張育林祁金偉李小虎柳松瑋

1.西安交通大學工程坊 2.西安交通大學電子與信息學院 3.西安交通大學機械工程學院

BZA危險評估方法在彈藥裝填機器人及成套自動化生產(chǎn)線中的應用*

張育林1祁金偉2李小虎3柳松瑋3

1.西安交通大學工程坊 2.西安交通大學電子與信息學院 3.西安交通大學機械工程學院

本文運用優(yōu)化的BZA法對于彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線中的危險性權重大的環(huán)節(jié)提出改進意見，使整個流水生產(chǎn)線在安全的狀態(tài)下從事生產(chǎn)。

BZA法；優(yōu)化安全性；工藝過程；危險系數(shù)；改進措施

在火炸藥系統(tǒng)的安全評估方案中，由兵器工業(yè)總公司生產(chǎn)安全局提出的火炸藥和彈藥企業(yè)重大事故隱患的定量評估方案（BZA法）得到國內火炸藥及相關企業(yè)的大量使用［1-2］。本文針對于彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線中的一些重要安全影響因素進行分析和改進。

1　火炸藥BZA評估方案

火炸藥BZA評價方案目前已形成BZA-1［3-4］和BZA-2兩個版本，BZA-2是在BZA-1的基礎上考慮實際情況優(yōu)化得到，是目前被廣泛采用的方案，但兩者的本質及分析方法一致。

根據(jù)BZA的分析思路及分析過程，評估中采用的數(shù)學模型如下所示：

式中：

V—系統(tǒng)內所處理的火炸藥的固態(tài)危險度；

B—系統(tǒng)內所處理的火炸藥的可控危險度；

K—系統(tǒng)內可控危險度的未受控系數(shù)。

2　BZA評估方案的指導意義

安全評估模型考慮全部影響因素，將所有相關因素表達到模型式子中則為：

式中：

WB—WB=α×β×γ，γ是工藝過程危險系數(shù)；

D—生產(chǎn)場所人員密集度或出現(xiàn)的頻次；

P—事故概率指標值。

2.1評估模型重要參數(shù)

通過分析BZA評估模型，可以發(fā)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的危險系數(shù)大小主要取決于三個關鍵參數(shù)α、β、γ，上述參數(shù)分別代表的是火炸藥自身的危險特性、火炸藥當量的危險特性、火炸藥生產(chǎn)制造過程中的危險特性。

（1）物性危險系數(shù)α。物性危險系數(shù)也稱綜合感度值，以感受度作為火炸藥發(fā)生燃燒爆炸事故可能性的量度，表示火炸藥及其制品在收到外界刺激時發(fā)生燃燒和爆炸的難易程度。

（2）物量危險系數(shù)β。物量危險系數(shù)不僅反映危險物質數(shù)量，而且也反映了一旦發(fā)生燃燒事故后可能造成的破壞威力特性，因此，可以作為危險嚴重程度的度量，根據(jù)物理學規(guī)律，火炸藥引起的破壞接近于與藥量的立方根成正比。

（3）工藝危險系數(shù)γ。工藝是影響安全生產(chǎn)［5］的重要因素之一，工藝過程的設計是否合理對于生產(chǎn)安全至關重要，客觀、準確的反映生產(chǎn)過程中的工藝危險性也尤為重要。

2.2參數(shù)分析

由上述物性危險系數(shù)α的分析可知，該參數(shù)僅與火炸藥自身性質有關，屬于火炸藥本征性質描述量，當火炸藥系統(tǒng)確定后，物性危險系數(shù)也隨之確定，不隨環(huán)境改變而變化。由上述物量危險系數(shù)β的分析可知，該參數(shù)僅與危險系統(tǒng)內的火炸藥的當量相關。在實際火炸藥生產(chǎn)及其制品的使用中，當相關企業(yè)單位明確生產(chǎn)目標之后，單位產(chǎn)品的火炸藥用量及產(chǎn)品數(shù)量將成為固定值。因此系統(tǒng)中所采用的火炸藥總量將不隨周圍生產(chǎn)環(huán)境的改變或調整而變化。

