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いっけいすわ
5 years ago
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1 安全規格技術セミナ - ~ リスクアセスメントと安全設計 ~ 株式会社フジセーフティサポート Copyright (c) FSS Corp. 1

2 安全とは? Copyright (c) FSS Corp. 2

3 危害発生のメカニズム Copyright (c) FSS Corp. 3

4 安全へのアプローチ Copyright (c) FSS Corp. 4

5 機械安全のリスクと組織運営のリスクとの関連性 Copyright (c) FSS Corp. 5

6 リスクアセスメントとリスクマネジメント Copyright (c) FSS Corp. 6

7 機械安全のリスクアセスメントの手順 Copyright (c) FSS Corp. 7

8 リスクアセスメントの準備 Copyright (c) FSS Corp. 8

9 機械類の制限の決定 Copyright (c) FSS Corp. 9

10 危険源の特定 Copyright (c) FSS Corp. 10

11 リスクの定義と見積危険源のリスク = 重大度発生度 ( 頻度 ) Risk = Severity (Degree of damage) Probability of the occurrence of an injury or damage 重大度 : 考慮下の危険源に潜在する危害のひどさ 1 保護対象の性質 ( 人, 財産, 環境 ) 2 傷害又は健康障害の強度 ( 軽い, 重い, 死亡 ) 3 危害の範囲 ( 個別機械の場合, 一人, 複数 ) Copyright (c) FSS Corp. 11

12 リスク定義と見積発生度 : 危害の発生確率危険源への暴露頻度及び時間 1 危険区域への接近の必要性 2 接近の性質 3 危険区域内での経過時間 4 接近者の数 5 接近の頻度危険事象の発生確率 1 信頼性及び他の統計データ 2 事故履歴 3 健康障害履歴 4リスク比較危害回避又は制限の可能性 1 誰が機械を運転するか 2 危険事象の発生速度 3リスクの認知 4 危害回避又は制限の人的可能性 5 実際の体験及び知識による Copyright (c) FSS Corp. 12

13 リスクマトリクスの例 (ANSI B11) Copyright (c) FSS Corp. 13

14 リスクの評価基準 Copyright (c) FSS Corp. 14

15 リスクの評価 ( 重大度 ) Severity of Assessment [Assessment point] [against person] [against property] 1 : Minor damage treatment oneself inspection only (to perform normal function) ex.)bruise ex.)protection devices operate 2 : Light damage first aid only repair only (influence on function) ex.)sprained finger ex.)nasty smell from product 3 : Moderate damage medical treatment regularly exchange for a new article (normally reversible) ex.)cracked bone ex.)smoke from product 4 : Severe damage in hospital, house's damage (normally irreversible) ex.)complicated fracture of a bone ex.)a small fire 5 : Fatal or Catastrophic damage death house's raze ex.)the heart of injury or damage ex.)fire by fracture of a bone Copyright (c) FSS Corp. 15

16 リスクの評価 ( 発生度 ) Probability of the Occurrence Assessment The assessment point is decided by the frequency of occurring hazards and the method of working the device. [Assessment point] 1 : Unthinkable, it can be assumed occurrence may not be experienced. (in life of an item) 2 : Unlikely, it is possible that occurrence may not be experienced. (in life of an item) 3 : Likely to occur at times 4 : Likely to occur sometime 5 : Likely to occur frequently Copyright (c) FSS Corp. 16

17 リスクの評価 ( ランク決め ) Rank The total assessment points are classified by the follow rank, and we investigate the safety measure against each ranks. [Rank] [Total point] L (Low) 1~3 permissible scope M (Medium) 4~7 countermeasure easily working method H (High) 8~11 reduce risks C (Critical) 12~ fundamentally review the designing Copyright (c) FSS Corp. 17

