發(fā)布時(shí)間：2023-02-27 11:14:18
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的航空機(jī)電工程論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞:三維反求技術(shù);逆向工程;模具
中圖分類號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0052-02
三維反求技術(shù)在現(xiàn)代化的加工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛,但三維反求技術(shù)應(yīng)用方面的文章卻不多,為此本文作了以下介紹。
反求技術(shù)可以在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上解剖、深化設(shè)計(jì)和再創(chuàng)造,可有效改善技術(shù)水平,提高生產(chǎn)率,增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,是消化、吸收先進(jìn)技術(shù)進(jìn)而創(chuàng)造和開(kāi)發(fā)各種新產(chǎn)品的重要手段。據(jù)統(tǒng)計(jì),各國(guó)70%以上的技術(shù)源于國(guó)外,逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段,使產(chǎn)品研制周期縮短40%以上。研究反求技術(shù),對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高,具有重要的意義。
一、三維反求技術(shù)
(一)三維反求技術(shù)的概念
三維反求技術(shù)亦稱為逆向工程 (RE,ReverseEngineering),是近年來(lái) CAD/CAM技術(shù)領(lǐng)域研究的―個(gè)熱點(diǎn)。簡(jiǎn)單地講,如果把傳統(tǒng)的從構(gòu)思-設(shè)計(jì)-產(chǎn)品這個(gè)過(guò)程稱為正向工程的話,那么,產(chǎn)品模型(或?qū)嵨?- CAD信息模型-CAM或快速原型件這個(gè)過(guò)程就稱為反求工程。
(二)三維反求技術(shù)得原理及工作流程
三維反求技術(shù)包括影像反求、軟件反求及實(shí)物反求等三方面。目前相對(duì)最多人研究的是實(shí)物反求技術(shù)。它是研究實(shí)物CAD模型的重建和最終產(chǎn)品的制造。狹義來(lái)說(shuō),三維反求技術(shù)是將實(shí)物模型數(shù)據(jù)化成設(shè)計(jì)、概念模型,并在此基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析、修改及優(yōu)化等技術(shù)。
1.工作原理。三維反求技術(shù)是利用電子儀器去收集物體表面的原始數(shù)據(jù),之后再使用軟件,計(jì)算出采集數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo),并得到對(duì)應(yīng)的顏色。掃描儀是對(duì)物體作全方位的掃描、然后整理數(shù)據(jù)、三維造型、格式轉(zhuǎn)換、輸出結(jié)果。整個(gè)操作過(guò)程,可以分為四個(gè)步驟:(1)物體數(shù)據(jù)化:普遍采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或激光掃描儀來(lái)采集物體表面的空間坐標(biāo)值;(2)從采集的數(shù)據(jù)中分析物體的幾何特征:依據(jù)數(shù)據(jù)的屬性,進(jìn)行分割、再采用幾何特征和識(shí)別方法來(lái)分析物體的設(shè)計(jì)及加工特征;(3)物體三維模型重建:利用CAD軟件,把分割后的三維數(shù)據(jù)作表面模型的擬合,得出實(shí)物的三維模型;(4)檢驗(yàn)、修正三維模型。
2.工作流程。三維反求的典型工作流程主要是對(duì)現(xiàn)有的實(shí)物,使用數(shù)據(jù)化的儀器,準(zhǔn)確、快速地采集表面輪廓的空間坐標(biāo)值,然后構(gòu)建曲面、經(jīng)CAM軟件產(chǎn)生CNC加工刀路,在CNC機(jī)床上把實(shí)物模型制造出來(lái)或利用快速原型制造機(jī),把實(shí)物原型制造出來(lái)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面,采集的空間坐標(biāo)值,可對(duì)實(shí)體三維模型,作復(fù)雜的修改或再創(chuàng)新。快速原型制造機(jī)可讀取STL格式的文檔,可以由云點(diǎn)直接轉(zhuǎn)換或在建造的曲面、實(shí)體三維模型中轉(zhuǎn)換。
二、三維反求技術(shù)的應(yīng)用綜合
三維反求技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,一些高技術(shù)含量的航空、航天工業(yè),汽車工業(yè)都采用了此項(xiàng)技術(shù)于產(chǎn)品研發(fā)及制造。在制造工業(yè)中,采集的數(shù)據(jù)用于模具制造,產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā),例如消費(fèi)性的電子產(chǎn)品等。
此外,反求技術(shù)配合快速原型制造技術(shù),更能發(fā)揮快速原型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、擴(kuò)大它的應(yīng)用范疇。憑借反求技術(shù)及有關(guān)的軟件,設(shè)計(jì)者可以快速制造實(shí)物,同時(shí)可以快速對(duì)實(shí)物修改、優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計(jì),這樣便可以縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期,加速新產(chǎn)品的出現(xiàn),提高公司的競(jìng)爭(zhēng)力。三維反求技術(shù)的應(yīng)用綜合如下:
1.從概念到快速原型制造。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,有些實(shí)物很難利用CAD軟件來(lái)建造CAD模型來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)概念,但有了三維反求技術(shù)后,便很快從實(shí)物轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)模型。
2.快速制造模具。技術(shù)人員利用反求技術(shù)掃描實(shí)物,然后把采集得到的數(shù)據(jù),通過(guò)專門的軟件,如Renishaw公司的Tracecut軟件,直接產(chǎn)生刀路,輸出到數(shù)控加工中心,制造出模具來(lái)。這種情況,在汽車的后市場(chǎng)(after market)及電子消費(fèi)品特別普遍。汽車的原廠零部件相對(duì)較貴,所以傾向于尋找代替品,價(jià)格相對(duì)便宜的。由于市場(chǎng)相當(dāng)龐大,所以誘發(fā)一批廠家生產(chǎn)這些代替品。由于沒(méi)有原廠產(chǎn)品技術(shù)資料,如實(shí)物的工程圖或CAD模型,他們只好利用反求技術(shù),采集實(shí)物的三維數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)化成刀路,直接制造模具。另一種情況是一些停產(chǎn)老產(chǎn)品,現(xiàn)在有需求。由于停產(chǎn)多時(shí),原始數(shù)據(jù)都沒(méi)有了,只好把現(xiàn)有的實(shí)物掃描、采集數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)成刀路來(lái)制造模具,實(shí)現(xiàn)再次生產(chǎn)。
