Stanisław Kowalewski ELOKON Polska Warszawa, 20.10.2012. ROLA OCENY RYZYKA W ZAPEWNIENIU BEZPIECZEŃSTWA OPERATOROM MASZYN W Unii Europejskiej maszyny odgrywają szczególną rolę. Z jednej strony stanowią mocny filar ekonomiczny, ponieważ ich projektowanie, budowa i obrót handlowy dają ok. 20% dochodów Unii. Z drugiej jednak, biorą udział w ponad 70.% wszystkich wydarzeń wypadkowych, a te czynią ok. 2% strat w globalnym produkcie Unii. To obrazuje skalę ważności maszyn w życiu ekonomicznym i społecznym. Europejski rynek maszyn musi się bronić zarówno z powodów handlowych jak i nieakceptowalnych strat ludzkich. Realizowane jest to poprzez wdrażanie i ciągłe doskonalenie spójnej i naturalnej koncepcji kształtowania bezpieczeństwa maszyn, która polega na tym, że wszyscy w środowisku zawodowym kreują i odpowiadają za bezpieczeństwo. Zarówno ci, którzy produkują maszyny i ci, którzy je użytkują. Na straży skuteczności jej wdrażania i realizacji stoją wymagania prawne sformułowane w dyrektywach ekonomicznych i socjalnych. Projektanci, producenci i dostawcy nowych maszyn muszą zapewnić spełnienie wymagań zasadniczych, formalnych i technicznych, nowej dyrektywy maszynowej NMD 2006/42/WE i norm zharmonizowanych, co powinno gwarantować przyszłemu użytkownikowi bezpieczeństwo. Natomiast użytkownicy, praktycznie pracodawcy, którzy są odpowiedzialni prawnie za warunki pracy, powinni tworzyć bezpieczeństwo eksploatacyjne, obejmujące całe środowisko pracy maszyn: operatorów, wyposażenie, otoczenie i organizację. W tzw. dyrektywie narzędziowej 2009/104/WE zostały określone wymagania minimalne obejmujące budowę i organizację pracy przy obsłudze tzw. starych maszyn. Ocena ryzyka jako fundament prewencji Współczesna koncepcja kreowania bezpiecznego środowiska pracy opiera się na racjonalizacji (optymalizacji) ryzyka zawodowego. Pozostaje ono w zasadzie jedynym parametrem umożliwiającym kwantyfikowanie poziomu bezpieczeństwa. Jest kluczem i nieodzownym narzędziem efektywnego zarządzania bezpieczeństwem pracy. Ryzyko zawodowe jest definiowane jako możliwość ponoszenia strat w procesie pracy, czyli jest prawdopodobieństwem zaistnienia zdarzenia zagrażającego (szkodliwego), powodującego określone szkody. Prawdopodobieństwo wystąpienia takiego zdarzenia jest związane z jednoczesnym wystąpieniem dysfunkcji struktury stanowiska pracy i ekspozycji na nią ludzi 1
lub obiektów. W odniesieniu do maszyn produkcyjnych najistotniejsze, zdecydowanie dominujące i decydujące o poziomie bezpieczeństwa, jest ryzyko wypadkowe (urazowe). Wypadki to wydarzenia nagłe, nieoczekiwane, nie pewne a prawdopodobne i jako takie w naturalny sposób przynależą do obszaru stochastyki. Ryzyko zdrowotne, związane z oddziaływaniem jednorodnych zagrożeń środowiskowych mierzalnych (hałas, drgania, zapylenie, oświetlenie itd.), choć trudne do nadzorowania, jest dobrze rozpoznane i zazwyczaj nie wynika ze szczególnego charakteru poszczególnych stanowisk pracy, a co najwyżej z problemami metrologicznymi. Ryzyko, jakie towarzyszy ludziom w różnych fazach użytkowania maszyn, mimo zastosowania odpowiednich środków bezpieczeństwa, to tzw. ryzyko resztkowe. Zarządzanie bezpieczeństwem pracy polega w istocie na świadomym podejmowaniu albo odrzucaniu tego ryzyka. Ryzyko resztkowe powinno pozostawać na poziomie zredukowanym do świadomie akceptowanego i uzasadnionego minimum, którego wartość graniczną wyznacza ryzyko tolerowalne, tj. ryzyko, które można zaakceptować w danych okolicznościach w oparciu o bieżące wartości społeczne (aktualny stan wiedzy i techniki, koszty, organizację bezpiecznych procesów pracy, wykształcenie, umiejętności, kulturę, świadomość personelu i in.). Ryzyko tolerowalne to niezwykle ważne pojęcie, wyznacza bowiem poziom podstawowy, poniżej którego zejść nie można. Jest trudne i do rozumienia i do stosowania, ponieważ nie ma obiektywnych kryteriów akceptowalności. Na nim jednak opiera się współczesna strategia kształtowania bezpieczeństwa, które zdefiniowane jako uwolnienie od nietolerowalnego ryzyka wskazuje, że bezpieczeństwo to nie tylko wyidealizowany stan z ryzykiem zredukowanym do zera, ale taki, gdzie zagwarantowane są warunki pracy na poziomie odpowiadającym aktualnemu stanowi wiedzy, możliwości technicznych i organizacyjnych, w konkretnych uwarunkowaniach kulturowych. Za poziom ryzyka towarzyszącego obsłudze nowych maszyn i urządzeń odpowiedzialni są przede wszystkim ich producenci (projektanci, dostawcy). Obsługa maszyn nowo produkowanych, o ile odbywa się zgodnie z zasadami sformułowanymi przez producentów, powinna odbywać się na poziomie tolerowalnym bez stosowania dodatkowych środków bezpieczeństwa przez użytkowników. Szczególna rola w kształtowaniu poziomu ryzyka obsługi maszyn starych, z przestarzałymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi, spoczywa na użytkownikach: pracodawcach, kierownictwie, nadzorze, inspekcji oraz osobach bezpośrednio zagrożonych, czyli operatorach maszyn. Warto podkreślić pierwszorzędną wagę problematyki oceny ryzyka także i z tego względu, że analizy z nim związane mają charakter wprost prospektywny. Procesy oceny ryzyka, odnosząc się do zdarzeń przyszłych, tym samym odnoszą się bezpośrednio do zapobiegania wypadkom przy pracy, co stanowi 2
