- Безопасность захвата требует проверки как удержания груза при необходимости, так и предотвращения освобождения, когда условия безопасности не соблюдаются. Они соответствуют вместимости и разрешению на выпуск.
- Ограничьте выпуск процедуры с помощью конечного автомата загрузки (S0–S8). Выполняйте его только в S6, выпуск разрешен; Программное и аппаратное обеспечение блокирует плановый выпуск в S1–S5 и S8.
- Для сидения требуется высота, положение, контакт с опорой и передача нагрузки вместе. Подтверждение передачи нагрузки (Fs/W ≥ η в течение как минимум τ) проверяет поддержку, доступную после выпуска.
- Пневматические блокировки, удержание вакуума, удержание нагрузки после потери воздуха, контроль давления/вакуума, двойные кнопки и блокировка неисправности обеспечивают глубинную защиту от различных путей отказа. Установите каждый порог на основе рисков проекта и тестовых данных.
Организация: Цзянсу AUREK Intelligent Technology Co., Ltd. · Центр инженерных исследований (Ляньюньган, Цзянсу) · Тип документа: Технический документ по корпоративным инженерным исследованиям · Версия: V1.1. В этой статье описывается проектирование, проверка конструкции и приемочная проверка нестандартных манипуляторов. Пороговые значения и примеры параметров иллюстрируют метод; Фактическая конфигурация определяется заготовкой, условиями эксплуатации, оценкой рисков и записями проверки. Загрузите полный PDF-файл в правом верхнем углу или в конце статьи.
00Абстрактный
Во время захвата, подъема, транспортировки, позиционирования и освобождения специальное манипуляторное устройство должно одновременно удерживать заготовку и контролировать момент снятия этого захвата. Если заготовка подвешена, еще не устойчива на опоре или еще не полностью перенесена на эту опору, случайное нажатие кнопки или неисправности пневматики/вакуума могут привести к непреднамеренному освобождению, падению груза или повреждению оборудования. Поэтому безопасность выпуска должна разрабатываться и проверяться отдельно от грузоподъемности.
В этой статье управление выпуском организовано вокруг модели состояния загрузки. Высота, положение, контакт опоры и передача нагрузки формируют разрешение разблокировки, поддерживаемое пневматическими блокировками, удержанием вакуума, защитой от потери воздуха, двойными кнопками, подтверждением нажатия и удержания, блокировкой неисправности и оценкой с помощью нескольких датчиков, чтобы гарантировать отсутствие разблокировки в несанкционированном состоянии. Он включает определения переменных, точки настройки для различных захватов, FMEA, матрицы испытаний и контрольные списки приемки. Оценка рисков проекта и измеренные данные определяют пороговые значения, количество испытаний и критерии приемки; примеры демонстрируют метод анализа.
01Введение
1.1 Предыстория исследования
Захваты, используемые в механической обработке, автомобильных компонентах, аккумуляторных модулях, листовом металле и логистике тяжелых грузов, требуют конструкций, датчиков и логики управления, соответствующих форме, массе, поверхности, времени цикла и состоянию оборудования заготовки. Помимо проверок грузоподъемности, этап освобождения требует отдельной оценки: снятие удержания все равно может привести к потере контроля, когда заготовка подвешена или коснулась опоры без передачи нагрузки. Проект должен определять логическую связь между установлением поддержки и разрешением выпуска.
1.2 Управление емкостью хранения и освобождением
Способность захвата и удержания демонстрируют, что груз может быть надежно зафиксирован и удержан. Разрешение на выпуск и государственный контроль предотвращают открытие в небезопасных условиях. Отказ любого из них может привести к потере управления нагрузкой, поэтому оба должны быть проверены отдельно.
1.3 Область применения
В данной статье рассматривается предотвращение непреднамеренного освобождения и подтверждение размещения нагрузки для механических зажимов, вакуумных захватов, электропостоянных магнитов и комбинированных инструментов. В проекте свяжите метод с последствиями отказа заготовки, перемещениями, доступом персонала, архитектурой управления и соответствующими стандартами. Выполните оценку рисков проекта и оборудования, а также все необходимые расчеты и проверки функциональной безопасности. Сертификация третьей стороной проводится отдельно.
02Риски непреднамеренного выпуска и цели контроля
2.1 Определение непреднамеренного выпуска
Непреднамеренное размыкание означает размыкание зажимов, сброс давления, нарушение вакуума, размагничивание, применение сброса разблокировки или иное уменьшение удерживающей силы до того, как будут выполнены условия безопасного размыкания. В отличие от сбоя захвата, вызванного недостаточной удерживающей способностью, определяющей проблемой является то, что действие освобождения происходит в несанкционированном состоянии. Органы управления должны проверить состояние нагрузки, разрешение на выпуск, намерения оператора и цепь безопасности вместе, чтобы предотвратить выброс в воздухе, перед устойчивым размещением или во время ненормального состояния.
