張慶豐 史 海 馬建蔚 陸 凱

寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048

0 引言

目前，我國登記在用的叉車已超過 110 萬臺，叉車事故居高不下，呈上升趨勢，已引起國家市場監(jiān)督管理總局的重視[1]。以某市為例，隨著該市叉車專項整治工作的不斷推進，叉車的使用登記率不斷提高。2017 年全市在用登記叉車1 300 余臺，2018 年全市在用登記叉車1 700 余臺，增長率30.7%。2020 年末全市叉車登記總量相對于2019 年新增了800 余臺，達到了3 500 余臺。2021 年末新增叉車1 500 余臺，登記叉車總量達到5 000 余臺。如此高的上牌率表明全市叉車得到了有效監(jiān)管，切實保障人民生命財產(chǎn)安全，但由于叉車司機違法操作、使用單位未有效落實使用安全管理制度等原因，叉車事故也時有發(fā)生。同時，叉車登記總量的快速提升，也對市場監(jiān)督管理部門的叉車監(jiān)管能力提出了考驗。為提升全市叉車的作業(yè)安全性和市場監(jiān)督管理部門的監(jiān)管能力，叉車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)運而生。

叉車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是集傳感器、嵌入式技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、遠程通訊等技術(shù)相融合的系統(tǒng)平臺，將叉車的行車參數(shù)和狀態(tài)通過傳感器傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，經(jīng)控制器的計算處理，監(jiān)控系統(tǒng)顯示、存儲監(jiān)控參數(shù)或輸出控制信號。通過遠程無線傳輸模塊，可將監(jiān)控參數(shù)遠程傳輸給監(jiān)控中心，以便于叉車監(jiān)督管理部門的遠程監(jiān)控。叉車安全監(jiān)控的應(yīng)用不僅提高了叉車運行的本質(zhì)安全性，也為叉車監(jiān)管部門提供了全新的數(shù)字化科技管理手段。

鑒于安全監(jiān)控系統(tǒng)在提高叉車安全性和提升監(jiān)管能力上提供了重要技術(shù)保障，國家市場監(jiān)督管理總局和國家標準化管理委員會于2020 年6 月正式批準發(fā)布GB/T 38893—2020《工業(yè)車輛安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》，并于2021 年1 月1 日起實施?！秷觯◤S）內(nèi)專用機動車輛安全技術(shù)規(guī)程》第2 次征求意見稿相關(guān)條款中明確指出叉車應(yīng)設(shè)置司機權(quán)限信息采集器、乘駕式電動叉車應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)彎監(jiān)控裝置和司機坐/站姿狀態(tài)感知系統(tǒng)等監(jiān)控功能[2]。

為了提高叉車安全性，加強叉車安全監(jiān)管，該市市場監(jiān)督管理局推行了叉車智慧化安全監(jiān)管試點工作，運用信息化、智能化等監(jiān)管技術(shù)，提出了叉車的“智慧監(jiān)管+保險+服務(wù)”模式，應(yīng)用叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)建立了一種智慧化監(jiān)管信息平臺。該叉車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的推廣對規(guī)范叉車作業(yè)行為，提高作業(yè)安全性，加強叉車安全監(jiān)管有積極意義，但在監(jiān)控系統(tǒng)硬件安裝的合理性、設(shè)備集成化、監(jiān)控采集信號單元的完整性等方面和監(jiān)控系統(tǒng)推廣普及程度和推廣方式上有待進一步完善。

1 叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)由硬件和軟件組成[3]，其功能單元包括信息采集單元、信息處理單元、信息存儲單元、信息顯示單元、信息輸出接口單元、控制輸出單元等，如圖1 所示。

圖1 叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)的組成

叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理為信息采集單元通過傳感器采集叉車的行車參數(shù)和行車狀態(tài)，（行車參數(shù)包括起重量、起升高度、運行速度、門架傾斜角度、人體感應(yīng)距離、車輪轉(zhuǎn)向角度等；行車狀態(tài)包括作業(yè)區(qū)域、停車制動、操作者站/坐姿、倒車、操作者權(quán)限信息、視頻裝置等）。傳感器將電信號傳遞給安全監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式控制器，經(jīng)控制器的軟件算法控制處理，存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)，并以圖像、文字、聲音等方式輸出監(jiān)控的參數(shù)和狀態(tài)，或是輸出控制信號，控制叉車的運行（如自動行駛限速、自動停車鎖止等）。為支持遠程監(jiān)控中心的監(jiān)控管理需求，安全監(jiān)控系統(tǒng)配置對外開放的通訊協(xié)議接口，如網(wǎng)絡(luò)接口、4G 接口和GPS 接口，通過這些標準協(xié)議接口可將叉車的實時行車數(shù)據(jù)通過遠程無線傳輸模塊傳遞給叉車監(jiān)管單位，實現(xiàn)遠程管理。

安全監(jiān)控系統(tǒng)與叉車直接關(guān)聯(lián)的部分是該系統(tǒng)的輸入部分和輸出部分，其中輸入部分主要通過監(jiān)控數(shù)據(jù)采集傳感器與叉車的機構(gòu)互連，而輸出部分則分2 種情形：若輸出信號是以顯示、存儲的方式，則該輸出信號對操作人員或監(jiān)管人員產(chǎn)生提示作用；若輸出信號是控制信號，則該信號通過電信號與叉車的電氣控制回路互聯(lián)，該輸出信號對叉車本體直接發(fā)出控制指令（如自動限速、自動鎖車等）。根據(jù)輸出信號是否對叉車本體運行產(chǎn)生影響可將監(jiān)控系統(tǒng)輸出信號分為無反作用輸出信號和有反作用輸出信號，無反作用輸出信號對叉車狀態(tài)不構(gòu)成影響，反作用輸出信號對叉車狀態(tài)構(gòu)成影響。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容分析

