Wann ist ein Roboter wirklich sicher?

Wenn die Ausbildung des Mitarbeiters sowie die Komplexität der Sicherheitstechnik mit der jeweiligen Applikation in einem vernünftigen Verhältnis stehen, kann man von einem sicheren Roboter sprechen. Eine 100-prozentige Sicherheit gibt es nicht, ein sehr hohes Maß lässt sich aber erreichen, wenn für eine Applikation der richtige Werker eingesetzt wird und auch die Sicherheitstechnik dazu passt. Es nützt die beste Sicherheitstechnik nichts, wenn diese manipuliert wird, um Fehler zu beheben oder eine höhere Taktzeit der Anlage zu realisieren.

Wo fängt Safety bei Robotik an – beim Roboter selbst oder in der Applikation?

Also muss nicht der Roboterhersteller die Normen erfüllen, sondern der Inverkehrbringer?

Sitzt ein Hersteller innerhalb Europas, muss er sich mindestens um den Stand der Technik und um die Normenkonformität kümmern, außer – und das ist die einzige Ausnahme – der Hersteller ist nicht gleichzeitig der Inverkehrbringer, denn in Europa ist letzterer vor dem Recht verantwortlich. Dieser Sachverhalt ist im Produkthaftungsgesetzt definiert, und nicht, wie manchmal irrtümlich angenommen, in der Maschinenrichtlinie. Diese definiert die u.a. die Anforderungen an die Sicherheit von Maschinen.

Roboter werden häufig auch in einem Analgenverbund beim Anwender aufgebaut. Ist es dann der Anlagenbauer, der die Sicherheitsnormen erfüllen muss? Wie ist hier dann die Haftung geregelt?

Nach Anhang IV der Maschinenrichtlinie ist der Roboter nicht als besonders gefährliche Maschine eingestuft. Somit muss kein Third-Party-Unternehmen, TÜV oder akkreditiertes Sicherheitsbüro die Anlage abnehmen. Mit einem entsprechenden Nachweis, zum Beispiel nach DIN EN ISO 9001, kann ein Anlagenhersteller die Anlage selbstständig in Verkehr bringen, sowie eine Konformitätserklärung und auch ein CE-Zeichen für die gesamte Anlage vergeben.

Welche Sicherheitsbegriffe sollte jeder kennen, der sich mit der Anschaffung eines Roboters beschäftigt?

Als Schlagworte sind hier die Maschinenrichtlinie, die Konformitätserklärung und die von der Risikobeurteilung des Herstellers abgeleitete Liste der Restgefahren. Vor allem letztere kennen nicht viele. Kein Hersteller ist dazu verpflichtet, seine Risikobeurteilung einer Maschine auszugeben, es sei denn auf begründete Anfrage einer Behörde. Wenn eine Risikobeurteilung gut gemacht ist, beinhaltet sie viele konstruktive Aspekte und (Sicherheits-)Auslegungen, jedoch keine Restrisiken. Die Liste der Restgefahren ist für jeden Betreiber jedoch essentiell. Ein Beispiel: Ist eine Schweißroboteranlage vernünftig aufgebaut und auch mit entsprechender Sicherheitstechnik ausgestattet, dann werden in der Liste der Restgefahren meist auf eventuell schwere, scharfkantige oder heiße Werkstücke hingewiesen. Das bedeutet, ein Werker muss zur Entnahme entsprechende Schutzkleidung tragen.

In der Regel ist es so: Wenn Sie eine Maschine so sicher wie vorgegeben machen, können Sie diese nicht mehr verwenden, oder in ihrer Performance recht stark eingeschränkt. Klassisches Beispiel ist die Handkreissäge: Hier ist das Sägeblatt durch einen Schutzbügel geschützt, der sich so weit öffnet, wie es die Eindringtiefe des Sägeblatts in das entsprechende Material zulässt. Damit wird die vom Sägeblatt ausgehende Gefahr minimiert. Würde ich die Anforderung „keine gefahrbringende Bewegung, wenn der Werker zugegen ist“ erfüllen wollen, müsste ich das komplette Sägeblatt einhausen. Doch dann könnte ich damit nicht mehr schneiden.

Das ist die Krux, mit der jeder Maschinen- und Anlagenbauer zu kämpfen hat: Wie gering muss ich das Sicherheitsfenster gestalten, um die Funktion der Maschine zu gewährleisten und trotzdem den Sicherheitsgedanken nicht zu verletzen.

Wann wird ein Roboter zum sicherheitskritischen System?

Wenn die sicherheitstechnisches Auslegung und Ausprägung einen zu komplexen Ablauf fördert. Bedeutet im Falle einer Roboteranlage, dass ein Roboter in einem abgegrenzten Bereich hinter einem Werktisch arbeitet und der Werker von vorne die Bauteile einlegen muss, entnimmt oder eben auf der Rückseite der Bearbeitungsstation abtransportiert. Schießt die Sicherheitstechnik darüber hinaus, sprich: werden zum Gürtel auch noch die Hosenträger und die Sicherheitsheftklammer verwendet, kann die Sicherheitstechnik zu Manipulationsversuchen führen. In diesem Fall wäre das ein Mitarbeiter, der versucht, die Sicherheitseinrichtungen (Schutzumhausung) zu umgehen, in dem er entsprechende Schritte wie Quittier- und Freigaberoutinen missachtet, um die Maschine im Störfall wieder in Gang zu bringen. Hier entstehen also eine Gefahrensituation, die durch die richtige Ausbildung und die passende Sicherheitstechnik vermeidbar gewesen wäre.

Wie ist das Bewusstsein für sichere Robotik am Markt?