2.2 Категории риска непреднамеренного выпуска
| Нет. | Тип риска | Типичная ситуация | Основные меры контроля |
|---|---|---|---|
| R1 | освободить во время приостановки | Груз все еще подвешен, и выпускной клапан или механизм разжима зажима получает запрос на освобождение. | Блокировка конечного автомата, подтверждение размещения/передачи, пневматическая или электрическая блокировка разблокировки. |
| R2 | Отпустите до того, как груз полностью сядет. | Груз коснулся опорной поверхности, но опора недостаточна или вес не перенесся | Подтверждение контактного усилия, подтверждение передачи нагрузки, определение времени стабилизации |
| R3 | Случайный запрос на выпуск | Случайное нажатие кнопки, вход в ЧМИ или операция технического обслуживания | Двухкнопочное управление, подтверждение нажатием и удержанием, контроль доступа и журналы |
| R4 | Разжим после потери воздуха | Подача сжатого воздуха прерывается, и давление становится ниже порогового значения, что приводит к уменьшению силы зажима. | Нормально закрытая/самоблокирующаяся конструкция, обратный клапан, клапан удержания давления, воздушный ресивер и реле давления. |
| R5 | Потеря удержания вакуума | Утечка вакуума, выход из строя присоски или прерывание подачи сжатого воздуха снижают уровень вакуума. | Вакуумный резервуар, вакуумный переключатель, обратные клапаны, независимые контуры и блокировка потери давления. |
| R6 | Неверное решение датчика | Датчики высоты, положения, контакта или нагрузки, подверженные воздействию загрязнения, дрейфа, ударов | Объединение нескольких источников, голосование 2oo3, самодиагностика и блокировка неисправностей |
Таблица 1 Классификация рисков и основные меры контроля за случайным выбросом
2.3 Логика главных событий
Если принять «неожиданную потерю нагрузки опоры» в качестве главного события Т, путь основной причины может быть описан следующей формулой:
Eair означает выпуск во время приостановки; Eunstable означает выпуск до стабильной установки; Epressure обозначает пониженную удерживающую силу из-за сбоев давления или вакуума; Econtrol обозначает сбои управления или ошибку оператора. Любой критический путь может вызвать главное событие, поэтому используйте сочетание ограничений состояния, подтверждения датчиков, аппаратных блокировок и защиты от сбоев.
03Модель состояния загрузки
3.1 Необходимость в модели состояния
Модель состояний связывает запрос на выпуск с фактическим этапом обработки нагрузки. После нажатия кнопки или активного сигнала положения освобождения должно последовать подтверждение того, что груз установлен, устойчив и перенесен на опору. Логика управления соответствующим образом ограничивает выпуск: выпуск может происходить только в состоянии авторизованного выпуска.
3.2 Определения состояний
| Состояние | Имя | значение | ограничения выпуска |
|---|---|---|---|
| S0 | Нет нагрузки | Крепление не удерживает заготовку | Нет действия по освобождению нагрузки; предотвратить непреднамеренное движение |
| S1 | Подтверждение фиксации | Заготовка зажата, удерживается в вакууме или магнитом, но еще не поднята. | Выпуск запрещен вне контролируемых процедур захвата/размещения или технического обслуживания. |
| S2 | подъем | Заготовка покидает поверхность захвата и поступает в подъемник. | Запретить выпуск |
| S3 | Передача | Заготовка перемещается вместе с приспособлением и подвешивается или удерживается приспособлением. | Запретить выпуск |
| S4 | Подход и размещение | Заготовка опускается в направлении целевой области поддержки. | Запретить выпуск |
| S5 | Передача нагрузки | Заготовка контактирует с опорной поверхностью, и нагрузка передается от приспособления к опорной поверхности. | Выпуск запрещен до тех пор, пока передача не будет завершена и стабильна. |
| S6 | Выпуск разрешен | Условия позиционирования, поддержки, передачи нагрузки и страховочной цепи соблюдены. | Единственное нормальное состояние, разрешающее выпуск |
| S7 | Релиз завершен | Зажим освобождается, и нагрузка воспринимается опорной конструкцией. | Действие освобождения заканчивается и начинается процесс выхода или сброса. |
| S8 | Блокировка неисправности | Обнаружена потеря давления, аномалия вакуума, несогласованность датчика, аварийный останов или логическая неисправность. | Выпуск запрещен; поддерживайте поддержку или выполняйте безопасное обращение перед контролируемым сбросом |
Таблица 2 Определение состояния загрузки и ограничения выпуска
3.3 Принципы перехода состояний
В формуле State(t) представляет собой текущее состояние, Sensor(t) представляет собой набор сигналов датчика, Logic(t) представляет собой конечный автомат и логику разрешения на разблокировку, а Safety(t) представляет собой сигнал цепи безопасности, такой как аварийный останов, защитная дверь, ПЛК безопасности или реле безопасности. Обычные операции могут выполняться по маршруту S0→S1→S2→S3→S4→S5→S6→S7. В любом состоянии, если обнаружено аномальное давление, вакуум, противоречие датчика, неисправность связи, аварийная остановка или отсоединение цепи безопасности, необходимо ввести нештатную блокировку S8. Продвижение государства должно опираться на достаточные фактические данные; когда доказательств недостаточно, они должны оставаться в текущем состоянии или перейти в безопасное состояние.
