Smart Safety Modulare Anlagen: Sicherheit schnell bewerten

Autor / Redakteur: Michael Pfeifer, Dimitri Harder* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Tüv Süd und die Technologie-Initiative Smart Factory KL zeigen, wie es gelingen kann, neue Anlagenkonstellationen schnell, regelkonform und wirtschaftlich zu betreiben.

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Screen der zertifizierten und automatisierten Freigabe nach einem Modultausch.
Screen der zertifizierten und automatisierten Freigabe nach einem Modultausch.
(Bild: Smart Factory-KL)

Modulare Anlagen ermöglichen eine flexible Produktion – doch die Risikobewertung ist mitunter aufwändig. Ein Grund: Die Safety-Inhalte der digitalen Repräsentanzen sind noch nicht standardisiert und nicht automatisch auswertbar. Eine Lösung wäre, die Sicherheitsprofile aller Komponenten maschinenlesbar in einer einheitlichen Semantik zu definieren und in den Verwaltungsschalen abzulegen. Tüv Süd und Smart Factory KL zeigen wie es geht.

Sicherheit in den Fokus nehmen

Wenn Anlagen nach dem Prinzip Plug & Produce schnell umgebaut und konfiguriert werden können, bringt das eine bisher nicht erreichte Flexibilität für Produktionsprozesse. Auch kleine und kleinste Produktionsmengen lassen sich damit wirtschaftlich und kurzfristig realisieren – vorausgesetzt, die Module arbeiten reibungslos zusammen.

Die Herausforderungen der Kompatibilität werden in der Produktion bereits weithin angenommen, denn ohne adäquate Lösungen ist eine moderne Industrie 4.0-Produktion nicht möglich. Viele Hersteller setzen bereits auf offene Standards und Schnittstellen wie die OPC Unified Architecture (OPC UA), damit die Module unabhängig von Herstellern und Plattformen kommunizieren können.

Weniger im Fokus steht dagegen das Thema Sicherheit, obwohl es nicht weniger relevant ist. Unabhängig von der aktuellen Zusammensetzung der Anlage, der Häufigkeit des Umbaus und der Konstellation der Module gelten jederzeit dieselben Sicherheitsrichtlinien wie für nicht-modulare, statische Anlagen – beispielsweise die Maschinen- oder Niederspannungsrichtlinie. So muss nach jeder wesentlichen Änderung die Sicherheit der gesamten Anlage neu bewertet werden.

Module: Wechselwirkungen beachten

Entscheidend dabei ist, die Wechselwirkungen von Modulen zu berücksichtigen. Je nach Zusammenspiel können neue Sicherheitsanforderungen entstehen, manchmal konkurrieren Schutzmaßnahmen oder sind durch eine Dopplung nicht mehr effizient. Wenn beispielsweise zwei Maschinenmodule einen neuen Verbund bilden sollen und beide über prozesstechnisch gleichwertige Sicherheitsfunktionen verfügen – das eine beispielsweise über eine Lichtschranke, das andere über eine Schleuse – dann stellt sich die Frage, welche für diese Konstellation sinnvoller ist. Vermutlich würde die Entscheidung im Sinne der Effizienz zugunsten der Lichtschranke fallen, da kürzere Taktzeiten und ein geringerer Verschleiß angenommen werden können.

Viele solcher Entscheidungen unter Berücksichtigung aller relevanten Aspekte können durchaus durch manuelle Bewertungen getroffen werden, dies jedoch verursacht vergleichsweise hohe Kosten und ist zeitintensiv – und schmälert somit die zeitliche und wirtschaftliche Effizienz, die durch die modulare Anlagengestaltung ja gerade gewonnen werden soll.

Flexibel durch Digitalen Zwilling

Da diese Problematik regelmäßig auftaucht, ist Tüv Süd im Rahmen der Technologie-Initiative Smart Factory KL aktiv, um mit anderen Experten und Firmen das Konzept eines automatisierten Bewertungs- und Zertifizierungssystems zu diskutieren und kontinuierlich weiter zu entwickeln. Das Ziel: Ein Maschinenverbund soll künftig automatisch und selbstständig die Sicherheitsbewertung vornehmen – mit einem Smart Safety Agentensystem.

Voraussetzung dafür ist, dass alle relevanten Safety-Daten der einzelnen Komponenten kompatibel in Verwaltungsschalen bzw. so genannten Digitalen Zwillingen abgelegt und abrufbar sind.

Bei einem Digitalen Zwilling werden die physischen Komponenten, Maschinen und Anlagen digital abgebildet – inklusive Geometrie, Kinematik- und Logikdaten. Dadurch entsteht ein virtuelles Modell, an dem alle Vorgänge zunächst digital durchgespielt werden können.

Der Smart Safety Agent wählt aus den definierten Sicherheitseinrichtungen diejenige aus, mit der der erkannten Gefahr am besten entgegengewirkt werden kann. Sollte es mehrere Optionen geben, wird diejenige genommen, die die Produktion weniger beeinflusst – im oben genannten Fall würde die Lichtschranke gegenüber der Schleuse bevorzugt.

Oder wenn beispielsweise die Rückhaltefähigkeit der Schutztüre bei einem sehr schweren Werkstück nicht ausreicht, würde diese ungenügende technische Maßnahme durch eine organisatorische ersetzt. Mit Agentensystemen lassen sich heutige Restrisiken dieser Art sicher gestalten.

Smart Safety Agent im Einsatz

Der Agent kann jedoch nur erfolgreich angewandt werden, wenn alle benötigten Safety-Daten und Informationen in einer standardisierten, herstellerunabhängigen Form mit einer einheitlichen Semantik definiert sind. Dazu gehören sowohl potenzielle Gefährdungen als auch Lösungsansätze. Wenn diese Angaben verfügbar sind, kann der Smart Safety Agent automatisiert die Sicherheit einer geänderten Konfiguration auf der Grundlage eines Soll-Ist-Vergleichs bewerten.

Dies soll an einem Beispiel vereinfacht verdeutlicht werden. Ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) droht mit einem anderen Objekt zu kollidieren, die Gefährdung lautet „Zusammenstoß“. Mögliche Reaktionen darauf wären beispielsweise „stehen bleiben“, „Route ändern“ oder „Fahrspur anfragen“. Üblich wäre zunächst die Wahl der Schutzmaßnahme „stehen bleiben“ – der Smart Safety Agent dagegen würde die Situation analysieren und je nach Umgebungsbedingungen eine Routenänderung oder neue Fahrspur vorschlagen. Die Schutzmaßnahme „Stillstand“ kann also gleichwertig ersetzt werden, ohne dass dies zu Lasten der Sicherheit geht.

Fazit: Um alle Vorteile von modularen Anlagen zu nutzen, müssen die Anlagenkomponenten nicht nur kompatibel sein, sondern in Kombination auch sicher. Grundlage dafür kann eine Sicherheitsbewertung durch den Smart Safety Agenten sein. Voraussetzung dafür sind wiederum Standardisierungen der Inhalte des Verwaltungsschale sowie der Safety-Semantik. Gelingt es, die Sicherheitsbewertung und Zertifizierung zu automatisieren, profitieren produzierende Betriebe von einer höheren Flexibilität, weniger Ausfallzeiten und geringeren Kosten – bei gleichzeitiger Haltung des Sicherheitsniveaus oder sogar reduzierten Restrisiken.

* Michael Pfeifer, Experte für Maschinensicherheit und I4.0, Tüv Süd Industrie Service und Dimitri Harder, Projektmanager Automation, Tüv Süd Product Service

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