(網(wǎng)經(jīng)社訊)近年來，各類重、特大安全生產(chǎn)事故頻發(fā)。如何管控工廠安全風(fēng)險、消除重大安全隱患、避免生產(chǎn)安全事故成為安全生產(chǎn)管理的重大課題。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，智能制造為安全生產(chǎn)管理提供了新思路。工業(yè)操作系統(tǒng)將為安全現(xiàn)狀診斷、安全風(fēng)險預(yù)警、安全方案咨詢提供數(shù)字化和智能化的解決方案，從而保障工廠的綠色安全、可持續(xù)發(fā)展。
近年來，重、特大安全生產(chǎn)事故頻發(fā)，“8·12”天津濱海新區(qū)爆炸事故、“3·21”江蘇響水天嘉宜公司爆炸事故、“4·15”山東齊魯天和惠世中毒事件等多起嚴重事故，都是因為在化工生產(chǎn)過程中存在操作不規(guī)范、管理不徹底和技術(shù)跟不上等問題。安全生產(chǎn)已經(jīng)成為當(dāng)今社會廣泛關(guān)注的熱點議題之一。
另一方面，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革已經(jīng)孕育興起，中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級與其形成歷史性交匯。為了搶占未來經(jīng)濟和科技發(fā)展的制高點，中國制定了促進工業(yè)由大變強的指導(dǎo)性戰(zhàn)略《中國制造2025》，明確提出加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，將智能制造作為兩化深度融合的主攻方向，推動行業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，智能制造為工廠安全生產(chǎn)管理的新模式提供了新思路。
2018 年6 月19 日，應(yīng)急管理部聯(lián)合工業(yè)和信息化部、財政部、科技部發(fā)布了《關(guān)于加快安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出“重點發(fā)展基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的智慧安全云服務(wù)，聚焦重點行業(yè)領(lǐng)域安全需求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化安全技術(shù)與裝備科研為重點方向，通過中央財政科技計劃（專項、基金等）支持符合條件的災(zāi)害防治、預(yù)測預(yù)警、監(jiān)測監(jiān)控、個體防護、應(yīng)急救援、本質(zhì)安全工藝和裝備、安全服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。”
2019 年4 月24 日，應(yīng)急管理部又與工業(yè)和信息化部召開座談會，以推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在?；菲髽I(yè)安全風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用，指出以危險化學(xué)品企業(yè)安全風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警為切入點，共同推進安全生產(chǎn)監(jiān)測信息系統(tǒng)的建設(shè)，力爭在 2019年基本實現(xiàn)對重點?；菲髽I(yè)基本安全生產(chǎn)信息監(jiān)測的全覆蓋，然后逐步擴展到其他安全生產(chǎn)領(lǐng)域。
面對如此嚴峻的安全生產(chǎn)形勢，已不滿足于傳統(tǒng)的安全管理技術(shù)和方法，各種新技術(shù)、新方法開始與安全生產(chǎn)緊密結(jié)合，尋求企業(yè)安全生產(chǎn)管理的解決方案。自動化控制技術(shù)可以在化工生產(chǎn)中出現(xiàn)某一環(huán)節(jié)波動和異樣時及時發(fā)出安全警報，提醒化工生產(chǎn)人員及時查看問題，予以解決；“互聯(lián)網(wǎng)+石油石化安全生產(chǎn)”概念的提出，為石油石化安全生產(chǎn)提出了新的解決方向；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在石油石化行業(yè)生產(chǎn)過程管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、人員管理和安全管理等領(lǐng)域初步應(yīng)用，取得了較好的效果；安全預(yù)警指數(shù)系統(tǒng)的提出，為企業(yè)安全風(fēng)險的發(fā)展趨勢提供了定量化的依據(jù)；監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)推動了煤礦生產(chǎn)的安全管理發(fā)展；應(yīng)急指揮平臺搭載新技術(shù)的模式提高了煤化工企業(yè)安全生產(chǎn)突發(fā)事件的處理效果。
本文以生產(chǎn)安全為著重點，從人員安全、設(shè)備安全、物料安全、工藝安全和環(huán)境安全5個角度出發(fā)，利用專業(yè)檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能預(yù)測技術(shù)和專家知識，提出基于工業(yè)操作系統(tǒng)為平臺的解決方案。
流程工業(yè)的安全需求