04Логика, разрешающая выпуск, и архитектура управления
4.1 Логика «И» с несколькими условиями
Для разблокировки используйте множественное «И»: высота, положение, контакт, передача нагрузки, запрос оператора, предохранительная цепь и состояние отсутствия сбоев должны быть действительными. Ни один датчик, кнопка или программная переменная не может независимо вызвать срабатывание.
4.2 Четырехфакторное разрешение на выпуск
R — разрешение на выпуск. Hs подтверждает высоту; Ls подтверждает горизонтальное положение и ориентацию; Ps подтверждает обращение в службу поддержки; Os подтверждает передачу нагрузки. Все четыре должны быть правдой. Высота не может заменить передачу нагрузки, положение не может заменить контакт, а запрос оператора не может заменить подтверждение безопасности.
4.3 Окончательный синтез команды освобождения
Для планового выпуска требуется State = S6. Оператор_Запрос — это запрос после защиты от случайного срабатывания; Safety_OK обозначает действующую цепочку безопасности. No_Fault исключает блокировку, неисправности датчиков, недостаточное давление/вакуум и несанкционированный обход для технического обслуживания. Включите выпускной клапан через предохранительный выход, разрешение пилота или аппаратную блокировку с диагностикой обратной связи и проверкой впрыска неисправности.
4.4 Двухканальная разрешительная архитектура и разнообразие
Rsensor представляет собой решение физического канала обнаружения; Rlogic — это решение конечного автомата и логики управления, включая подтверждение S6 для планового выпуска. По возможности используйте различные принципы восприятия. Чувствительный канал может сочетать в себе датчики высоты, взвешивания со стороны опоры и реле давления/вакуума; логический канал проверяет состояние, последовательность, временные окна и цепь безопасности. Несогласие тормозит высвобождение и генерирует диагностическую информацию.
4.5 Разделение ответственности за программное обеспечение и оборудование
Разделите управление выпуском на четыре этапа — разрешение программного обеспечения, включение аппаратного обеспечения, срабатывание клапана и подтверждение срабатывания/обратной связи — и обеспечьте диагностику на каждом этапе. Программное обеспечение управляет конечным автоматом, объединением сигналов, диагностикой и записью. Аппаратные блокировки продолжают блокировать несанкционированный выпуск, если программное обеспечение выдает ошибочный запрос.
05Подтверждение посадки и передачи нагрузки
5.1 Подтверждение высоты
H представляет собой измеренную высоту; Hset — целевая высота сиденья; ΔH – отклонение; EH — это допуск, выбранный для точности позиционирования, геометрии опоры и повторяемости датчика. Высота показывает близость к цели, но независимо устанавливает, что опора выдерживает нагрузку.
5.2 Подтверждение положения и ориентации
X, Y и θ представляют собой измеренные горизонтальное положение и ориентацию. X0, Y0 и θ0 являются целевыми; EX, EY и Eθ — допуски. Проверьте положение Z, зацепление фиксирующего штифта или расположение поддона, где это необходимо. Убедитесь, что нагрузка находится в пределах эффективной площади опоры, включая частичную опору, эксцентричную нагрузку и риск опрокидывания.
5.3 Подтверждение обращения в службу поддержки
Fc представляет обнаруженную силу контакта опоры или определенный сигнал контакта; Fmin — это минимальный эффективный порог. Установите Fmin выше уровня шума, вибрации и дрейфа без нагрузки, используя тесты без нагрузки и под нагрузкой.
5.4 Подтверждение передачи нагрузки (основной критерий)
Подтверждение передачи нагрузки проверяет выдержала ли опорная конструкция вес заготовки. Это напрямую касается поддержки, доступной после снятия захвата; достижение правильной высоты само по себе не может служить таким доказательством.
W - расчетная нагрузка, m - масса заготовки, g - ускорение свободного падения и az - расчетное вертикальное ускорение; используйте 0 для статических расчетов и включите динамические эффекты для удара, быстрого спуска или аварийной остановки. Fg — это нагрузка, удерживаемая инструментом, а Fs — нагрузка, которую несет опора. Во время сидения Fs увеличивается, а Fg уменьшается. Os подтверждает передачу. Выберите η, часто начиная с 0.85–0.95, путем проверки; τ фильтрует переходные воздействия и колебания. Для нескольких опор или длинных заготовок также проверьте индивидуальное распределение нагрузки и опрокидывание, например Fsi ≥ Fsi,min в каждый критический момент опоры и опоры |Mx| и |My| в их пределах.
