ما ميزات السلامة في روبوتات اللحام التي تهم في مساحة عمل مشتركة؟

في مساحة العمل المشتركة، لا يكون روبوت اللحام معزولًا عن بقية المصنع. فقد يقوم المشغلون بتحميل التركيبات، وقد يفحص موظفو الجودة الوصلات، وقد ينقل عمال مناولة المواد الأجزاء بالقرب منه، وقد تحتاج فرق الصيانة إلى الوصول إلى المعدات الطرفية. وهذا يغير مسألة السلامة. فالهدف ليس مجرد منع الأشخاص من الوصول إلى الروبوت، بل التحكم في كل تفاعل يمكن توقعه بين الأشخاص والآلات المتحركة وطاقة اللحام والأبخرة وقطع العمل وتدفق المواد المؤتمت.

بالنسبة إلى مديري الجودة والسلامة، فإن أقوى ترتيب لسلامة روبوت اللحام يكون عادةً نظامًا منسقًا بدلًا من ميزة واحدة. فالحواجز المادية، وأبواب الوصول المزودة بأقفال تعشيق، ودوائر الإيقاف الطارئ، والتحكم بالحركة المصنف للسلامة، واستشعار التواجد، ومناطق التشغيل المحددة بوضوح، والإجراءات المنضبطة، لكل منها وظائف مختلفة. ويمكن أن تؤدي فجوة في إحدى الطبقات إلى إضعاف الطبقات الأخرى.

وتكتسب هذه المسألة أهمية خاصة في ورش التصنيع التي تقع فيها خلية روبوتية بالقرب من عمليات الثني أو الدرفلة أو القطع أو الجلخ أو التجميع. قد يكون الروبوت قابلًا للتنبؤ أثناء الإنتاج العادي، لكن المخاطر غالبًا ما تزداد أثناء تغيير القطع وفحص اللحام واستعادة الأعطال وضبط التركيبات والتنظيف. وهذه هي اللحظات التي ينبغي أن يدرسها تقييم السلامة بأكبر قدر من التدقيق.

ابدأ بالمخاطر الفعلية لمساحة العمل المشتركة

ينشئ روبوت اللحام أكثر من مجرد خطر حركة الروبوت. إذ يمكن أن يتحرك ذراعه وشعلة اللحام وحزمة الكابلات والمُدوِّر والماسك وقطعة العمل. وقد تمتد قطعة مصنّعة طويلة خارج نطاق الوصول الظاهر للروبوت. ويمكن للمُدوِّر أن يدير تجميعة ثقيلة بشكل غير متوقع إذا أسيء فهم تسلسل التحكم. كما يضيف الرذاذ الساخن وإشعاع القوس وأبخرة اللحام والغاز المضغوط والحواف الحادة مخاطر إضافية.

لذلك يجب أن يستند حد السلامة الصحيح إلى نطاق الخلية الكامل، وليس إلى قاعدة الروبوت وحدها. وأثناء تقييم المخاطر، ينبغي للفرق مراعاة أقصى مدى وصول لكل محور، وحركة المحاور الخارجية، وحالة قطعة العمل المحملة وغير المحملة، وإمكانيات سقوط القطع، وحركة الكابلات، والوصول المطلوب للعمل العادي. كما ينبغي أن تشمل المراجعة مسارات الحركة المجاورة. إذ يمكن لمسار رافعة شوكية أو منصة فحص يدوي قريبة من الخلية أن يحول تركيب روبوت آمنًا من الناحية التقنية إلى تركيب ينطوي على مخاطر تشغيلية.

تختلف المتطلبات ذات الصلة بحسب السوق والمشروع. ويُشار على نطاق واسع إلى ISO 10218 لسلامة الروبوتات الصناعية وأنظمة الروبوتات، بينما يوفر ISO 12100 إطارًا عامًا لتقييم مخاطر الآلات وخفضها. وقد يستند تصميم السلامة الوظيفية أيضًا إلى معايير مثل ISO 13849 أو IEC 62061، تبعًا لبنية الآلة والمتطلبات المطبقة. تدعم هذه الوثائق القرارات الهندسية، لكنها لا تلغي الحاجة إلى التحقق من التركيب المكتمل، بما في ذلك التركيبات والمعدات المساعدة.