Gerade in den letzten vier bis fünf Jahren, nicht ausschließlich durch, aber zumindest getrieben mit der Markteinführung der kollaborierenden Roboter hat sich das Verständnis für gewisse sicherheitstechnische Anforderungen etabliert. Aber es ist noch nicht gleichwertig mit den wirtschaftlichen und produktionstechnischen Vorteilen zu setzen, die durch einen Roboter in der Produktion entstehen können.

Mit welchen Safety-Anforderungen sieht sich Yaskawa täglich konfrontiert? Welche Schutzmechanismen werden gefordert?

Das sind ganz klassisch die feststehend trennenden Schutzeinrichtungen, aber auch die berührungslos wirkenden Schutzsysteme wie Lichtschranken, Laserscanner oder auch die Zutrittskontrolle von der Decke aus. Der Markt fordert einen reduzierten Footprint der Anlage sowie vermehrt eine schutzzaunlose Fertigung. Ohne vielleicht die Kollaboration im Hinterkopf zu haben, möchten Unternehmen keine feststehende Sicherheitstechnik wie Schutzzäune oder Blecheinhausungen, um so noch einige Quadratmeter an Arbeits- und Hallenfläche zu gewinnen.

Welche Rolle spielt Security in Bezug auf Safety, auch im Hinblick auf Industrie 4.0 bzw. der vernetzten Produktion?

Ein Aspekt, der schon des Öfteren nachgefragt wurde! Wir haben den Vorteil, dass unsere Steuerungen in Japan entwickelt werden und so die Protokolle auf dem europäischen Markt weniger bekannt sind. So ist der Security-Gedanke, der sich durch eine offene Robotersteuerung bietet, noch nicht so ausgeprägt wie vielleicht bei europäischen Mitbewerbern. Security wird in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, allerdings muss die kriminelle Energie schon sehr hoch sein: Erst muss man sich in die Anlage einhacken und entsprechendes  Wissen besitzen, welche Position verändert werden muss, damit man über bestimmte Barrieren, Passwörter und Checksummen hinweg Schaden (Materiell und leider auch Sicherehitstechnisch) anrichten kann. Ich sehe hier eher die Gefahr schnell  und somit günstig an sehr spezifisches Fachwissen zu gelangen um sich mehr als unlauter Wettbewerbsvorteile zu ermöglichen.

Mensch-Roboter-Kollaboration ist in aller Munde. Wie unterscheidet Sie sich von Mensch-Roboter-Kooperation und ist dieser Unterschied umfassend bekannt?

Die vier definierten Arten der Mensch-Roboter-Kollaboration. © Yaskawa

Der Unterschied ist zumindest umfassend in der TS 15066 definiert. Die Industrie interessiert sich eigentlich stark an der Mensch-Roboter-Kollaboration realisiert über eine Kraftmomentbegrenzung des Roboters. Eine MRK 2 ist beispielsweise eine Mensch-Roboter-Kooperation, in der sich Werker und Maschine einen Arbeitsplatz teilen, aber nie zur gleichen Zeit. Dass der Unterschied zwischen Kooperation und Kollaboration umfassend bekannt ist, glaube ich nicht, und es werden noch einige Jahre ins Land gehen, bis sich die Industrie auf eine wirklich feingliedrige Terminologie geeinigt hat. Viele, die von der Mensch-Roboter-Kollaboration sprechen, meinen eigentlich eine Kooperation und die muss nicht zwangsläufig mit einem Cobot realisiert werden.

Kann ein Industrieroboter mit Software so sicher gemacht werden, dass er sich zur MRK eignet, und wenn ja, wie?

Das ist durchaus denkbar, allerdings muss man sich sehr genau die Geometrien und Kräfte, die von diesem Roboter ausgehen, anschauen. Die eigentliche Mensch-Roboter-Kollaboration geht davon aus, dass die Schmerzeintrittsschwelle nicht überschritten wird. In umfassenden Untersuchungen haben wir uns im Normenausschuss an Werte herangetastet und entsprechend einen Bereich festgelegt, der sowohl für den transienten Kontakt als auch für quasi statischen Kontakt tolerierbar ist. Es kann durchaus Manipulatoren geben, die aufgrund ihrer Bauart und auch ihrer dann sehr geringen Tragkraft nur über eine sichere Steuerung überwacht den Kontakt so gering halten, dass er sich unterhalb der Schmerzeintrittsschwelle befindet. Ob der Roboter jedoch noch mit für den Kunden akzeptablen Taktzeiten gefahren werden kann, steht auf einem ganz anderen Blatt Papier.

Also ein Ja mit Einschränkungen?

Nein, ein Ja mit genau definierten Vorgaben.

Was sind die Safety-Trends der nächsten Jahre?

Das gleicht dem Blick in die Glaskugel. Die Industrie fragt mehr und mehr nach einer schutzzaunlosen Fertigung, auch eine einfache Bedienbarkeit der Roboter ist gefragt. Bedingt durch den Fachkräftemangel gelangen immer mehr ungelernte Kräfte in die Fertigung, damit die geforderten Stückzahlen noch gewährleistet werden können. Aufgrund dessen muss der Roboter selbst eine gewisse Intelligenz mitbringen, um das fehlende Wissen und die mangelnde Erfahrung der ungelernten Kräfte zu kompensieren. In diesem Zusammenhang werden sich die Safety-Trends nach den Ausbildungsstand der Menschen richten. Die klassischen Sicherheitskomponenten werden dabei mehr und mehr in den Hintergrund treten und neue Technologien,  Methoden aber auch Materialien werden zum Einsatz kommen. Auch diese müssen dann die Anforderungen  und Spezifikationen – auf dem Niveau des „Stands der Technik“ und der Normung einhalten.