3.美觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域。例如汽車外形設(shè)計(jì),廣泛采用真實(shí)比例的木質(zhì)或泥塑模型來(lái)評(píng)估整體設(shè)計(jì)效果,此時(shí)需用逆向工程的設(shè)計(jì)方法。
4.仿制流線型、形狀復(fù)雜而且無(wú)法用人工方法準(zhǔn)確量度的實(shí)物。航空、航天器的有些零部件流線型特別強(qiáng),一般的測(cè)量?jī)x器是絕對(duì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量其曲面。反求技術(shù)便可以在一個(gè)面積細(xì)小表面上采集上百萬(wàn)、上千萬(wàn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),之后便可以通過(guò)軟件建造曲面。在一個(gè)相等面積的表面,三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)愈多,建造的曲面便愈準(zhǔn)確。
5.產(chǎn)品復(fù)制、修改、設(shè)計(jì)。當(dāng)實(shí)物被數(shù)據(jù)化后,技術(shù)人員便可建造CAD實(shí)體模型、曲面,這樣設(shè)計(jì)師便可以迅速在軟件上作有關(guān)的產(chǎn)品修改、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。
三、反求技術(shù)未來(lái)展望
隨著國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的普及,更容易獲取資訊,商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,要取勝就要不斷的有新產(chǎn)品投放到市場(chǎng),縮短生產(chǎn)周期是競(jìng)爭(zhēng)一個(gè)重點(diǎn)策略。反求技術(shù)在時(shí)間方面發(fā)揮了它的作用,所以會(huì)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在技術(shù)方面,軟件的快速開(kāi)發(fā),使數(shù)據(jù)的運(yùn)算更快、掃描后數(shù)據(jù)處理更容易;圖像攝像機(jī)的發(fā)展,使采集的數(shù)據(jù)更多、更快。這樣,掃描速度便可以更快,掃描精度更高。綜上所述,反求技術(shù)將會(huì)有更大的發(fā)展空間,應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)記錄儀；閃存；采集；可編程邏輯器件
中圖分類號(hào)：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）04-0112-02
數(shù)據(jù)記錄儀在航空、車載、船舶等領(lǐng)域已經(jīng)大量應(yīng)用。NAND FLASH作為記錄儀中的存儲(chǔ)介質(zhì)已經(jīng)得到普遍認(rèn)可，如彈載數(shù)據(jù)記錄儀、機(jī)載記錄儀、多通道測(cè)試記錄儀等。而記錄儀的數(shù)據(jù)讀取方法，目前普遍采用USB1.1或RS232等低速接口實(shí)現(xiàn)，如嵌入式超載監(jiān)控記錄儀采用CH375 USB1.1模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，采用DSP的串口將數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)。上述系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的記錄和讀取都合并到記錄儀中，然而讀取數(shù)據(jù)部分在系統(tǒng)記錄過(guò)程中是多余的，完全可將記錄和讀取獨(dú)立開(kāi)，以減輕記錄系統(tǒng)的體積和復(fù)雜度。同時(shí)，大多系統(tǒng)采用低速通信接口讀取NAND FLASH中的數(shù)據(jù)，然而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)記錄儀的記錄數(shù)據(jù)量要求越來(lái)越高，USB1.1或RS232的通信速率已不能滿足實(shí)際需求。
一、方案框架
方案整體上采用USB2.0、FPGA、SRAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：
為了增加系統(tǒng)的靈活性，在FPGA中建立NIOSII 32位處理器。計(jì)算機(jī)可以同過(guò)USB2.0接口向采集器發(fā)送讀數(shù)據(jù)、擦除數(shù)據(jù)命令。采集器接收到命令后，通過(guò)NIOSII 解析命令。SRAM作為NIOSII的程序運(yùn)行存儲(chǔ)器和FLASH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
二、方案實(shí)現(xiàn)
（一）硬件電路設(shè)計(jì)
CY7C68013A芯片與FPGA的主要通信接口采用Slave FIFO方式，該模式已有大量論文進(jìn)行過(guò)研究6,7,8。IS61LV25616芯片直接與FPGA連接。由于NAND FLASH的接口電平為3.3V，因此可以跟EP2C8Q208 FPGA芯片直接進(jìn)行連接，使用過(guò)程中，采集器通過(guò)數(shù)據(jù)排線方式連接至數(shù)據(jù)記錄儀。
（二）FPGA硬件程序設(shè)計(jì)
1．FPGA與CY7C68013A接口。
FPGA與CY7C68013A接口的高速slave fifo程序模塊如圖2所示。UsbCtrl模塊實(shí)現(xiàn)與CY7C68013A的slave fifo接口通信，UsbFifoIn和UsbFifoOut是FPGA芯片內(nèi)存儲(chǔ)器資源建立的FIFO存儲(chǔ)器，16位寬，1024深度。由于slave fifo模式在USB端是BULK模式，因此必不可少的會(huì)出現(xiàn)傳輸?shù)却?，所以為了保證數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸過(guò)程中不丟失以及提高傳輸速度，系統(tǒng)中加入這兩個(gè)FIFO。ExtCtrl模式起到FIFO接口邏輯控制作用。該模塊提供了標(biāo)準(zhǔn)的WR、RD、DIR、WRFULL、RDEMPTY、DATA[15:0]接口。
2．FPGA與CY7C68013A接口的低速命令模塊。
FPGA與CY7C68013A的低速命令接口模塊如圖3所示。ParaCtrl模塊與CY7C68013A的PC[7:0]、PA0、PA1、PA3通信，實(shí)現(xiàn)傳輸計(jì)算機(jī)發(fā)送的控制命令和返回采集器的狀態(tài)信息。ParaFifoIn和ParaFifoOut為命令輸入輸出FIFO緩沖區(qū)和返回狀態(tài)信息緩沖區(qū)。UartCtrl模塊實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)FIFO的通信轉(zhuǎn)換接口，將USB的低速接口轉(zhuǎn)換成串口通信時(shí)序，方便與NIOSII連接。