Ryzyko resztkowe finalne Ryzyko resztkowe po zastosowaniu środków przez pracodawcę Ryzyko akcepowalne Ryzyko resztkowe po zastosowaniu środków przez producenta Ryzyko tolerowalne Ryzyko nie tolerowalne istotę prewencji wypadkowej. Wespół z analizami retrospektywnymi związanymi z badaniami wypadków, można tworzyć efektywny system minimalizowania strat. Ocena ryzyka (na podstawie zdefiniowanych ograniczeń maszyny oraz użytkowania zgodnego z przeznaczeniem) Dyrektywa maszynowa 2006/42/WE Rozp.MG z 21.10.2008. Normy zharmonizowane typu A, B, C Środki ochronne podejmowane przez Producenta (projektant, dostawca) Konstrukcja wewnętrznie bezpieczna (sama w sobie) Środki bezpieczeństwa Podstawowe i uzupełniające Informacje dla użytkownika Ryzyko pierwotne Ryzyko po zaprojektowaniu Dyrektywa w sprawie minimalnych wymagań przy użytkowaniu środków pracy 2009/104/WE Środki ochronne podejmowane przez użytkownika pracodawcę (kierownictwo) Organizacja z zarządzanie Procedury bezpiecznej pracy Nadzór Systemy zezwoleń na pracę... Rozp. MG z 30.10.2002. Rozp. w sprawie ogólnych przepisów bhp Dodatkowe środki ochrony zbiorowej i indywidualnej operatora Szkolenia i konsultacje Informowanie operatorów o zagrożeniach Przestrzeganie procedur Stosowanie środków ochronnych Kultura - zachowanie, motywacja... Informowanie kierownictwa o nieprawidłowościach Ilustr. 1 Ogólna koncepcja kształtowania bezpieczeństwa na stanowisku pracy 3
MASZYNY NOWE Obecna definicja oceny ryzyka, jako proces analizy i ewaluacji ryzyka, zawarta w podstawowej normie maszynowej PN-EN ISO 12100, jest bardzo formalna, nie oddaje istoty jej przesłania. Rozpatrując rolę oceny ryzyka w zapewnieniu bezpieczeństwa operatorom maszyn warto przypomnieć starą definicję oceny ryzyka sformułowaną w pierwszej normie podstawowej PN-EN 292: ocena ryzyka to kompleksowe oszacowanie prawdopodobieństwa wystąpienia urazu ciała lub pogorszenia stanu zdrowia i ich ciężkości w sytuacji zagrożenia dokonywane w celu wyboru właściwych środków bezpieczeństwa. Ta definicja w sposób jednoznaczny określa najważniejszy, właściwie jedyny cel dokonywania tych ocen, jakim jest dobór i stosowanie odpowiednich środków, których zadaniem jest skuteczne nadzorowanie zidentyfikowanych zagrożeń i uniemożliwienie kontaktu z nimi ludzi, czyli środków relatywnych do oszacowanego poziomu ryzyka. Dlatego proces oceny ryzyka należy traktować jak podstawowe i nieodzowne narzędzie inżynierskie przy projektowaniu i budowie maszyn oraz kształtowaniu warunków przy ich eksploatacji (patrz. Ilustr.1). Proces oceny ryzyka ma tę podstawową wartość praktyczną, że wymusza na projektantach i użytkownikach maszyn określenie cech technicznych i organizacyjnych środków 4
bezpieczeństwa, czyli środków minimalizujących ryzyko do uzasadnionego, tolerowalnego poziomu. Zatem ocena ryzyka w zapewnieniu bezpieczeństwa operatorom maszyn odgrywa rolę absolutnie podstawową. Proces oceny i redukcji ryzyka przy obsłudze maszyn Ryzyko tolerowalne można osiągnąć przez zastosowanie iteracyjnego procesu oceny ryzyka i - w razie potrzeby - jego redukcji (ilustr. 2). Ocena składa się z analizy i ewaluacji ryzyka. Analiza ryzyka to zebranie, rozpoznanie oraz przetworzenie dostępnych informacji koniecznych do dokonania identyfikacji zagrożeń oraz do oszacowania ryzyka. Natomiast ewaluacja ryzyka wieńczy proces oceny. Jest elementem strategicznym tego procesu, w którym na podstawie analizy oraz także uwzględnienia rozmaitych czynników wynikających z kontekstu społecznego, np. socjalnych, ekonomicznych, kulturowych, środowiskowych itd., zostaje wydane orzeczenie o akceptacji bądź dyskwalifikacji wcześniej oszacowanego poziomu ryzyka. Redukcja ryzyka zawiera się w tzw. bezpieczeństwie kompleksowym, które tworzy hierarchiczna triada podejmowanych środków: I. Najważniejszym jest eliminowanie lub, w najwyższym możliwym stopniu, ograniczanie zagrożeń lub ekspozycji, co jest tożsame z redukcją ryzyka na etapie projektowania maszyn lub stanowisk pracy przez uczynienie ich konstrukcji możliwie najbardziej wewnętrznie bezpiecznych. II. Jeśli zagrożeń lub ekspozycji na etapie projektu nie da się wyeliminować, to należy zastosować odpowiednie środki bezpieczeństwa, podstawowe i uzupełniające, z zachowaniem zdecydowanego priorytetu środków ochrony zbiorowej nad środkami ochrony indywidualnej. III. Jeżeli mimo zastosowania środków bezpieczeństwa pozostaje ryzyko resztkowe, mimo że tolerowalne, to należy o tym dokładnie informować i ostrzegać użytkowników maszyn. 5