18 リスク分析評価シ - ト Copyright (c) FSS Corp. 18

19 リスク分析安全対策 * 国際規格 (ISO 12100:2010) 適用 Copyright (c) FSS Corp. 19

20 リスク分析評価シ - ト * 国際規格 (ISO 12100:2010) 適用 Copyright (c) FSS Corp. 20

21 リスクアセスメントレホ - ト (RA Report) Copyright (c) FSS Corp. 21

22 ALARP(As Low As Reasonably Practical) の原則 Copyright (c) FSS Corp. 22

23 機械安全のリスク対策 Copyright (c) FSS Corp. 23

24 国際整合化への法令と工業規格の体系 Copyright (c) FSS Corp. 24

25 EN 規格の世界普及 ( 欧州主導の安全規格 ) Copyright (c) FSS Corp. 25

26 国際安全規格の階層化構成 Copyright (c) FSS Corp. 26

27 なぜ日本の機械組織安全は世界に遅れてるのか? Copyright (c) FSS Corp. 27

28 日本の機械安全に関するガイドライン Copyright (c) FSS Corp. 28

29 制御の安全制御の安全によってリスクを低減する制御設計の手順 1 設計前の必要な条件 ( 環境条件電源条件要求事項 ) を確認する 2 設備の一般仕様 ( 使用法規規格客先基準標準 ) を確認する 3 個別仕様書 ( 設備仕様制御仕様システム仕様 ) を作成し基本設計する 4リスクアセスメント ( 個別仕様書より危険源を同定し評価し査定する ) を行う 5リスクを低減するための保護方策を決定する 6 安全関連部設計のための安全機能を特定する 7 安全カテゴリー (B ) を選定する 8 詳細設計 ( 通常の制御の設計安全関連部の設計 ) する 9 設備製作据付工事エネルギー源の繋ぎ込みをする 10 妥当性確認 ( 通常の制御部を含めた安全関連部を検証 ) する 11 技術文書 ( 据付操作保全マニュアル妥当性確認報告書 ) を作成する Copyright (c) FSS Corp. 29

30 制御システムの保護方策機械のリスク低減の保護方策 ISO (JIS B ) Copyright (c) FSS Corp. 30

31 制御システム内の安全関連部の位置付け非安全関連部の制御機器の始動命令と保護装置の安全確認信号が揃って ( 論理回路 :AND) 動力制御要素の安全リレーまたは安全リレーユニットから運転起動信号が出力されて動力出力機器が作動する非安全関連部: 通常の制御機器 ( 電源部 PLC 入出力機器信号表示機器) から構成安全関連部: 安全機能を持つ保護装置 ( 完全関連信号の発生 ) と判断機能を持つ動力制御要素 ( 安全リレーユニット電磁接触器電磁弁 ) で構成運転部: 動力出力機器 ( モータシリンダ ) と動力伝達要素 ( ギヤークラッチチェーン ) と作動部 ( コンベヤリフタクランプハンド ) で構成 Copyright (c) FSS Corp. 31

32 安全関連部の安全機能故障が重大リスクに直ちにつながるような機械の機能では安全関連部に使用する保護装置はいずれかの安全機能を持つこと 1 保護装置による停止機能 (3 つの停止カテゴリーのいずれかに従う ) 2 非常停止機能 ( 必要な制御範囲だけに適応する ) 3 保護装置の手動リセット機能 ( リセット操作で起動してはならない ) 4 起動および再起動 ( 運転条件が整い全ての安全関連部が正規の状態にある ) 5 応答時間の明示 ( リスクアセスメントで要求される場合 ) 6 安全関連パラメータの設定 ( 位置速度温度圧力 ) 等の動作制限やインターロック 7 局部制御機能 ( ティーチングペンダント等の局部制御選択は危険区域外に設置 ) 8ミューティング機能 ( ミューィング中は他の安全が提供され表示が必要 ) 9 安全機能の手動休止 ( 設定調整保全修理等のモード選択による自動運転防止 ) 10 動力源の変動喪失および復旧 ( 安全関連部の安全状態を維持する ) Copyright (c) FSS Corp. 32

33 インターロック装置特定の条件 ( ガードが閉じていない場合 ) のもとで危険な機械機能による運転を防ぐことを目的とした機械装置電気装置またはその他の装置 Copyright (c) FSS Corp. 33

34 安全確認型インタ - ロックの基本システム Copyright (c) FSS Corp. 34

35 安全確認型と危険検出型の比較安全確認型 : 安全が確認されている間だけ機械装置が起動し安全を確認できなければ起動しないあるいは運転中であれば停止する制御構成危険検出型 : 危険検出型とは危険を検出すれば機械装置は停止するが危険が検出できなければ危険状態にあっても機械装置は起動し運転中なら停止しない制御構成 Copyright (c) FSS Corp. 35

36 Copyright (c) FSS Corp. 36

37 機械装置の運転停止状態の比較安全確認型 : 不具合 ( 障害 ) の発生で安全機能を喪失せず機械装置を停止状態にして安全を確保危険検出型 : 不具合 ( 障害 ) の発生で安全機能を喪失し人が遮っても機械装置が危険状態で継続運転 Copyright (c) FSS Corp. 37