تظل الحواجز هي وسيلة الحماية الأساسية

تظل الحواجز المحيطية الثابتة النهج الأكثر موثوقية للعديد من خلايا اللحام بالقوس. فهي تنشئ فصلًا ماديًا بين الأفراد والحركة الخطرة، كما تساعد على احتواء الرذاذ والحد من التعرض لوميض القوس. وينبغي أن تكون ألواح الحواجز بارتفاع ومتانة كافيين للخطر الذي تم تقييمه، بينما يمكن لستائر اللحام أو ألواح الرؤية المختارة بشكل مناسب أن تسمح بالمراقبة دون تشجيع الأفراد على الوقوف قريبًا جدًا.

ومع ذلك، فإن فعالية السياج لا تتجاوز فعالية نقاط الوصول فيه. كل بوابة أو باب يتيح الدخول إلى منطقة الخطر يحتاج إلى تحكم مقصود. وينبغي أن توقف أقفال التعشيق الآمنة الحركة الخطرة أو تمنعها عند فتح نقطة الوصول. وحيث يمكن لشخص الدخول إلى عمق يسمح بإغلاق الباب خلفه، تصبح الوقاية من احتجاز الأشخاص أمرًا أساسيًا. وقد يشمل ذلك، وفقًا لتخطيط الخلية، عناصر تحكم في إعادة الضبط تقع خارج المساحة المحمية، وترتيبات للهروب، وتسلسل إعادة تشغيل يتطلب إجراءً مقصودًا بعد فحص المنطقة.

ينبغي لفرق الجودة الانتباه إلى نقطة ضعف عملية شائعة: التعامل مع وصول الفحص باعتباره استثناءً. فإذا كان المفتشون يحتاجون مرارًا إلى فتح حاجز، أو الالتفاف حول تركيبة، أو مد أيديهم عبر فتحة لرؤية وصلة، فإن العملية تشجع على تجاوزات غير آمنة. وقد يشمل التصميم الأفضل محطة فحص خارجية، أو موضعًا آمنًا لتفريغ القطع، أو تحسين إضاءة الخلية، أو نظام كاميرات لمراقبة العملية. تصبح السلامة والجودة أسهل في الاستدامة عندما لا يفرض سير العمل على الأشخاص تجاوز الحماية.

يجب أن تكون أزرار الإيقاف الطارئ متاحة، لكنها ليست استراتيجية للحواجز

الإيقاف الطارئ هو إجراء استجابة، وليس الوسيلة الرئيسية لإبعاد الأشخاص عن الخطر. وهو ضروري لأن الأحداث غير الطبيعية تقع: قد تتحرك قطعة من موضعها، أو يصبح تغذية السلك غير مستقرة، أو تنحشر تركيبة، أو يلاحظ شخص حركة غير آمنة. لكنه يعتمد على أن يرى الشخص المشكلة، ويصل إلى الجهاز، ويستجيب بالسرعة الكافية. ولهذا ينبغي أن تكون أزرار الإيقاف الطارئ مرئية بوضوح ويمكن الوصول إليها من محطات المشغل ونقاط التحميل والتفريغ وغيرها من المواقع التي تم تحديدها في تقييم المخاطر.

ينبغي اختبار وظيفة الإيقاف الطارئ كجزء من التشغيل الأولي والفحص الدوري. ويتعين على المديرين التحقق مما يتوقف بالفعل: فقد تختلف متطلبات الحالة الآمنة لحركة الروبوت والمحاور الخارجية وطاقة اللحام وتغذية السلك وطاقة التثبيت وأجهزة مناولة المواد ذات الصلة. لا تكون نتيجة مقبولة أن يوقف زر الإيقاف الطارئ الروبوت بينما يستمر المُدوِّر في الحركة إذا ظل المُدوِّر خطيرًا.

