Część 1: trochę teorii przed rozpoczęciem kursu SISTEMA

W jaki sposób redukować ryzyko podczas korzystania z normy PN-EN ISO 13849-1?

Norma PN-EN ISO 13849-1 w załączniku A przedstawia metodę określenia poziomu zapewnienia bezpieczeństwa PL_r. Metoda ta jest przewidziana jako wytyczne dla projektanta przy określaniu PL_r dla każdej niezbędnej funkcji bezpieczeństwa, którą ma realizować część obwodu sterowania związana z bezpieczeństwem. Metoda ta nie jest obowiązkowa i możliwe jest zintegrowanie ogólnej metody oceny ryzyka i procesu redukcji ryzyka (wg PN-EN ISO 12100 i ISO/TR 14121-2) wraz z określeniem wymaganego poziomu zapewnienia bezpieczeństwa PL_r.

Metoda opisana w załączniku A PN-EN ISO 13849-1 bazuje na cechach definicji ryzyka, jaką znamy z PN-EN ISO 12100. Określenie poziomu zapewnienia bezpieczeństwa, jaki ma zostać spełniony przez część sterowania odpowiedzialną za bezpieczeństwo zależy wg tej metody od szacowanych ciężkości urazów, częstotliwości i czasu trwania narażenia na zagrożenie oraz możliwości uniknięcia zagrożenia. Wielkości te powinny być przyjęte z wyniku redukcji ryzyka poprzedzającego redukcję ryzyka przez techniczne środki ochronne. Tzn. jeśli ryzyko zostało w pewien sposób ograniczone już za pomocą rozwiązań konstrukcyjnych bezpiecznych samych w sobie, to do dalszej redukcji ryzyka przez techniczne środki ochronne jako wielkości wejściowe można przyjąć wyniki w postaci odwzorowania ciężkości szkód, czasu narażenia i możliwości uniknięcia zagrożenia z ogólnej oceny ryzyka. Zasadą przy tym jest stosowanie reguły, że jeśli kilka funkcji bezpieczeństwa może być wspólnie realizowanych przez jeden element systemu sterowania związany z bezpieczeństwem, każdorazowo „ostrzejszy wynik” powinien być brany pod uwagę w oszacowywaniu PL_r.

Poniższy diagram można znaleźć w normie PN-EN 13849-1 jako rys. 1. Pokazuje on miejsce w całościowym procesie redukcji ryzyka, w którym następuje etap projektowania części systemu sterowania związanego z realizacją funkcji bezpieczeństwa.

Projektowanie i realizacja funkcji bezpieczeństwa to proces iteracyjny. Wymagany poziom zapewnienia bezpieczeństwa każdorazowo należy porównać z osiągniętym i w przypadku niedostatecznego doboru należy powrócić do projektowania i zmienić założenia wg poniższego diagramu, który można znaleźć w normie PN-EN 13849-1 jako rys. 3.

Poniższy wykres, który również został zaczerpnięty z normy PN-EN ISO 13849-1 pokazuje, w jaki sposób całościowa ocena ryzyka wg PN-EN ISO 12100 wraz z doborem właściwej funkcji bezpieczeństwa wg PN-EN ISO 13849-1 wpływa na zmniejszanie ryzyka. Niezawodność części sterowania związanej z bezpieczeństwem, czyli wymagany poziom zapewnienia bezpieczeństwa PL_r będzie zależny od wyników redukcji ryzyka przez zastosowanie rozwiązań konstrukcyjnych w pierwszym etapie redukcji ryzyka, przez zastosowanie rozwiązań bezpiecznych z samego założenia.