S T A R T O K R E Ś L E N IE O G R A N IC Z E Ń M A S Z Y N Y O C E N IA N IE R Y Z Y K A ID E N T Y F IK A C J A Z A G R O Ż E N IA T A K O S Z A C O W A N IE R Y Z Y K A O C E N A R Y Z Y K A N I E C Z Y G E N E R O W A N E S Ą IN N E Z A G R O Ż E N IA C Z Y R Y Z Y K O M O Ż E B Y Ć T O L E R O W A N E T A K K O N IE C R E D U K C J A R Y Z Y K A IT E R A C Y J N Y P R O C E S R E D U K C J I N A L E Ż Y W Y K O N Y W A Ć O S O B N O D L A K A Ż D E G O Z A G R O Ż E N IA, S Y T U A C J I I Z D A R Z E N IA N IE B E Z P IE C Z N E G O, W K A Ż D Y C H W A R U N K A C H U Ż Y T K O W A N IA N I E C Z Y M O Ż N A U S U N Ą Ć Z A G R O Ż E N IE L U B E K S P O Z Y C J Ę N I E T A K W K A Ż D Y M K R O K U P R O C E S U IT E R A C Y J N E G O, P R Z Y S Z A C O W A N IU I O C E N IE R Y Z Y K A Ł Ą C Z N IE Z P O R Ó W N Y W A N IE M R Y Z Y K A K R O K 1 R E D U K C J A R Y Z Y K A P O P R Z E Z K O N S T R U K C J Ę W E W N Ę T R Z N IE B E Z P IE C Z N Ą C Z Y Z O S T A Ł A O S IĄ G N IĘ T A S P O D Z IE W A N A R E D U K C J A R Y Z Y K A T A K C Z Y R Y Z Y K O M O Ż E B Y Ć O G R A N IC Z O N E P R Z E Z K O N S T U K C JĘ W E W N E T R Z N IE B E Z P IE C Z N Ą T A K N I E N I E K R O K 2 C Z Y R Y Z Y K O M O Ż E B Y Ć O G R A N IC Z O N E P R Z E Z O S Ł O N Y, U R Z Ą D Z E N IA O C H R O N N E... T AK R E D U K C J A R Y Z Y K A P O P R Z E Z T E C H N IC Z N E Ś R O D K I B E Z P IE C Z E Ń S T W A W D R A Ż A N IE U Z U P E Ł N IA J Ą C Y C H Ś R O D K Ó W O C H R O N N Y C H C Z Y Z O S T A Ł A O S IĄ G N IĘ T A S P O D Z IE W A N A R E D U K C J A R Y Z Y K A T A K N I E N I E T A K C Z Y N A L E Ż Y P O W T Ó R N IE O K R E Ś L IĆ O G R A N IC Z E N IA N I E K R O K 3 R E D U K C J A R Y Z Y K A P O P R Z E Z IN F O R M O W A N IE O U Ż Y T K O W A N IU C Z Y Z O S T A Ł A O S IĄ G N IĘ T A S P O D Z IE W A N A R E D U K C J A R Y Z Y K A T A K N I E IT E R A C Y J N A 3 -K R O K O W A M E T O D A P R O C E S U R E D U K C J I R Y Z Y K A Ilustr. 2 Iteracyjny proces oceny i redukcji ryzyka Strategia oparta na triadzie bezpieczeństwa ma charakter iteracyjny. Ażeby uzyskać zadawalający rezultat, zwykle konieczne jest kilkakrotne powtórzenie procedury. Przy realizacji procesu redukcji ryzyka do poziomu tolerowalnego należy uwzględnić zdolność maszyny do wykonywania swoich funkcji, jej zainstalowanie, regulacje i konserwowanie oraz koszty produkcji i eksploatacji. Wszelkie środki, jakie można uwzględnić w fazie projektowania i budowy maszyn są nadrzędne w stosunku do środków, które powinien 6
zastosować ich użytkownik. Jest ważne, przy realizacji i utrzymaniu bezpiecznych funkcji środków bezpieczeństwa, ażeby pozwalały na łatwą obsługę i nie obniżały produktywności. W przeciwnym razie środki te będą obchodzone przez operatorów na rzecz maksymalnego ułatwienia obsługi przy akceptacji nadzoru. Tak sformułowany proces jest bardzo uogólniony. Praktyczne zastosowanie wymaga szczegółowego rozwinięcia poszczególnych elementów odpowiednio do specyfiki konkretnych stanowisk pracy i prowadzonych zadań. Zdefiniowanie ograniczeń stanowiska pracy związanego z maszyną Realne środowisko pracy składa się z trzech zasadniczych elementów, które są nieodzowne przy realizowaniu zadań produkcyjnych lub usługowych: ludzi je wykonujących, używanego wyposażenia i środków roboczych (obiekty i procesy) oraz otoczenia, w którym są one wykonywane. Te trzy elementy mające bezpośredni wpływ na realizację celów wytwórczych muszą być ze sobą zharmonizowane i działać wedle przyjętych zasad, które tworzą organizację pracy (ilustr.3). ORGANIZACJA OBIEKTY i PROCESY OTOCZENIE OSOBY Ilustr. 3 Struktura bezpieczeństwa 4xO stanowiska pracy Struktura środowiska pracy musi być odpowiednia do zadań, jakie mają być podjęte na stanowisku pracy. Zdefiniowanie zadań jest elementem wyjściowym do sformułowania struktury i charakteru stanowiska pracy. Od precyzyjnego i jednoznacznego określenia przedsięwzięcia bezpośrednio zależy określenie specyfiki procesu, sposobów jego realizacji oraz budowy i wymagań stawianych samemu stanowisku pracy, co rodzi bezpośrednie konsekwencje związane ze strukturą bezpieczeństwa: 4xO = f(osoby, Obiekty, Otoczenie, Organizacja). W każdym z tych elementów mogą pojawiać się zakłócenia skutkujące 7
dysfunkcją całego systemu. Kształtowanie bezpieczeństwa na stanowisku pracy jest bezpośrednio związane z określeniem wymagań stawianych poszczególnym elementom tej struktury. Zarówno projektanci maszyn jak i późniejsi użytkownicy powinni określić warunki brzegowe w jakich mogą pracować. ZDEFINIOWANIE OGRANICZEŃ Maszyny przez projektanta Stan energii: mechanicznej (masa, prędkość, wysokość, ciśnienie płynów, stateczność i in.) elektrycznej (zasilanie, sterowanie, odporność na przebicie, zerowanie i in.) termicznej (powierzchnie gorące, zimne) chemicznej (oddziaływanie substancji) promieniowania ludzkiej (praca na wysokości, przemieszczanie się w strefie roboczej) Czas i przestrzeń: trwałość obiektu i elementów niezawodność dopuszczalny czas pracy ciągłej przestrzeń potrzebna na zainstalowanie, eksploatację, obsługę i konserwację Właściwości użytkowania: faza życia obiektu (budowa, transport, instalowanie i uruchamianie, eksploatacja, konserwacja, obsługa bieżąca, demontaż i złomowanie), zastosowanie (przemysłowe, usługowe, domowe i in.) dokładne określenie prac ręcznych warunki użytkowania zgodnie z przeznaczeniem warunki uszkodzenia transport. Stanowiska pracy przez pracodawcę Osoby: - płeć - wiek - cechy psychofizyczne - umiejętności - poziom wykształcenia - kultura - ekspozycja osób trzecich.. Otoczenie: klimat i mikroklimat czas (pora dnia, roku) aranżacja otoczenia oświetlenie stosunki międzyludzkie i współpraca kumulacja zagrożeń (hałas, promieniowanie itd.)