数字技术助力工业企业构筑安全生产的“钢铁长城”

近来,工业企业,尤其是化工行业安全事故屡见报端,造成重大的人身伤亡事故和经济损失。本文将以近期的几例重大工业安全事故为切入点,追溯工业安全事故频发的原因,揭示数字技术如何助力企业构筑工业安全的“钢铁长城”。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
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本文e-works编辑部吴婕原创发布。
近来,工业企业,尤其是化工行业安全事故屡见报端,造成重大的人身伤亡事故和经济损失。那么,如何才能更大限度避免安全事故的发生或者降低伤亡损失?加强企业管理,提高人员素质,做好监督检查等固然不可或缺,但是随着科学技术的进步,数字技术的深化应用为避免安全事故发生或降低事故损失发挥了重要价值。本文将以近期的几例重大工业安全事故为切入点,追溯工业安全事故频发的原因,揭示数字技术如何助力企业构筑工业安全的“钢铁长城”。
01

警钟长鸣

工业安全事故频发

 
随着全球工业化发展不断加快,因工伤亡的人数越来越多,尤其是化工、钢铁等行业,人们的生产安全和健康受到严重威胁。据相关数据显示,仅2022年安全生产事故死亡人数20963人,数字令人震惊。
 
 表1 2022年重大工业安全事故(部分)
短短时间内,多条生命被事故夺走,工业安全成为热点。频发的事故不仅给企业带来了毁灭性的经济损失甚至是停产停业,也给伤亡者和家属带来无可挽回的人身伤害和心理阴影,甚至在一定程度上会影响当地经济发展,同时给普通市民的正常生活秩序带来阻碍,引发更多的社会问题。
 
针对工业生产层出不穷的安全事故,国家迅速应对重拳出击,全面开展安全生产专项整治行动,并相继出台一系列政策文件,尤其是2021年3月《“工业互联网+危化安全生产”试点建设方案》发布后,从中央到地方,相关细化指导文件密集出台,要求打造基于工业互联网的快速感知、实时监测、超前预警、联动处置和系统评估安全生产新型能力。政府助力、企业发力,在筑牢安全生产防线的路上,企业要充分运用物联网、云计算、大数据等新兴技术,高效融合企业安全管理现实要求,创新研发数字化产品,做到监管落实到位、生产实时掌握、隐患有效防范、应急高效处置,推动安全生产各项工作,确保人民生命财产安全。
 

图1 工业安全政策持续加码

02

追本溯源

安全事故频发的原因剖析

 
虫洞虽小,可溃千里堤;隐患不常查,事故迟早会发生。工业企业的安全事故暴露出企业在以下四个方面存在重大隐患:

图2 安全事故频发的原因剖析

01
人的不安全行为
部分从业人员安全意识淡薄、安全技能缺乏,无知、侥幸、图省事、逞强、从众、逆反等心理导致“三违”行为频发;成百上千路视频监控,需要24小时被动式值守观察,只能用于事后回放、事后追责。
02
物的不安全状态
一批老工业基地和大型国有企业,多年没有进行大的技术改造,其设备老旧老化甚至超期服役,成为威胁工业安全的重大隐患;DCS、PLC、SIS(安全仪表系统)、SCADA、危险品仓储、消毒及可燃气体监测系统、消防系统等信息孤岛严重,更缺乏工艺异常分析、设备预测维护、数据趋势预警等能力,信息不能融合共享与联动处置。
03
环境的不良影响
作业环境的不安全是诱导事故发生的重要一环。通常照明、通风不足,温度、湿度不良,有害气体、粉尘超标,作业场所杂乱、狭窄,消防疏散不良等环境因素都会造成安全事故。
04
管理上的缺陷
安全管理主要依靠制度、培训、检查等手段,风险辨识评估不全面,日常管理工作依靠人工纸质单据记录,信息收集不规范、查找统计不便,导致安全管理效率低下,管控过程无法有效追溯和落实。
 
总体来看,人、物、环、管是导致安全事故频发的主要因素。那么,应该如何做,才能遏制现下工业安全事故频发的势头,为人民群众筑牢安全屏障,为工业安全生产创造有利条件呢?
03

数字赋能

用技术守护工业企业安全生产

 
环顾当下,工业生产的安全监管对象点多面广,各类风险隐患交织叠加,仅仅依靠传统的管理方式难以实现全过程、全方位的安全管控,需要以先进技术为支撑,智能地守护工业安全生产,实现无人则安,少人则安。

1.平台规划,打造安全生产的“助推器”