3．NIOSII 的配置。
在SOPC BUILD 中對(duì)NIOSII的配置如圖4所示：
Uart_1模塊用于解析2.2.2節(jié)所述計(jì)算機(jī)命令和返回狀態(tài)。Nf_ 等8個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)FLASH芯片的接口。USB_等7個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)與高速USB數(shù)據(jù)傳輸模塊接口。Sram模塊控制擴(kuò)展的IS61LV25616芯片。
（三）NIOSII 軟核程序設(shè)計(jì)
NIOSII軟核主程序流程圖如圖5所示。采集器接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的串口命令，如果是0xeb5a，則讀取FLASH芯片中有效數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)高速USB接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，發(fā)送完畢返回狀態(tài)信息。如果是0xbdce，則擦除整塊FLASH，擦除完畢返回狀態(tài)信息。
（四）計(jì)算機(jī)軟件
計(jì)算機(jī)軟件由兩部分構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，驅(qū)動(dòng)程序采用CYPRESS公司提供的驅(qū)動(dòng)。應(yīng)用程序用VC++編寫(xiě)。程序界面如圖6所示：
三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
采集器硬件電路板跟板載K9K8G08U0M NAND FLASH芯片的參數(shù)記錄儀連接，NIOSII軟核程序采用NIOSII IDE 的JTAG UART在線調(diào)試，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試。讀操作命令測(cè)試如圖7所示。圖中，左邊為計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，點(diǎn)擊讀取數(shù)據(jù)操作后，采集器讀取NAND FLASH完畢后，返回0x43狀態(tài)字。右邊是在NIOSII IDE在線調(diào)試中顯示的終端結(jié)果。NIOSII軟核程序開(kāi)始運(yùn)行后，會(huì)根據(jù)讀取FLASH的ID來(lái)檢測(cè)FLASH是否已經(jīng)連接。如果連接正常，則等待計(jì)算機(jī)的操作命令。圖中顯示接收到計(jì)算機(jī)的讀FLASH命令。
四、結(jié)語(yǔ)
隨著參數(shù)記錄儀的普遍應(yīng)用，對(duì)記錄儀數(shù)據(jù)讀取器的需求也日益廣泛。文章提出了一種全新的基于USB2.0和NIOSII的采集器設(shè)計(jì)方案。該方案提高了讀取FLASH的數(shù)據(jù)速率。該參數(shù)采集器已經(jīng)在某機(jī)載參數(shù)記錄系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
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關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9416(2010)05-0000-00
1引言
從20世紀(jì)70年代以來(lái),以數(shù)控機(jī)床為代表的現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械已成為制造工業(yè)最重要的技術(shù)特征,數(shù)控機(jī)床水平的高低和機(jī)床數(shù)控化率的高低已成為衡量國(guó)家工業(yè)化水平高低的重要標(biāo)志。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的大腦,是計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的一種典型應(yīng)用,它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)于一體,是近年來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)高新技術(shù)。
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)逐漸朝嵌入式方向發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)是近年發(fā)展最快的技術(shù)之一,它是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁減,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本論文主要對(duì)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì),以期從中找到可行的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)控制方法,并以此和廣大同行分享。
2嵌入式數(shù)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)由幾個(gè)不同功能的模塊組成,模塊間通過(guò)并行I/O、高速串行協(xié)議或其他方法相互聯(lián)系。主要包括人機(jī)交互裝置、嵌入式數(shù)控操作和管理模塊、嵌入式運(yùn)動(dòng)控制模塊和I/O及伺服控制器等。
嵌入式數(shù)控操作和管理模塊通過(guò)I/O與人機(jī)交互裝置相連,并通過(guò)串口與運(yùn)動(dòng)控制模塊連接,運(yùn)動(dòng)控制模塊通過(guò)I/O模塊與伺服控制器和機(jī)床各開(kāi)關(guān)量相連。
(l) 人機(jī)交互裝置。包括一個(gè)LCD顯示器、一個(gè)鍵盤和其他一些按鈕,完成人機(jī)交互任務(wù),例如NC代碼的輸入/編輯顯示、手動(dòng)操作以及一些機(jī)床狀態(tài)顯示等。
(2) 嵌入式數(shù)控操作和管理模塊。是數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊之一,負(fù)責(zé)全部的人機(jī)交互處理,各種機(jī)床參數(shù)的設(shè)置,NC代碼的編輯、編譯、存儲(chǔ)和傳輸,系統(tǒng)監(jiān)控與故障診斷,移動(dòng)U盤的控制及網(wǎng)絡(luò)通信等。
(3) 嵌入式數(shù)控運(yùn)動(dòng)控制模塊。機(jī)床邏輯運(yùn)動(dòng)控制的核心,利用邏輯運(yùn)算能力,負(fù)責(zé)送料機(jī)運(yùn)行軌跡的計(jì)算、插補(bǔ)、反向間隙補(bǔ)償、信號(hào)采集、主軸及開(kāi)關(guān)量控制等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的運(yùn)算和控制。
