Vor dem Hintergrund stetig ausgereifter digitaler Kontrollmöglichkeiten können für die Beschäftigten aber auch potenzielle Nachteile entstehen, denn auch ihre Arbeit kann der Arbeitgeber mittlerweile vollständig und jederzeit kontrollieren.
Die fortschreitende Digitalisierung von Produktionssystemen ermöglicht nicht nur eine höhere räumliche und zeitliche Flexibilität in der Produktion, sie führt auch zur zunehmenden Vernetzung menschlicher und maschineller Arbeit. Dies bedeutet konkret: Die ehemals bestehenden physischen Grenzen zwischen Beschäftigten und Maschinen werden immer mehr aufgehoben. Das hat natürlich auch gewaltige Auswirkungen auf die Konzeption von Sicherheitssystemen für den Einsatz von Maschinen in Industrie und Forschung.
Die bisherigen Schutzmechanismen an Maschinen, wie beispielsweise Schutzgitter, werden vor diesem Hintergrund zunehmend durch digitale Technologien ersetzt, welche das sichere Arbeiten an Maschinen als auch die Sicherheit in deren unmittelbarem Umfeld („Ambiente Intelligence“) rund um die Uhr kontrollieren können.
Personenerkennungsverfahren
Die neuen Sicherheitstechnologien basieren auf dem Prinzip der Personenerkennung mittels diverser Sensor- und Videotechnologien. 2017 unternahmen Forscher der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) eine erste wissenschaftliche Bestandsaufnahme aller bis dahin praktizierten Verfahren in der Wirtschaft und konnten dabei insgesamt 13 verschiedene Verfahren identifizieren – wobei alle auf der Sensortechnologie aufbauen.
Sensoren können sowohl flächenhaft als auch direkt an Mensch oder Maschine angebracht werden. Zur Überwachung des gesamten Arbeitsumfelds einer Maschine werden vorzugsweise 3D- oder Multikamerasysteme eingesetzt, während einzelne Teilbereiche durch 2D-Laserscanner überwacht werden.
Vorteile der Sensortechnik
In den letzten Jahren hat sich die elektrische Sensorik stark weiterentwickelt. Durch diese immensen Fortschritte wurde es möglich, durch Sensoren jede mögliche Gefahrensituation zu erkennen und Maschinen und Anlagen abzustellen, bevor Unfälle geschehen. Insbesondere vor dem Hintergrund der zunehmenden Interaktion von Beschäftigten und Roboter im Rahmen der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) kommen Sensorsystemen mit ihrer automatischen und sicheren Personenerkennung eine immer größere Bedeutung zu.
Denn ein direkter Kontakt zwischen Mensch und Roboter ist nicht immer zu verhindern und in manchen Szenarien sogar notwendig. Die MRK-Arbeitsräume können dabei mit optischen Sensorsystemen überwacht werden, welche dynamische Schutzzonen berechnen und auch Geschwindigkeit bzw. Bewegungsrichtung des Roboters situationsabhängig anpassen. Taktile bzw. Kapazitivsensoren wiederum, die wie eine künstliche Haut auf dem Roboter aufgebracht werden, erkennen die Annäherung des Menschen an den Roboter im Nahbereich und übersetzen die menschlichen Bewegungen in Parameter, die in die Planung und Steuerung der Bewegungsabläufe der Maschine integriert werden.
Die Bewegungen des Roboters können somit gestoppt werden, bevor eine Kollision erfolgt. Abgesehen von ihren speziellen Einsatzgebieten wie im Rahmen der MRK haben Sensoren auch einen ganz grundlegenden Vorteil: Sie sind wesentlich schwerer durch Personen zu manipulieren als physische Elemente wie Positionsschalter, Zweihandschaltungen, Verkleidungen oder Umzäunungen.
Das ist in Hinsicht auf die allgemeine Maschinensicherheit von großem Vorteil, denn bei Manipulationen von Maschinen handelt es sich nicht um ein Kavaliersdelikt, um „auf findige Art und Weise“ zum Beispiel den Produktionsprozess zu beschleunigen oder die Handhabung der Maschine zu vereinfachen. Vielmehr werden durch Manipulation die Gefährdungen an den Maschinen deutlich erhöht und Manipulationen sind, wie diverse Studien in den vergangenen Jahren belegen konnten, tatsächlich eine der wichtigsten Ursachen von Unfällen an und mit Industriemaschinen.
Sicherheit durch Predictive Maintenance
Sensoren spielen auch bei einem relativ neuen Gebiet der Sicherheit von Maschinen und Anlagen eine große Rolle, nämlich der „Vorausschauenden Wartung“, meist „Predictive Maintenance“ genannt. Was ist darunter zu verstehen? Die traditionelle Instandhaltung von Produktionsanlagen und technischen Geräten sieht Wartungen in vorab festgelegten Intervallen vor. Bei Ablauf des Intervalls kontrollieren Techniker die Funktionstüchtigkeit und Sicherheit der Anlage oder Maschinen. In vielen Fällen werden dann oft Teile sicherheitshalber ausgetauscht, die eigentlich noch funktionstüchtig sind.