... Organizacja: - organizacja i zarządzanie procesami - nadzór - szkolenia - motywowanie - komunikowanie się - ciągłe doskonalenie Identyfikacja zagrożeń W nauce o bezpieczeństwie zagrożenie jest kategorią zasadniczą, ponieważ po to właśnie należy oceniać ryzyko realizacji poszczególnych zidentyfikowanych zagrożeń, ażeby móc je eliminować, ograniczać i skutecznie nadzorować. Generalnie, z uwagi na charakter skutków, nagłość realizacji, przypadkowość oraz na mierzalność i relacje z ekspozycją, zagrożenia można podzielić na urazowe (wypadkowe) i chorobowe (środowiskowe). Zagrożenia urazowe są główną przyczyną wydarzeń wypadkowych. Są bardzo słabo mierzalne. Aktywizują się nagle i nieoczekiwanie. Na swe ofiary mogą oddziaływać rozmaitymi rodzajami energii niszczącej, np. mechanicznej, elektrycznej, cieplnej, energii wybuchów i wszelkimi innymi powodującymi szkodliwe zdarzenia nagłe i nieoczekiwane. 8
Powodują bezpośrednie straty ludzkie, materialne i finansowe. Zagrożenia środowiskowe pomijając rzadkie przypadki nagłego oddziaływania o chwilowych wartościach szczytowych przekraczających odporność ofiary - są przyczyną chorób zawodowych. Są dobrze rozpoznane (np. hałas, drgania, zapylenie) i posiadają tę zaletę, z punktu widzenia ich nadzorowania, że w odróżnieniu od zagrożeń wypadkowych, są mierzalne. To niezwykle ważne, ponieważ do analiz ryzyka związanych z tymi zagrożeniami stosuje się bezpośrednie metody ilościowe. Wiadomo jaką wielkość, czym i jak mierzyć oraz, co najważniejsze, można wartość wielkości zmierzonej porównać z wartościami dopuszczalnymi stężeń (NDS) lub natężeń (NDN). Zagrożenia środowiskowe zazwyczaj oddziaływają w długich okresach czasu i nie powodują bezpośrednich strat materialnych. Inne też są mechanizmy szkodliwego oddziaływania zagrożeń wypadkowych i środowiskowych. Tę różnicę czyni istota związków pomiędzy zagrożeniami a ekspozycją. W odniesieniu do zagrożeń środowiskowych, o negatywnych długotrwałych oddziaływaniach zdrowotnych, człowiek może być na nie eksponowany, a mimo to wykonywać swoje zadania. Tutaj ekspozycja jest tożsama z bezpośrednim kontaktem człowieka z czynnikiem szkodliwym. Co więcej, wykonywanie pracy w warunkach ekspozycji na te zagrożenia regulują odpowiednie zasady ujęte w stosownych przepisach i normach (np. relacje pomiędzy czasem ekspozycji a wartościami stężeń czynników szkodliwych). Inaczej rzecz ma się w odniesieniu do zagrożeń wypadkowych, urazowych, gdzie wydarzenia następują nagle i nieoczekiwanie, gdzie każdy bezpośredni kontakt człowieka z czynnikiem, którego energia przewyższa jego odporność, jest równoznaczny z doznaniem urazu i, zazwyczaj, z niemożnością kontynuowania zadań. Tutaj ekspozycja jest tożsama nie z bezpośrednim oddziaływaniem, ale już z samą możliwością oddziaływania. Zagrożenie, mimo że jest pojęciem kluczowym dla rozpoznania i rozumienia środowiska pracy oraz zarządzania bezpieczeństwem, nie zostało dotychczas na tyle jednoznacznie zdefiniowane, aby było przyjęte w środowisku nauki o bezpieczeństwie. Z inżynierskiego punktu widzenia najbliższą jest definicja: zagrożenie wypadkowe to ogół czynników i zjawisk towarzyszących oddziaływaniu energii niszczącej na ludzi, mienie lub środowisko. Są one związane z następującymi podstawowymi elementami: - naturą źródła energii - czynniki zagrażające to wszelkie media posiadające (lub mogące posiadać) energię przewyższającą próg odporności ofiary (człowiek, mienie, środowisko); 9
- powodami jej przepływu aktywacja czynnika zagrażającego to kontrolowane lub niekontrolowane zainicjowanie przepływu energii niszczącej; - możliwością jej oddziaływania - sytuacje zagrożenia to okoliczności, w których ludzie, mienie lub środowisko są eksponowani na zagrożenia; - formą oddziaływania - zdarzenia szkodliwe to wydarzenia, w których sytuacja zagrożenia przeradza się w szkodę. Czynnik zagrażający i aktywacja czynnika zagrażającego (np. niezasterowany, powtórny skok suwaka w prasie) informują o tym co zagraża? Sytuacja zagrożenia (np. możliwość pochwycenia dłoni pomiędzy stemplem i matrycą) informuje o tym jak i dlaczego zagraża? Natomiast zdarzenie szkodliwe (np. zmiażdżenie dłoni) informuje o skutkach przejścia sytuacji zagrożenia w szkodę czyli czym zagraża? Tak zdefiniowane zagrożenie oraz jego elementy (czynnik, sytuacja i zdarzenie) mają znaczenie fundamentalne, ponieważ tworzą sekwencyjny łańcuch przyczynowo-skutkowy. Aby mogło dojść do rozwoju nieszczęścia musi być na początku jakiś czynnik mogący dosięgnąć ofiary i spowodować jakieś szkody. Takie podejście jest