(4) I/O模塊與伺服控制器。FO模塊的主要任務(wù)是不同電平的轉(zhuǎn)換、隔離及功率放大等。包括3.3V到5V轉(zhuǎn)換、3.3V到24V的轉(zhuǎn)換、采用光電禍合器隔離防止干擾以及增大驅(qū)動(dòng)功率等。另外還包括單路信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)及差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單路信號(hào)電路。伺服控制器的作用在于接受來(lái)自上位控制裝置的指令信號(hào),驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng),并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確。
3嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1 硬件設(shè)計(jì)
本論文所設(shè)計(jì)的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成原理圖如下圖所示:
(1)ARM微處理器模塊。ARM處理器是系統(tǒng)的控制核心,負(fù)責(zé)運(yùn)行數(shù)控系統(tǒng)控制軟件。本系統(tǒng)選用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器。本模塊還包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC(Real Time Counter)電路。
(2)存儲(chǔ)器模塊。存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)中的重要組成部分,它用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的存儲(chǔ)器包括EPROM、SDRAM、SRAM和NAND-Flash,其中,EPROM用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序;SDRAM用于存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的程序與數(shù)據(jù);SRAM用于存儲(chǔ)突然掉電時(shí)的重要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);NAND-Flash用于存儲(chǔ)用戶的數(shù)控加工程序。
(3)電源模塊。新型的CPU和FPGA的內(nèi)核電壓一般都是2.5V或以下的,I/O電壓一般都是3.3V。所選擇的開(kāi)關(guān)電源可以提供5V,±12V,24V電源,其中±12V用于主軸模擬信號(hào)模塊電路,24V用于光電隔離電路,因此,需要使用低壓差線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生3.3V和2.5V的電壓,供CPU、FPGA和CPLD使用。為了保證微處理器穩(wěn)定而可靠地運(yùn)行,還需要配置電壓監(jiān)控電路。
(4)人機(jī)交互模塊。人機(jī)交互模塊包括鍵盤及指示燈模塊和液晶顯示模塊。鍵盤及指示燈模塊負(fù)責(zé)鍵盤的掃描并讀取鍵值,同時(shí)負(fù)責(zé)LED的顯示控制。液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)用戶界面。
(5)通信接口模塊。通信接口模塊包括JTAG接口、RS-232串行接口和USB接口。JTAG接口與PC通訊,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行程序的仿真調(diào)試;RS-232串行接口與PC通訊,實(shí)現(xiàn)NC文件的上傳與下載;USB接口實(shí)現(xiàn)對(duì)U盤NC文件的讀寫(xiě)。
(6)D/A轉(zhuǎn)換模塊。D/A轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)產(chǎn)生變頻器所需要的模擬信號(hào),由隔離器件、D/A轉(zhuǎn)換器和集成運(yùn)算放大器組成。
(7)CPLD/FPGA模塊。CPLD模塊包括CPLD、FPGA、CPLD對(duì)FPGA的配置電路。CPLD主要是用來(lái)對(duì)SRAM工藝的FPGA進(jìn)行配置和加密,同時(shí)擴(kuò)展數(shù)控系統(tǒng)的通用I/O口;FPGA主要負(fù)責(zé)精插補(bǔ),產(chǎn)生軸運(yùn)動(dòng)所需的脈沖信號(hào)以及處理編碼器返回信號(hào),同時(shí)負(fù)責(zé)處理手輪輸入和開(kāi)關(guān)量的輸入輸出。
(8)輸入輸出模塊。本系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)是通過(guò)FPGA和CPLD的邏輯控制來(lái)實(shí)現(xiàn),以提高系統(tǒng)的工作可靠性和設(shè)計(jì)柔性。對(duì)于輸出的脈沖信號(hào)和輸入的編碼器信號(hào)采用差分輸出輸入的方式,這樣不僅提高脈沖傳輸?shù)目垢蓴_能力,也增加了信號(hào)傳輸距離;而對(duì)于I/O信號(hào)則采用光電隔離的方法,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)采用嵌入式μClinux 操作系統(tǒng)作為嵌入式數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺(tái),其源代碼開(kāi)放、內(nèi)核小,非常適合運(yùn)行在嵌入式微處理器上,并且μClinux操作系統(tǒng)也支持TCP/ IP 協(xié)議,具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,同時(shí)該操作系統(tǒng)也支持多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行,可以采用多任務(wù)編程方法。這樣,數(shù)控系統(tǒng)的每個(gè)功能可以作為一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn),這大大地增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可靠性、穩(wěn)定性,也便于以后的維護(hù)和升級(jí),同時(shí)也提供了圖形用戶接口(GUI),結(jié)合鍵盤、LCD 液晶顯示和觸摸屏模塊為用戶提供友好的人機(jī)交互界面。
(1) 調(diào)度任務(wù)的劃分。
軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)中,采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μClinux對(duì)系統(tǒng)多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度及管理?；趯?shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序中,實(shí)時(shí)性取決于對(duì)任務(wù)及中斷的處理。用戶根據(jù)需要調(diào)用μClinux的任務(wù)調(diào)度函數(shù),調(diào)度函數(shù)從就緒任務(wù)中尋找優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù),并進(jìn)行任務(wù)切換操作。μClinux把任務(wù)分為各不相同的優(yōu)先級(jí)(唯一),已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以剝奪正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)對(duì)CPU的使用權(quán),所以正確的任務(wù)劃分及優(yōu)先級(jí)分配可以充分體現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法的效率,從而提高整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。μClinux可以支持64個(gè)任務(wù),最多支持56個(gè)用戶任務(wù),其余8個(gè)是系統(tǒng)任務(wù)。按照任務(wù)劃分原則,結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的具體要求,把應(yīng)用軟件分成以下幾類任務(wù):