流程工業(yè)在生產(chǎn)過程中有易燃易爆、高溫高壓、連續(xù)作業(yè)等特點，生產(chǎn)流程長，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，危險性大，稍有不慎就可能引發(fā)事故，給員工生命和企業(yè)財產(chǎn)造成嚴重的威脅。但在實際生產(chǎn)過程中，受制于當(dāng)前的技術(shù)及條件，仍存在如下問題。
1）當(dāng)前流程工業(yè)中使用的設(shè)備和儀表眾多，信息數(shù)據(jù)分散在不同的系統(tǒng)，發(fā)生事故時需在多個系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)，然而跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對比分析、關(guān)聯(lián)計算難以實現(xiàn)，嚴重影響事故原因的確認和事故的緊急處理。
2）隨著分布式控制系統(tǒng)（DCS）的普遍應(yīng)用，設(shè)置的報警越來越多。據(jù)統(tǒng)計，每個操作員需要應(yīng)對的報警組態(tài)超過4000個，但操作人員數(shù)量和精力有限，過多報警使操作員疲于應(yīng)對，導(dǎo)致忽略真正需要緊急處理的關(guān)鍵報警，不能及時處理異常情況，導(dǎo)致產(chǎn)量降低、質(zhì)量下降和緊急停車，嚴重時甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。缺少高級報警管理系統(tǒng)的應(yīng)用，對系統(tǒng)報警進行優(yōu)化處理和分類管理，減少干擾報警，突出重要報警。
3）大量中小企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施簡陋、人員依賴性強、技術(shù)裝備和管理方法落后，對重大安全隱患（如設(shè)備腐蝕、泄露）缺少科學(xué)有效的監(jiān)測，對危險源識別和分析缺少科學(xué)的評估及跟蹤。企業(yè)對裝置缺少科學(xué)分析，易腐蝕、易泄漏點缺少實時監(jiān)測系統(tǒng)。
4）在流程工業(yè)開停車或工況切換過程中，由于操作人員新老更替、操作水平良莠不齊、操作步驟不規(guī)范等原因，可能造成物料過度損耗、設(shè)備損壞，甚至引發(fā)生產(chǎn)事故。
以工業(yè)操作系統(tǒng)為平臺的解決方案
針對流程工業(yè)企業(yè)存在的安全生產(chǎn)問題，提出以工業(yè)操作系統(tǒng)為平臺的生產(chǎn)安全整體解決方案，從“人、機、料、法、環(huán)”5個方面，將分散在各個系統(tǒng)中的不同信息通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息互聯(lián)互通、消除信息孤島，基于數(shù)據(jù)分析提出優(yōu)化方案，提高工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理水平，推動企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，為工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護航。針對流程工業(yè)的安全需求，安全生產(chǎn)解決方案主要考慮從以下3個方面進行完善。
1）讓“感官”更真實。工廠裝置現(xiàn)場存在大量不合理的報警，針對這些報警，突出關(guān)鍵報警，提高操作人員對異常工況的響應(yīng)效率，實時監(jiān)控設(shè)備和管道的腐蝕情況，指導(dǎo)工藝操作并實現(xiàn)預(yù)測性維護，減少因設(shè)備腐蝕造成的事故和損失，讓監(jiān)測和報警信號真實反應(yīng)裝置的狀況。
2）讓“大腦”更強大。在快速獲取人員、設(shè)備、工藝、環(huán)境等相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進行充分的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)風(fēng)險評估模型的建立，評價工廠當(dāng)前的安全風(fēng)險，并通過手機 App、短信、電子郵件等方式及時將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給管理人員，讓管理者在第一時間獲取需要的信息，為企業(yè)安全管理決策提供依據(jù)。
3）碎片化模塊，結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品。根據(jù)工廠在安全管理中的實踐，梳理出安全管理業(yè)務(wù)流程，進而以業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)設(shè)計工業(yè)操作系統(tǒng)的功能模塊。在應(yīng)用到具體工廠場景時，根據(jù)工廠實際管理需要，結(jié)構(gòu)化功能模塊，使系統(tǒng)適用于不同工況，滿足工廠對于唯一安全管理體系的建設(shè)需求，提高管理效率。
鑒于此，從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的角度出發(fā)，提出了工業(yè)操作系統(tǒng)的概念，從人員、設(shè)備、物料、工藝、環(huán)境5個方面為企業(yè)安全生產(chǎn)提供了解決方案，具體框架如圖 1 所示。同時，從生產(chǎn)監(jiān)護和規(guī)劃設(shè)計兩個層面為工業(yè)操作系統(tǒng)充實了結(jié)構(gòu)化的功能模塊，提高工廠應(yīng)急協(xié)同能力，最終實現(xiàn)工廠的數(shù)字化安全運行。
圖1 中控生產(chǎn)安全整體解決方案（框架）