5.5 Объединение нескольких источников и уверенность
Взвешивание на стороне опоры, измерение давления/силы на стороне захвата, изменения тока подъемной оси, изменения вакуума в чашке и контактные переключатели могут совместно служить доказательством передачи нагрузки. Критические решения должны перепроверять сигналы, по крайней мере, двух разных физических принципов.
В формуле 2oo3 представляет собой голосование «два из трех», то есть вывод принимается только тогда, когда по крайней мере два из трех независимых сигналов оценки подтверждены как действительные (случайный отказ датчика можно допустить, но он не заменяет диагностику датчика и оценку риска проекта); Si — нормализованный результат i-го датчика или канала принятия решений, wi — вес, C — полная достоверность, Cth — порог достоверности. Веса и пороговые значения следует определять экспериментально, а их основу документировать.
5.6 Комбинированный критерий размещения
Высота, положение, контакт и передача нагрузки должны быть соблюдены. Transfer_OK — необходимое условие; недостаточные доказательства передачи требуют ингибирования высвобождения.
06Пневматическая, вакуумная и отказоустойчивая конструкция
6.1 Слои блокировки
Настройте предотвращение непреднамеренного утечки как три уровня глубокоэшелонированной защиты: механические, электрические/защитные цепи и пневматические/вакуумные цепи. Механический уровень обеспечивает самоблокировку или ограничение хода, электрический уровень определяет состояние и выдает сигналы безопасности, а пневматический/вакуумный уровень блокирует несанкционированное разблокирование в цепи срабатывания.
6.2 Блокировка пневматического освобождения
Эта логика означает, что пилотный клапан выпускного клапана или схема включения могут срабатывать только тогда, когда полное разрешение на выпуск истинно, цепь безопасности действительна и нет неисправностей. Не уменьшайте блокировку до положения Position_OK, поскольку само по себе положение не является подтверждением передачи нагрузки. Используйте конструкцию клапанного коллектора, которая поддерживает захват или препятствует отпусканию после потери мощности или воздуха. Если стандартные выходы ПЛК сосуществуют с выходами безопасности, управляйте энергетическим путем выпускного клапана с помощью выхода безопасности или реле безопасности; используйте стандартный вывод только для запроса оператора или команды движения.
6.3 Защита от потери воздуха и удержание давления
После неисправности подачи воздуха система должна поддерживать контроль нагрузки и следовать предусмотренной последовательности безопасного останова, управляемого опускания или блокировки при неисправности. Защита от потери воздуха не позволяет продолжать нормальное обращение.
- Захваты должны иметь нормально закрытую, самоблокирующуюся или механически заклинивающую конструкцию, чтобы потеря воздуха или мощности не приводила к активному освобождению груза.
- Установите обратный клапан, клапан удержания давления или запорный клапан на зажимной или вакуумной камере, чтобы снизить скорость ненормальной потери давления.
- При необходимости предусмотреть воздушный ресивер или устройство накопления энергии с четко определенным временем выдержки, минимальным давлением и стратегией реагирования.
- Реле давления должно быть независимым аппаратным входом в цепь блокировки-отпускания. Если давление падает ниже порогового значения, необходимо заблокировать выпуск и подать сигнал тревоги.
- Способность удерживать давление должна быть подтверждена посредством испытаний на утечку, время удерживания и минимальное усилие захвата; простое наличие клапана не означает, что требование безопасности выполнено.
6.4 Управление удержанием и сбросом вакуума
Вакуумные инструменты должны устранять потерю удерживающей силы из-за низкого вакуума и преждевременные команды на разрыв вакуума или продувку. Действия по отключению вакуума, продувке и выпускному клапану требуют разрешения S6, так же, как и механическое разжатие.
- Предусмотреть вакуумный переключатель или датчик для отслеживания того, соответствует ли уровень вакуума пороговым значениям разрешения захвата и удержания при обращении.
- Используйте вакуумный резервуар, обратные клапаны и сегментированные контуры, чтобы уменьшить влияние точечной утечки на все присоски.
- Испытания на герметичность должны охватывать статическое удержание, ускорение при манипуляциях, старение присосок и изменение состояния поверхности детали.
- Клапан сброса вакуума/продувки должен иметь разрешение на выпуск. Несанкционированный байпас в режиме технического обслуживания или ввода в эксплуатацию запрещен.
- Время удержания вакуума, скорость падения вакуума и порог срабатывания сигнализации должны определяться на основе проекта; если используются такие показатели, как «скорость падения не превышает 10% в течение 30 с», они должны подтверждаться записями испытаний.