① 數(shù)控系統(tǒng)基本功能實(shí)現(xiàn)任務(wù):包括刀具的轉(zhuǎn)換、位置的測(cè)量、工件的插補(bǔ)運(yùn)算及補(bǔ)充運(yùn)算、加工工藝設(shè)置等等,該級(jí)別的優(yōu)先級(jí)最高。
② 保護(hù)功能任務(wù):主要是報(bào)警功能。要求盡可能快的完成。
③ 人機(jī)交互功能:鍵盤響應(yīng)、顯示器顯示等。優(yōu)先級(jí)最低。
(2) 軟件功能設(shè)計(jì)。
由于該嵌入式數(shù)控系統(tǒng)采用uClinux 操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)的資源,相對(duì)于傳統(tǒng)的單片機(jī),更類似一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),具有更強(qiáng)的性能和不同于傳統(tǒng)單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)方法,其軟件結(jié)構(gòu)包括加載程序、uClinux內(nèi)核、系統(tǒng)調(diào)用接口和應(yīng)用程序。
加載程序負(fù)責(zé)在加電后對(duì)微處理器進(jìn)行必要的硬件設(shè)置,初始化內(nèi)存,并把uClinux 內(nèi)核映像從Flash 中復(fù)制到內(nèi)存,把控制權(quán)交給內(nèi)核,使內(nèi)核運(yùn)行,最終使應(yīng)用程序運(yùn)行。uClinux內(nèi)核作為應(yīng)用程序控制系統(tǒng)硬件的接口,提供應(yīng)用程序?qū)τ布拈g接訪問(wèn),在具體設(shè)計(jì)中,對(duì)微處理器中內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換器的操作、對(duì)鍵盤的操作以及對(duì)LCD的操作由在uClinux下編寫(xiě)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成,這些驅(qū)動(dòng)被編譯進(jìn)uClinux 的內(nèi)核。
系統(tǒng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)由兩個(gè)不同的進(jìn)程實(shí)現(xiàn):加工程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序,分別用來(lái)完成數(shù)控系統(tǒng)的工件加工、計(jì)算的功能及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的功能。
4結(jié)語(yǔ)
數(shù)控系統(tǒng)作為現(xiàn)化制造業(yè)的核心技術(shù),是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一,受到各國(guó)的普遍重視,特別是發(fā)達(dá)國(guó)家。自20世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)際上的數(shù)控技術(shù)和市場(chǎng)基本上被日本、德國(guó)和美國(guó)等少數(shù)公司所壟斷?？紤]到我國(guó)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)前的具體情況,研制一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式機(jī)床控制系統(tǒng),對(duì)于提高我國(guó)中高檔數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)水平具有十分重要的意義。本文從嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)及其功能設(shè)計(jì)的角度對(duì)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)研究,對(duì)于我國(guó)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,是一次有益的嘗試與探索,是值得推廣和借鑒的。
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Huang Jianfeng
（廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，茂名 525000；華南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程研究所，廣州 510641）
（College of Mechanical & Electrical Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China；
Institute of Safety Science & Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China）
摘要： 歸納了本質(zhì)安全的定義，闡述了本質(zhì)安全的基本原理及國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況，指出了現(xiàn)階段本質(zhì)安全相關(guān)研究中存在的問(wèn)題，提出了石化企業(yè)應(yīng)該從工藝過(guò)程、生產(chǎn)設(shè)備、作業(yè)環(huán)境、人員素質(zhì)、生產(chǎn)管理、評(píng)價(jià)方法等六大方面實(shí)現(xiàn)其本質(zhì)安全化。
Abstract: It summarized the definition, the principle and the domestic and overseas development of inherent safety. It found out the existing problems in the present research of inherent safety. At last, it proposed that the petrochemical enterprises should achieve inherent safety from six aspects―process engineering, production equipment, operating environment, personnel quality and manufacturing management and evaluation method.
