智能工厂物料安全管控新思路

文/靳江红

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程；同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。智能化技术给制造业带来难得的发展机遇，使采用先进的技术手段进行工厂安全风险管控成为可能，但同时也使制造业面临着安全方面的挑战。

物料是企业生产的源泉，但危险物料（如危险化学品）则是企业安全风险的源头，直接危及工厂的生产安全。普通工厂物料管控通常依赖人和制度，制度要依靠人来落实，但人具有很大的不可靠性，人的不安全行为将直接或间接地触发安全隐患，从而导致生产安全事故发生。

未来，智能工厂将改变这种局面——智能工厂通过物联网系统透彻的感知、广泛的互联互通和深入的智能化，把健康、安全和环境管理的触角延伸到“人员的不安全行为，物的不安全状态，工艺过程的不安全运行，机器/设备的不安全运转，环境的不安全状态”的实时管控层面，实现高危环境下健康、安全和环境的全面感知、智能分析和即时控制管理；通过计算机软硬件技术和数据挖掘智能分析技术的有机融合，构建制度化、精细化和流程化管理机制，控制安全管理风险漏洞，实现PDCA（计划—实施—评价—对策）的循环优化。

普通工厂物料管控存在的问题

智能制造安全一体化试验平台（1:6建设的模型）

目前，物料管控较多依赖于现场操作人员对物料安全管理制度的执行。针对危险物料，尤其是危险化学品，通常有特殊的安全要求，如储存限量、选址和安全防火间距、必要的安全设施等。在实际中，工厂危险化学品物料的管控常常存在以下问题：

（1）第一种情况是危险化学品物料专用仓库选址、储存室的选址不符合要求；第二种情况是危险化学品物料专用仓库、储存室与其他建构筑物或道路等的防火间距不符合要求。

（2）危险化学品物料专用仓库或储存室的使用性质与建筑设计规划不相符或者建筑耐火等级不符合标准规范要求。

（3）危险化学品物料种类多且储存量大，超出了储存限量，但未采用专用仓库或储存室储存。

（4）危险化学品物料混存，性质互相抵触，或者消防施救方法不同的危险化学品混存在一起。

（5）危险化学品物料仓库或者储存室内的物料堆垛间距过小。

（6）危险化学品物料专用仓库或者储存室安全设施不到位，如未采用防爆电气设备、未设置可燃有毒气体泄漏报警仪、未设置事故风机或者泄漏报警仪未与事故风机连锁等。

（7）危险化学品物料安全生产责任制、安全管理制度或安全操作规程、应急救援预案不健全等。

上述问题（1）和（2）属于项目建设初期的设计问题，而GB/T 38129-2019《智能工厂安全控制要求》第6 章是针对智能工厂投入运行后的物料管理，因此该标准不能解决问题（1）（2），但普通工厂物料管控存在的问题（3）～（7）可以得到有效解决，以下将详细阐述。

智能工厂物料安全管控技术要求

GB/T 38129-2019《智能工厂安全控制要求》第6 章针对物料安全管控提出了技术要求，首先提出了智能工厂物料安全管控的一般要求，然后分别针对物料的不同存贮形式，如露天的罐区和仓库、储存室、气瓶间以及储存柜提出安全管控技术要求，最后特别针对构成重大危险源的物料提出了安全管控技术要求。

智能工厂物料安全管理系统可以实现完全规避人为操作和管理，如人员操作或管理物料的不安全行为导致物的不安全状态、工艺过程的不安全运行、机器或设备的不安全运转、环境的不安全状态、信息资源的不安全环境等，并且使物料运转更加安全、节约、高效。

这天的夜晚，阿东把自己的床拖到阿里的床边并成一张大床。他们自小住同一房间，但各睡各的床。这天的阿东却担心阿里夜里会闹，便尽量让自己离他近些。阿里翻着眼睛望着他做这些，不明白他何故如此，但却什么也没有说。

一般要求

在一般要求中首先提出“智能工厂应建立物料安全管理系统，生产用所有物料均应纳入物料安全管理系统中。”物料安全管理系统是智能工厂的重要组成部分，贯穿整个智能工厂，广泛参与智能工厂的管理层、执行层和基础层的运行。

建立物料安全管理系统是智能安全管控的前提，并且强调“所有物料”均纳入管理系统，避免出现“人为管理”的情况；将物料分为危险化学品和非危险化学品进行管理，结合危险化学品物料的全生命周期，提出物料安全管理系统必要的管理模块和内容构成，并且强调电子记录、追踪和追溯。

不同储存方式的智能管控要求

（1）罐区

罐区是物料的主要存储形式之一，且具有储量大、露天设置的特点，因此，提出将罐区建立相对独立的物料安全管理子系统。罐区物料安全管理子系统还应包括储罐内安全监控装备及其连锁自动控制装备、重要机泵状态监控系统。对于储存危险化学品的罐区，则参照AQ 3035-2010《危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范》和AQ 3036-2010《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》等标准要求设置环境可燃、有毒气体泄漏检测报警系统和控制装备，储罐溢流自动防护系统、罐区气象监测、防雷和防静电装备，罐区火灾监控及报警装置，罐区视频监控、周界防范、门禁管理、巡检及定位管理等安全防范系统以及罐区应急处置决策系统。

其中，储罐溢流自动防护系统是预防储罐溢流发生重大火灾爆炸事故的重要措施，因此特别备注对罐区溢流自动防护系统进行功能安全评估：对罐区溢流进行风险分析、确定储罐溢流自动防护系统的安全完整性等级、确定溢流保护报警液位，并采用适当的液位连续测量仪表(宜具有自检和报警功能）、逻辑解算器和执行机构来构成独立的罐区溢流自动防护系统。