Mittels umfassender und kontinuierlicher Datenanalysen kann im Rahmen des Predictive Maintenance dagegen genau festgestellt werden, welche Anlage oder Maschine eine Wartung benötigt und bei welcher diese noch nicht erforderlich ist. Die Daten der Maschine werden in Echtzeit gesammelt (Condition Monitoring) und mit zusätzlichen Daten kombiniert, zum Beispiel mit der Temperatur oder Luftfeuchtigkeit am Produktionsstandort.
Anhand dieser Daten kann der optimale Zeitpunkt für eine Wartung der Maschine vorausgesagt werden. Das bringt den Unternehmen viele Vorteile: Unnötige Wartungs- oder Prüfungstermine entfallen, die Lauf- und Lebenszeit der Anlagen verlängert sich, die technische Sicherheit im Unternehmen wird erhöht und kostspielige Ausfälle und Stillstände der Anlagen aufgrund von überraschend auftretenden Störungen entfallen.
Maschinendatenerfassung
Das Condition Monitoring-Verfahren als Grundlage des Predictive Maintenance basiert wiederum auf der Maschinendatenerfassungstechnologie (MDE). Dieses zeichnet mit Hilfe einer Vielzahl von Sensoren laufend Daten über Betriebszustände von Maschinen auf. Auch die Arbeit der Beschäftigten an der Maschine wird dabei erfasst – bei der Anmeldung in den Arbeitsräumen oder während der Arbeit an den Maschinen beziehungsweise Computern. Dies funktioniert mittels Chipkarten, Passwörtern oder Fingerabdrücken.
Bei Störungen oder Abweichungen von den gespeicherten Parametern und sonstigen Vorgaben erfolgen sofortige Anpassungen in den Geräten. Unternehmen können so beispielsweise genau erkennen, wann ein Schlauch geprüft oder ausgetauscht werden muss. Sie können in manchen Fällen sogar Wartungstools einschalten, die vorbeugende Instandhaltungsaktivitäten durchführen. Prüfprotokolle der Prozesse können ebenfalls sofort abgerufen werden. So erfolgen kontinuierlich Prognosen über den Zustand der Maschinen und ihrer Komponenten.
Datenschutz und Arbeitnehmerrechte
Wie alle neuen Technologien bringen die neuen Sicherheitstechnologien aber auch neue Gefährdungen. Der potenzielle Missbrauch der Daten und die Wahrung der Persönlichkeits- und Arbeitnehmerrechte sind gerade auch bei der Digitalisierung der Maschinensicherheit ein wichtiges Thema. Denn mit den neuen Technologien stehen den Unternehmen nunmehr Instrumente zur Verfügung, mit denen sie Daten über Arbeitnehmer und ihre Tätigkeiten ausnutzen können, um die Arbeit der Beschäftigten effizienter zu steuern und zu kontrollieren – und dies eventuell auch zu deren Nachteil.
Nikolina Grgic, Senior Referentin der österreichischen Plattform „Industrie 4.0“, schreibt in dem Gutachten „Technikfolgenabschätzung aus Arbeitnehmer:innenperspektive“ für die Wissenschaftskonferenz der Arbeiterkammer Vorarlberg 2021: „Heutzutage können Unternehmen umfangreiche Daten präzise erfassen und automatisiert auswerten – sei es die Anwesenheit durch Zutrittskontrollen oder Aufenthaltsorte der Mitarbeiter mittels Tracking- und Tracing-Systemen. Während dies für Vorgesetzte mehr Kontrolle über ihre Mitarbeiter und Informationen über deren Verhalten bedeutet, kann dies auf Seiten der Mitarbeiter zu einem Gefühl der permanenten Überwachung und des Leistungsdrucks führen. Folgen davon können ein höheres Stresslevel und ein Verlust der intrinsischen Motivation der Arbeitnehmer sein.“
Ihre Machtposition als „Beobachtende“ können die Unternehmen also dazu nutzen, um Druck auf ihre Beschäftigten auszuüben, Arbeit zu beschleunigen und zu verdichten, Freiräume einzuengen oder Autonomie oder eventuell sogar die „Freude an der Arbeit“ zu reduzieren.