6.5 Блокировка и сброс в ненормальном состоянии
Блокировка S8 при неисправности включает запрет движения, сигналы тревоги, запись состояния и управляемый сброс. После сброса еще раз проверьте состояние нагрузки, давление/вакуум, согласованность датчика и разрешение на эксплуатацию; возможность выпуска не должна возобновляться напрямую.
07Защита выпуска для различных типов инструментов
7.1 Инструменты для механических захватов
Механические захваты в основном полагаются на геометрическую посадку, силу зажима и трение для удержания заготовки. В условиях вертикального перемещения, требующих поддержания трения, силу зажима можно проверить следующим образом:
n - количество эффективных поверхностей трения, μ - коэффициент трения для наихудшего случая и FN - нормальная сила, приходящаяся на поверхность. К – коэффициент запаса; m, g и az сохраняют свои прежние значения. Проверьте скольжение и опрокидывание при горизонтальном ускорении, эксцентриситете и ударе. Обеспечивают нормально закрытое/самоблокирующееся удержание, обратную связь при захвате и открытии, контроль давления, удержание потери воздуха и блокировку выпускного клапана. Для инструментов с посадкой по форме проверьте глубину зацепления, установочные штифты и замки, а также положение цилиндра.
7.2 Вакуумная оснастка
Fvac — доступная сила удержания вакуума, ΔP — разница вакуумного давления и Aeff — эффективная площадь всасывания. λ учитывает сжатие чашки, состояние поверхности, утечку и ориентацию. S — холдинговая маржа; Favailable использует вакуум и эффективную площадь наихудшего случая, а Frequired включает вес, ускорение, ориентацию и возмущение. Установите Smin из оценки рисков проекта. Разрешайте подъем только после достижения порогового значения вакуума, контролируйте вакуум во время перемещения и вводите процедуры удержания/сигнализации/безопасного реагирования при низком вакууме. Для отключения вакуума требуется S6. Проверьте оставшуюся емкость после отказа чашки, ответвления или источника вакуума.
7.3 Магнитный инструмент (электропостоянный магнит)
Электропостоянные магнитные захваты используют электрическую энергию для намагничивания или размагничивания и обычно могут сохранять магнитную силу после отключения питания. Они подходят для намагничивающихся материалов. Проверки конструкции должны охватывать плохой контакт, изменение воздушных зазоров, изменение материалов, неправильную интерпретацию остаточного магнетизма и случайное размагничивание, а также поведение при потере мощности.
Fmag — эффективная магнитная удерживающая сила при наихудшем воздушном зазоре, материале и условиях контакта. Проверьте значения, используя выборочные тесты или действительные данные поставщика. Включите обратную связь о намагничивании, удерживающую силу или подтверждение контакта, разрешение на размагничивание, контроль доступа для технического обслуживания и план реагирования в случае нештатной потери питания.
7.4 Сравнение типов инструментов
| Тип захвата | Принцип удержания | Основные виды отказов | Ключевые моменты для предотвращения случайного выпуска |
|---|---|---|---|
| Механический захват | Сила зажима, трение, геометрическая посадка | Разжатие с потерей воздуха, недостаточное усилие, проскальзывание или неполная фиксация. | Нормально закрытый/самоблокирующийся, контроль давления, обратная связь по открытию, блокировка выпускного клапана. |
| Работа с вакуумом | Разница давлений внутри и снаружи присоски. | Утечка, старение присоски, неисправность нарушения вакуума, дефектная поверхность | Контроль вакуума, резервуар, обратные клапаны, сегментированные контуры и разрешение на разрыв вакуума. |
| Электропостоянный магнит | Удерживающая сила магнитной цепи | Плохая посадка, различия в материалах, ложное срабатывание размагничивания, неверная оценка остаточного магнетизма. | Контроль состояния намагничивания/размагничивания, подтверждение удерживающей силы и контроль доступа |
| Комбинированное приспособление | Принципы комбинированного владения | Одиночный сбой режима удержания, ошибка логического переключения | Уточнить взаимосвязь основного/вспомогательного удержания и поддерживать по меньшей мере одно эффективное удержание при переключении. |
Таблица 3: Принципы удержания, виды отказов и ключевые моменты для предотвращения случайного высвобождения различных инструментов.
08Эргономика и защита от неправильного использования
Двойные кнопки, операция нажатия и удержания и подсказки интерфейса уменьшают вероятность случайного ввода, в то время как конечный автомат, подтверждение датчиков и аппаратные блокировки совместно управляют разрешением отпускания. Если разрешение на выпуск является ложным, система должна отклонить выпуск даже по запросу оператора.
8.1 Подтверждение двумя кнопками и нажатием и удержанием
B1 и B2 являются независимыми кнопками ввода. Tsync — окно синхронизации, Tpress продолжительность непрерывного нажатия и Thold порог удержания. Выберите Tsync и Thold для времени цикла, эргономики и риска. Если требуется уровень безопасности, используйте входы подходящего номинала и соответствующую архитектуру управления безопасностью.