（2）仓库、储存室、气瓶间和储存柜

仓库、储存室和储存柜是针对不同量的固体或液体物料的不同储存方式，气瓶间是专门储存气瓶的储存室。同样，要针对仓库、储存室、气瓶间和储存柜建立相对独立的物料安全管理子系统，并且提出采用RFID 技术（射频识别，是Radio Frequency Identification 的缩写。其原理为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的。RFID 的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理）进行物料出入量记录、追踪和追溯，储存场所应设置环境温湿度监控系统；危险化学品物料储存场所除应设置环境温湿度监控系统外，还应设置符合GB/T 50493-2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》要求的可燃、有毒气体浓度检测报警装置，气体声光报警控制器应设置在危险物料储存场所外并接至有人值守的值班室内，气体浓度检测报警装置应与防爆通风机联动；另外，危险化学品物料储存场所还应设置适当的物理安全防范措施，如视频监控、门禁、周界报警等。

（3）重大危险源

一是控制设备应设置在有人值班的房间或安全场所。

二是系统报警等级的设置应同事故应急处置与救援相协调，不同级别的事故分别启动相对应的应急预案。

三是对于容易发生燃烧、爆炸和毒物泄漏等事故的高度危险场所、远距离传输、移动监测、无人值守或其他不宜于采用有线数据传输的应用环境，宜选用无线传输技术与装备。

分析讨论

通过以上分析可知，智能工厂物料安全管控重在建立“所有物料”的“全生命周期”的智能安全管理系统；罐区和仓库、储存室、气瓶间、储存柜的物料管控重点在危险化学品物料。

对于罐区，储罐溢流易发生重大甚至灾难性事故，因此防止储罐溢流是重中之重，其次是建立物理安全防范措施；对于仓库、气瓶、储存室、储存柜，按照危险化学品的储量及其危险特性进行分类储存是安全管控的重点，因此物料管控子系统应依据危险化学品量的大小以及危险化学品互抵表建立智能储存方式决策模块，该模块可智能判断两种或多种危险化学品是否可以安全混存，以及建议的安全储存方式，如隔离、隔开还是分开储存。

对于工厂新购入的危险化学品物料，物料安全管控子系统将智能给出储存的场所和具体位置的建议。例如某智能工厂已具备危险化学品物料专用仓库，该仓库的选址、与周边建构筑物的防火间距均符合标准要求。仓库设有易燃易爆物料储存室、氧化剂储存室、酸性腐蚀品和碱性腐蚀品物料储存室和气瓶间。易燃易爆物料主要有乙醇、苯、乙苯、乙二醇等物质超过了0.5 t，分别储存在两个不同的储存室内，每间储存室储量不超过0.5 t。其中，乙醇250 L，由于乙醇与其他物料的灭火方法不一样而单独储存在1 间储存室。现该工厂新购入丙酮150 L，大于50 L 且小于500 L，应采用储存室储存；丙酮为易燃易爆物料，其灭火方法与乙醇一样须采用抗溶泡沫，因此物料安全管控子系统给出储存建议：将丙酮放入乙醇所在储存室或储存场所。另外，例如气瓶间储存有工作压力15 MPa，40 L氢气实瓶10 瓶、空瓶5 瓶，储存有氮气实瓶15 瓶、空瓶10 瓶，不同气体的气瓶隔开储存且实瓶与空瓶亦隔开储存；如果再购入10 瓶乙炔，则物料安全管控子系统将给出储存建议：将乙炔放入气瓶间，并且与氢气瓶和氮气瓶隔开储存。

如果储罐区、库区和生产场所构成重大危险源，应设有相对独立的安全监控预警处置系统，该重大危险源的安全监控预警处置系统除了包含现有的独立安全仪表系统、安全监控系统，还特别增设了预警与应急处置系统。建设时将安全仪表系统、关键设备状态监控系统和安全监控系统的报警信号接入预警与应急处置系统中，根据报警信号进行分级预警以及分级应急响应，该监控预警处置系统加强了危险化学品物料储存场所环境状态的管控和应急处置，可结合不同程度的危险物料泄漏，尤其是有毒或剧毒物料时，对极端环境及时预警并给出应急处置方法和措施。

GB/T 38129-2019《智能工厂安全控制要求》是一个通用基础标准，适用于智能工厂的安全控制，它以智能工厂安全控制模型作为技术框架，覆盖智能工厂安全控制所必需的活动。该标准与IEC 61508-2010《 电气/ 电子/ 可编程电子安全相关系统的功能安全》与IEC 62443《工业自动化和控制系统的安全性安全》对比，其优点是从具体生产要素出发对智能工厂的安全控制提出了广泛感知、深度监视、协同分析管理等要求，具有更好的先进性和智能工厂适用性。

另外，智能工厂的信息孤岛被打破后，生产现场的各类设备、系统安全防护能力不足的现状，通过采用技术和管理的手段，规范智能工厂信息安全防护措施（如防火墙、网闸等），建立信息安全纵深防御系统，实现信息安全风险的管控，构建信息资源的安全环境。

GB/T 38129-2019《智能工厂安全控制要求》还提出了需要满足智能工厂要求的安保策略或安保服务的开发、实现、维护和运行的要求，包括防止未经批准人员损害智能工厂的安全功能或对其产生不利影响的预防措施。