Die neue EU-Maschinenverordnung 2023/1230 löst am 20. Januar 2027 die bisherige Maschinenrichtlinie 2006/42/EG vollständig ab, um Maschinenbauvorschriften an den technologischen Fortschritt anzupassen. Die damit verbundenen Dokumentationspflichten durch parallel eingeführte Richtlinien wie dem AI-Act können zu einem erheblichen Mehraufwand führen, wenn kein ganzheitlicher Ansatz verfolgt wird, wie der Autorenbeitrag der Intecra GmbH zeigt.
Plant ein Unternehmen, Produktionsanlagen umzubauen oder bestehende Fertigungslinien zu optimieren, werden meist auch Maßnahmen zur Verbesserung, Stärkung oder Modernisierung von Automatisierungsprozessen getroffen. Im Zuge der Umsetzung der MVO müssen – neben dem Thema der wesentlichen Veränderung – auch weitere Gefährdungen betrachtet werden. Hier hilft eine ganzheitliche Lösung, die nicht nur allen Anforderungen der MVO entspricht, sondern auch einfach anwendbar ist.
Wesentliche Veränderungen
Bei Umbauten oder Modernisierungen von Einzelkomponenten in der Gesamtheit von Maschinen ist der Betreiber verpflichtet, zu überprüfen, ob es sich bei den Veränderungen um eine „Wesentliche Veränderung“ handelt. Sollte sich bei der Überprüfung herausstellen, dass dies der Fall ist, wird die veränderte Maschine wie eine neu in Verkehr gebrachte Maschine angesehen und der Betreiber wird zum Hersteller. Das gesamte Konformitätsbewertungsverfahren muss neu durchlaufen werden. Daher sollte dieser Aspekt bereits bei der Entscheidung des Umbaus betrachtet und im Vorfeld ermittelt werden, ob die Veränderungen an der Maschine sicherheitsrelevante Auswirkungen nach sich ziehen. Die neue Maschinenverordnung ergänzt die bisherigen Aspekte um die Punkte „digitale Änderung“ und „vom Hersteller ursprünglich geplante Änderung“. Auch eine Änderung der Sicherheitssteuerung wird mit betrachtet. Diese Ergänzungen sind eine direkte Reaktion auf moderne Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), das Internet der Dinge (IoT), die Cyberbedrohung (Korrumpierung) und die Anforderungen der Industrie 4.0.
Korrumpierung im Maschinenbau
Schutz vor Korrumpierung lässt sich so deuten, dass eine Maschine nicht nur sicher sein muss, sondern dass auch das bewertete Sicherheitskonzept nicht verfälscht werden darf. Nur so kann vermieden werden, dass zum Beispiel Konfigurationen wie Druck oder Drehzahl unbefugt geändert werden und niemand von außen Gefahren bei Maschinen herbeiführen kann. Anhand eines einfachen Beispiels aus der Futtermittelindustrie, in der Vogelfutter in unterschiedlichste Gebinde abgefüllt wird, lässt sich das erklären.
In der Anlage, die seit zehn Jahren im Einsatz ist, wird das Futter in kleinen Tüten mit einer Menge von 200 g und in Großpackungen bis zu 20 kg abgefüllt und von einem Roboter in verschiedene Kartons verpackt und anschließend auf Paletten gestapelt. Hierzu muss der Verpackungsroboter seinen Handlingskopf entsprechend der Packungsgröße verstellen und den Verfahrweg anpassen. Das zugehörige Signal erhält er über den aufgedruckten Barcode auf der Verpackung.
So kann sich der Roboter bei kleineren Packgrößen näher am Schutzzaun bewegen als bei größeren Verpackungen. Denn hier muss der angebaute Kragarm am Handlingskopf ausgefahren und somit auch sein Fahrweg verändert werden, da er sonst über den Schutzzaun hinausfahren würde. Dieses robotergestützte Verpacken und Palettieren ist eine Möglichkeit, um eine Verpackungsproduktionslinie zu automatisieren und benötigt eine CE-Kennzeichnung. Ab dem 20. Januar 2027 gelten bei wesentlichen Umbauten und Modernisierungen (Retrofit) auch die Regeln der neuen MVO (2023/1230/EU), um die Sicherheit in der automatisierten Produktion zu erhöhen. Wann kann es dazu kommen?