面对工业生产过程中的各类安全隐患,依靠数字化技术的加持,构建企业安全风险智能化管控平台,智能监控、感知工业生产过程中人员三违行为、设备运行状态、作业环境变化等安全隐患,解决工业安全管理难题,已成为提升工业安全管理效能的“助推器”。
 
而规划、搭建企业安全风险智能化管控平台,需要以智能感知设备为基础,依托现有系统数据,采集、接入企业实时监测、视频监控、人员行为、设备状态等数据,将各类数据进行统一调度和应用,实现工业安全基础信息管理、重大危险源安全管理、双重预防机制、特殊作业许可与作业过程管理、智能巡检、人员定位等主要功能。

图3 企业安全风险智能化管控平台 (来源:《危险化学品企业安全风险智能化管控平台建设指南(试行)》)

2.管控落地,聚焦安全生产的典型场景

 无危则安,无损则全,安全是工业生产的永恒旋律,数字技术在保障工业安全中的作用日益凸显。从工业安全的角度而言,重大危险源监测预警、特殊作业许可与作业过程管理、人员行为管控等,都是工业安全管控的典型场景。
 
1)重大危险源监测预警
顾名思义,重大危险源的重点在“源”,即导致事故发生的最基本的因素——危险物质。因此,首先,需要对重大危险源主要负责人、技术负责人、操作负责人的安全包保履职结构化电子记录,做到可查询、可追溯。其次,结合设备设施信息数据库,拓展对安全阀、紧急切断阀、消防泵、安全仪表系统等安全设施状态实时监控,以温度、液位、压力、可燃气体浓度、有毒气体浓度、组分、流量等重大危险源重点监控参数以及视频智能分析信息和联锁投用情况、能源(水电气风热等)综合管理数据为基础,结合周边地理、气象环境条件、人口分布、历史事故信息等建立重大危险源安全风险预警模型。并可将该模型分为重大风险(红)、较大风险(橙)、一般风险(黄)、低风险(蓝)四个级别,实现对安全风险全面监测、分级管理并精准预警。
 

图4 风险分区预警展示(来源:帮安迪)

2)人员行为管控
针对人员行为的管控,要重点识别关键的不安全行为,同时监测和统计分析、制定控制措施并采取整改行动,最终降低不安全行为发生的频率。通过机器视觉、电子围栏等技术手段,可以对人员、行为事件等进行深度智能分析。例如,对作业人员身份、行为状态、劳保着装等进行智能判断与预警,实现人员上岗的智能化安全管控,对周界跨线及闯入人员自动识别并报警,保障人员及现场安全。同时,通过门禁识别,人员定位卡发放,进行厂区人员数量计算,实时跟踪人员位置情况,并可以借此进行封闭式管理。

图5 人员行为管控(来源:帮安迪)

3)隐患排查治理管理
传统隐患排查通常采用人工巡检方式,随机性大,针对性不强,很难保障巡检停留时长,无法对重点区域巡检轨迹进行核查。通过智能巡检代替或辅助人工巡检,可实现巡检、巡查全过程数字化管理,管理人员根据 PID 工艺流程图、数字化交付资料、风险分析单元划分、隐患排查清单、岗位安全风险责任清单等,分角色制定巡检任务、规划巡检路线,匹配巡检清单及制度规范。巡检过程中对排查数据进行上报汇总,形成标准隐患排查数据库,将隐患数据库与风险辨识中的管控措施和排查内容业务大同,通过闭环流程,可按每时、每日、每周、每旬、每月、每季、临时等形式自由制定隐患排查周期。排查内容从隐患库选取,系统会根据制定的任务提前发消息提醒给指定责任人。
 

图6 隐患排查治理管理可视化(来源:百度智能云)

4)特殊作业许可与作业过程管理
特殊作业一词出自《化学品生产单位特殊作业安全规范》。所谓特殊作业许可管理,包括动火作业、进入受限空间作业、盲板抽堵作业、高处作业、吊装作业、临时用电作业、动土作业、断路作业等8种。如今,特殊作业环节已经成为我国工业企业生产安全事故发生的“重灾区”,也是安全监管的重点、难点。需要通过信息化手段对作业全程进行过程和痕迹管理,从而实现特殊作业申请、审查、许可、监护、验收全流程信息化、规范化、程序化管理,避免“连续作业超时不检测”等不安全行为。利用移动监控、手持终端等设备,并结合移动视频技术、远程通讯技术、气体探测及LBS等进行集成应用,形成高效联动的作业现场全过程监控解决方案,有序地对相关信息进行管理和控制,提高企业风险发现、监控、预警、分析研判和应急处置能力。