38 安全カテゴリとその選択安全カテゴリとは安全確保のためのリスク低減が制御機能による場合制御システムで生じる故障に対する安全性の達成レベル制御システムの安全関連部の設計に要求される事項不具合( 障害 ) に対する安全機能の維持能力の分類安全方策のためのリスクアセスメント: リスクグラフの例 Copyright (c) FSS Corp. 38

39 安全カテゴリの分類 ISO :1999 (EN 954-1) 安全カテゴリ ( B,1,2,3,4 ) 機械の制御システム構築される安全関連部の安全機能の要求事項と維持能力 Copyright (c) FSS Corp. 39

ISO 13849-1:2006 機械類の安全性 - 制御システムの安全関連部 - 第 1 部 : 設計のための一般原則 EN 954-1 機械の安全 - 制御システムの安全関連部 ISO 13849-1 機械類の安全性 - 制御システムの安全関連部 - 第 1 部 :

40 ISO :2006 機械類の安全性 - 制御システムの安全関連部 - 第 1 部 : 設計のための一般原則 EN 機械の安全 - 制御システムの安全関連部 ISO 機械類の安全性 - 制御システムの安全関連部 - 第 1 部 : 設計のための一般原則 IEC 機械類の安全性 - 安全関連電気電子プログラマブル電子制御系の機能安全出典 : オムロン ( 株 ) * これからの安全設計 ISO * 以降の頁も同様に引用 Copyright (c) FSS Corp. 40

41 安全制御システムの性能基準過去 (BEFORE) 背景現在 (AFTER) 機械のリスクを低減する方策のなかで安全防護を考えるときリスクの大きさの見積もりとそれに応じた安全制御システムの性能基準は欧州規格 EN をベースにした国際規格 ISO :1999 のカテゴリで表現するのが一般的でしたカテゴリとは安全制御システムのアーキテクチャ ( 構造 ) でありこれまで培われてきたスイッチやリレーの接点技術に代表されるような電気機構部品によるいわば確定的な技術に立脚したもの技術の進歩により安全制御システムを構成する部品セーフティコンポーネントにもトランジスタやコンデンサといった電子部品からマイコンチップのようなソフトウェア技術に基づいた部品が制御の核心ともいえる部分に採用確定論的な定義だけでは時間的に変化する要因例えば部品の経年変化などによる安全機能の喪失を考慮できないため機械の安全性を機能および信頼性の面から規定しようという流れになる IEC61508 の想定範囲があまりにも広かったためこれを機械の分野に特化した規格である IEC62061 で機械安全の分野を規定したが複雑な制御系を想定しているため IEC62061 が浸透しない原因機能安全の考え方電気関連の国際規格 IEC は複雑な制御系の安全性をその構成部品レベルでの ( 安全機能喪失までの ) 寿命やプログラムを含めた設計的な信頼性までを確率論的に規定機械の分野に特化した規格である IEC で機械安全の分野を規定 ( 複雑な制御系を想定 ) 改訂版 ISO :2006 では EN954-1 のカテゴリのわかりやすさ (= 確定論 ) と IEC62061 の信頼性モデル (= 確率論 ) を融和 ( 簡易版の機能安全規格 ) Copyright (c) FSS Corp. 41

42 リスクの見積もり方法の変化 Copyright (c) FSS Corp. 42

43 安全制御システムの性能の定義の変化 Copyright (c) FSS Corp. 43

44 ISO :2006 年改訂のポイント安全制御システムの信頼性従来の構造による定義に加え部品レベルの危険側故障までの寿命や危険側故障を検出するなどの安全制御システムの信頼性を確率論的に評価する二層構造の定義した点が最大の改定内容機械はいつか壊れる構成部品が劣化 ( 故障 ) した場合どのようなモードで故障を起こすかを考慮確定論的な定義だけでは時間的な要素を扱うことはできない設計段階でのリスクの低減 ( 保護方策 ) においてカテゴリの要件を満足して安全制御システムの構造を決定での対応のみでは同じレベルの安全性能が維持されない! 制御システムのリスクアセスメント実際の機械の使用状況にあわせて定量的に評価 Copyright (c) FSS Corp. 44

45 パフォーマンスレベル (PL) とは? リスクアセスメントを実施する立場と機械を設計する立場で共有できる安全制御システムの性能レベルの指標ユーザー ( 現場 ) PLr (Required Performance Level) : 要求される性能レベル PL (Performance Level) : 性能の評価レベル Copyright (c) FSS Corp. 45