Im Praxisbeispiel erfordert der neue Auftrag eines Großkunden eine neue Verpackung und das Abstapeln unterschiedlicher Gebindegrößen in einem Karton. Das bedeutet, dass der Verpackungsroboter mit Kragarmtechnik nun nicht mehr kartonweise abstapeln kann, sondern je nach Gebinde seinen Kragarm bewegen muss, um das präzise Aufnehmen und Absetzen zu ermöglichen. Doch die Verpackung und die neue Position des Barcodes verhindern das Auslesen des Signals, weshalb mittels einer Netzwerkverbindung das Signal über eine zentrale Software an den Roboter geschickt werden muss.
Sicherheitskonzept entwickeln
Diese Ausgangsituation führt zu einem Umbau der Steuerung und bedingt eine Gefährdungsbeurteilung, da in jedem Einzelfall ermittelt werden muss, ob die Veränderungen an der Maschine sicherheitsrelevante Auswirkungen nach sich ziehen. Liegt eine neue Gefährdung oder eine Erhöhung eines vorhandenen Risikos vor, wird geprüft, ob die vorhandenen Schutzmaßnahmen der Maschine weiterhin ausreichen oder noch geeignet sind. Die Grundnorm DIN EN ISO 12100:2011-03 (Sicherheit von Maschinen – Allgemeine Gestaltungsleitsätze – Risikobeurteilung und Risikominderunng) liefert Informationen, welche Kriterien für eine Risikobeurteilung betrachtet und wie Risiken vermieden werden können.
Bild 01: Ein Sicherheitskonzept muss einfach sein und als Layout dargestellt werden können. (Bild: Intecra)
Um ein anwendungsgerechtes Sicherheitskonzept entwickeln zu können, reicht es nicht aus, nur die vorhandenen Gefährdungen zu analysieren und nacheinander abzustellen. Zusätzlich muss ein Blick auf die sicherheitstechnische Veränderung geworfen werden, die durch einen Eingriff durch außen (Verstellung des Kragarms am Handlingskopf) erfolgen kann. Die Praxis zeigt, dass bei der Betrachtung, ob eine wesentliche Veränderung bei dem Beispiel vorliegt, wahrscheinlich festgestellt wird, dass es keine ist und folglich auch keine erneute CE-Konformitätsbewertung durchzuführen ist. Der Betreiber passt die vorhandene Gefährdungsbeurteilung des Arbeitsplatzes und des Arbeitsmittels an und entdeckt nicht die Gefahren, die durch absichtliche Manipulation oder durch eine Fehlbedienung entstehen können. Daher gehört das Thema Cyberbedrohung ab dem 20. Januar 2017 zum Bestandteil einer Betrachtung bei einer wesentlichen Veränderung. In neuen Maschinen, die ab diesem Zeitpunkt in Betrieb gehen, sind diese Denkansätze Teil der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen (EU-Maschinenverordnung 2023/1230, Anhang III, Punkt 1.1.9). Hierzu gibt es auch schon einen Normenentwurf prEN 50742, der die Anforderungen konkretisiert.
Der EU AI Act – ein umfassendes KI-Gesetz
Jede Herausforderung birgt gleichzeitig eine Chance in sich. In dem genannten Beispiel führen die neuen Anforderungen an die Sicherheit zu einer pragmatischen Lösung. Wo früher mögliche Kollisionen mit dem Schutzzaun durch einen mechanischen Umbau vermieden wurden, indem die Schutzfelder erweitert, verstärkt oder sogar neue Roboter oder neue Maschinenteile zum Einsatz kamen, kann man nun steuerungstechnisch über nicht „korrumpierbare“ Komponenten eine Manipulationssicherheit herstellen und damit hohe Kosten vermeiden. So werden sicherheitskritische Funktionen vor absichtlicher oder unbeabsichtigter Beeinflussung geschützt. Weiterhin muss eine korrumpierungssichere Steuerung die Sicherheitskriterien gemäß Maschinenrichtlinie und der DIN EN ISO 13849-1 entsprechen. Diese Norm regelt Funktionen, die bei Signalverlust oder fehlerhaften Daten den Stillstand garantieren (Safety).