8.2 Вторичное подтверждение HMI и индикация состояния
HMI отображает блокировку разблокировки, размещение приближения, перераспределение нагрузки, разрешение разблокировки и блокировку неисправности с подтверждением на критических станциях. Он поддерживает видимость и отслеживаемость; он не может обойти S6, R, Safety_OK или No_Fault для планового выпуска.
8.3 Режим обслуживания и контроль доступа
Управляйте выпуском для технического обслуживания, ручным отключением вакуума и ручным размагничиванием посредством разрешений доступа, клавишных переключателей, работы на низкой скорости/толчковом режиме, очистки зоны и рабочих журналов. В режиме технического обслуживания должно сохраняться обнаружение поддержки нагрузки или подтверждение поддержки ручного приспособления, где это практически осуществимо, предотвращая непреднамеренное срабатывание байпаса.
09Анализ рисков FMEA
В таблице ниже показано, как организовать FMEA для предотвращения непреднамеренных выбросов. Оценка проекта оценивается на основе массы заготовки, воздействия на персонал, времени цикла, истории отказов, охвата диагностикой и данных измерений. Оценки в примере не являются измеряемыми результатами проекта.
| режим отказа | основная причина | Последствия | S/O/D/RPN | меры контроля | Точки проверки |
|---|---|---|---|---|---|
| освободить во время приостановки | Ошибка конечного автомата, неисправность выпускного клапана, неуправляемый байпас. | Падение груза, повреждение оборудования, риск для персонала | 10/3/4/120 | S1~S5 запрещают выпуск; предохранительная блокировка на выпускном клапане; S6 — единственное состояние, разрешающее выпуск. | Запросить освобождение во время приостановки; проверьте отсутствие срабатывания клапана и запишите сигнал тревоги |
| Отпустите до того, как груз полностью сядет. | Правильная высота, но недостаточная поддержка, эксцентричная нагрузка или неполная передача. | Опрокидывание, скольжение, повреждение крепления или заготовки | 9/4/4/144 | Подтверждение контакта, подтверждение передачи нагрузки, время стабилизации, контроль эксцентриковой нагрузки | Испытайте допуски посадки, эксцентриковые нагрузки и частичную опору; проверить небезопасные условия, не получать разрешения |
| Разжим после потери воздуха | Перебой в подаче основного сжатого воздуха, утечка в трубопроводе, утечка в клапане. | Снижение удерживающей силы и потеря контроля нагрузки | 10/2/5/100 | Нормально закрытый/самоблокирующийся фиксатор, обратный клапан, клапан удержания давления, реле давления и воздушный ресивер. | Отключите подачу воздуха и измерьте время выдержки, минимальное давление и силу зажима. |
| Потеря давления вакуума | Утечка из присоски, ненормальный источник вакуума, загрязнение поверхности. | Удерживающая сила вакуума уменьшается, и нагрузка падает. | 10/3/4/120 | Вакуумный бак, односторонний клапан, контроль вакуума, секционированный контур, блокировка потери давления. | Имитировать скорости утечек и проверять блокировку сигнализации, удержания и отпускания. |
| Сброс при случайном прикосновении | Случайное нажатие одной кнопки, неправильный щелчок HMI, неправильное обслуживание | В систему поступает неожиданный запрос на выпуск | 8/5/3/120 | Двойная кнопка, длительное нажатие, вторичное подтверждение, управление разрешениями | Одна кнопка, короткое нажатие и несанкционированное действие не должны вызывать разблокировку. |
| Неправильная оценка датчика | Загрязнение, дрейф, повреждение кабеля, отражение или вибрация. | Неверное подтверждение места или перевода | 8/4/4/128 | Слияние нескольких источников, 2oo3, самодиагностика, проверка согласованности сигнала | Отключение впрыска, короткое замыкание и дрейф; проверить торможение или блокировку |
| Неисправность программного обеспечения или связи. | Дефекты программы, задержки связи, ошибки записи переменных | Логическая ошибка, разрешающая выпуск, или несоответствие состояния | 10/2/5/100 | ПЛК безопасности, сторожевой таймер, двухканальный разрешительный режим, контроль версий | Сбои связи, тайм-ауты сторожевого таймера и регрессионное тестирование версий |
Таблица 4. FMEA для предотвращения непреднамеренного выпуска (иллюстративные оценки)
Отдайте приоритет аппаратным блокировкам и тестовой проверке для элементов с высоким RPN или серьезностью 9–10. Сохраняйте периодические проверки и проверки технического обслуживания на предмет серьезных сбоев после принятия мер по снижению риска.