ومن الأهمية بالمثل ألا تكون إعادة التشغيل تلقائية. فبعد إيقاف طارئ أو تفعيل جهاز سلامة، ينبغي فهم السبب وفحص المنطقة وإجراء إعادة الضبط في ظروف خاضعة للتحكم. وهذا مهم بصفة خاصة عندما يمكن لعطل مؤقت أن يترك قطعة عمل مثبتة جزئيًا أو ساخنة أو خارج موضعها.

تحتاج مستشعرات السلامة المصنفة إلى دور محدد

يمكن أن تكون ستائر الضوء والماسحات الليزرية والحصائر الحساسة للضغط وتقنيات الرؤية أو القرب المصنفة للسلامة مفيدة عندما يجب أن تدخل المواد إلى الخلية وتخرج منها دون فتح البوابة بشكل متكرر. وهي ليست قابلة للاستبدال فيما بينها. ويعتمد الاختيار على اتجاه الاقتراب ووقت التوقف والظروف البيئية ونمط الوصول وما إذا كان الجهاز قادرًا على كشف الشخص بموثوقية في ظروف الإنتاج الفعلية.

على سبيل المثال، قد تساعد ماسحة ليزرية للسلامة في إنشاء منطقة اقتراب مراقبة حول منطقة تحميل يدوي. ويمكنها إصدار أمر توقف وقائي عندما يدخل شخص إلى مجال محدد، مع السماح بالتشغيل العادي عندما تكون المنطقة خالية. لكن الرذاذ والدخان والغبار والأسطح العاكسة والمواد المتراكمة وظروف الأرضية المتغيرة يمكن أن تؤثر في قرارات التركيب. ويجب تحديد موضع مجال الحماية باستخدام مسافة التوقف المتحقق منها للنظام الكامل، وليس زمن توقف مفترض للروبوت.

المستشعر الكهروضوئي الأساسي الذي يكتشف قطعة ليس جهازًا لسلامة الأفراد تلقائيًا. وينبغي لمديري السلامة التمييز بين استشعار العملية واستشعار السلامة، وتأكيد تصنيف السلامة للجهاز ومسار التحكم، وتوثيق مستوى الأداء المطلوب أو تكامل السلامة للوظيفة. فقد يكون المستشعر متقدمًا تقنيًا، لكنه يظل غير مناسب بوصفه وسيلة الحماية الوحيدة.

يكشف اكتشاف الاصطدام لحماية المعدات، لكنه لا يحل محل حماية الأفراد

يمكن لأنظمة التحكم الحديثة في الروبوتات غالبًا مراقبة عزم الدوران أو انحراف الموضع أو ظروف التلامس وتفعيل توقف عند اكتشاف اصطدام غير متوقع. وهذا مهم لحماية شعلات اللحام والتركيبات وقطع العمل ومكونات الروبوت. كما يمكن أن يقلل من شدة بعض أحداث التلامس غير الطبيعية.

ومع ذلك، لا ينبغي اعتبار اكتشاف الاصطدام دليلًا على أن الشخص يستطيع دخول منطقة روبوت نشطة بأمان. فقد تحتاج عتبات الكشف إلى أن تكون مرتفعة بما يكفي لتجنب التوقفات غير الضرورية التي تسببها كابلات اللحام أو تراكم الرذاذ أو التلامس العادي في العملية. وعند السرعات الأعلى أو الحمولات الثقيلة، قد تظل القوة ومسافة التوقف خطرتين قبل معالجة إشارة الاصطدام. ويجب تصميم سلامة الأفراد من خلال الحماية، وأوضاع السرعة المخفضة، ووظائف التوقف المراقب المصنفة للسلامة عند الاقتضاء، والوصول الخاضع للتحكم.

ويهم هذا التمييز أثناء استكشاف الأعطال وإصلاحها. فعندما يرى المشغل إنذار اصطدام، لا تكون الاستجابة الآمنة مجرد الدخول وتحريك الشعلة يدويًا. وينبغي أن تتبع الخلية عملية محددة لاستعادة الأعطال، بما في ذلك العزل عند الحاجة، وتأكيد ظروف الطاقة المخزنة، وإجراء إعادة تشغيل مقصود.

