産業用オートメーション環境における機械の安全性
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製造業、エネルギー産業、鉱業などの高リスク産業では、機械に膨大な機械的、電気的、熱的、空圧的、あるいは化学的なエネルギー源が集中していることがよくあります。わずかな設計上の欠陥、ソフトウェアのバグ、あるいは操作ミスでも、連鎖反応を引き起こし、壊滅的な結果をもたらす可能性があります。
全米安全評議会（National Safety Council）によると、2023年には米国だけで、400万件を超える医療処置を要する労働災害と、4,500件以上の死亡事故が記録されました。[1] これらの統計は、いかなる自動化環境においても機械の安全性が絶対不可欠である理由を如実に示しています。今や、機械の安全性は、あらゆるプロセスやシステムに組み込まなければならない中核的な価値であり、設計原則となっています。
設計の観点から見ると、現代の自動化システムでは、事故を防止するために機能安全が組み込まれています。これには、冗長化されたフェイルセーフ制御の導入が含まれる場合があります。これにより、装置が故障したり、操作者がミスを犯したりした場合でも、システムが危険を検知し、自動的に安全な状態に移行します。例えば、ロボットには、人が近づきすぎた場合に動作を停止させるライトカーテンやレーザースキャナが装備されていたり、化学反応装置には、温度や圧力が安全範囲を外れた場合に自動停止するインターロックが備わっていたりします。 国際的な安全規格では、安全関連の電気・電子システムの設計に向けたリスクベースの枠組みを通じて、このアプローチを定義しています。
このブログでは、産業オートメーションが、機械と作業員の双方に対する安全対策を講じた上で前進できるよう保証する、各団体の規格や認証についていくつかご紹介します。
安全規格機関
あらゆる産業環境において、安全は技術に組み込まれ、作業慣行に深く根付くものでなければなりません。これは、機器の設計、運用、および保守の全段階において、確立された基準やガイドラインを遵守することで実現されます。以下に、これらの安全基準を策定している主要な組織とその影響範囲をご紹介します。
国際標準化機構
国際標準化機構（ISO）は、あらゆる産業分野にわたる幅広い国際規格を策定・公表する、世界的な非政府の標準化機関です。機械および産業用機器の安全性に関して、ISOにはISO 12100やISO 13849など、いくつかの重要な規格があります。
- ISO 12100：この基礎的な規格は、エンジニアが危険を特定し、リスクを評価し、リスクを合理的に可能な限り低く抑えるための保護措置を講じるための体系的な手法を定めています。
- ISO 13849：この規格は、安全機能を統合する制御システムの構成要素の設計に関する要件と指針を定めています。この規格では、a（低リスク）からe（高リスク）までの等級を持つパフォーマンスレベル（PL）の検証方法、および制御システムの構成要素に必要なパフォーマンスレベル（PLr）の決定方法について規定しています。 例えば、機械の非常停止回路については、PL e（高性能、通常は自己監視機能付きデュアルチャネル）を満たすことが求められる場合があります。
国際電気標準会議
国際電気標準会議（IEC）は、電気技術および電子技術の標準化を専門とする国際的な標準化機関です。安全性の分野において、IECの管轄範囲は、遮断器の仕様から複雑な自動化システムの安全性に至るまで、機器の電気的および電子的な側面をすべて網羅しています。
最も重要な安全規格の一つがIEC 61508です。これは、安全機能を果たすシステムの設計、実装、および保守に関する包括的なライフサイクルを規定する、機能安全の核心となる規格です。
機能安全に加え、IECはハードウェアに重点を置いた重要な安全規格も策定しています。例えば、IEC 60204-1は、適切な接地や非常停止回路など、機械の電気的安全要件を規定しています。IEC 62061シリーズは、安全関連制御システムの機能安全を扱っています。これらの規格は機械制御システムに適用され、IEC 61508の枠組みに沿ったものです。
国際自動化学会
国際自動化学会（ISA）は、国際的な専門家によって設立された米国を拠点とする非営利の専門団体であり、その規格は米国国家規格協会（ANSI）によって承認・認定されています。ISAの安全規格の中で最も重要なものはISA-84であり、これはIEC 61511（すなわち、プロセス産業向けの機能安全）に相当し、プロセス産業における安全計装システム（SIS）を対象としています。
ISA-84規格は、初期のリスク評価や安全度水準（SIL）の決定から、SISの設計・エンジニアリング、さらには保守、試験、そして最終的な廃止措置に至るまで、安全ライフサイクルのあらゆる段階について詳細な指針を示しています。この規格の重要な点の一つは、SISが長期にわたり適切に管理されるよう、安全要件仕様書の作成と文書化の維持を重視していることです。
安全基準を現場で確実に機能させる
基準を文書化することは一つのことですが、実際の産業用システムや施設がそれらを満たしていることを確認することが極めて重要です。そこで重要となるのが、認証、試験、および適合性評価です。部品、機械、またはシステムが関連する安全基準に適合していることを認証するための、さまざまな組織やスキームが存在します。
よく知られている例として、欧州連合（EU）のCEマークが挙げられます。CEマークは、製品が適用されるすべてのEU指令の必須要件を満たしていることを示す適合マークです。[2] CEマークを貼付するには、製造業者は自社製品が欧州規格に準拠していることを確認しなければなりません。これらの規格の多くはISO/IEC規格です。また、特定の高リスク製品については、独立した指定機関による試験や審査を受ける必要がある場合が少なくありません。
北米では、UL SolutionsやCSA Groupなどの機関による認証が標準とされています。 機器にULリストまたはCSAマークが付いていることは、当該機関が製品を試験し、ANSI/IEC規格と整合することが多い関連安全規格に適合していると認定したことを示しています。例えば、UL 508Aラベルが付いているということは、産業用制御盤の構造および構成部品が、火災および感電保護の要件を満たしていることを意味します。米国では連邦法によりUL認証が義務付けられているわけではありませんが、多くの地方自治体の規制や産業分野の顧客からは、その取得が求められています。
コンプライアンス違反によるコスト
もちろん、安全基準や規制を遵守することは、単に罰金を避けるためだけではありません。根本的には、人命を守るためなのです。しかし、組織が手抜きをして安全を軽視した場合、その結果は深刻なものになりかねません。
何よりもまず、安全対策の不備がもたらすのは人的被害です。しかし、この点を軽視する企業は、多額の罰金を科されることも覚悟しなければなりません。世界中の規制当局は、安全に関する法律や基準に違反した企業に対し、特に過失が立証された場合には、罰金や法的責任を課しています。
例えば、米国では、労働安全衛生局（OSHA）が定期的に職場を検査し、是正勧告を行っています。違反1件あたりの罰金は数万ドルに上ることがあり、場合によってはそれ以上になることもあります。2023年のOSHAの調査事例によると、アラバマ州のある製造業者では、20歳の労働者が防護装置のない機械部品に巻き込まれて死亡した事故を受け、約18万5,000ドルの罰金が科されました。[3]
まとめ
自動化および産業環境における安全性は、厳格な基準、綿密な設計、継続的な教育、そして第三者による監視が絡み合う複雑な仕組みです。しかし、そのすべては一つの単純な真実に帰着します。すなわち、すべての労働者の命はかけがえのないものであり、適切な予防措置を講じれば、あらゆる事故は防ぐことができるということです。
[1]https://injuryfacts.nsc.org/work/work-overview/work-safety-introduction/
[2]https://europa.eu/youreurope/business/product-requirements/labels-markings/ce-marking/index_en.htm
[3]https://www.dol.gov/newsroom/releases/osha/osha20230705