Design and Evaluation of Machine Safety Control Systems Based on ISO 13849-1 Using 3D Model-Based Design : A Case Study of an Automated Sorting Conveyor System
Keywords:
Machine Safety Standard, Safety Control System, Risk Assessment, Performance Level, Common Cause FailureAbstract
The objective of this research is to propose a design framework for safety control systems in automated machinery by integrating the international standards ISO 12100 for risk assessment and ISO 13849-1 for safety design. A three-dimensional (3D) model of the machinery was developed to guide the definition of safety functions from the initial design phase. An automated conveyor system equipped with a pneumatic sorting mechanism was selected as a case study, representing a type of machinery that involves close human-machine interaction. The study focuses on the design and selection of input, logic, and output devices in accordance with ISO 13849-1 principles. This process relies on the technical data of the selected components, including MTTFd, DCavg, and the evaluation of Common Cause Failures (CCF). The research results indicate that the Required Performance Level (PLr) was determined to be at level c, derived from the risk reduction measures of ISO 12100 specifically related to the Safety-Related Parts of Control Systems (SRP/CS). This study identifies two distinct safety functions: SF1 and SF2. The designed SRP/CS successfully achieved a Performance Level of level e, which exceeds the required threshold (PL: e > PLr: c). These findings demonstrate a systematic design approach that can serve as a comprehensive guideline for developing safety control systems in automated machinery, in strict compliance with international standard requirements.
References
[1] M. Peltonen, “Leveraging Industry 4.0 for machinery safety management,” M.S. thesis, Dept. Automation and Elect. Eng., Aalto Univ., Espoo, Finland, 2023.
[2] สุภาณวงค์ ศรีลาศักดิ์ และเอกไท วิโรจน์สกุลชัย, “การประเมินความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของเครื่องจักรโดยใช้หลักการ ISO 12100 (กรณีศึกษาโรงงานผลิตเครื่องสำอาง),” วารสารวิศวกรรมศาสตร์ และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี, ปีที่ 3, ฉบับที่ 2, หน้า 53–64, 2567.
[3] สำนักงานกองทุนทดแทน, “สถานการณ์การประสบอันตรายหรือเจ็บป่วย เนื่องจากการทำงาน ปี 2563–2567,” [ออนไลน์]. Available: https://www.sso.go.th/wpr/assets/upload/files_storage/sso_th/65e64958a0565ddc98ebc2ee6cc1fbf4.pdf. [เข้าถึงเมื่อ: 15 มกราคม 2569].
[4] กองความปลอดภัยแรงงาน, “กรณีศึกษาอุบัติเหตุจากการทำงานเกี่ยวกับเครื่องจักร: กรณีเกิดอุบัติเหตุลูกจ้างถูกเครื่องปั๊มขึ้นรูปกล่องกระดาษหนีบเสียชีวิต,” [ออนไลน์]. Available: https://osh.labour.go.th/wp-content/uploads/2026/03/machine-1047.pdf. [เข้าถึงเมื่อ: 10 เมษายน 2569].
[5] A. Kozłowski, J. Smyła, M. Bembenek, P. Wojtas, and L. Kasprzyczak, “The role and importance of risk assessment in machinery design and control systems on the example of a model research line designed for the production of low-emission composite fuel,” Journal of KONBiN, vol. 53, no. 1, pp. 25–46, 2023, doi: 10.5604/01.3001.0016.3234.
[6] M. Sága Jr., I. Kuric, I. Klačková, and D. Więcek, “Comparison of risk assessment approaches and analyzes used in technical transport systems,” Transportation Research Procedia, vol. 74, pp. 516–521, 2023, doi: 10.1016/j.trpro.2023.11.176.
[7] Safety Guide — Safety in the working environment, 2nd ed., Torino, Italy: ReeR S.p.A. , 2025.
[8] A Practical Guide to Machinery Safety, 5th ed., Billingham, U.K. : TÜV SÜD , 2014.
[9] Safety in Focus: Machinery Directive and ISO 13849 In Practice, Tokyo, Japan: SMC Corporation, 2019.
[10] Safety Programmable Controller/Safety Controller, Tokyo, Japan: Mitsubishi Electric Corporation, 2024.
[11] P. Ahola, “The Influence of CE Marking on Machine Design Solutions,” B.S. thesis, Dept. Mech. Eng. and Machine Automation, Tampere Univ. of Applied Sciences, Tampere, Finland, 2025.
[12] สำนักงานมาตรฐานแรงงาน, แนวปฏิบัติเกี่ยวกับมาตรฐานความปลอดภัยสำหรับเครื่องจักร. โตเกียว, ญี่ปุ่น: กระทรวงสาธารณสุข แรงงาน และสวัสดิการ, 2550. [ออนไลน์]. Available: https://www.mhlw.go.jp/content/11300000/001408240.pdf. [เข้าถึงเมื่อ: 4 กุมภาพันธ์ 2569].
[13] H. Ihainen, “Machine safety: Risk assessment and safety design,” M.S. thesis, Dept. Automation Eng., Seinäjoki Univ. of Applied Sciences, Seinäjoki, Finland, 2019.
[14] M. E. Del Giudice, M. Sharafkhani, M. Di Nardo, T. Murino, and M. C. Leva, “Exploring safety of machineries and training: An overview of current literature applied to manufacturing environments,” Processes, vol. 12, no. 4, Art. no. 684, 2024, doi: 10.3390/pr12040684.
[15] Safety of Machinery — General Principles for Design — Risk Assessment and Risk Reduction, ISO 12100:2010, 2010.
[16] Safety Solution Advanced Guide, 1st ed., Kyoto, Japan: OMRON Corporation, 2018.
[17] Pizzato Elettrica, “Introduction to safety engineering,” [Online]. Available: https://www.pizzato.com/media/images/catalog/item/File/Pdf/Document/introduction_safety.pdf. [Accessed: 15 May 2026].
[18] Safety of Machinery — Safety-Related Parts of Control Systems — Part 1: General Principles for Design, ISO 13849-1:2023, 4th ed., 2023.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
Categories
License
Copyright (c) 2026 Journal of Engineering and Industrial Technology, Kalasin University
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
ลิขสิทธิ์ของวารสาร
เนื้อหาและข้อมูลในบทความที่ลงตีพิมพ์ในวารสารศูนย์ดัชนีการอ้างอิงวารสารไทย ถือเป็นข้อคิดเห็นและความรับผิดชอบของผู้เขียนบทความโดยตรงซึ่งกองบรรณาธิการวารสาร ไม่จำเป็นต้องเห็นด้วย หรือร่วมรับผิดชอบใด ๆ
บทความ ข้อมูล เนื้อหา รูปภาพ ฯลฯ ที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารศูนย์ดัชนีการอ้างอิงวารสารไทย ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสารศูนย์ดัชนีการอ้างอิงวารสารไทย หากบุคคลหรือหน่วยงานใดต้องการนำทั้งหมดหรือส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อหรือเพื่อกระทำการใด จะต้องได้รับอนุญาตเป็นลายลักอักษรจากวารสารศูนย์ดัชนีการอ้างอิงวารสารไทยก่อนเท่านั้น