46 性能レベルと要求性能レベルリスク低減実施後の安全制御システムの性能レベル (PL) は PLr と同等以上のレベルでなければならない Copyright (c) FSS Corp. 46

47 リスク低減の反復プロセス 3 Step Method *ISO12100:2010(ISO 14121) 1. 本質的安全設計 2. 安全防護および追加の安全方策セーフティスイッチやセーフティライトカーテンといったインターロック装置や非常停止装置通常これらを入力とした制御回路またはその結果が伝達される出力回路を伴う安全制御システムで構成 3. 残留リスクに関する情報の公開 Copyright (c) FSS Corp. 47

48 ISO12100:2010 (ISO 14121) Copyright (c) FSS Corp. 48

49 メリット ( ユーザーと設計者 ) ユーザーのメリット 1. 機械設計者 ( ベンダー ) に対して要求する安全制御システムの性能 (PLr) を表現しやすくなった 2. 軽傷の部分のリスク定量化の精度が高くなった ( 軽傷 (S1) の場合にも頻度 (F) 回避の可能性 (P) の評価 ) メーカーのメリット構造 + 信頼性の組み合わせにより部品の選択肢がふえた一方で信頼性 (= 寿命 ) を考慮するため機械の使われ方 ( 動作回数 ) を想定する必要がある Copyright (c) FSS Corp. 49

50 要求性能レベル (PLr) の決め方 Copyright (c) FSS Corp. 50

51 性能レベル (PL) の評価方法安全制御システムの性能レベル :PL を評価する 4 つのパラメータ 1. カテゴリ (Category) 2. MTTFd(Mean Time To Dangerous Failure) 3. DCavg(Average Diagnostic Coverage) 4. CCF(Common Cause Failure) Copyright (c) FSS Corp. 51

52 Category( ハードウエアの構造 ) 安全制御システムは機械の安全を確保するという目的は同じでも機械の目的や危険の度合い機械の規模使われる頻度などによってそのアーキテクチャ ( 構造 ) が異なる Copyright (c) FSS Corp. 52

53 各カテゴリのブロック図注意 : 複雑なアーキテクチャ ( 例 : 入力が 3 チャンネル以上で多数決判断する論理 )IEC 等の規格を適用する Copyright (c) FSS Corp. 53

54 MTTFd ( 部品の寿命 ) * 省略 :MTTFd の求め方 Mean Time To Dangerous Failure システムが危険側故障にいたる平均時間部品にはそれぞれ固有の寿命があるが実際にはどれだけ頻繁に使われたかによって決まる Copyright (c) FSS Corp. 54

55 DCavg ( システムの信頼性 ) * 省略 :DCavg の求め方 Average Diagnostic Coverage: 診断範囲ソフトウエアを含めたシステムの信頼性全体が正常に機能しているかをチェックして対策を打っているか ( 自己診断の頻度や精度 ) Copyright (c) FSS Corp. 55

56 CCF ( 設計の確かさ ) * 省略 :CCF の求め方 Common Cause Failure: 共通原因の故障一つの原因で複数の部品が故障しないようにすること設計的な信頼性の指標 * 単純な 2 重化の意味ではないトータルのスコアが 65 点以上あるかどうかで判定するカテゴリ 2 以上のアーキテクチャには CCF のスコア 65 点以上が必須で要求される Copyright (c) FSS Corp. 56

57 システムのパフォーマンスレベルの評価 4 つのパラメータ 1. カテゴリ (B 1,2,3,4 の 5 通り ) 2. MTTFd(High Medium Low の 3 通り ) 3. DCavg(High Medium Low None の 4 通り ) 4. CCF(65 点以上 65 点未満の 2 通り ) Copyright (c) FSS Corp. 57

58 PL の決定要素 ( まとめ ) Copyright (c) FSS Corp. 58

59 PL の決定手順 ( まとめ ) 1. PLrの把握 2. カテゴリーの決定 3. MTTFdの決定 4. DCavgの決定 ( カテゴリー 2 3 4の構造の場合 ) 5. CCFスコア Yes or Noの決定 ( カテゴリー 2 3 4の構造の場合 ) 6. ISO の規定 7. その他考慮の範疇に入るもの - Systematic Failure (Annex G) - ソフトウェアー (Annex J) Copyright (c) FSS Corp. 59