niezwykle ważne zarówno przy tworzeniu systemu badań i analizy wypadków, ale też przy szacowaniu i ocenie ryzyka, ponieważ jedna przyczyna pierwotna - czynnik zagrażający - może tworzyć z potencjalną ofiarą rozmaite sytuacje zagrożenia, a one z kolei mogą przeradzać się w różnorodne szkody. To wszystko należy uwzględnić przy tworzeniu algorytmu zarządzania ryzykiem. Podsumowując, identyfikacja zagrożeń wypadkowych jest procesem rozpoznawania jego elementów: czynników zagrażających, sytuacji zagrożeń i zdarzeń szkodliwych. Oczywiście w praktyce zawsze będą stosowane uogólnione pojęcia zagrożenia, które są związane z rodzajem mediów i przenoszonej energii, np. zagrożenia mechaniczne, elektryczne, chemiczne, termiczne, biologiczne, wybuchy, hałas, drgania itd. One dobrze służą jako hasła przy zgrubnych charakterystykach bezpieczeństwa na stanowisku pracy lub przy ich systematyzowaniu i klasyfikowaniu. Natomiast są zbyt uogólnione, aby mogły być wprost wykorzystywane do analiz szczegółowych, zarówno przy badaniach wypadków jak i ocenie ryzyka. Dokonując analiz zagrożeń należy zawsze pamiętać o wszystkich elementach mających wpływ na proces, związkach i relacjach między nimi oraz możliwych scenariuszach wydarzeń. Poszczególne zagrożenia, oceniane jako znikome, mogą w kombinacji z innymi powodować znaczne niebezpieczeństwo na stanowisku pracy. W rzeczywistych warunkach 10
warsztatowych, podczas użytkowania maszyn, pojedyncze, wyabstrahowane zagrożenia prawie nie występują. Zazwyczaj rozmaitym zagrożeniom urazowym towarzyszą zagrożenia środowiskowe, których oddziaływanie nawzajem się wzmacnia. Szacowanie ryzyka Po zidentyfikowaniu zagrożeń należy określić, w jakim stopniu możliwy jest kontakt z nimi potencjalnej ofiary i jakie to mogłoby spowodować szkody (urazy, straty materialne, finansowe i inne). Służy temu kolejny element procesu oceny ryzyka, jakim jest jego szacowanie. Ryzyko wypadkowe jest pojęciem stochastycznym. Zatem oszacowanie ryzyka polega na jego skalkulowaniu z pewnym prawdopodobieństwem, na wymaganym poziomie ufności. Ryzyko (R) jest funkcją: możliwości zaistnienia zdarzenia szkodliwego (prawdopodobieństwa realizacji rozpatrywanego zagrożenia) (O), ekspozycji (E), czyli częstości lub czasu trwania narażenia oraz ludzkich i technicznych możliwości uniknięcia lub ograniczenia szkody (A) o określonej ciężkości (S): R = f (O; E; A; S) Znając wartości powyższych elementów, oraz wzajemne relacje pomiędzy nimi, można określić wartość samego ryzyka. Problem tkwi w słabym rozpoznaniu ilościowym elementów składowych. Głównie przyczynia się do tego sam człowiek, który jest obecny w każdym z czterech elementów ryzyka, a którego zachowania najtrudniej poddają się kwantyfikacji i pozostają na najniższym poziomie ufności. Także parametry niezawodności elementów struktur maszyn są zazwyczaj nieznane. Siłą rzeczy, taka sytuacja wymusza bardzo zindywidualizowane podejście do każdej analizy, gdzie należy posiłkować się wiedzą i doświadczeniem, historią wypadków na takich samych i podobnych maszynach, opracowaniami statystycznymi itd. Z punktu widzenia metody badawczej istnieją dwa podstawowe typy analiz ryzyka: dedukcyjna i indukcyjna. W metodzie dedukcyjnej dla założonego zdarzenia końcowego poszukuje się zdarzeń poszczególnych, które do tego zdarzenia wiodą i je powodują. Natomiast metoda indukcyjna odwrotnie, dla założonego pojedynczego uszkodzenia (awarii) elementu składowego, bada dalszy rozwój wydarzeń mogących być skutkiem tego uszkodzenia. Rozwija możliwe scenariusze aż do zdarzeń końcowych. Ze względu na charakter otrzymywanego wyniku, metody szacowania ryzyka można podzielić na jakościowe i ilościowe. W odniesieniu do maszyn należy dążyć do stosowania metod ilościowych, które pozwalają uzyskiwać wymierne i porównywalne wyniki. Przeszkodą jest brak danych niezawodnościowych elementów struktur. W praktyce 11
stosowane są metody jakościowe. Najważniejszym przesłaniem jest dobór takiej metody szacowania poziomu ryzyka, która pozwoli na dobór cech technicznych środków ochronnych potrafiących skutecznie nadzorować zagrożenia. Rozwiązania konstrukcyjne maszyn i urządzenia ochronne powinny redukować ryzyko resztkowe do poziomu tolerowalnego. Rozwiązania te, z punktu widzenia bezpieczeństwa, dotyczą przede wszystkim napędów. Panowanie nad napędami elektromechanicznymi, hydraulicznymi i pneumatycznymi to panowanie nad niebezpiecznymi zrachowaniami maszyn, np. nad nieoczekiwanym uruchomieniem lub zatrzymaniem, powtórzeniem cyklu, zwiększeniem prędkości, nabudowaniem ciśnienia itp., co w sposób bezpośredni wpływa na poziom ryzyka. Dlatego decydującą rolę odgrywają układy sterowania napędami i elementami wykonawczymi w powiązaniu z kontrolą dostępu do stref ich niebezpiecznego oddziaływania. Relacje pomiędzy poziomem ryzyka a cechami urządzeń odpowiedzialnych za bezpieczeństwo Pierwszą normą europejską wiążącą poziom ryzyka z cechami urządzeń odpowiedzialnych za bezpieczeństwo była norma EN 954-1:1996. Wykorzystano w niej bardzo prosty graf ryzyka opracowany przez firmę Mayser Elektronic (ilustr. 4). O1 O2 O3 KR start S1 S2 @ E2 E1 A1 A2 A1 A2 - - I - I II I II III II III IV III IV V K l a s a R y z y k a Ilustr.4 Graf ryzyka (Mayser Electronic) 12