Bild 02: Der AI Act ist als EU-Verordnung unmittelbar anwendbar und tritt schrittweise in Kraft (Art. 113) (Bild: www.freepik.com, KI-generiert)
Hochtechnologisch orientierte Unternehmen ergänzen im dargestellten Beispiel mit dem Verpackungsroboter die Produktionsanlage durch eine weitere industriell taugliche Lösung: eine selbstlernende KI, die, je nach Ausgangsituation, die Packeinheiten selbständig kommissioniert. Ein „verfälschungssicheres System“ wird damit unbedingt notwendig. Auch wenn diese Wege noch nicht oft gegangen werden, lässt sich eine spürbare Veränderung in den Unternehmen erkennen. So haben – laut einer Umfrage des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer e.V. (VDMA) im vergangenen Jahr bereits 43 Prozent KI-Lösungen produktiv eingesetzt. Vorwiegend handelt es sich hier um einfache KI-Modelle, die zum Beispiel aus Sensordaten Muster erkennen, Fehler vorhersagen oder Abläufe in Echtzeit anpassen.
Für solche Produktiveinsätze wurde bereits 2024 der EU AI Act verabschiedet. Dieser ist als EU-Verordnung unmittelbar anwendbar und tritt schrittweise in Kraft (Art. 113). Das Verbot inakzeptabler KI-Praktiken (Art. 5) gilt bereits seit 2. Februar 2025. Für KI-Systeme, die vor dem 2. August 2026 in Verkehr gebracht oder in Betrieb genommen werden, besteht ein „Bestandsschutz“, solange sie nicht wesentlich verändert werden. Herstellern wird empfohlen, die verbleibende Zeit bis zum 20. Januar 2027 zu nutzen, um Produkte, Prozesse und Dokumentationen auf die MVO vorzubereiten.
Schutz vor Korrumpierung in der Wartung und Instandhaltung
Betrachtet man das Schutzkonzept der Maschine über jede Lebensphase und berücksichtigt dabei den Schutz vor Korrumpierung, bieten sich zahlreiche Möglichkeiten, zukunftsorientierte Systeme auch bei Umbauten von Maschinen einzusetzen, die die Integrität sicherheitsrelevanter Funktionen gegen Manipulation und Fehlfunktionen sichern. Bei der Instandhaltung, Wartung oder Reparatur sollte allerdings nicht unterschätzt werden, dass von Maschinen und Anlagen auch eine Gefahr ausgeht, wenn diese abgeschaltet sind – zum Beispiel durch Restenergien in Druckspeichern.
Während früher ein Förderband zur Wartung ganz einfach über den Hauptschalter abgeschaltet wurde, ist das bei komplexen Fertigungsanlagen häufig nicht möglich. Hinzu kommt, dass der Materialfluss nicht mehr so einfach erkennbar ist. Überträgt man das auf den Umbau der im Beispiel vorgestellten Verpackungsanlage, ist es empfehlenswert, ein Wartungskonzept schon von Anfang an zu berücksichtigen und zum Beispiel auf das LOTO-Konzept (Lockout-Tagout) zurückzugreifen, das die physische Energieversorgung trennt. Dieses Konzept kommt aus einer gesetzlichen Anforderung in Nordamerika, die den Umgang mit gefährlichen Energien sehr konkret vorgibt.
In der Praxis ist das hilfreich, wenn wie im Beispiel bei der genannten Verpackungsanlage ein Sensor im Handlingskopf des Roboters getauscht werden muss. Denn von jeder Seite führt ein Transportsystem die unterschiedlichsten Gebinde zu und auch der Kragarm des Handlingskopfes wird ständig verstellt. Hier kann es nicht ausreichend sein, für den Tausch nur den Hauptschalter zu betätigen, um die Energieversorgung zu trennen. Je nach Situation müssen auch die Maschinen, die sich nicht in direkter Umgebung des Roboters befinden, ausgeschaltet werden. Dazu kommt, dass eine Verstellung des Handlingskopfes unbedingt verhindert werden muss, auch wenn dieser pneumatisch erfolgt. Eine gespeicherte Restenergie kann hier zu fatalen Auswirkungen führen. Deshalb ist es wichtig, an Abschaltprozeduren bei der Umbauplanung in der Risikobeurteilung zu denken und diese zu berücksichtigen.