關(guān)鍵詞： 本質(zhì)安全 安全評(píng)價(jià) 石化企業(yè) 石油化工
Key words: inherent safety；safety assessment；petrochemical enterprises；petrochemical
中圖分類號(hào)：TE3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）32-0026-02
0引言
傳統(tǒng)的危險(xiǎn)管理方法是通過(guò)危險(xiǎn)與人們、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境之間的保護(hù)層來(lái)控制危險(xiǎn)的。保護(hù)層包括對(duì)人員的監(jiān)督、控制系統(tǒng)、警報(bào)及保護(hù)裝置，還有應(yīng)急系統(tǒng)等。該方法很有效，在一定程度上改善了化學(xué)工業(yè)的安全記錄[1]。但是在危險(xiǎn)與受到潛在影響的人、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境之間設(shè)立保護(hù)層也有很多不利之處，如建設(shè)保護(hù)層的費(fèi)用高昂，還有后期的操作費(fèi)用、安全培訓(xùn)費(fèi)用及維修保養(yǎng)費(fèi)用等。況且，保護(hù)層只是抑制了危險(xiǎn)，并不能消除危險(xiǎn)，有些失效的保護(hù)層甚至?xí)?dǎo)致事故的發(fā)生。因此，本質(zhì)安全成為了石油化工技術(shù)新的研究熱點(diǎn)。
1本質(zhì)安全的定義
本質(zhì)安全的概念源于20世紀(jì)60年代的電氣設(shè)備防爆構(gòu)造設(shè)計(jì)[2]，這種防爆技術(shù)不附加任何安全裝置，只是利用本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)限制電路自身的電壓和電流來(lái)預(yù)防產(chǎn)生過(guò)熱、起弧或火花而引起火災(zāi)或引發(fā)可燃性混氣的爆炸，它從根本上解決了危險(xiǎn)環(huán)境下電氣設(shè)備的防爆問(wèn)題，故這樣的電氣設(shè)備被稱之為本質(zhì)安全型設(shè)備。1977年，英國(guó)帝國(guó)石油化學(xué)公司（ICI）的安全顧問(wèn)Trevor Kletz率先提出了本質(zhì)安全的概念[3]。
《職業(yè)安全衛(wèi)生術(shù)語(yǔ)》（GB/T 15236-94）本質(zhì)安全定義：“通過(guò)設(shè)計(jì)等到手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì)造成事故”[4]。
《機(jī)械工業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生管理體系試行標(biāo)準(zhǔn)》本質(zhì)安全定義：“設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì)造成事故”[5]。
我國(guó)石化行業(yè)對(duì)本質(zhì)安全的定義：指通過(guò)追求人、機(jī)、環(huán)境的和諧統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)缺陷、管理無(wú)漏洞、設(shè)備無(wú)故障。實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全型企業(yè)，要求員工素質(zhì)、勞動(dòng)組織、裝置設(shè)備、工藝技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、監(jiān)督管理、原材料供應(yīng)等企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的各個(gè)方面和每一個(gè)環(huán)節(jié)都要為安全生產(chǎn)提供保障[6]。
美國(guó)化工過(guò)程安全中心（CCPS）對(duì)本質(zhì)安全定義：“本質(zhì)安全就是營(yíng)造一種安全的環(huán)境，在這種環(huán)境下的生產(chǎn)過(guò)程中伴隨的物料及生產(chǎn)操作里存在的安全隱患都已經(jīng)被減少或消除，并且這種減少或消除是永久性的”[7]。
日本對(duì)本質(zhì)安全定義：“它是指操作人員在使用或操作電氣裝置和機(jī)械設(shè)備的時(shí)候，這類裝置或設(shè)備，無(wú)論從結(jié)構(gòu)方面，還是從性能和強(qiáng)度方面均不存在危險(xiǎn)”[8]。
筆者認(rèn)為，從本質(zhì)安全四大原理出發(fā)，設(shè)計(jì)可靠性高的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，并建立科學(xué)的、系統(tǒng)的、主動(dòng)的、全面的事故預(yù)防體系，使風(fēng)險(xiǎn)處于可控制、可接受的程度，就是本質(zhì)安全。本質(zhì)安全化就是將本質(zhì)安全的內(nèi)涵加以擴(kuò)大，是指在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，生產(chǎn)系統(tǒng)具有完善的安全防護(hù)功能，系統(tǒng)本身具有相當(dāng)可靠的質(zhì)量，系統(tǒng)運(yùn)行中同樣具有相當(dāng)可靠的質(zhì)量。
2本質(zhì)安全的原理
本質(zhì)安全裝置的實(shí)現(xiàn)原理可以用四個(gè)詞來(lái)概括[9，10]：最小化，替代，緩和，簡(jiǎn)化?！白钚』敝笢p少危險(xiǎn)物質(zhì)的使用數(shù)量，或減少危險(xiǎn)物質(zhì)在工藝過(guò)程中的使用次數(shù)；“替代”指使用安全的物質(zhì)或相對(duì)安全的物質(zhì)來(lái)替代原危險(xiǎn)物質(zhì)，使用相對(duì)安全的生產(chǎn)工藝來(lái)替代原生產(chǎn)工藝；“緩和”指在不能最小化或替代危險(xiǎn)物質(zhì)時(shí)，應(yīng)在安全的條件下操作，例如常溫、常壓和液態(tài)；“簡(jiǎn)化”指簡(jiǎn)化工藝、設(shè)備、任務(wù)或操作，使設(shè)備狀況清楚避免復(fù)雜設(shè)備和信息過(guò)載，使設(shè)備有充足的間隔布局來(lái)避免碰撞效應(yīng)，使不增加過(guò)量的附加安全裝置以減少錯(cuò)誤發(fā)生的可能。
一套本質(zhì)安全的裝置，它具有設(shè)計(jì)合理，在事故中很少或基本上不產(chǎn)生破壞的特點(diǎn)。它從根源上減少或消除危險(xiǎn)，而不是通過(guò)附加的安全防護(hù)措施來(lái)控制危險(xiǎn)。它通過(guò)采用沒(méi)有危險(xiǎn)或危險(xiǎn)性小的材料和工藝條件，將風(fēng)險(xiǎn)減小到忽略不計(jì)的安全水平，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)人、環(huán)境或財(cái)產(chǎn)沒(méi)有危害威脅，不需要附加或程序安全措施。它通過(guò)設(shè)備、工藝、系統(tǒng)、工廠的設(shè)計(jì)或改進(jìn)來(lái)減少或消除危險(xiǎn)，安全功能已融入生產(chǎn)過(guò)程、工廠或系統(tǒng)的基本功能或?qū)傩灾衃11]。這就是本質(zhì)安全的實(shí)現(xiàn)原理。