Gdzie poszczególne parametry ryzyka przyjmują wartości: Ciężkość urazu S1 (lekki, odwracalny); S2 (ciężki, nieodwracalny) Ekspozycja E1 (rzadka, 2/1 zmianę i rzadziej); E2 (częsta) Możliwość unikania, ograniczania szkód A1 (istnieje); A2 (nie istnieje) Częstość występowania zdarzeń O1(rzadziej niż 1/20 lat); O2 (między 10 a 20 lat); O3 (częściej niż 1/10 lat) W normie PN-EN 954-1 przyjęto, że częstość występowania zdarzeń związana z zawodnością układów sterowania jest O3 (niższa niż 1/10 lat) i dlatego ścieżki grafu S; E; A prowadzą bezpośrednio do tzw. kategorii, które na 5. poziomach: B, 1, 2, 3, 4 formułują cechy urządzeń odpowiedzialnych za bezpieczeństwo (ilustr.5). Praktycznie urządzenia realizujące funkcje bezpieczeństwa nie powinny mieć niższej kategorii niż Kat 1. Urządzenia, które oprócz funkcji ochronnych spełniają też funkcje sterujące (np. kurtyny świetlne) powinny spełniać kategorie wyższe od wyznaczonych, jeśli z szacowania ryzyka wynika niższa niż Kat 4. - Kategoria zalecana - Kategoria nadmiarowa - Kategoria dopuszczalna przy zwielokrotnieniu urządzeń ochronnych Ilustr. 5 Szacowanie ryzyka do doboru kategorii wg PN-EN 954-1 Kat B wystąpienie defektu może spowodować utratę funkcji bezpieczeństwa. Elementy systemu sterowania powinny być dobrane i zmontowane zgodnie z 13
odpowiednimi normami i ich parametrami. Odporność na defekty uzyskuje się w wyniku doboru elementów i sposobu ich użycia Kat 1 jak w kategorii B, a wzrost odporności na defekty uzyskuje się w wyniku bardziej selektywnego doboru elementów i sposobu ich użycia z zachowaniem dobrych praktyk inżynierskich. Kat 2 tak jak w 1 oraz przez strukturę układu z okresowym sprawdzaniem działania funkcji bezpieczeństwa; np. w momencie włączania napięcia lub włączenia funkcji Test. Ewentualny defekt może być wykryty tylko w czasie testu, pomiędzy testami może spowodować utratę funkcji bezpieczeństwa. Kat 3 tak jak w 1 i przez strukturę układu, gdzie pojedynczy defekt nie może powodować utraty funkcji bezpieczeństwa. W praktyce stosuje się zwielokrotnienia elementów realizujących daną funkcję. Nie wszystkie defekty są wykrywane. Nagromadzenie defektów może spowodować utratę funkcji bezpieczeństwa. Kat 4 tak jak w 1 i przez strukturę układu zapewniającej, że po wystąpieniu pojedynczego defektu funkcja bezpieczeństwa jest zawsze realizowana. Defekty powinny być wykrywane natychmiast lub przy próbie ponownego uruchomienia. Praktycznie, układ sterowania wymaga co najmniej struktury dwukanałowej. Powyższe podejście dowodzi, że proces oceny ryzyka jest narzędziem inżynierskim służącym doborowi skutecznych środków ochronnych na maszynach, ponieważ poziom oszacowanego ryzyka przenosi się wprost na cechy urządzeń nadzorujących to ryzyko. Ta koncepcja ulega ciągłemu rozwojowi. Normę PN-EN 954-1 zastąpiła norma zharmonizowana z nową dyrektywą maszynową 2006/42/WE - PN-EN ISO 13849-1 Bezpieczeństwo Maszyn. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. Część 1 Ogólne zasady projektowania. Norma ta zastępuje kategorie nowym opisem cech odporności na zakłócenia i defekty poziomami nienaruszalności bezpieczeństwa (performance level PL). W tej normie przedstawiono podobny graf ryzyka jak w PN-EN 954-1 z rozbudowaną ścieżką urazów lekkich (Ilustr. 6). 14
O1 O2 O3 PL A1 - - 1 a S1 E1 E2 A2 A1 A2-1 2-1 2 1 2 3 b b c start S2 E1 E2 A1 A2 A1 A2 1 2 3 2 3 4 2 3 4 3 4 5 c d d e POZIOM RYZYKA RL Ilustr. 6 Szacowanie ryzyka do doboru poziomów PL wg PN-EN ISO 13849-1 15
Rozwój inżynierii bezpieczeństwa zmierza do ocen coraz bardziej ilościowych. Pełna ocena wiążąca ryzyko z funkcjonalnością urządzeń ochronnych związana jest z normą: PN-EN 62061 Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem. Kategorie opisują funkcjonalność bezpieczeństwa w sposób jakościowy. Poziomy nienaruszalności PL wiążą jakościowe zachowanie obiektów z odpornością i niezawodnością struktur. Dlatego łącznie z kategoriami konieczne jest określenie parametrów niezawodności układów sterowania wpływających na zachowanie się maszyn i tym samym na bezpieczeństwo: MTTFd średni czas pracy do wystąpienia zagrażającego uszkodzenia. Na podstawie danych dla elementów składowych można obliczyć średni czas pomiędzy niebezpiecznymi uszkodzeniami w latach (MTTFd). Aby nie przeceniać wpływu niezawodności, użyteczna wartość maksymalna MTTFd została ograniczona do 100 lat. Najmniejsza dopuszczalna wartość MTTFd dla urządzeń sterownia w obwodach bezpieczeństwa wynosi 3 lata. Wartość MTTFd można oszacować z wartości B10, elementów poddanych próbie trwałości i jest wyrażona liczbą cykli przełączeń podczas których uległo uszkodzeniu 10% badanych próbek. Współczynnik uszkodzeń elementów elektromechanicznych może być obliczony na podstawie wartości B10 i cyklu pracy. B 10d ilość cykli po którym komponent ulegnie niebezpiecznemu uszkodzeniu. MTTFd = B 10d / 0,1n op, gdzie n op - ilość cykli w roku. Wartość MTTFd lub B 10d dla różnych komponentów: Komponent MTTFd (lata) lub B 10d (cykle) Elementy mechaniczne MTTFd 150 Elementy hydrauliczne MTTFd 150 Elementy pneumatyczne B 10d 20000000 Styczniki (niskie obciążenia) B 10d 20000000 Styczniki (wysokie obciążenia) B 10d 400000 Wyłączniki awaryjne B 10d 10000 Przyciski B 10d 100000 DC Pokrycie diagnostyczne procent wykrytych uszkodzeń. DC = Σ λ dd / (Σ λ dd + Σ λ du ), gdzie: Σ λ dd wskaźnik wykrytych uszkodzeń niebezpiecznych; Σ λ du wskaźnik 16