تستحق أوضاع التشغيل نفس التدقيق المطبق على وضع الإنتاج

تنشأ كثير من المخاطر الجسيمة عندما لا يكون الروبوت في الإنتاج التلقائي. فقد يتطلب التعليم والتحقق من البرنامج وإعداد التركيبة واللحام التصحيحي والصيانة عمل شخص بالقرب من المعدات. ولذلك ينبغي أن يتمتع روبوت اللحام بأوضاع تشغيل مضبوطة بوضوح، مع قصر اختيار الوضع على الأفراد المصرح لهم وإظهار الحالة المحددة بشكل مرئي.

يعتمد وضع التعليم عادةً على وحدة تعليم محمولة مزودة بجهاز تمكين وسرعة مخفضة، لكن ترتيبات الحماية الدقيقة يجب تقييمها لنظام الروبوت المحدد. فالسرعة المخفضة ليست حالة آمنة في جميع الأحوال؛ إذ قد يظل الانحشار أو السحق أو التشابك أو الحركة غير المتوقعة من محور خارجي ممكنًا. وتحدد الإجراءات الجيدة من يجوز له الدخول، وأين يمكنه الوقوف، وكيفية إدارة الاتصال، وكيفية استجابة شخص ثانٍ عند الحاجة إلى المساعدة.

الالتباس بين الأوضاع مشكلة يمكن منعها. فإذا لم يتمكن المشغل من معرفة ما إذا كانت الخلية في حالة تلقائية أو يدوية أو إعداد أو صيانة فورًا، فإن الملصقات وأضواء المؤشرات لا تؤدي دورها بالقدر الكافي. وعادةً ما تكون معلومات الحالة المرئية الواضحة عند المدخل ونقطة التحميل أكثر فائدة من رسالة على لوحة التحكم لا تُرى إلا من موقع واحد.

لا يمكن ترك المخاطر الخاصة باللحام خارج تقييم الروبوت

قد تكون حماية الروبوت مصممة جيدًا في حين يبقى التحكم في التعرض لمخاطر اللحام ضعيفًا. يتطلب وميض القوس حواجز مناسبة ومعدات حماية شخصية لأي شخص قد يتعرض له. وتحتاج أبخرة اللحام إلى نهج شفط يتوافق مع العملية والمادة والمواد الاستهلاكية ومتطلبات موقع العمل المحلية. وينبغي إدارة أسطوانات الغاز والخراطيم ومسارات الكابلات بحيث لا تخلق مخاطر تعثر أو نقاط تعلق أو مسارًا لتلف الكابلات غير الخاضع للتحكم.

تحتاج قطع العمل الساخنة إلى اهتمام خاص في المناطق المشتركة. فقد ينهي الروبوت دورة لحام ويحرر قطعة تبدو جاهزة للفحص لكنها تظل ساخنة بما يكفي لحرق الأفراد أو إتلاف جهاز قياس. إن تحديد وقت تبريد واضح، وتعريف القطع الساخنة بوضوح، ونقطة نقل مخصصة للفحص، هي وسائل تحكم بسيطة تمنع الالتباس غالبًا.

ينبغي أن يراعي تصميم الخلية أيضًا المعدات السابقة واللاحقة. ففي التصنيع الثقيل، قد تدخل إلى اللحام صفيحة تم تشكيلها علىآلة ثني CNC بأربع بكرات بكتلة كبيرة وبروفيل منحني غير مريح للمناولة. ويمكن للمعدات ذات الأربع بكرات إنتاج مكونات أسطوانية ومخروطية وقوسية الشكل، بما في ذلك تطبيقات صفائح الفولاذ الأكثر سماكة بقدرة 50 mm أو أكثر حيث تدعم مواصفات الآلة ذلك. ويمكن أن يحسن امتداد البكرة السفلية الأقصر دقة التشكيل، لكن قطعة العمل الناتجة لا تزال تتطلب نقاط رفع آمنة وتركيبات مستقرة ومسار نقل لا يدخل عمال المناولة في نطاق الروبوت.