操作平臺設(shè)計
工業(yè)操作系統(tǒng)以幫助企業(yè)實現(xiàn)工廠區(qū)域的信息全集成為突破口，搭建全集成的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，它是集工業(yè)控制平臺、工廠模型平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、工業(yè)云平臺、工業(yè)Apps應(yīng)用商店等于一體的工業(yè)操作系統(tǒng)，通過云（云互聯(lián)網(wǎng)平臺）、企（工廠互聯(lián)網(wǎng)平臺）、端（邊緣計算節(jié)點）三層同一架構(gòu)，實現(xiàn)管控一體化交互。以集成化、數(shù)字化和智能化手段解決生產(chǎn)控制、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)安全和企業(yè)經(jīng)營的綜合問題，讓企業(yè)掌握自身發(fā)展工業(yè)大數(shù)據(jù)和人工智能的主動權(quán)。
人員安全方案
采用地理信息系統(tǒng)（GIS）、視頻監(jiān)控、圖像識別、人員定位和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建人員定位與管理系統(tǒng)，對工廠中的人員、設(shè)備、物資、危險源、監(jiān)控、門禁、環(huán)保設(shè)備、消防設(shè)備等要素進行全方位監(jiān)控，直觀、高效、快捷地實現(xiàn)智能施工管理、危險作業(yè)管理、智能巡檢和應(yīng)急管理等功能。
1）智能施工管理。從施工單位的選擇、合同簽訂、人員培訓(xùn)、現(xiàn)場監(jiān)管、績效評估等各方面對施工單位進行全工程周期的智能化管理，把控源頭、關(guān)注過程，實現(xiàn)建設(shè)項目的安全、高效實施。
2）危險作業(yè)管理。以《化學(xué)品生產(chǎn)單位特殊作業(yè)安全規(guī)范》（GB 30871—2014）為依據(jù)，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用場景，分析作業(yè)申請、作業(yè)批準、作業(yè)實施、作業(yè)關(guān)閉4個環(huán)節(jié)中的風(fēng)險點，發(fā)揮移動終端的橋梁作用，以線上審核、線下管控相結(jié)合的方式，管控危險作業(yè)過程中的風(fēng)險。
3）智能巡檢。基于智能巡檢軟件平臺，實現(xiàn)巡檢人員定位，綜合分析巡檢信息，不斷優(yōu)化巡檢點、巡檢頻次、巡檢路線等，為預(yù)測性維護提供數(shù)據(jù)支持。
4）應(yīng)急管理。以智能化手段，覆蓋應(yīng)急管理的預(yù)防、準備、響應(yīng)、恢復(fù)全部 4個階段，實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的精準推送、應(yīng)急物資的實時更新、應(yīng)急隊伍的快速聯(lián)動、應(yīng)急過程的全程記錄。
設(shè)備安全方案
利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)預(yù)測性維護、事故中應(yīng)對和事故溯源分析等。對于傳統(tǒng)方式難以監(jiān)測的關(guān)鍵點，采用 4G或 5G等無線技術(shù)手段進行部署。從泄漏監(jiān)測、動設(shè)備監(jiān)測、腐蝕監(jiān)測、安全完整性等級（SIL）在線評估等方面幫助企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備安全。
1）泄漏監(jiān)測。基于過程泄漏風(fēng)險圖，部署點、域、界節(jié)點監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測高危裝置設(shè)備泄漏源的泄漏風(fēng)險和泄漏趨勢，消除由易燃易爆、有毒有害氣體和揮發(fā)性有機物外漏而造成的重大事故隱患。
2）動設(shè)備監(jiān)測。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，接入關(guān)鍵動設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)，確保關(guān)鍵動設(shè)備安全運行，并實現(xiàn)預(yù)測性維護，減少因動設(shè)備故障引起的非計劃停車。
3）腐蝕監(jiān)測。利用在線儀器工具和分析方法實時監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵部位的腐蝕情況，確定材料在工藝介質(zhì)環(huán)境中的腐蝕速度、腐蝕裕量，指導(dǎo)設(shè)備管理人員及時升級材質(zhì)，更換設(shè)備管道或?qū)徫g劑類型或比例做出調(diào)整。
4）SIL在線評估?；诋?dāng)前中國安全生產(chǎn)形勢嚴峻、監(jiān)察力量不足及監(jiān)察工作急需加強的現(xiàn)狀，根據(jù)功能安全國際標準 IEC61508和 IEC61511推出 SIL等級在線評估平臺，定期評估安全系統(tǒng)的SIL等級。
物料安全方案
運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行危險源管理，在線關(guān)聯(lián)危險源所在設(shè)備，關(guān)聯(lián)危險源監(jiān)控位號，關(guān)聯(lián)危險源周邊物資，讓危險源管理從靜態(tài)的臺賬管理上升為可聯(lián)動周邊資源信息、生產(chǎn)信息、安防信息的動態(tài)過程，方便應(yīng)急救援時的指揮調(diào)度。