图7 MR辅助作业系统(来源:炽橙科技)

5)员工培训管理
加强安全培训工作,对于企业的持续发展来说有着重要的意义,保障了工作人员的生命财产安全。然而,传统的培训手段对于工业企业特别是化工企业来说,却存在着危险性高、灵活性差、占用时间长、效果不理想等弊端。随着虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)及数字孪生技术的出现,企业可结合自身生产工艺特点,逼真地模拟出工厂开车、停车、正常运行和各种事故过程的现象和操作,对员工进行线上全景式和浸入式培训。一方面,能够使员工快速掌握生产装置操作的操作;另一方面,也能检验生产装置设计的合理性、测试和验证装置的安全性、进行控制回路整定与控制算法的验证。
 

图8 XR实训(来源:联想上研)

6)设备完整性管理与预测性维修
基于同类设备故障案例库和专家知识库,建立设备异常状态预警模型,应用AI及自愈技术,对关键机泵及压力容器、常压关键容器等企业生产关键设备的健康状态进行评估以及故障趋势预测,从而避免设备异常工况和失效风险,并实现提前报警,转变传统的被动维护、周期性维护和预防性维护为预测性维护,避免停机生产损失、过剩检维修、超量备件储备、过度依赖个人经验,有效减少设备故障,遏制因设备失效引发事故,确保设备服役期间安全可靠的长周期运行。
 

图9 工业互联网+和AI和AS的快准溯源诊断(来源:高金吉院士)

3.软硬结合,夯实工业安全生产底座

作为守护工业安全的核心技术,大数据、云计算、人工智能、数字孪生等前沿技术,通过硬件+软件的方式,正有效地主动管理工业安全生产中“人、物、环、管”各关键要素,全面提升企业的安全性。
 
1)智能硬件主动守护工业安全
工业安全市场需求来到了从“发生过什么”到“主动观察和干涉”阶段,从单一的视频录像监控到精准内容监控、从人眼浏览到AI识别、从模糊判断到辅助研判。如今企业可以从被动防范走向主动预判和干预阶段,可以通过云端连接或将训练好的人工智能系统封装到产品等方式,赋能产品智能化感知外界变化和用户需求的能力。例如,以AI视觉技术为核心的视频监控装置,可在大量工业场景中提供全天候、多维度的监控、分析和预警;整合了机器人、定位、导航、避障、场景感知、图像识别、非接触检测等技术的智能巡检机器人,可以根据巡检需求游刃有余的在危险及恶劣环境下实现隐患的排查治理;智能传感器能实时采集企业重大危险源贮存设施内介质的温度、压力、液位等数据,超过相应阈值时就会报警;融入了物联网及移动互联网技术的电子围栏设备,可对现场作业人员划定禁入或者禁出工作区域,起到“威慑、阻挡、报警、安全”的作用;此外,将XR(扩展现实)技术融入到头戴式显示设备中,相关技术人员不仅能提供远程的培训指导,还能查看设备历史服务记录并预测未来故障……
 
2)软件系统全方位保障“人、物、环、管”
如果说智能硬件是保障工业安全的躯体,那么软件系统就是其灵魂。在工业安全管理中,5G与人工智能、大数据、云计算、边缘计算、AR/VR等技术相结合,使得各类软件系统全面渗透到工业安全生产的“人、物、环、管”各个环节。例如面向设备的设备运维系统,可以对设备进行远程监控,提供远程设备工况监测、故障诊断与预测性维护等服务,避免物的不安全状态;面向环境的能源管理系统,可以从时间维度和设备的电、水、气数据,实现能源的多区域多角度监控,从而预防或减轻环境的不良影响;面向人员管理的定位系统及操作员培训仿真系统(Operator Training System,OTS),能够实时监测或模拟出各行业各流程的人员的真实生产过程,制止人的不安全行为;另外,专业的HSE管理软件通过把质量、健康、安全、环境管理模式系统化地进行整合,可以实现企业对部门或分厂、车间直至班组的全过程及时的信息化管理……。
04

以知促行

安全生产数字化转型正当时

 
“明者远见于未萌,智者避危于无形”。意思是,聪明人在事端未形成时即看出端倪,在事件萌芽阶段就已经谋虑。安全作为企业发展生命线,各大企业已陆续将工业安全技术应用于作业场景中,在数字化、智能化技术的加持下,安全作业将不再是难题。