Gefahr durch riesige Datenmengen
Auch hierbei soll Predictive Maintenance als Beispiel dienen. Die Daten, die durch dieses Wartungsverfahren generiert werden, sind gigantisch. Ein Beispiel aus Italien: Statistiken des italienischen Verkehrsministeriums ergaben, dass im Jahr 2012 täglich jeweils ca. 8000 Züge auf den italienischen Bahnstrecken verkehrten. Mit durchschnittlich zehn Waggons pro Zug ergibt dies ungefähr 80 Achslager pro Zug, was theoretisch für alle Züge gesamt etwa 600.000 Achslagern entspricht. Deren Zustand soll täglich mithilfe von modernen Messtechniken überwacht werden, wodurch eine Datenmenge von etwa 10 Terabyte pro Tag generiert wird.
Neben den technischen Daten werden aber auch vielfältige personenbezogene Daten verarbeitet, die direkt oder indirekt Rückschlüsse auf Verhalten und Leistung zulassen. Laut Datenschutzgesetz muss grundsätzlich jedes Unternehmen, welches personenbezogene Daten verarbeitet, hierfür die Einwilligung der betroffenen Personen einholen. Alternativ ist es nur noch möglich, die Daten vollständig zu anonymisieren, sodass sie nicht mehr einzelnen Personen zuzuordnen sind.
Predictive Maintenance kann theoretisch auch zur Verhaltens- und Leistungskontrolle genutzt werden. Grundsätzlich gibt das Betriebsverfassungsrecht aber vor, dass bei Einführung und Anwendung von technischen Einrichtungen, die auch zur Verhaltens- oder Leistungskontrolle der Beschäftigten angewendet werden können, das Unternehmen bereits im Vorfeld zwingend den Betriebsrat einzubinden und mit diesem über den Gebrauch der Daten eine Betriebsvereinbarung abzuschließen hat.
Für den unwahrscheinlichen (und rechtlich nicht legitimen) Fall, dass es dennoch versäumt wurde, eine solche Betriebsvereinbarung zu schließen, wird es für die betroffenen Beschäftigten sehr kompliziert. Denn dann müssen sie dem Arbeitgeber die vermutete Überwachungsabsicht nachweisen – was in der betrieblichen Praxis aber sehr schwierig sein dürfte.
Der Autor: Dr. Joerg Hensiek
Fachautor und freier Journalist
Foto: privat
Kamerasysteme: Die Zukunft ist in 3D
Einige der heute besonders häufig angewandten Schutzeinrichtungen mit Sensortechnologie, wie beispielsweise Lichtgitter oder Laserscanner, haben den Nachteil, dass sie nicht flexibel genug an automatisierte Fertigungsprozesse angepasst werden können. Da ein Mensch mit dieser Art von Sensoren nur zweidimensional erfasst wird, zum Beispiel durch eine Erkennung im Beinbereich, führt dies oft zu relativ hohen Sicherheitsabständen zwischen Beschäftigtem und Maschine.
Sogenannte PMD-Kameras (Englisch: Photonic Mixing Device), die auf jedem einzelnen Pixel der Kamera einen Entfernungsmesswert bieten, sodass sich ein dreidimensionales Abbild der Umgebung ergibt, finden daher eine immer größere Verbreitung. Dass sie bislang noch längst nicht so oft eingesetzt wurden wie Sensorsysteme ohne Kameras, hatte bislang vor allem patentrechtliche Gründe. Auch fehlten lange Zeit Studien, die den Nutzen von Kamerasystemen für die Maschinensicherheit einwandfrei nachweisen konnten.
Kollaborative Leicht-Roboter: Sicheres Arbeiten mit Cobots
Trotz aller Hochtechnologie passieren Unfälle im Rahmen der MRK auch mit Leichtrobotern (Cobots). Und auch wenn die Unfallfolgen im Vergleich zu schweren Industrierobotern relativ harmlos sein mögen, so müssen auch diese unbedingt verhindert werden. Daher sollte eine Reihe von Maßnahmen ergriffen werden, um vor und nach Inbetriebnahme bereits sicherzustellen, dass die Unfallgefahr auf ein Minimum reduziert wird. Hierzu sind die folgenden Schritte besonders zu beachten.
- Standort-Markierungen und Zutrittseinschränkungen: Die unmittelbare Arbeitsumgebung des Cobots sollte nur von einem Beschäftigten betreten werden beziehungsweise nur von so vielen Personen, wie zur Durchführung des Arbeitsprozesses unbedingt notwendig. Der Standort des Roboters sollte deutlich markiert werden, daher sollte möglichst ausreichend Platz für den Roboterstandort eingeplant werden.
- Hinweisschilder und Sicherheitskennzeichen: Den sicheren Umgang mit der Maschine können gut zu erkennende Hinweisschilder und Sicherheitskennzeichen unterstützen, auf denen vor potenziellen Gefahren gewarnt und auf bestimmte Verbote aufmerksam gemacht wird. Dabei sollten in erster Linie allgemein verständliche und sprachfreie Piktogramme gewählt werden.
