SafeMotion으로 ‘기능 안전(Functional Safety)’을 달성하는 방법
모든 기계 제작자는 작업자를 부상 위험에서 보호하기 위해 엄격한 안전 요구 사항을 충족해야 한다는 것을 알고 있다. EU 시장용 기계를 제작하는 경우 유럽의 규제 환경이 대부분의 다른 지역보다 더 발전했으며 안전 설계 및 테스트에 대한 더 새롭고 더 엄격한 요구 사항이 있음을 알아야 한다. EU와 동등한 안전 기능은 특정 국내 규정이 없음에도 불구하고 많은 비유럽 제조업체에서 채택하고 있다. 조만간 모든 장비 제조업체는 기능적 안전 기능을 제공해야 하며 그렇지 않으면 뒤처지게 될 것이다. 이것이 무엇을 의미하는지 살펴보도록 하겠다.
안전을 어떻게 정의하나?
가장 단순한 형태의 ‘안전’이라는 단어는 인지된 위험에서 보호하거나 위험을 최소화하는 것을 의미한다. 그러나 제조 환경에서 이것이 무엇을 의미할까? ‘기계 안전’이라는 단어를 추가하면 예를 들어 움직이는 부품과의 의도하지 않은 접촉으로 인해 부상을 입을 수 있는 위험 요소를 제거하거나 제어하는 것을 의미한다.
기계 안전에 대한 가장 간단한 접근 방식은 기계 동작에서 작업자를 분리하는 칸막이 또는 펜스를 설치하는 것이다. 이는 번거롭고 작업자 제어를 방해하기 때문에 기계 제작자는 라이트 커튼, 비상 제어 장치, 안전 매트 또는 기타 장치를 사용하여 안전하지 않은 조건에서 기계를 종료하는 좀 더 정교한 접근 방식을 취하는 경우가 많다.
그러나 갑작스러운 종료는 때때로 운영자를 위험에 빠뜨리는 예측할 수 없는 반응을 연속적으로 생성할 수 있다. 잘 설계된 기계 안전 시스템은 이러한 위험을 거의 발생시키지 않지만 더 만연한 문제가 있다. 바로 시스템 종료이다.
시스템 종료 = 생산성 종료
여기저기서 가끔 발생하는 안전 사고의 문제만은 아니다. 종종 청소, 유지보수, 조정, 전환과 같은 절차는 기계를 완전히 종료하는 것보다 더 느린 속도로 실행하는 경우 효율적으로 수행할 수 있다. 작업자는 이 사실을 알고 있으며 실제 상황에서 장벽 및 차단 장치를 포함한 기존 기계 안전 기능을 비활성화, 우회 또는 단축하려는 유혹을 자주 받는다. 그것은 인간의 본성이다. 운전자가 지연되고 싶지 않기 때문에 노란색 또는 심지어 빨간색 신호등을 통해 속도를 내도록 동기를 부여하는 것과 동일한 충동이다. 따라서 잘 설계된 기계 안전은 규정 요구 사항을 충족할 수 있다. 그러나 기계 안전이 반드시 작업자 안전을 보장하는 것은 아니며 생산성 극대화라는 비즈니스 목표를 달성할 수도 없다.
기능 안전을 통한 생산성 향상
‘안전’에 ‘기계’를 추가하는 대신 ‘기능 안전(Functional Safety)’이라는 다른 단어를 추가해 보자. 이것은 무작위적인 실패를 피하고 실패가 발생할 때 제어하는 방법을 정의하는 일련의 표준이다. EU에서 판매하려는 기계는 IEC 62061, ISO 13849 및 기타와 같은 기능 안전 표준을 충족해야 한다. 북미 지역의 제조 고객은 규제 의무가 없는 경우에도 점점 더 이러한 기능 안전 표준을 준수해야 한다.
작업자 안전이 여전히 가장 중요하지만 기능적 안전을 통해 엔지니어는 기계의 생산성을 극대화할 수 있다. 사실, 기계가 움직이는 동안 작업자의 안전을 제공함으로써 안전 기능을 우회하고 ‘적색 신호를 무시’하려는 인간의 충동이 크게 줄어든다. 이전에는 종료 및 재시작이 필요했던 많은 작업을 이제 기계가 감소된 속도 또는 최고 속도로 계속 생산하는 동안 완료할 수 있다. 기능 안전은 전원이 켜진 상태에서도 기계가 안전하게 작동하도록 유지하는 수단이다. 이로써 △유연한 제조, 빈번한 전환 간소화 △작동 및 유지보수 중 움직이는 장비에 대한 안전한 접근 △다운타임을 줄이는 새로운 작동 모드 △동력을 차단하는 대신 속도나 힘을 제한하여 안전 제약 내에서 계속 작동할 수 있는 기능 등을 가능하게 한다.