ما الذي ينبغي لمديري السلامة التحقق منه قبل القبول

ينبغي أن يختبر استعراض القبول العملي الإنتاج العادي، لا أن يكتفي بمشاهدة دورة عرض توضيحي. اطلب من المشغلين إجراء التحميل والتفريغ والفحص وتغيير برنامج مخطط له وتسلسل واقعي لاستعادة الأعطال. يكشف ذلك ما إذا كانت بوابات الوصول ومجالات المستشعرات وأزرار إعادة الضبط وتعليمات العمل تتوافق مع كيفية استخدام الخلية فعليًا.

• هل تستند المساحة المحمية إلى الحركة الكاملة للروبوت والمُدوِّر والأدوات وحزمة الكابلات وقطعة العمل؟
• هل تمنع الأبواب المزودة بأقفال التعشيق التشغيل الخطر، وهل يمكن للشخص تجنب الاحتجاز داخل الخلية؟
• هل يمكن الوصول إلى أجهزة الإيقاف الطارئ من كل موضع تشغيل مهم؟
• هل تم التحقق من مستشعرات السلامة ومسافات التوقف في البيئة المركبة؟
• هل تتضمن الأوضاع التلقائية والتعليم والإعداد والصيانة ظروفًا مميزة وخاضعة للتحكم؟
• هل تشمل مراجعة المخاطر نفسها أبخرة اللحام وإشعاع القوس والقطع الساخنة وإمداد الغاز ونقل المواد؟

تُعد الوثائق جزءًا من الحماية. وينبغي أن يكون تقييم المخاطر والمخططات الكهربائية ومعلومات وظائف السلامة وتعليمات التشغيل وسجلات الفحص ومواد التدريب متاحة للأشخاص المسؤولين عن التحكم اليومي. قد يتم توريد خلية بوثائق تصميم موجهة لمتطلبات CE، لكن المستخدم النهائي لا يزال بحاجة إلى ضمان تقييم التركيب والتكامل والالتزامات القانونية المحلية وأي تعديلات لاحقة بصورة صحيحة.

ينبغي أن تدعم السلامة جودة اللحام، لا أن تنافسها

غالبًا ما تحسن أفضل تدابير السلامة الانضباط في الجودة. فالتركيبة المستقرة، وتحديد موضع القطعة القابل للتكرار، ونقطة الفحص المحمية، وتسلسل الوصول الخاضع للتحكم، تقلل إغراء إجراء تعديلات غير مخطط لها أثناء الدورة. كما تجعل التحقيق في العيوب أسهل دون تعريض الأفراد للمعدات النشطة.

بالنسبة إلى الشركات التي تتولى توريد نطاق أوسع من معدات التصنيع، غالبًا ما تكون خبرة التكامل ذات صلة بمقدار مواصفات الروبوت. تقوم Wuxi Samgins International Trade Co., Ltd.، التي تأسست في عام 2012 في ووشي بمقاطعة جيانغسو، بتوريد معدات اللحام الأوتوماتيكية إلى جانب معدات القطع والتشغيل الآلي والدرفلة والتسوية وإزالة النتوءات وإنتاج العوارض H. ويتم تنظيم أنشطة الإنتاج والتصميم لديها وفقًا لممارسات نظام الجودة ISO9001 ومعايير CE الأوروبية. وبالنسبة إلى مشروع خارجي، لا يتمثل النقاش المفيد في ما إذا كان الروبوت يمتلك قائمة طويلة من الميزات، بل في مدى توافق الخلية ومناولة قطعة العمل والحواجز والوثائق المطلوبة مع السوق المستهدف وتخطيط المصنع.

قبل اعتماد تركيب روبوت لحام في مساحة عمل مشتركة، اطلب تخطيط الخلية ومفهوم السلامة ووصف أوضاع التشغيل ومسؤوليات الواجهة ونطاق التشغيل الأولي. ثم راجعها مقارنةً بالأشخاص الفعليين ومسارات المواد ومهام الفحص وممارسات الصيانة على أرضية الورشة. فهذا هو الموضع الذي تتحول فيه ميزات السلامة إلى نظام عملي بدلًا من قائمة تحقق في عرض أسعار.