niewykrytych uszkodzeń. DC mniejsze od 60% dyskwalifikuje urządzenie jako ochronne. DC=60-90% niskie; 90-99% średnie; powyżej 99% wysokie. CCF uszkodzenia spowodowane wspólną przyczyną. Przykładowe kryteria oceny CCF: Odseparowanie Wymaganie Odseparowanie obwodów sygnałowych, oddzielnie poprowadzenie, izolacja, odstępu powietrzne itp. Wartość maksymalna 15 Zróżnicowanie Projekt, zastosowanie, doświadczenie Analiza, ocena Różne technologie, elementy składowe, sposoby działania, projekty Ochrona przed przeciążeniem, przepięciem, zwiększonym ciśnieniem itp. (w zależności od technologii) Zastosowanie analizy uszkodzeń w celu uniknięcia uszkodzeń spowodowanych wspólną przyczyną 20 15 5 Kompetencje / wykształcenie Szkolenie projektantów w kierunku pojmowanie oraz unikania przyczyn i skutków uszkodzeń spowodowanych wspólną przyczyną Wpływy środowiska Test systemu pod kątem wpływów na skutek kompatybilności elektromagnetycznej Test systemu pod kątem wpływów, takich jak temperatura, wstrząsy, wibracje itp. Minimalna suma punktów dla urządzeń ochronnych nie może być niższa od 65 5 25 10 Powyższe 3 główne parametry niezawodności są podstawą do określenia średniego prawdopodobieństwa wystąpienia niebezpiecznego uszkodzenia systemu w ciągu najbliższej godziny pracy PFHd i potwierdzenia spełnienia wymagań stawianych konstrukcji sterowania napędami i wpięcia w obwody urządzeń ochronnych. Warto zwrócić uwagę, że praktycznie cała technika bezpieczeństwa jest blokowana ze sterowaniem maszyn. Tylko osłony stałe, i to nie zawsze, nie muszą być kontrolowane. Osłony ruchome muszą być skuteczne w każdej pozycji, gdy są otwarte i gdy są zamknięte. Techniczne środki ochronne nieodgradzające (kurtyny i bariery świetlne, skanery laserowe, maty, linki, zderzaki, oburęczne sterowanie), nie stanowiąc fizycznych barier przed dostępem do stref niebezpiecznych muszą gwarantować pewność generowania sygnałów do układów sprzęgłowo-hamulcowych maszyn do zatrzymania elementów niebezpiecznych w odpowiednim czasie. 17
Bardziej złożone struktury, które są związane z ryzykiem procesowym objęte są normami PN-EN 62061 i IEC 6158 definiujące Safety Integrity Level SIL. Związki pomiędzy Kategoriami, PL i SIL ilustr. 7. PN-EN 62061 Kategoria sterowania Performance Level EN 13849-1 Maszyny.Bezpieczeństwo. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. PFHd średnie prawdopodobieństwo utraty funkcji bezpieczeństwa w ciągu godziny [1/h] a od 10-5 do 10-4 SIL według IEC 61508, PN EN 62061 Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem żadnych specjalnych wymagań bezpieczeństwa b od 3 x10-6 do 10-5 1 c od 10-6 do 3 x 10-6 1 d od 10-7 do 10-6 2 e od 10-8 do 10-7 3 Ilustr. 7 Związki pomiędzy Kategoriami, Poziomami PL i SIL a PFHd Podobnie jak Kategorie i Performance Level PL poziom SIL wyznacza się za pomocą jakościowej metody szacowania ryzyka JSA (Job Safety Analysis). Poziom ryzyka RL jest sumą wag ciężkości szkód S i prawdopodobieństwa zaistnienia P: R = S + P. Gdzie ciężkość szkód S opisana jest na 5. klasami. 18
Ciężkość szkód Klasa szkody Poziom ciężkości Konsekwencje S1 nieznaczny Brak zmian stanu zdrowia. Brak niezdolności do pracy. S2 niski Chwilowe złe samopoczucie. Krótka niezdolność do pracy. S3 średni Zranienia, oparzenia I i II stopnia na niewielkiej powierzchni ciała, proste złamania, skręcenia itp. Choroby zawodowe powodujące niewielkie ale stałe dolegliwości. Dłuższa niezdolność do pracy. S4 duży Amputacje, skomplikowane złamania, ciężkie zatrucia. Wypadki śmiertelne. Choroby zawodowe znacznie skracające życie lub powodujące śmierć. Bardzo długa niezdolność do Pracy. Wagi elementów prawdopodobieństwa P = E + O + A przybierają wartości punktowe: Wagi punktowe elementów prawdopodobieństwa Punkty E - Ekspozycja O - Częstość występowania zdarzeń 1 mniej niż 1 raz w roku nie odnotowano oczywista A - Możliwość uniknięcia lub ograniczenia szkody 2 1 raz na rok rzadka prawdopodobna 3 1 raz w miesiącu wyobrażalna realnie istnieje 4 1 raz w tygodniu realnie możliwa prawie nie istnieje 5 codziennie normalna nie istnieje Ostatecznie, wedle przyjętych wag, można oszacować poziom ryzyka RL o rozpiętości RL = 1 do 8 Klasy ryzyka Klasa P = 3-4 P = 5-7 P = 8-10 P = 11-13 P = 14-15 S1 RL =1 RL =2 RL =3 RL =4 RL =5 S2 RL =2 RL =3 RL =4 RL =5 RL =6 S3 RL =3 RL =4 RL =5 RL =6 RL =7 S4 RL =4 RL =5 RL =6 RL =7 RL =8 Dobór SIL dla: RL 7-8 SIL3; RL 4-6 SIL2; RL 1-3 SIL1 19