1.确成股份:安全生产管理平台助推企业精益生产

确成硅化学股份有限公司成立于2003年,总部位于江苏无锡,是一家致力于全球化生产和运营的专业绿色新材料供应商,拥有从原材料硫酸、硅酸钠到最终产品二氧化硅的完整产业链。
 
确成股份的统一安全管理平台具有以下功能:电子化隐患排查治理系统,统计分析;物联感知在线监测和实时数据监控及预警;特定区域人员定位和报警;保留教育培训、作业审批等模块和功能;预留拓展其他安全要素模块;全面融合安全生产管理手段,利用物联网技术、移动APP、管理云平台实现安全管理精细化,提高现场管理便捷性与时效性,提升管理效率,降低管理成本。
 
确成股份根据各工艺装置不同的特点,装置重要的连锁保护、紧急停车系统及关键设备连锁保护都设置成自动连锁,以确保人员及生产装置、重要机组和关键设备的安全。
 
对重大危险源监控,可燃有毒气体的检测报警等,采用了物联网技术,建立了安全生产信息化平台,并对安全全流程管理、安全风险分区管理等集成,建立了安全运维保障体系和数据标准规范体系。
 
在统一的安全管理平台上,建立了电子化隐患排查治理系统,统计分析;在线安全教育培训,作业审批,风险管控等;物联感知在线监测和实时数据监控及预警等,形成“人防”+“技防”双重管理模式。
 

图10 确成股份安全生产信息化管理平台(来源:确成股份)

通过安全生产管理平台的搭建,确成股份除了节省成本,还避免人工失误造成的损失,降低产品的不良比率。公司产品一次合格率达到99.5%以上。生产设备故障率小于0.5%。智能车间项目为公司节约人力成本5%、节省设备维护费用20%、减少安全事故处理费用100%、减少管理费用25%。车间年产量提高了28%,产品成本降低20%。

2.华友钴业:打造安全的智慧工厂

浙江华友钴业股份有限公司成立于2002年,主要从事新能源锂电材料和钴新材料的研发、制造的高新技术企业。为践行华友绿色发展观,落实“安全环保大于天”的理念,华友钴业建立了一套全面覆盖EHS流程管理的安环应急指挥平台,实现EHS管理的标准化、规范化、数据化和流程化。
 
通过对生产现场的实时监控(包括生产数据、危险源监控、火灾报警、视频监控、环保数据监控),实时了解各生产单位的生产情况,避免违规作业,确保安全生产;通过生产数据报警在调度中心和相关领导的计算机中显示、报警,指挥相关人员采取相应的措施,从而保证设备、人身的安全。
 
从业务内容划分可分为报警管理、厂区综合监控、应急管理和视频监控四大部分。涉及浙江中控SES2.5产品的综合安全监控、应急管理、视频监控、环保管理、风险管控、移动应用六大模块及现有主数据系统、企业微信两个系统的集成。
 
实施的主要部门有:三车间、四车间、五车间、六车间、公辅B车间。
 

图11 华友钴业智慧安环平台架构(来源:华友钴业)

● 数据采集与过程监控
实时监测现场的数据动态,将现场生产主要流程图展示在平台之上,能够提供实时数据,以及相关液位、温度、压力的动态变化。通过过程监控软件查看数据的历史趋势,对重要数据点进行报警提醒,以及相关报警的企业微信推送。
 
● 报警管理
通过对生产现场的实时监控(包括生产数据、危险源监控、火灾报警、视频监控、环保数据监控),实时了解各生产单位的生产情况,避免违规作业,确保安全生产;通过生产数据报警在调度中心和相关领导的计算机中显示、报警,指挥相关人员采取相应的措施,从而保证设备、人身的安全。
 
● 视频监控
为工厂、企业的日常生产工作提供实时的直播监控和录像回看,保证调度、指挥能够快速了解当前的生产工作情况,从而对现场的生产作业进行有效的监管,以及在发生应急情况时能够快速掌握现场动态。同时平台提供了移动终端设备的直播支持,使得生产人员能够在一些监控设备无法覆盖的区域通过单兵设备、手机等移动终端对生产作业进行实时的直播。
 
● 综合监控及报警联动
1)GIS专题图展示
以平面GIS地图的方式显示生产装置、环保监测、可燃有毒气体点位、重大危险源、应急资源、视频的实时状态信息;报警信息在地图上的展示。
2)重大危险源专题图
在地图上显示危险源的位置与状态信息,如危化品存储地、数量、存储状况等,可查看危险源基本特征信息、工艺流程图、关键参数、视频监控、可燃气监测、应急预案、应急资源等信息。
 