1）罐區(qū)管理。定期評估罐區(qū)內(nèi)外環(huán)境、設(shè)備狀況，以及安全附件、消防設(shè)施、安全警示牌、可燃和有毒氣體報警系統(tǒng)的完好性，以提高罐區(qū)管理的科學(xué)性和有效性。
2）物流儲運。對廠區(qū)內(nèi)危險化學(xué)品的輸送管道和儲運過程進行信息化管理和識別，通過聲光報警裝置警告靠近人員。
3）智能裝卸車系統(tǒng)。智能裝卸車系統(tǒng)由自動裝卸平臺、卡車內(nèi)部設(shè)備和管理平臺組成，該系統(tǒng)可以自動優(yōu)化裝卸任務(wù)，裝卸平臺可自動優(yōu)化單次裝卸數(shù)量，在降低運行成本的同時，也提高了工作環(huán)境安全等級。
工藝安全方案
通過標準通信接口，獲取控制系統(tǒng)關(guān)鍵工藝參數(shù)和報警數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一監(jiān)控和管理。
1）高級報警管理。高級報警管理系統(tǒng)通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)不合理的報警設(shè)置，并通過報警擱置和多工況報警管理等手段減少無效報警對操作員的干擾；通過報警審計發(fā)現(xiàn)不合理的報警，有效地管理與維護報警。高級報警管理系統(tǒng)可為裝置的“安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷”運行提供保證，使生產(chǎn)更加平穩(wěn)、操作更加安全、生產(chǎn)成本進一步下降以及事故進一步減少。
2）工況切換管理。工況切換管理系統(tǒng)以規(guī)范與簡化操作流程為初衷，運用標準化操作流程圖，規(guī)范操作員操作步驟。將現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗寫入操作導(dǎo)航管理軟件的方式不斷優(yōu)化操作規(guī)范，從而形成一個良性的工藝效益改進循環(huán)。
3）工藝安全管理。實現(xiàn)工藝安全信息的管控和工藝危害分析，對物料危害特性、工藝設(shè)計基礎(chǔ)、設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)、裝置運行信息進行實時更新，以信息化工具為載體，結(jié)合危險與可操作性分析（HAZOP）、保護層分析（LOPA）等工藝危害分析方法，定期對裝置的安全風(fēng)險進行辨識、評估與管控。
環(huán)境安全方案
利用傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對企業(yè)污染源相關(guān)指標的實時監(jiān)控，采集污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染產(chǎn)生數(shù)據(jù)及污染治理的設(shè)備參數(shù)，確定系統(tǒng)的運行情況。
1）揮發(fā)性有機化合物（VOC）在線監(jiān)測。VOC在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)廢氣中的成分及特性、環(huán)境敏感區(qū)分布和主導(dǎo)風(fēng)向等因素，預(yù)測污染物的擴散趨勢，科學(xué)制定污染區(qū)的控制方案。
2）水質(zhì)在線監(jiān)測。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測水質(zhì)、水量、污染源排放、環(huán)境因素、工程設(shè)備/設(shè)施運行狀況等，貫穿“源頭預(yù)防-過程監(jiān)測-效果評估”全流程，引入公眾調(diào)查評議，建立長效的監(jiān)督管理機制，最終達到提升人居環(huán)境質(zhì)量，改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。
當(dāng)前，安全生產(chǎn)已經(jīng)成為企業(yè)的核心競爭力之一。如何管控工廠安全風(fēng)險、消除重大安全隱患、避免生產(chǎn)安全事故始終是工廠安全管理的難題，這也將長期成為安全生產(chǎn)管理領(lǐng)域研究的課題。當(dāng)今正處于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的起步階段，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的時代特征，提出的工業(yè)操作系統(tǒng)基于人員安全、設(shè)備安全、物料安全、工藝安全、環(huán)境安全等管理業(yè)務(wù)，從信息化、數(shù)字化、智能化的角度，為工廠安全生產(chǎn)難題提出了解決方向。通過在實踐中與安全管理技術(shù)的進一步緊密結(jié)合，工業(yè)操作系統(tǒng)可實現(xiàn)應(yīng)用模塊的不斷優(yōu)化、更新和升級，這將為工廠安全現(xiàn)狀診斷、安全風(fēng)險預(yù)警、安全方案咨詢提供數(shù)字化和智能化的解決方向，在不久的將來，工業(yè)操作系統(tǒng)將支持 4G/5G的智能終端，基于機理模型與大數(shù)據(jù)融合進行風(fēng)險識別及定量分析，以圖像智能識別的方式進行隱患報警，結(jié)合App產(chǎn)業(yè)生態(tài)為工廠制定全流程安全解決方案，從而為工廠的綠色安全、可持續(xù)發(fā)展提供一份堅實的保障。（來源：科技導(dǎo)報 文/中控科技集團褚健 編選：網(wǎng)經(jīng)社）