R_h – ryzyko przed zastosowaniem środków ochronnych w danej sytuacji zagrożenia
R_r – zmniejszenie ryzyka wymagane przez zastosowanie środków ochronnych
R_a – faktyczne zmniejszenie ryzyka osiągnięte po zastosowaniu środków ochronnych
1 – rozwiązanie 1 – znacząca część ryzyka jest zmniejszona przez środki ochronne inne niż SRP/CS (np. środki mechaniczne), mała część ryzyka jest zmniejszona przez SRP/CS
2 – rozwiązanie 2 – znacząca część ryzyka jest zmniejszona przez SRP/CS, mała część ryzyka jest zmniejszona przez środki ochronne inne niż SRP/CS (np. środki mechaniczne)
3 – ryzyko dostatecznie zmniejszone
4 – ryzyko niedostatecznie zmniejszone
R – ryzyko
a – ryzyko resztkowe uzyskane przy rozwiązaniach 1 i 2
b – ryzyko dostatecznie zmniejszone
R1_SRP/CS, R2_SRP/CS – zmniejszenie ryzyka przez funkcję bezpieczeństwa realizowaną przez SRP/CS
R1_M, R2_M – zmniejszenie ryzyka przez środki inne niż SRP/CS (np. środki mechaniczne)

Po zakończeniu opracowywania funkcji związanej z bezpieczeństwem należy udowodnić, że wszystkie wymagania dotyczące szacowanego poziomu zapewnienia bezpieczeństwa PL_r każdej funkcji są faktycznie spełnione. Konieczne etapy walidacji opisano w normie PN-EN ISO 13849-2 “Walidacja”.

Chociaż tytuł tego standardu jasno wskazuje, że dotyczy on procesu walidacji to wydawałoby się, że normą należy się posługiwać dopiero po skonstruowaniu części sterowania związanej z bezpieczeństwem. Jednak norma ta zawiera nie tylko opis procesu walidacji, ale pokazuje również, jakie dodatkowe warunki należy spełnić w ocenie możliwych defektów w odniesieniu do każdej z kategorii. Z tego powodu podczas projektowania funkcji bezpieczeństwa należy się posługiwać obiema częściami normy PN-EN ISO 13849.

Projektowanie części sterowania odpowiedzialnej za bezpieczeństwo jest integralną częścią całej procedury zmniejszania ryzyka i projektowania  maszyny. Cześć układu sterowania odpowiedzialna za bezpieczeństwo realizuje funkcję bezpieczeństwa o poziomie PL_r (Performance Level), który zapewnia wymagane zmniejszenie ryzyka. Poziomy zapewnienia bezpieczeństwa są określone przez prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia niebezpiecznego na godzinę. Ustalono pięć poziomów zapewnienia bezpieczeństwa od najniższego PL_r=a do najwyższego PL_r=e, z określonymi zakresami prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia niebezpiecznego na godzinę. Obowiązkiem projektanta jest dobór wymaganego poziomu zapewnienia bezpieczeństwa PL_r (na podstawie metody opisanej w PN-EN ISO 13849-1 w załączniku A lub na podstawie wyników całościowej oceny ryzyka) i spełnienie wymagań jakościowych danej funkcji bezpieczeństwa, wynikającej z oceny ryzyka. Cechy każdego z poziomów od PL_r=a do PL_r=c są dokładnie opisane w normach PN-EN ISO 13849-1 i w PN-EN ISO 13849-2. Na podstawie kategorii (architektury) części sterowania odpowiedzialnej za bezpieczeństwo, średniego spodziewanego czasu do uszkodzenia niebezpiecznego MTTF_D komponentów, z których zaprojektowano funkcję bezpieczeństwa, pokrycia diagnostycznego dla części wejściowej, logicznej i wyjściowej funkcji bezpieczeństwa, szacowania skutków uszkodzeń o wspólnej przyczynie CCF oraz zastosowania środków zapobiegania uszkodzeniom systematycznym poprzez zastosowanie podstawowych i wypróbowanych zasad bezpieczeństwa możliwe jest uzyskanie wymaganego poziomu PL_r.

Zdaję sobie sprawę z faktu, że część 1 kursu SISTEMA nie zawiera łatwych treści. Znajomość tych zagadnień jest niestety wymagana, aby w pełni korzystać z oprogramowania SISTEMA. W obecnych czasach coraz więcej odbiorców maszyn chce mieć pewność, że część sterowania odpowiedzialna za bezpieczeństwo spełnia odpowiednie wymagania. Niezależnie od tego, umiejętność udowodnienia, że realizacja funkcji bezpieczeństwa jest zgodna z aktualnym stanem wiedzy techniki jest obowiązkiem, jaki musi dopełnić producent maszyny. Zapraszam do kolejnych części kursu SISTEMA.