3)视频监控专题图
集成视频监控系统,将全厂范围内的摄像头位置标注在电子地图中,实现直观、便捷的视频监控。
 
4)报警联动
报警发生时,系统第一时间弹出窗口,提示报警信息、所在位置,每次报警处理后记录其发生原因。
 
● 移动应用
为了满足现场指挥人员的应用需求,系统采用便携式设计,捆绑手持电脑、手机、音频采集、视频采集、无线网络、GPS定位等核心模块,通过移动应急指挥协同平台,实现现场指挥人员与应急管理信息系统平台的互动。帮助决策者及时准确地获取现场的第一手信息和资料,方便决策者对应急事故做出快速、有效的处置,移动端应支持对讲功能。
 
华友钴业利用物联网技术和监控技术搭建了实时数据库系统、危险源报警管理系统、视频监控系统、综合安全监控监控、应急管理系统、移动安全管理系统。将车间现场危险点、应急资源整合,提高了现场监管和应急管理的能力。

3.东方盛虹:5G+工业互联网赋能安全生产

江苏东方盛虹股份有限公司(以下简称“东方盛虹”)是世界500强企业盛虹控股集团有限公司的核心上市子公司,并且是国内独特的实现油头、煤头、气头全覆盖的大型化工企业。
 
东方盛虹利用5G、人工智能、大数据等新一代信息技术的创新应用和深度融合,获取生产现场安全的相关数据,通过对数据的整合和分析,提供重大危险源监测预警,安全风险管控,人员在岗在位管理,以及企业生产全流程管理等功能的一体化管理模式,加强企业安全生产的信息化监管。
 
● 重大危险源监测预警系统
主要实现在工厂地图上实时显示生产、设备数据,及人员和车辆信息,实现化工厂区危险源的实时监测、预警。
 
● 企业安全风险分区管理系统
主要实现在工厂地图中用红、橙、黄、蓝四色对不同风险级别的作业区进行标绘,提升对风险的动态响应能力,预防重、特大安全事故发生,减少一般事故危害。
 
● 人员在岗在位管理系统
主要实现对于人、车实时位置的掌握,并且对于作业区内的人员动态进行监管,该在的人不在,不该在的人在了,一个人去过哪里,一个人老半天不动,都可以有效监控。
 
● 企业生产全流程管理系统
主要实现的是将工厂的各种线下流程转为线上,并且通过各种智能化手段向流程的两端辐射,实现真正意义上的闭环管理,从而进一步优化工厂的安全管理体系,提高管理效能。
 
东方盛虹通过视频监控、物联感知等技术创新应用,对“全过程、全设备、全人员”进行全覆盖动态监控,达到对整体的“实时、实景、实控”安全监管与预警,通过三维建模与GIS技术的结合,实现对全厂的可视化展现,采集重大危险源动态监测数据,以全方位地掌握日常作业的相关信息,辅助日常监管及应急救援决策。
05

总结

 
提高安全意识、加强安全保障应为每一个企业管理工作的重中之重。通过对企业传统安全管理方式的数字化、智能化升级,让安全生产工作从静态分析转向动态感知、从事后应急转向事前预防、从单点防控转向全局联防,是工业企业提升本质安全水平的必经之路。
 
利用物联网、工业大数据、AI、5G、数字孪生等智能技术手段的结合,强化安全职责和设备维护,对危险源的识别、传感、物联与监控,避免由于设备维护不及时使生产过程中出现“跑冒滴漏”现象和非计划性停机,或者设备及产线负荷过高或过低酿成安全事故,可以实现工业安全生产实时监控管理,不仅解决了工业整体技术水平低、管理落后的局面,更重要的是可以实时监测工业企业的安全状况,随时调度指挥,避免和减少安全事故的发生。

 - 参考文献 - 

[1] 156家!国产智能巡检机器人厂商巡礼
https://articles.e-works.net.cn/robot/article150592.htm
[2] 朗坤智慧安全管控系统,筑牢电厂安全“钢铁防线”!
https://mp.weixin.qq.com/s/pYNfQyxUZbD13YWI0y3DPQ
[3] 基于5G+工业互联网赋能化工企业安全生产
https://articles.e-works.net.cn/iot/article151146.htm
[4] 华友钴业:打造安全的智慧工厂
https://articles.e-works.net.cn/erpoverview/article147974.htm
[5] 确成股份:安全生产信息化管理平台助推企业精益生产
https://articles.e-works.net.cn/iot/article149765.htm

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