3國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
基于本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)思想早在1870年時(shí)就出現(xiàn)過(guò)，但它直到100年以后才被工程師們重視[12]。1977年12月14日，Trevor Kletz在英格蘭的Widnes召開(kāi)的英國(guó)化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)年會(huì)上所提出的工藝和設(shè)備本質(zhì)安全的概念[3]。1978年，Trevor Kletz發(fā)表了著名的文章《不存在的東西不會(huì)泄漏》[3]，為本質(zhì)安全的發(fā)展指明了方向。
此后，化工過(guò)程本質(zhì)安全已成為美國(guó)、芬蘭、德國(guó)等國(guó)家當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。目前，對(duì)本質(zhì)安全的研究包括本質(zhì)安全理論、本質(zhì)安全工藝、技術(shù)及應(yīng)用方法、本質(zhì)安全定量化評(píng)價(jià)工具等，從最初的設(shè)備、技術(shù)的本質(zhì)安全向系統(tǒng)、管理層面的本質(zhì)安全化發(fā)展。美國(guó)、歐盟等國(guó)家和地區(qū)十分重視本質(zhì)安全的研究與應(yīng)用[11]，已取得一系列技術(shù)成果。在本質(zhì)安全定量化評(píng)價(jià)方法方面，先后有PIIS法、INSET工具箱、ISI法、SHE法、I-Safe指數(shù)法、圖形法、ISIC法、安全危險(xiǎn)指數(shù)法、KPIS法、PRI法等；在本質(zhì)安全應(yīng)用技術(shù)方面，與清潔生產(chǎn)、模糊邏輯理論、事故調(diào)查理論、安全連瑣系統(tǒng)SIS、工藝安全管理系統(tǒng)PSM等技術(shù)結(jié)合在一起，為構(gòu)建石化企業(yè)本質(zhì)安全系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。
我國(guó)本質(zhì)安全研究開(kāi)展的并不晚，其前身是20世紀(jì)50年代關(guān)于電子產(chǎn)品的可靠性研究。我國(guó)除本質(zhì)安全型防爆電氣產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)外，近年來(lái)，煤礦、化工等行業(yè)也在積極探索本質(zhì)安全技術(shù)和管理方法[13]。在學(xué)術(shù)上明確提出本質(zhì)安全概念應(yīng)該是在20世紀(jì)90年代，此后本質(zhì)安全研究如雨后春筍，有大量學(xué)術(shù)。從文獻(xiàn)資料上看，主要集中在兩大方面：第一，大多數(shù)期刊論文都是圍繞本質(zhì)安全的定義、以及它與傳統(tǒng)安全概念的區(qū)別方面展開(kāi)，有少數(shù)談到了怎樣建立本質(zhì)安全體系和企業(yè)的本質(zhì)安全模型；第二，主要是針對(duì)煤礦企業(yè)本質(zhì)安全展開(kāi)研究，對(duì)煤礦企業(yè)怎樣實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全和怎樣評(píng)價(jià)、考核本質(zhì)安全系統(tǒng)有一定思路。針對(duì)石油化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的期刊較少，可見(jiàn)本質(zhì)安全在石油化工行業(yè)的研究還有待深入。我國(guó)正處于重化工業(yè)的快速發(fā)展時(shí)期，安全生產(chǎn)形勢(shì)十分嚴(yán)峻，探索先進(jìn)的適用的安全管理和事故預(yù)防方法顯得尤為必要。研究從根本上消除或減小危險(xiǎn)的本質(zhì)安全理論具有現(xiàn)實(shí)意義[11]。
4存在問(wèn)題
本質(zhì)安全理論的研究已經(jīng)取得了一定成果，在實(shí)踐中也收到了一定成效，但還存在問(wèn)題如下：
4.1 本質(zhì)安全雖然在近十多年里取得了較快發(fā)展，但還有很多因素阻礙了本質(zhì)安全的發(fā)展。一是本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)目的和傳統(tǒng)安全概念里的目的大相徑庭，前者至力于從根本上消除或減少當(dāng)前工藝設(shè)備的危險(xiǎn)，后者強(qiáng)調(diào)通過(guò)控制危險(xiǎn)和運(yùn)用附加裝置減少事故導(dǎo)致的后果。二是企業(yè)對(duì)本質(zhì)安全認(rèn)識(shí)不足，重視不夠，加上本質(zhì)安全的標(biāo)準(zhǔn)難以衡量，一家工廠是否應(yīng)用了本質(zhì)安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能否達(dá)到本質(zhì)安全，沒(méi)有統(tǒng)一的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前石化企業(yè)都在強(qiáng)調(diào)本質(zhì)安全，但都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的指導(dǎo)思想和操作方案，這使推進(jìn)石化企業(yè)的本質(zhì)安全化難以取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
4.2 本質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法大多局限于早期設(shè)計(jì)階段，而實(shí)際中在役的大量生產(chǎn)設(shè)備，是事故發(fā)生的主要位置，所以研究能促進(jìn)現(xiàn)存設(shè)備的本質(zhì)安全化的評(píng)價(jià)方法，有非常重要的意義?，F(xiàn)階段，對(duì)石化企業(yè)現(xiàn)有的裝置和設(shè)備展開(kāi)本質(zhì)安全評(píng)價(jià)，促進(jìn)它的本質(zhì)安全化，還沒(méi)有一套具有操作性和實(shí)踐性的理論標(biāo)準(zhǔn)。
4.3 安全是指綜合的安全，很多方法只是從工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)、設(shè)備的運(yùn)行、毒素、布局等方面考慮本質(zhì)安全，卻沒(méi)有考慮人的重要作用，沒(méi)有充分意識(shí)到人、物及環(huán)境間不和諧就不能保證系統(tǒng)本質(zhì)安全化的事實(shí)。所以有些本質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法的參數(shù)不夠全面，還有待提出一套綜合的本質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法。
