Proposal of a Model to Enhance Safety of Machinery during Operation and Maintenance in the Era of Digitalization and Connectivity

Les machines sont l'un des actifs les plus critiques de l'industrie manufacturière. Malgré le fait que les concepteurs / fabricants de machines et les utilisateurs finaux déploient des efforts prudents pour rendre les machines plus sûres, il y a cependant tellement d'accidents liés aux machines qui se produisent encore pour plusieurs raisons. La revue de la littérature sur les machines a révélé que (i) le manque d'intégration de la sécurité adéquate dans la conception de la machine (ii) le manque d'évaluation systématique des risques, (iii) le manque de retour d'expérience et (iv) le manque d'expérience / de connaissances de la ou des personnes en matière de sécurité des machines, sont des causes potentielles de problèmes liés au fonctionnement et à la maintenance en toute sécurité des machines. Ces obstacles sont principalement dus au manque de communication efficace entre les concepteurs / fabricants de machines et les utilisateurs finaux, ce qui a conduit à des évaluations incomplètes des risques des machines. En dehors de cela, les concepteurs et les fabricants de machines, en raison du manque de connaissance de la situation de travail réelle et du manque de connaissances suffisantes en matière de sécurité, ne bénéficient pas du système de retour d'expérience le plus récent qui peut aider à concevoir des machines plus sûres. Ces derniers temps, l'amélioration des technologies à l'ère de la numérisation et de la connectivité de différentes industries telles que l'internet des objets (IoT), le système cyber-physique (CPS) et la technologie cloud, etc. ont grandement contribué à améliorer les processus, les produits, les services et les performances de manière autonome pour les activités de bout en bout ainsi que la chaîne de valeur. Dans ce but, un travail de recherche est proposé pour un système conceptuel de gestion de la sécurité (SMS) générique basé sur les concepts des technologies clés habilitantes susmentionnées afin de surmonter le manque actuel de connexion insuffisante entre les concepteurs de machines et les utilisateurs finaux de machines. En outre, un modèle de sécurité basé sur la connaissance basée sur la hiérarchie de l'évaluation des risques introduite dans l'ISO 12100: 2010 est proposé pour capturer les données de sécurité (SRD) les plus à jour et les retours d'expérience basés sur l'utilisation réelle de la machine dans Smart Working Environnements (SWEs). Une étude de cas basée sur des scénarios a été menée sur une machine industrielle de fabrication de sacs pour expliquer le mécanisme de fonctionnement de la solution proposée. Afin d'étudier les performances de la solution proposée, la machine sélectionnée avec différentes fonctions de fonctionnement, diverses énergies dangereuses, des capteurs / dispositifs de sécurité et un dispositif intégré pour échanger des données du niveau physique vers les niveaux supérieurs dans les SWE sont utilisés. Les résultats de cette étude de recherche révèlent que la solution proposée peut considérablement améliorer les connaissances en matière de sécurité liées aux machines et échanger des SRD, entre les fabricants de machines et les utilisateurs finaux de machines. Le SRD transmis est tenu (i) d'effectuer une évaluation plus réaliste des risques machine en tenant compte des problèmes de conception, (ii) de tirer parti des retours d'expérience des utilisateurs finaux et d'en apprendre mutuellement davantage sur les incitations à contourner les dispositifs de protection et les dispositifs de protection par la machine opérateurs pendant le fonctionnement normal ou par le personnel de maintenance pendant les activités de maintenance. L'étude a également identifié certaines limites, qui pourraient affecter la mise en œuvre des mesures proposées. Dans les études futures, la solution proposée pourra être étendue en organisant des groupes de discussion avec des acteurs clés, y compris des utilisateurs finaux de machines, des fabricants de machines et des associations SST. Malgré certaines limites imprévues, on pense que cette étude contribue de manière significative à rendre les machines plus sûres en adaptant les opportunités qui ont été présentées par l'industrie 4.0, ses technologies habilitantes, la numérisation et la connectivité.

Abstract

Machinery is one of the most critical assets of the manufacturing industry. Despite the fact that machine designers/manufacturers and end-users put careful effort in making machines safer, however, there are so many machinery-related accidents that still occur due to several reasons. The literature review about the machines have revealed that (i) lack of adequate safety integration in machine design (ii) lack of systematic risk assessment, (iii) lack of experienced feedback, and (iv) lack of individual(s) experience/knowledge in machine safety, are potential causes for problems that are linked to the safe operation and maintenance of machinery. These obstacles are mainly due to the lack of effective communication between machine designers/manufacturers and end-users, which have resulted in incomplete risk assessments of machines. Apart from this, machine designers and manufacturers due to lack of awareness of the actual working situation and lack of sufficient safety knowledge do not benefit from the most updated experienced feedback system that can help in designing of machines safer. In recent times, the enhancement on technologies in the era of digitalization and connectivity different industries such as the internet of things (IoT), the cyber-physical system (CPS) and cloud technology, etc. have greatly helped in improving the processes, products, services, and autonomously performances for the end-to-end activities along with the value chain. Aiming at that, a research work is proposed for a generic conceptual safety management system (SMS) that is based on the concepts of above-mentioned key enabling technologies in order to overcome the current shortage of insufficient connection between machine designers and machine end-users. Furthermore, a knowledge-based safety model based on the hierarchy of risk assessment introduced in ISO 12100:2010 is proposed to capture the most up-to-date safety-related data (SRD) and experienced feedback based on the machine's actual use in Smart Working Environments (SWEs). A scenario-based case study was conducted on an industrial bag-making machine to explain the working mechanism of the proposed solution. In order to investigate the performance of the proposed solution, the selected machine with different operating functions, various hazardous energies, safety sensors/devices, and an embedded device to exchange data from physical level to upper levels in SWEs are used.