Zasady wykorzystania technik monitorowania miejsc pobytu pracownika z wykorzystaniem technologii ultraszerokopasmowej łączności (UWB) do zapewnienia bezpieczeństwa przy obsłudze maszyn

Kierownik projektu: dr hab. inż. Marek Dźwiarek, prof. nadzw. CIOP-PIB

Streszczenie projektu:

Celem projektu było opracowanie zasad wykorzystania technik monitorowania miejsc pobytu pracownika z wykorzystaniem technologii łączności ultra-szerokopasmowej (UWB) do zapewnienia bezpieczeństwa przy obsłudze maszyn. W 1. etapie przeprowadzono analizę typowych stanowisk pracy w aspekcie potencjalnych korzyści w obszarze bezpieczeństwa maszyn, wynikających  z zastosowania systemów monitorowania położenia pracownika oraz opracowano laboratoryjny model systemu UWB.

Celem 2. etapu projektu było przeprowadzenie badań właściwości i parametrów bezpieczeństwa systemu, ukierunkowanych na określenie parametrów i ograniczeń systemów UWB, istotnych dla zapewnienia bezpieczeństwa przy obsłudze maszyn. Podstawową hipotezą badawczą, którą należało zweryfikować jest założenie, że: „Systemy lokalizacji wykonane w technice UWB mogą być stosowane do zwiększania bezpieczeństwa operatorów maszyn w określonym i odpowiednim do ich właściwości zakresie”.

Oznaczało to konieczność zbadania tych cech i parametrów systemów lokalizacji, które mają wpływ na skuteczność realizacji funkcji bezpieczeństwa przy maszynach. Przy określaniu zakresu i metod badań posłużono się normą PN-EN 61496-1:2014-02 Bezpieczeństwo maszyn – Elektroczułe wyposażenie ochronne - Część 1: Wymagania ogólne i badania, dotyczącą innych rodzajów urządzeń realizujących podobne funkcje i użytkowanych w podobnych warunkach. Stwierdzono, że parametrami funkcjonalnymi, decydującymi o możliwości zastosowania systemu lokalizacji do realizacji funkcji bezpieczeństwa w konkretnym przypadku są dokładność lokalizacji DL [mm]  i czas zadziałania t [ms]. Badania tych parametrów prowadzone były z wykorzystaniem zautomatyzowanego stanowiska do pomiaru czasu zadziałania optoelektronicznych urządzeń ochronnych nr ident. NB2/35, będącego na wyposażeniu laboratoriów TECH-SAFE-BIO.

Badania dokładności lokalizacji polegały na porównaniu wskazań systemu lokalizacji z zadanymi współrzędnymi punktów pozycjonowania lokalizowanej etykiety. W każdym punkcie pomiarowym trajektorii dokonywano odczytu 500 pomiarów współrzędnych X i Y przez system lokalizacji oraz wyliczeniu wartości średnich i odchyleń standardowych błędów lokalizacji. Błędy lokalizacji etykiety występujące podczas badań w poszczególnych punktach pomiarowych pokazano na rys. 1. Na rysunku obszary zaznaczone kolorem czerwonym mają średnicę równą odchyleniu standardowemu błędów lokalizacji w danym punkcie, czyli pokazują obszar w jakim zawarta była większość z 500 wyników pomiarów. Pomiary dokładności lokalizacji oraz pomiary czasu zadziałania miały na celu określenie wpływu na te parametry:

-      dodatkowych etykiet znajdujących się w obszarze lokalizacji

-      wysokiej temperatury (+50 ^oC)

-      niskiej temperatury (0 ^oC).

Wyniki pomiarów analizowano statystycznie z wykorzystaniem testu t-studenta. Analiza wykazała, że występowanie 5-ciu dodatkowych etykiet w obszarze lokalizacji wpływa istotnie statystycznie na wyniki pomiarów czasu zadziałania, powodując jego wzrost. Natomiast nie stwierdzono statystycznie istotnego wpływu temperatury, zarówno w zakresie niskich temperatur jak i wysokich, na dokładność lokalizacji i czas zadziałania.

Projekt III.P.13. Błędy lokalizacji etykiety występujące podczas badań w poszczególnych punktach pomiarowych

Przeprowadzono także analizę systemu lokalizacji w aspekcie jego odporności na defekty, która wykazała, że przy aktualnym stanie wiedzy systemy lokalizacji spełniają wymagania kategorii B wg. PN EN ISO 13849-1, a więc umożliwiają osiągnięcie poziomów odporności na defekty PLa i PLb, lub SIL1. Ogranicza to istotnie zakres możliwych zastosowań systemów lokalizacji.

Ostatecznie stwierdzono, że systemy lokalizacji mogą być stosowane do realizacji funkcji bezpieczeństwa:

-      zatrzymywania samoczynnego

-      blokady startu

-      ostrzegania o zagrożeniach w przypadku obecności człowieka w strefach zagrożenia.

Należy jednak zastosować dodatkowe środki organizacyjne zapewniające, że:

-      dostęp do stref monitorowanych mogą mieć jedynie osoby wyposażone w sprawne etykiety,

-      działanie systemu będzie periodycznie sprawdzane

-      w systemie będą wbudowane algorytmy pozwalające na wykrycie prób obejścia

-      należy także ograniczyć możliwość przebywania w obszarze lokalizacji więcej niż wcześniej określona liczby etykiet, gdyż może to wpływać na czas zadziałania systemu.

Wyniki badań stanowiły podstawę do opracowania kryteriów oceny, które będą stosowane  w procesie certyfikacji na zgodność z dyrektywą maszynową2006/42/WE. Wyniki przeprowadzony badań i analiz zawarte zostały w materiałach informacyjnych zawierające zalecenia dotyczące cech i parametrów, jakie muszą spełniać systemy wykorzystujące technologię UWB mające zastosowanie w bezpieczeństwie, które zostaną umieszczone na stronie internetowej CIOP-PIB. Materiały te uzyskały pozytywną ocenę producentów i projektantów maszyn podczas seminarium, w którym uczestniczyło około 30 osób.

Wyniki projektu przedstawiono w 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu krajowym  i 1 publikacji  do czasopisma o zasięgu międzynarodowym oraz zaprezentowano na 4 konferencjach:1 międzynarodowej, również w materiałach tej konferencji, i 3 krajowych.

Jednostka: Pracownia Elektronicznych Systemów Ochronnych

Okres realizacji: 01.01.2014 – 31.12.2015