10Методы тестирования и элементы приемки
10.1 Принципы проверки
Используйте тесты на граничные условия, внесение ошибок и повторяемость для оценки ингибирования высвобождения, небезопасных ложноположительных решений и диагностики ошибок. Сохраняйте прослеживаемые записи с указанием образцов, количества циклов, условий выполнения задач, отклонений и статистических методов. Сообщайте о количестве выпусков и циклах безошибочных испытаний на основе фактического тестирования.
10.2 Матрица функциональных испытаний и испытаний на блокировку
| категория испытаний | Метод испытания | ожидаемый результат | Запись о приемке |
|---|---|---|---|
| Статус заблокирован | Отправляйте запросы на выпуск один за другим в S1~S5. | Выпуск не установлен, выпускной клапан не работает, и система выдает причину запрета. | Запись состояния, запроса, выходного сигнала клапана, информации о тревоге |
| разрешить выпуск | Отправка запроса на выпуск при выполнении всех условий S6. | Действия по выпуску выполняются последовательно, и S7 вводится после завершения выпуска. | Запись Hs/Ls/Ps/Os, цепочка безопасности, обратная связь по действию |
| Пневматическая блокировка | Отправьте команду нормального отпускания после отключения разрешительного или защитного выхода пилота. | Выпускной клапан не действует, и путь воздуха остается заблокированным. | Запись обратной связи по управляющему давлению или положению клапана. |
| страховочная цепь | Вызывает аварийную остановку, отключение защитной двери или защитного реле. | Немедленно ингибировать высвобождение; поддерживайте зажим или при необходимости выполните безопасную утилизацию | Запись входных данных цепи безопасности и переходов между состояниями. |
| Ненормальный сброс | Создать противоречивые сигналы датчиков или недостаточное давление, затем выполнить сброс | После сброса все диагностические и разрешительные условия должны быть восстановлены; прямой выпуск запрещен. | Запишите коды неисправностей, лицо, выполняющее сброс, и условия сброса. |
Таблица 5: Матрица проверки функций и блокировки
10.3 Испытания на посадку и передачу нагрузки
| Предмет | Метод испытания | Критерии приемки |
|---|---|---|
| высота подтверждена | Испытано отдельно на высоте цели, высоте границы и высоте, выходящей за пределы допуска. | Height_OK разрешен только в том случае, если высота находится в пределах порогового значения; отклонено, если оно превышает допуск. |
| подтверждение местоположения | Установите рабочие условия, такие как отклонение X/Y/ориентации, отсутствие входа позиционирующего штифта, смещение палеты и т. д. | Position_OK имеет значение «ложь», когда отклонение превышает предел или позиционирование не на месте. |
| Подтверждение контакта | Условия работы «Настройка контакта», «легкий контакт», «отсутствие контакта» и «шум датчика» | Заблокируйте выпуск, если сила контакта ниже Fmin или сигнал ненадежен |
| Передача нагрузки | Измерение коэффициента передачи с использованием взвешивания, боковой силы захвата или текущих тенденций. | Fs/W достигает η и длится τ до установки Transfer_OK |
| Несбалансированная нагрузка/поддержка нескольких точек | Создание одной точки подвеса, чрезмерной нагрузки на одну сторону или ненормальной точки опоры | Запретить освобождение, когда эксцентриковая нагрузка превышает свой предел, даже если общая опорная сила достаточна |
| Небезопасное ложноположительное решение | Подсчитайте количество ложных разрешений для всех условий работы, которые следует отклонить. | Небезопасные ложные разрешения: 0. Записывайте и анализируйте консервативные отклонения. |
Таблица 6: Тесты размещения и переноса нагрузки
10.4 Испытания на потерю воздуха, потерю давления и удержание
| Предмет | Метод испытания | Запись контента | Проблемы с принятием |
|---|---|---|---|
| потеря удержания воздуха | Отключите подачу сжатого воздуха при номинальной нагрузке. | Кривая давления, сила зажима, время выдержки, передача состояния | Продолжительность удержания отвечает потребностям безопасного реагирования; нет разжима |
| медленная утечка | Искусственно создавать небольшие утечки и постоянно контролировать их | Скорость падения давления/вакуума, время тревоги, время блокировки | Пороговые значения сигнализации являются подходящими, и тенденция поддается диагностике. |
| быстрая потеря давления | Отсоедините основной источник подачи воздуха или вакуума. | Положение клапана, давление, состояние нагрузки, сигнализация | Система переходит в режим удержания/блокировки, разблокировка невозможна. |
| Восстановить подачу сжатого воздуха | После неисправности восстановите подачу сжатого воздуха и попробуйте продолжить работу. | Нужен ли сброс и нужно ли повторно подтверждать статус | Восстановление не должно автоматически снимать нагрузку или устранять неисправность. |
Таблица 7. Испытания на потерю воздуха, потерю давления и удержание
10.5 Тесты на неправильную работу с учетом человеческого фактора
| Тестовые элементы | Метод испытания | ожидаемый результат |
|---|---|---|
| одна кнопка | Просто нажмите B1 или B2 | Релиз не установлен |
| Асинхронный пресс | Нажмите кнопки на расстоянии более Tsync друг от друга. | Релиз не установлен |
| Короткое нажатие | продолжительность меньше Thold | Релиз не установлен |
| Технический выпуск без разрешения | Неавторизованный пользователь выполняет разблокировку вручную или разрыв вакуума. | Запретить операцию и зарегистрировать ее |
| Разрешить запрос на выпуск | Оператор выполняет выпуск на S6. | Четкая индикация состояния и правильная последовательность действий. |
Таблица 8. Испытания средств защиты от неправильной эксплуатации
10.6 Документация и результаты приемки
- Записи оценки рисков и FMEA;
- расчеты силы захвата, силы вакуумного удержания или силы магнитного удержания;
- логическая схема разрешения выпуска, диаграмма конечного автомата и список безопасного ввода-вывода;
- пневматические, вакуумные и электрические схемы с описаниями блокировок;
- записи испытаний, записи внесения неисправностей и записи ненормального сброса;
- элементы проверки при техническом обслуживании и план периодической проверки удержания давления/утечки;
- инструкции по эксплуатации и инструкции по контролю доступа в режиме обслуживания.