Ocena ryzyka może i powinna spełniać wielorakie funkcje. Przede wszystkim jest nieodzowna przy projektowaniu maszyn i stanowisk pracy, zwłaszcza układów sterowania i przy doborze cech środków ochronnych odgradzających (osłony) i nieodgradzających (elektroczułe urządzenia ochronne: kurtyny świetlne, skanery, zderzaki, maty, oburęczne sterowanie itd.). Jest też konieczna przy utrzymywaniu maszyn w stanie zdatności przy prostych wymianach elementów w ramach działań konserwacyjnych i napraw oraz modernizacjach maszyn, przy wyposażaniu maszyn w środki ochronne. Może być też narzędziem do optymalizacji wg kryterium nakładów, czyli doboru skutecznych środków bezpieczeństwa przy minimalizacji kosztów. Np. przy doborze wyposażenia ochronnego strefy narzędziowej prasy mechanicznej oszacowanie ryzyka pierwotnego wskazuje na najwyższy poziom wyznaczany wg grafów (ilustr. 4 i 6). Przy ręcznej obsłudze prasy elementy ryzyka przyjmują wartości ekstremalne: uraz ciężki S2; ekspozycja ciągła E2; brak możliwości uniknięcia urazu w razie dysfunkcji systemu np. przy wykonaniu niezasterowanego cyklu A2; wysoka częstość występowania takich lub podobnych zdarzeń O3. To czyni najwyższy poziom ryzyka RL5, przy którym system nadzorowania strefy musi spełniać wymagania najwyższe: Kategoria 4 i Poziom nienaruszalności PL(e). Dotyczy to wszystkich możliwych do zastosowania urządzeń ochronnych wpinanych w obwody sterowania. Wszystkie obwody powinny być zredundowane i samonadzorujące się w taki sposób, że każde uszkodzenie powinno być natychmiast wykryte z jednoczesnym zatrzymaniem niebezpiecznego ruchu suwaka. Zatem pojedyncze urządzenia ochronne strefy narzędziowej powinny spełniać te wymagania (Kat 4 i PL (e)). Koszty dopuszczalnych środków ochronnych stosowanych pojedynczo dla średniej wielkości prasy mogą okazać się wyższe od zwielokrotnionych urządzeń ochronnych słabszej kategorii. Urządzenia ochronne pojedyncze są rekomendowane w normach przedmiotowych typu C, adresowanych głównie do projektantów nowych maszyn. W maszynach starych, od dawna eksploatowanych, można uzyskiwać odpowiednią skuteczność środków ochronnych do wyznaczonego poziomu ryzyka redundując nie tylko obwody sterowania w pojedynczych urządzeniach ochronnych, ale redundując całe urządzenia, które same mogą mieć proste i tanie struktury, tylko jednokanałowe. Na wyjściu obydwa urządzenia ochronne tworzą, ze struktur jednokanałowych, wymaganą strukturę dwukanałową Kategorii 4. Taki układ, poza obniżonymi kosztami, ma tę zaletę, że jest zdewersyfikowany, co pozwala na uniknięcie błędów i uszkodzeń ze wspólnej przyczyny, dając tym samym możliwie najniższy poziom ryzyka wynikający z bardzo wysokiej niezawodności struktury technicznej maszyny, a tym samym operatorowi najwyższy poziom bezpieczeństwa, mimo zastosowania tanich 20
elementów składowych. Optymalizacja doboru środków wymaga pogłębionych analiz niezawodnościowych. Kończąc, chciałbym przedstawić strukturę organizacyjną kształtowania bezpieczeństwa maszyn, która mogłaby być przydatna prawodawcom do podjęcia działań na rzecz uporządkowania przepisów prawnych związanych z budową i zwłaszcza z eksploatacją maszyn. Cała strategia jest przyporządkowana celowi głównemu jakim jest bezpieczeństwo operatorów, którzy powinni dysponować maszynami bezpiecznymi bez względu na ich pochodzenie, wiek i fazę użytkowania. Ocena ryzyka jest podstawowym elementem kształtowania bezpieczeństwa przez projektantów i producentów maszyn z jednej strony i ich użytkowników z drugiej. 21
22
Literatura 1. Accident Preventional Manual for Business & Industry. Endineering & Technology. National Safety Council. 10th edition. 1992. 2.Antosiak J., Kędzia B., Karwowski W., Kochanowski A., Kowalewski S.: Bezpieczeństwo pracy na tłoczniach. Prasy mechaniczne. ZUS, 1998. 3.Harms-Ringdahl. Safety analysis. Principles and practice in occupational safety. Elsevier, Amsterdam, 1993. 4. ISO/IEC Guide 51 Safety aspects Guidelines for the inclusion of in standards, 1998 5. B. Kędzia, S. Kowalewski: O zagrożeniach i ryzyku - Atest 5/2002. 6.Kowalewski S. Model wydarzeń wypadkowych do zarządzania ryzykiem przy obsłudze maszyn praca doktorska, ORGMASZ, 2004. 7.Kowalewski S., Kwiatkowski SM., Lewandowski J., Majchrzycka K., Markowski AS., Owczarek G., Pietrzak L., Podgórski D., Sikorski M. - Metody analizy bezpieczeństwa pracy. PHARE-Centralny Instytut Ochrony Pracy, 1996. 8.Kowalewski S.: Podstawy bezpieczeństwa obsługi maszyn (tom 21), Centralny Instytut Ochrony Pracy, 1999. 9.Kowalewski S.: Ryzyko obsługi pras. Minimum ryzyka obsługi maszyn produkcyjnych. Poradnik. Centralny Instytut Ochrony Pracy, 2000. 10. Dyrektywa maszynowa 2006/42/WE 11. PN-EN 954-1 Maszyny. Bezpieczeństwo. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. Część 1: Ogólne zasady projektowania. 12. PN-EN ISO 13849-1 Bezpieczeństwo Maszyn. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. Część 1 Ogólne zasady projektowania. 13. PN-EN 62061 Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem. 23