對于第三個重要模型參數(shù)工藝過程危險系數(shù)γ，由上述工藝過程危險系數(shù)的分析可知，該參數(shù)最終的取值大小由整個火炸藥及其制品生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)的各個過程因素決定，單個工藝環(huán)節(jié)對整個系統(tǒng)的危險性影響都體現(xiàn)于此，屬于可設計、人為控制的變量因素。因此，在設計相關火炸藥生產(chǎn)線時必須根據(jù)具體的生產(chǎn)對象做出合理的調整，對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)做出科學、安全的設計，以保證整個系統(tǒng)危險系數(shù)最小，實現(xiàn)生產(chǎn)流水線最優(yōu)化、最安全的工作。

3　BZA評估方案應用

針對具體的安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)線設計者需要對BZA安全評價方案做出具有針對性的優(yōu)化，以彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線為例，在整個生產(chǎn)過程中工藝過程危險系數(shù)γ考慮的影響因素如下。

3.1工藝過程危險系數(shù)優(yōu)化

由于在彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線的整個工藝過程中，不存在吸熱、放熱反應，低溫、高溫環(huán)節(jié)，負壓、高壓操作，腐蝕、泄漏環(huán)節(jié)，設備安全，密閉單元等10項通用安全評價考慮因素，與本生產(chǎn)線相關的安全考慮因素有物料處理安全，物料存儲安全，操作方式安全，粉塵爆炸危險、燃燒范圍內及附近操作，工藝布置，明火，摩擦、沖擊，高溫體，電器火花，靜電等因素。

在對彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線進行BZA安全評估時，評價模型中的工藝過程危險系數(shù)γ可采用上述優(yōu)化過的考慮因素，同時上表中列出的評價因素根據(jù)實際生產(chǎn)線的危險系數(shù)權重指導生產(chǎn)線做出改進，為生產(chǎn)線的改進提供科學、客觀的依據(jù)。

3.2生產(chǎn)線改進意見

在彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線中的各種危險指標，生產(chǎn)線的主要危險來自：粉塵、明火、高溫體、靜電。對于生產(chǎn)線的改進可從上述方面入手。

（1）降低粉塵危險性。在彈藥的裝配過程中不可避免的要激起粉塵，造成粉塵在車間的擴散，進入為密封的電氣設備箱、AGV和物料搬運機械手空腔，既給操作的工人帶來身體上的危害又有可能導致爆炸事故，如何從裝配工藝上和去塵手段上消除粉塵的影響［6-7］。減少粉塵可以從以下兩方面入手。第一，避免滿足爆炸條件。操作間應有良好的通風設備，以降低空氣中粉塵含量。供給設備以粉料時，必須使正常操作條件下設備和氣動輸送裝置中的空氣量不超過30%，并且最高極限含氧量為6%～8%。在粉塵濃度爆炸極限內操作的設備，可用縮小容器體積的方法提高粉塵濃度，使之超過爆炸上限，以防止粉塵爆炸，也可減弱爆炸威力。第二，減少粉塵沉積。各工段設備應隔離設備在單獨房間內。車間的地面、墻面、頂棚要求平滑無凹凸之處，不設凸出部件，非設置不可時，應保持其上平面與水平線成60℃以上的傾角，便于沉積的粉塵自動滑落。粉末的輸送管道設置要考慮粉末沉積問題。應定期及時清理沉積于廠房內各角落、設備、管道上的粉塵，使設備外面的粉塵和系統(tǒng)內各部件之間的粉塵減至最少。

（2）降低明火危險性。明火的產(chǎn)生原因主要為彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線中工藝過程和電氣的設計不合理導致。工藝過程的設計需要根據(jù)實際中生產(chǎn)目標的具體要求設計，當某條生產(chǎn)線的設計任務即目標確定以后，生產(chǎn)過程所采用的工藝已基本確定，在實際生產(chǎn)線建設時需考慮各個環(huán)節(jié)之間的獨立性，保證由明火危險的不同環(huán)節(jié)相互之間獨立，避免多個有明火危險的環(huán)節(jié)之間相互干擾，形成連鎖反應的效應。電氣環(huán)節(jié)的危險主要原因是電氣危險場所劃分錯誤而導致防爆設備選用不正確，隔離和密封不當，其中最危險的情況是電器事故火花與過熱，必須在設計之初重點考慮上述因素［8］。