4.4 相關(guān)本質(zhì)安全的應(yīng)用技術(shù)收到了一定效果，但專業(yè)性太強(qiáng)，企業(yè)普通的安全技術(shù)人員難以掌握和實(shí)施。而且，石化企業(yè)已采取了很多先進(jìn)的技術(shù)來(lái)促進(jìn)設(shè)備的本質(zhì)安全化，如RBI技術(shù)，RCM技術(shù)，SIL技術(shù)，DNV的RAM技術(shù)（可靠性、可用性、可維護(hù)性）等，有效提高了資源的利用率和設(shè)備的可靠性，怎樣把本質(zhì)安全理論與這些先進(jìn)的技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，正是目前石化企業(yè)急需解決的問(wèn)題。
5總結(jié)
本質(zhì)安全方法強(qiáng)調(diào)從源頭上消除或減小危險(xiǎn)，是一種先進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)管理思想。但是，在當(dāng)前科技水平下，石油化工企業(yè)真正的本質(zhì)安全是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，危險(xiǎn)源的存在是不可避免的，應(yīng)用本質(zhì)安全的方法只能減小危險(xiǎn)，而無(wú)法消除系統(tǒng)中所有危險(xiǎn)。而傳統(tǒng)的非本質(zhì)安全方法強(qiáng)調(diào)控制危險(xiǎn)，這對(duì)于存在各種無(wú)法消除的危險(xiǎn)源的化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，也是一種控制危險(xiǎn)的有效方法。因此，本文總結(jié)出一種基于本質(zhì)安全的綜合風(fēng)險(xiǎn)管理模型。
構(gòu)建本質(zhì)安全型石化企業(yè)從六個(gè)方面進(jìn)行，即工藝過(guò)程本質(zhì)安全化、生產(chǎn)設(shè)備本質(zhì)安全化、作業(yè)環(huán)境本質(zhì)安全化、人員素質(zhì)本質(zhì)安全化、生產(chǎn)管理本質(zhì)安全化和評(píng)價(jià)方法本質(zhì)安全化。具體構(gòu)想如圖1所示。
5.1 工藝過(guò)程本質(zhì)安全化工藝過(guò)程本質(zhì)安全是本質(zhì)安全型石化企業(yè)的關(guān)鍵，可運(yùn)用本質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法，從根源上找出工藝過(guò)程中可能潛在的危險(xiǎn)，從而從消除或減小工藝過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)未能考慮的危險(xiǎn)。然后結(jié)合傳統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法，找出系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源，增加安全措施，運(yùn)用過(guò)程安全管理、風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃等先進(jìn)管理方法，把風(fēng)險(xiǎn)控制在最低水平。
5.2 生產(chǎn)設(shè)備本質(zhì)安全化同樣，可運(yùn)用本質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法，找出裝置或設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)未能消除的危險(xiǎn)源，適當(dāng)添加保護(hù)層，使設(shè)備具有較完善的防護(hù)和保護(hù)功能，以保證設(shè)備和系統(tǒng)能夠在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)安全高效地運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)設(shè)備實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，運(yùn)用RBI、RCM、RAM、SIL、故障自愈調(diào)控等技術(shù)在設(shè)備層面上降低風(fēng)險(xiǎn)，這是保證工藝、防止事故的主要手段。
5.3 作業(yè)環(huán)境本質(zhì)安全化作業(yè)環(huán)境的本質(zhì)安全化，即生產(chǎn)場(chǎng)所應(yīng)確保職工的作業(yè)安全，在空間、氣候等創(chuàng)造舒適安全的環(huán)境。作業(yè)環(huán)境本質(zhì)安全化，主要通過(guò)本質(zhì)安全的布局設(shè)計(jì)思想、“5S”管理、清潔生產(chǎn)、綠色化學(xué)等手段實(shí)現(xiàn)。
5.4 人員素質(zhì)本質(zhì)安全化人員的本質(zhì)安全化，要求操作者有較好的心理、生理、技術(shù)素質(zhì)，以減少誤操作而導(dǎo)致的事故。加強(qiáng)本質(zhì)安全化和法治教育，提高職工的安全科技文化素質(zhì)，營(yíng)造良好的企業(yè)安全文化，是實(shí)現(xiàn)人員素質(zhì)安全化的根本途徑。
5.5 生產(chǎn)管理本質(zhì)安全化使生產(chǎn)管理從傳統(tǒng)的“問(wèn)題出發(fā)型”管理，逐漸轉(zhuǎn)向現(xiàn)代的“問(wèn)題發(fā)現(xiàn)型”管理，運(yùn)用本質(zhì)安全的原理和方法進(jìn)行系統(tǒng)分析、事故預(yù)想、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，從而做到超前管理、超前預(yù)防。建立和實(shí)施全面規(guī)范化生產(chǎn)維護(hù)管理體系TnPM，這是其它管理體系的基礎(chǔ)；完善HSE管理體系，在操作層面上降低風(fēng)險(xiǎn)，這是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理本質(zhì)安全化的基礎(chǔ)和保障。
5.6 評(píng)價(jià)方法本質(zhì)安全化引入全新的風(fēng)險(xiǎn)管理思想和策略，運(yùn)用本質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法，查找系統(tǒng)中存在的固有危險(xiǎn)源，結(jié)合各種防范措施和先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)石化企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，從而達(dá)到本質(zhì)安全化。
總之，從以上六個(gè)方面努力，結(jié)合PDCA模式持續(xù)改進(jìn)，切實(shí)執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)、監(jiān)測(cè)、控制和管理就能有效實(shí)現(xiàn)石化企業(yè)的本質(zhì)安全化。
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