Planung, Umsetzung und Optimierung von Automatisierungsprozessen
Auswirkungen von neuen Maschinen oder Steuerungstechnologien ziehen sich durch jede Lebensphase. Reaktive Maßnahmen reichen nicht mehr. Das Risikomanagement muss vorausschauend, ganzheitlich und kontinuierlich betrieben werden. Das stellt die neue MVO klar. Waren es früher allgemeine Umwelteinflüsse oder arbeitspsychologische Aspekte, die zunehmend Einfluss auf die Sicherheit bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle hatten, kommt jetzt immer mehr die Beeinflussung von außen auf die Steuerung in den Fokus und erfordert ein modernes Risikomanagement.
Wird zum Beispiel beim Umbau der Verpackungsanlage ein KI-System eingesetzt, könnte die Anlage in der Risikoklassifizierung des AI Act zur Hochrisikomaschine werden. Entsprechend ist eine Systembeschreibung und die Daten-Governance erforderlich (Dokumentation über die Herkunft, Qualität und Aufbereitung der Trainings-, Validierungs- und Testdaten, Aufzeichnung eines Risikomanagementsystems und eine Rückverfolgbakreit).
Auch als Teil einer Machbarkeitsstudie bewertet die Risikobeurteilung frühzeitig sicherheitstechnische Hürden, bestimmt die Grenzen der Maschine und bewertet Risiken gemäß der vorgegebenen Normen. Gleichzeitig beschäftigt sie sich damit, wie dem technologischen Fortschritt auch in der Sicherheitskonzeption Rechnung getragen wird. Vergleichen könnte man das Vorgehen mit dem eines Architekten, denn bei der Gebäudeplanung ist die Machbarkeit und die dazugehörige Budgetplanung ein grundlegender Schritt, um den Anforderungen und dem Zweck des Gebäudes Rechnung zu tragen.
Überträgt man dies auf den Neubau von Maschinen oder ganzen Anlagen, kann in jeder Lebensphase ein schlüssiges Konzept auf Basis der in der Risikobeurteilung genannten Gefährdungsaspekte erstellt werden, das allen Anforderungen entspricht und je nach Situation auch auf den Stand der Wissenschaft und Technik zurückgreift. Bei der Budgetplanung sollte nicht nur die Investition, die zum Umbau benötigt wird, sondern auch der dazugehörige Bedarf an Kennzeichnungen, LoTo Equipment et cetera kalkuliert werden.
Individuelle Sicherheitslösungen – ganzheitlicher Ansatz
Wird der Umbau von Produktionsanlagen von gut darauf ausgebildeten Menschen gemäß der neuen Gesetzgebung umgesetzt, kann die moderne Vernetzung, strukturierte Massendaten und nicht korrumpierbare Maschinensteuerungen eine gute Gelegenheit für eine effizientere Wertschöpfung und einen einfacheren Umgang mit komplexeren Bedienungen bieten. Hierzu gehört in Zukunft auch eine dynamische Orchestrierung komplexer Produktionssysteme bis hin zur vorausschauenden Wartung. Erste Schritte sind getan. Ein Beispiel dafür sind Chatbots, die bei der Maschinenwartung unterstützen.
Die Intecra GmbH, die für ein „Integrales Sicherheitsmanagement“ steht, legt mit den neu dazugewonnenen Bausteinen der Cybersicherheit, den Fokus auf individuelle Sicherheitslösungen für Unternehmen. Durch die Kooperation mit Brady Deutschland hat das Unternehmen einen Partner an seiner Seite, der das LoTo Equipment und eine Vielzahl an Kennzeichnungslösungen bereitstellen kann. Gemeinsam sind sie in der Lage, ganzheitliche Sicherheitskonzeptionen inklusive der dafür notwendigen Abschätzungen des Budgets aus einer Hand anzubieten.
Autoren:
Johannes Spatz, Experte für Arbeitsschutz und Maschinensicherheit, Intecra GmbH, Augsburg
Alexandra Langstrof, Fachautorin und freie Journalistin, Erkrath
Quelle: Intecra, Bilder: Aufmacherbild: aleksandarlittlewolf – www.freepik.com, Bild 01: Intecra, Bild 02: www.freepik.com (KI-generiert)