- Sicherheitsvorkehrungen am Arbeitsplatz: Der Cobot muss zu jedem Zeitpunkt durch den Beschäftigten oder durch andere Personen im Umfeld des Cobot-Standorts in seinen Bewegungen angehalten oder ganz ausgeschaltet werden können. Von jeder Position am Arbeitsplatz leicht zu erreichende Not-Halt-Einrichtungen müssen gut sichtbar angebracht werden. Es empfiehlt sich zudem, diese Tasten und Schalter auch in einiger Entfernung zum Arbeitsplatz anzubringen, damit im Notfall auch andere Personen in der Lage sind einzugreifen. Die Bewegungsbahnen von Cobots verlaufen in der Regel entlang des Oberkörpers von Beschäftigten, daher sollte der Not-Halt so angebracht werden, dass er mit den Füßen und Knien erreichbar ist – für den Fall, dass Arme und Beine eingeklemmt sind. Zudem kann überlegt werden, ob der Roboter mittels Sprachbefehlen angehalten werden kann.
Inhärent sichere Maschinen
- Unter den Begriff „inhärent sichere Konstruktion“ fallen alle Vorkehrungen, auf die ausschließlich während der Konstruktionsphase Einfluss genommen werden kann. Potenzielle Gefährdungen sollen bereits an der Quelle eliminiert werden und somit gar nicht erst entstehen. Inhärent sichere Konstruktionsmerkmale können somit kaum umgangen oder von einem Maschinenbediener außer Kraft gesetzt werden.
- Die inhärent sichere Maschine gilt im Rahmen der aktuell gültigen Maschinenrichtlinie als oberste Priorität, um Manipulationen auszuschließen. Ihr Unternehmen hat durch eine inhärent sichere Maschine viele Vorteile, nicht nur wegen der sehr geringen Unfallrisiken. Zum einen muss Ihre Firma keinen Preisaufschlag für die Maschine bezahlen, weil zur Sicherung von Gefahrstellen zusätzlich Schutzeinrichtungen angebracht werden müssen. Zum anderen müssen auch keine Zusatzkosten in die Wartung und Instandhaltung der Schutzeinrichtungen investiert werden.
- Bei dem Vorgehen zu einer inhärent sicheren Konstruktion geht es darum, potenzielle Gefährdung bereits an der Quelle zu eliminieren und damit gar nicht erst entstehen zu lassen. Dies ist ein grundlegend anderer Ansatz, als ein Risiko zunächst in Kauf zu nehmen und es später über technische oder auf den Maschinenbediener bezogene Schutzmaßnahmen in den Griff zu bekommen.
- Inhärent sichere Konstruktionsmerkmale können nicht (oder nur mit sehr großem Aufwand) umgangen, ausgetrickst, abmontiert oder anderweitig von einem Maschinenbediener außer Kraft gesetzt werden. Es fehlt die Möglichkeit zum Manipulieren einer Schutzfunktion.·
- Inhärent sichere konstruktive Lösungen haben in der Regel Bestand über die gesamte Lebensdauer eines Produkts.
Informationen von: www.industr.com/
Digitale Betriebsbegehung
Die Verantwortung für die Sicherheit des Maschinen- und Anlagenbetriebs kann die Kompetenz der Unternehmen in nicht wenigen Fällen überfordern. Diese beauftragen daher dann externe Dienstleister, welche die Risikobeurteilung für sie übernehmen. Auch als Folge der Pandemie bieten diese immer öfter auch digitale Services an. Zu diesen Dienstleistungen gehören die „digitale Betriebsbegehung“ oder „digitale Gefährdungs- bzw. Risikobeurteilungen“. Der Kunde nimmt dabei die Begehung der zu betrachtenden Maschine oder Anlage zwar selbst vor. Die Experten des Dienstleisters beobachten allerdings per Live-Schaltung die Techniker und Sicherheitsverantwortlichen des Kundenunternehmens bei der Inspektion der Maschinen, analysieren die an den Maschinen gemachten Nahaufnahmen und sprechen bei Bedarf die beobachteten Mängel oder Probleme an.
Allerdings: Eine „Online-Begehung“ kann durchaus länger dauern als eine konventionelle Gefährdungs- oder Risikoanalyse, da es aufgrund des beschränkten Sichtbereichs der Digitalkamera mehr Zeit braucht, um eine komplette Maschine zu erfassen und zu beurteilen. So ist die digitale Gefährdungsbeurteilung der Maschine einerseits oft mit einem zeitlichen Mehraufwand verbunden. Andererseits spart sie auch viele Ressourcen und manchmal auch Zeit, weil keine gemeinsamen Vor-Ort-Termine mit dem Dienstleister organisiert werden müssen. Darüber hinaus kann die Online-Gefährdungsbeurteilung aufgezeichnet werden, um so auch im Nachgang Details nochmals betrachten zu können und eventuell bei der Erstanalyse übersehene Sicherheitsmängel identifizieren zu können.