11Контрольный список инженерного проектирования
| Категория | Проверить элементы | Критерии приемки |
|---|---|---|
| Зажимная способность | Расчет зажима/вакуумного захвата/магнитной силы | Приняты наиболее неблагоприятные параметры условий труда, а коэффициент запаса прочности и основа ясны. |
| Зажимная способность | Вопросы динамической нагрузки | Учитывайте дополнительные нагрузки, вызванные подъемом, опусканием, аварийной остановкой, раскачиванием или ударами. |
| Подтверждение размещения | Подтверждение высоты и местоположения | Пороговая основа ясна, и граничный тест пройден. |
| Подтверждение размещения | Подтверждение контакта со службой поддержки | Контактный сигнал превышает шум и дрейф, и неисправность может быть диагностирована. |
| Передача нагрузки | Подтверждение коэффициента передачи | Fs/W достигает проектного порога η и поддерживает τ; многоточечная опора, эксцентриковая нагрузка контролируется |
| логика выпуска | Четырехфакторное разрешение | R = Hs ∧ Ls ∧ Ps ∧ Os, замена одной точки не допускается |
| логика выпуска | Синтез финальной команды | Состояние = S6, Operation_Request, R, Safety_OK и No_Fault одновременно истинны. |
| Пневматическая блокировка | пилотное разрешение | Полная цепочка разрешений включает выпускной клапан; потеря мощности или воздух препятствуют выпуску |
| Защита от отключения подачи воздуха | Удержание давления и удержание нагрузки | Документированное время выдержки после потери воздуха соответствует требованиям безопасного реагирования. |
| Вакуумная система | Мониторинг вакуума и предотвращение утечек | Полный ассортимент вакуумных выключателей/датчиков, вакуумных резервуаров, обратных клапанов и средств для испытаний на утечку. |
| Эргономика | Двойная кнопка/длительное нажатие/разрешения | Случайное касание в одной точке, короткое нажатие и несанкционированное действие не могут вызвать разблокировку. |
| Корректирующие действия | Ненормальная блокировка и сброс | S8 полностью документирован с блокировкой, кодами неисправностей, контролируемым сбросом и операциями. |
| Информация о проверке | Тестирование и отслеживаемость | Полные методы, образцы, критерии, необработанные записи и документированное закрытие проблем. |
Таблица 9 Контрольный список разработки противоаварийного проектирования инструментов обработки настраиваемых версий
12Техническое заключение
Приемка отдельно проверяет удерживающую способность и контроль выпуска. Конечный автомат ограничивает выпуск программы, который разрешен только в S6. Программное и аппаратное обеспечение блокируют плановый выпуск в S1–S5 и S8.
Для подтверждения размещения требуется, чтобы высота, положение, контакт с опорой и передача нагрузки были удовлетворены вместе. Проверьте опору, доступную после открытия, используя доказательства передачи нагрузки, затем устраните соответствующие пути отказа с помощью пневматических блокировок, удержания вакуума, удержания нагрузки после потери воздуха, мониторинга давления/вакуума, двойных кнопок, операции нажатия и удержания и блокировки при неисправности.
Установите пороговые значения, окна синхронизации, время удержания, коэффициенты передачи и коэффициенты безопасности на основе оценки рисков проекта, выборочных испытаний и записей приемки. Применяйте контроль безопасности на основе состояния при захвате, транспортировке, размещении и освобождении, чтобы установить требования к проектированию и приемке, которые можно будет проверять и тестировать.