對于電氣設備的安全隱患可根據(jù)要求，可按照如下幾種方式進行改進。隔離：將電氣設備正常運行時產(chǎn)生的火花、電弧、危險溫度的元件與火炸藥及其粉塵隔離。加強導體絕緣：防止絕緣擊穿產(chǎn)生的火花、電弧和危險溫度。電氣設備接地：萬一絕緣擊穿，使電氣設備殼體處于地電位，防止殼體對其它物體放電產(chǎn)生的火花。電絕緣水平實施連續(xù)監(jiān)測，如設置檢漏繼電器，防止漏點放電火花。保證電氣設備外形輪廓簡單、平滑、便于清掃，避免粉塵積聚。

（3）降低高溫體危險性。在彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線中從在高溫體，由高溫體引發(fā)的危險必須考慮在內［9］，設計和預防由高溫體引發(fā)的危險的措施主要有以下幾點：對于裝配過程中的局部高溫區(qū)進行隔離。在隔離區(qū)間內配置密封裝置和除塵裝置，提高該區(qū)域空氣清潔度。采取降溫措施，調節(jié)室內溫度，針對重點區(qū)域加以調節(jié)。

（4）降低靜電危險性。靜電［10-11］在安全生產(chǎn)中往往會產(chǎn)生明火進而導致爆炸，靜電的防治與消除在安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)尤為重要，在彈藥裝填的機器人及成套自動化生產(chǎn)線流水線生產(chǎn)中靜電的消除可以通過對生產(chǎn)工藝和設備進行控制、靜電接地、增加濕度、采用抗靜電劑、正負電荷消除幾個方面進行。

生產(chǎn)工藝和設備的控制：設備、工裝要選用適當?shù)牟牧瞎に囘^程中設備、工裝、用具材料的選擇，應適應降低或減少靜電為要求，工裝、設備一般應選用導靜電材料；盡量減少摩擦，降低流速。設備和工房的結構設計要考慮便于消除靜電，這類場所，一般都要采用防靜電地面，工房內外的保護接地、防雷電接地、屏蔽接地、靜電接地等設施都要統(tǒng)盤考慮。

靜電接地：直接接地，即用金屬導線把帶電體直接和接地干線連接起來。電氣設備的外殼應保護接地，其電阻不得大于4Ω。在具有火災、爆炸危險的一、二類場所，所有的設備還必須有防雷接地，按規(guī)范要求其電阻不得大于10Ω；間接接地，使金屬以外的物體進行靜電接地，將其表面的全部或局部與接地體緊密相接，采用防靜電地面，穿防靜電工作服和防靜電工作鞋；活功器具及旋傳部件接地，非固定設備應根據(jù)具體情況采取相應的接地方式，特別注意的是應在不帶電時接地，對移動式設備和裝置，需經(jīng)常地進行接地和斷開。對于AGV運輸小車其車輪應使用導靜電輪胎或導電膠條拖在地上，對于旋轉部件則需用導電性潤滑油、彈壓碳刷金屬觸頭等來解決接地問題。

增加濕度：目前工業(yè)生產(chǎn)中比較普遍采用此法。

另外，提高裝藥、擰緊、涂膠、噴碼、檢測、稱重、包裝和物流等自動化裝備的定位精度、力矩控制精度，設計自鎖功能、前后緩沖防撞裝置，以及合理布置與安裝設備，都會提高系統(tǒng)的安全性。

4　結論

針對實際中的具體流水線生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化BZA安全評估方案，使評價模型中的工藝過程危險系數(shù)的考慮因素更具針對性，此后更具優(yōu)化后的工藝過程考慮因素指導生產(chǎn)流水線設計與改進。

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國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）課題（2014AA041603-04）