기능 안전은 패러다임의 전환이다. 작업자와 기계 동작을 분리하는 대신 작업자와 동작 간의 안전한 상호 작용을 허용하여 기계 생산성을 크게 높일 수 있다.
기능 안전은 프로세스다
기능 안전을 구현하려면 기계 설계자가 위험 평가를 수행해야 한다. 여기에는 사고가 발생할 경우 피해 가능성(빈도 및/또는 노출 정도)과 피해의 잠재적 심각성(경미하거나 심각함)을 결정하는 것이 포함된다. 가능한 피해를 방지하기 위한 기술적 및 인적 가능성 분석과 결합된 이러한 평가는 안전 요구 사항을 지정하기 위한 기초를 제공한다.
이러한 요구 사항은 일반적으로 IEC 61508에 따른 안전 무결성 수준(SIL) 시스템 또는 ISO 13849에 따른 성능 수준(PL) 시스템으로 분류된다. 기계 엔지니어 또는 해당 컨설턴트는 위험을 허용 가능한 수준으로 낮추는 데 필요한 적절한 SIL 또는 PL 수준을 결정한다.
이 프로세스를 처음 사용하는 기계 제작자는 때때로 가장 높은 안전 수준(SIL3 또는 PLe)을 기본값으로 사용하지만 대부분의 산업용 기계에서는 이로 인해 불필요한 복잡성과 비용이 발생한다. 그렇기 때문에 정확한 위험 평가가 중요하다.
각 안전 기능에 대해 SIL 또는 PL이 식별되면 이러한 기능을 설계하고 검증하여 의도한 성능 특성을 달성할 수 있다. EU에서는 전체 시스템이 TÜV와 같은 적절한 인증 기관의 인증을 받아야 한다. 마지막으로 기능 안전 감사를 수행하여 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 각 관련 단계에서 적절한 안전 수명 주기 관리 기술이 일관되고 철저하게 적용되도록 해야 한다.
기능 안전을 간소화하는 ‘SafeMotion’
기능 안전 구현은 지나치게 복잡할 필요가 없다. Kollmorgen 의 차세대 AKD2G 드라이브는 100% 드라이브 상주 SafeStop, SafeSpeed 및 SafePosition 옵션(총 16가지 기능 안전 기능)의 전체 세트를 제공한다. 드라이브 상주 기능 안전을 사용하면 컨트롤러, 안전한 PLC 및 드라이브 간의 복잡한 통합에 의존하는 외부 솔루션이 필요하지 않다.
두 가지 예를 들자면 SLS–안전 제한 속도 기능을 사용하여 기계를 멈추지 않고 식품 포장 기계를 보다 효율적이고 철저하게 청소할 수 있다. SDI–안전 방향 기능은 작업자가 프레스 브레이크를 강제로 종료하지 않고 라이트 커튼을 깰 때 위험한 움직임을 방지하여 금속 성형 처리량을 높일 수 있다.
기계 설계를 단순화하는 것 외에도 드라이브 SafeMotion 기능은 안전 테스트도 단순화할 수 있다. 예를 들어, 부분적으로 브레이크 모터로서 수직 부하를 유지하여 SIL2 이상의 등급을 달성하는 기계의 경우, 전기 기계식 제동 시스템을 테스트하여 전원이 공급되지 않을 시 부하가 떨어지는 것을 방지하는지 확인하는 방법이 필요하다.
SafeMotion SBT–안전 브레이크 테스트 기능은 이 테스트 기능을 통합하므로 외부에서 테스트를 수행하기 위해 회로, 구성 요소, 오류 알림 방법 등을 포함한 외부 프로세스를 엔지니어링할 필요가 없다. 드라이브에서 모든 것이 이미 완료되었다.
SafeMotion은 위험 평가 프로세스를 통해 도달하고 기계에 엔지니어링하고 있는 SIL 또는 PL 수준을 달성하는 데 필요한 구성 요소 수준 기능 및 등급을 달성하도록 도와준다. 그리고 항상 그렇듯이 Kollmorgen 공동 엔지니어링 전문 지식을 통해 기능 안전 사양에서 제품 품질 및 처리량, 기계 가동 시간 등에 이르기까지 모든 모션 성능 목표를 충족할 수 있다.
자료제공: Kollmorgen(www.kollmorgen.com)
