad. El nivel de rendimiento (PL), por otro lado, es un concepto de tecnología neutral que puede usarse para seguridad eléctrica, mecánica, neumática e hidráulica. PL se usa como una medida de la confiabilidad de los componentes que conforman una función de seguridad y se divide en cinco niveles, de A a E, con E dando la mejor confiabilidad, lo que hace que sea necesario con el más alto nivel de riesgo.
"Existe mucha confusión en torno a estas designaciones", señala Hayes de PMMI. “Muchos fabricantes de maquinaria original y usuarios finales gastan tiempo y dinero para encontrar una solución de sistema de control que funcione en la categoría 3, nivel D. Pero luego, digo, observe más allá del final del cable, porque más allá de eso, el sistema de control controlará un freno en un eje, que nunca será mejor que la categoría 2 ".
El diablo está en los detalles, dice Hayes, y eso requiere que un fabricante de máquinas utilice un proceso de evaluación de riesgos, incluso antes de cotizar un trabajo. "Primero, un fabricante de equipos originales debe comprender lo que quiere un cliente y cómo se utilizará la máquina para determinar los peligros y definir las funciones de seguridad".
Urschel siempre realiza una evaluación de riesgos antes de construir, dice Bocian. El grupo de ingeniería analizará los aspectos de salvaguarda y, después de que se construya el primer prototipo, reunirá a un equipo para probar el sistema y pasará por una evaluación formal de riesgos utilizando un software seguro de Design Safety Engineering, una compañía de servicios de ingeniería y software que ayuda a los OEM a mejorar la seguridad de sus equipos.
Designsafe es una herramienta que guía al usuario a través del proceso identificando peligros y luego evaluando y reduciendo el riesgo. Identifica quiénes son los usuarios y presenta listas de verificación integradas. Después de ese paso, el software analiza las tareas del operador y luego los riesgos asociados con tareas específicas, desde mecánica, eléctrica hasta ergonomía, manejo de materiales, medioambiental y más. A medida que los constructores trabajan en la lista de tareas, pueden evaluar la gravedad de cada peligro y cómo reducir el riesgo.
"El software no le dice qué pensar, pero le ayuda en qué pensar", dice Bruce Main, presidente de Ingeniería de Seguridad de Diseño.
Evaluar la situación
La evaluación de seguridad no debe detenerse una vez que la máquina está construida. Es por eso que Rockwell Automation ofrece un Índice de Madurez de Seguridad (SMI, por su sigla en inglés) para usuarios finales y fabricantes de máquinas. Esta herramienta de evaluación en línea autoguiada mide el rendimiento en relación con la cultura (comportamiento), el cumplimiento (procedimiento) y el capital (inversión en tecnología contemporánea). Estas mediciones pueden ayudar a minimizar los costos, así como a mejorar el cumplimiento legal, la seguridad del operador y el valor para el cliente, lo que no solo optimiza el diseño de la máquina, sino que también puede ayudar a diferenciar las máquinas de la competencia, especialmente con respecto a la seguridad y la empresa conectada a través de Internet Industrial de las Cosas (IIoT).
"La inversión en redes que los clientes han realizado en las últimas dos décadas (Ethernet industrial, por ejemplo) proporciona una tubería para el flujo de datos", dice Schuster de Rockwell Automation. "Ahora puede tener acceso a los datos y tener herramientas analíticas para darle sentido".
Por ejemplo, un operario en la planta podría haber encontrado una mejor manera de realizar una tarea que nunca se anticipó y que podría mejorar la productividad. Alternativamente, el mal uso de un sistema de seguridad en el piso de la planta podría ser un problema de cumplimiento. Recopilar información de las máquinas permite una evaluación más amplia de la situación en relación con las funciones de seguridad. Aprender que se accede a una puerta 40 veces por turno cuando solo se diseñó para acceder cuatro veces por turno, por ejemplo, podría indicar que alguien está usando esa puerta para algo que se supone que no debe hacer. Esto podría representar un problema de cumplimiento o una oportunidad para la mejora continua.
Y, si bien la conectividad y el análisis asociados con las iniciativas IIoT y de Industria 4.0 pueden alterar los procesos de seguridad existentes, en última instancia están proporcionando el tipo de diagnóstico que creará un entorno más seguro.
"La seguridad está emergiendo como un espacio de aplicación perfectamente diseñado donde la empresa conectada o la Industria 4.0 pueden aportar valor real a las personas", dice Schuster.
Antes de construir una máquina Urschel, un equipo de ingenieros realiza una evaluación de riesgos para comprender cómo será utilizada por el fabricante y las medidas de seguridad requeridas.