60 PL の判定 ( 例 )I.L.O. がカテゴリ 3 のアーキティクチャに相当 Copyright (c) FSS Corp. 60

61 PL の判定 ( 例 ) システムの MTTFd の計算結果が 40 年 Copyright (c) FSS Corp. 61

62 PL の判定 ( 例 )Dcavg の計算結果が 80% Copyright (c) FSS Corp. 62

63 グラフによる評価の例 Copyright (c) FSS Corp. 63

64 表による評価の例 Copyright (c) FSS Corp. 64

65 重要な用語 (PL) Copyright (c) FSS Corp. 65

66 安全関連用語 (1) 基本安全原則制御システムの安全関連部の設計製作選択編成組立に関する安全原則で以下の事項に対する安全性を考慮する予想される稼動状態での負荷 ( 遮断容量及び頻度に対する信頼性 ) 作業過程に用いられる材料の影響 ( 洗浄機械の洗剤など ) 外部からの影響 ( 電磁界エネルギー供給の中断又は停止 ) (2) 十分に吟味された安全原則特定の障害を回避する ( 間隔による回路短絡の回避 ) 障害の発生確率を低減する ( 余裕のある設計 ) 障害時の故障の方向を特定する ( 障害発生時の動力遮断 ) 障害の早期検出を実施する ( 地絡検出 ) 障害の影響を抑制する ( 機械設備の接地 ) (3) 十分に吟味されたコンポーネント過去に広く使われて安全性が確認され類似の適用事例で安全なコンポーネント ( ヒューズブレーカ電磁接触器など ) 安全関連適用例に対してその適正と信頼性を立証検証されたコンポーネント ( 非常停止スイッチイネーブルスイッチなど ) Copyright (c) FSS Corp. 66

67 安全関連用語 (4) 停止カテゴリー (Stop Category)0, 1, 2 1 停止カテゴリー 0 (Stop Category 0) 機械駆動部への電源供給を即時に直接遮断する停止機能 2 停止カテゴリー 1(Stop Category 1) 制御回路からの運転停止信号により機械駆動部の停止機能が働き ( 例えばブレーキ機能の動作 ) その後電源供給が遮断される停止する機能 3 停止カテゴリー 2(Stop Category 2) 機械アクチュエータの駆動部に電力が供給されたままの停止機能 (5) 非常停止機能 (Emergency Stop)*EMS - 人に対する危険源を叉は機械類若しくは工程中のワーク - の損害を避けるか又は減少させる - 人間の単一の動作によって始動する Copyright (c) FSS Corp. 67

68 関連規格 (1) ISO / IEC Guide 51:2014 安全側面 - 安全面を規格に含めるための指針 (2) ISO 12100:2010 機械類の安全性 - 設計の一般原則 - リスクアセスメント及びリスク低減 (3) ISO/TR :2012 機械類の安全性 - リスクアセスメント - 第 2 部 : 実践の手引及び方法の例 (4) ISO :2006 機械類の安全性 - 制御システムの安全関連部 - 第 1 部 : 設計のための一般原則 (5) ISO :2012 機械類の安全性 - 制御システムの安全関連部 - 第 2 部 : 妥当性確認 (6) ISO 14119:2013 機械類の安全性 - ガードと共同するインタロック装置 - 設計及び選択のための原則 (7) IEC :2009 機械の安全性 - 機械の電気機器 - 第 1 部 : 一般要求事項 (8) NFPA79:2015 産業機械の電気規格 Copyright (c) FSS Corp. 68

制御システム (1) 本質安全設計 (Step 1) 制御システムにおける安全設計は機械装置の安全基本仕様として源流設計段階で対応する同じ機能を達成するためにより安全な方法を採用する [ 例 ] 表示機能として CRT の代わりに LCD 表示装置とするエネルギ - を最小限にして制御電源は

制御システム (1) 本質安全設計 (Step 1) 制御システムにおける安全設計は機械装置の安全基本仕様として源流設計段階で対応する同じ機能を達成するためにより安全な方法を採用する [ 例 ] 表示機能として CRT の代わりに LCD 表示装置とするエネルギ - を最小限にして制御電源は機械の制御システムの設計段階における保護方策機械装置の危険源は源流の設計段階において制御の安全の考え方によってそれらのリスクを低減して安全なシステムとすることが要求されるこれは設計者が見落としのない危険源のリスクアナリシスを実施して対象の機械装置が安全に動作するシステムを合理的に構築すると同時に全体システムとして安全であることの妥当性検証が必要となる [1] 機械装置の制御設計の手順