該系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容的等級分為高低2 個等級，高等級為應(yīng)監(jiān)控，低等級為宜監(jiān)控。對于各種不同類型的叉車所需配備的監(jiān)控系統(tǒng)信息采集單元是不同的，為方便分析討論，結(jié)合目前在用叉車中平衡重式叉車所占比例為最大的事實，選取平衡重式叉車為探討對象。系統(tǒng)信息采集單元數(shù)據(jù)見表1，表中只列出了通常情況下的監(jiān)控內(nèi)容的等級。

表1 系統(tǒng)信息采集單元

1）電動平衡重式叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)控的參數(shù)有2 個，即運行速度（步駕式宜控）和車輪轉(zhuǎn)向角度。這2 個數(shù)據(jù)的監(jiān)控主要為符合起升過程中對運行速度的控制和轉(zhuǎn)彎限速控制，即電動叉車起升至設(shè)定高度時，叉車的最大行駛速度將被限制；電動叉車在轉(zhuǎn)彎時，車輛被自動限速。由此可見，監(jiān)控這2 個參數(shù)，經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制器處理，輸出的控制信號為有反作用輸出信號，這2 個監(jiān)控參數(shù)將對叉車本體運行狀態(tài)構(gòu)成影響。

2）電動平衡重式叉車應(yīng)監(jiān)控的狀態(tài)有5 個，分別為作業(yè)區(qū)域警示（步駕式宜控）、停車制動狀態(tài)、操作者站/坐姿狀態(tài)（步駕式宜控）、倒車狀態(tài)和操作權(quán)限信息。其中，作業(yè)區(qū)域警示、停車制動狀態(tài)、倒車狀態(tài)對應(yīng)的輸出信號為無反作用輸出信號，只需監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出提示信號；而操作者站/坐姿狀態(tài)（步駕式宜控）和操作權(quán)限信息這2 個監(jiān)控狀態(tài)所對應(yīng)的輸出信號為有反作用輸出信號，分別為當操作者離開設(shè)定區(qū)域，叉車自動鎖止運行和作業(yè)動作；拆除采集器或采集信息與設(shè)定信息不一致時，限制車輛啟動。

3）內(nèi)燃平衡重式叉車監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)控的參數(shù)有1個，針對電控發(fā)動機的叉車運行速度有監(jiān)控要求。

4）內(nèi)燃平衡重式叉車應(yīng)監(jiān)控的狀態(tài)數(shù)量與電動平衡重式叉車一樣均為5 個，不同之處在于操作者站/坐姿狀態(tài)這監(jiān)控狀態(tài)只針對電液換向型內(nèi)燃車輛。

5）視頻裝置的監(jiān)控要求取決于叉車的噸位和起升高度。

3 加裝安全監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要點分析

加裝叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)對叉車的影響主要在于監(jiān)控數(shù)據(jù)傳感器在叉車機構(gòu)上的安裝和有反作用控制輸出信號與叉車控制回路的互聯(lián)。電動平衡重式叉車具備整機控制電路系統(tǒng)，電動平衡重式叉車多為直流電動機驅(qū)動，其控制原理為：以嵌入式控制器為控制核心，通過采集操作信號；嵌入式控制器輸出PWM，經(jīng)電動機驅(qū)動電路控制行走電動機以及油泵電動機的啟停、變向和加減速，從而實現(xiàn)叉車的啟停、進退、變速和工作裝置的工作等。內(nèi)燃平衡重式叉車無整機控制電路系統(tǒng)，其電氣系統(tǒng)僅為儀表、燈光和發(fā)動機的啟動電路。嵌入式控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點是可擴展性，電動平衡重式叉車與內(nèi)燃式對比，加裝反作用控制輸出信號更容易，可將擴展的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳感器接口與嵌入式電動機控制板互連，并增加相應(yīng)的輸出接口串入到電動機控制回路，更新軟件即可實現(xiàn)加裝的監(jiān)控內(nèi)容對叉車的控制。

然而，對內(nèi)燃平衡重式叉車加裝監(jiān)控系統(tǒng)的反作用輸出信號不僅要重新設(shè)計電控系統(tǒng)，還要加裝機械結(jié)構(gòu)作為控制執(zhí)行機構(gòu)反作用于叉車機構(gòu)。如對內(nèi)燃柴油機叉車的速度進行控制以限制運行速度，就需要限制柴油機的轉(zhuǎn)速，而柴油機轉(zhuǎn)速的控制取決于柴油機的供油量。柴油機通過控制高壓油泵調(diào)速器上調(diào)速彈簧的預(yù)緊力來改變供油量。噴油量加大，轉(zhuǎn)速就會上升，減少噴油量即降低轉(zhuǎn)速。由此可見，對此類叉車進行運行速度控制需要設(shè)計附加的機械結(jié)構(gòu)或改變調(diào)速裝置來控制噴油量的大小，故改裝難度、工作量均較大。另外，改變發(fā)動機的調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)或添加附屬機構(gòu)將改變發(fā)動機的組成機構(gòu)，這種改變是否能夠界定施工定性、保證安全性尚待商榷。

對內(nèi)燃平衡重式叉車的發(fā)動機進行速度控制的加裝工作技術(shù)難度較復(fù)雜，工作量也較大[4]。因此，對其運行速度和車輪轉(zhuǎn)向角度等監(jiān)控參數(shù)不作應(yīng)監(jiān)控的要求，而對電動平衡重式叉車則有應(yīng)監(jiān)控的要求。

4 加裝安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實例

為進一步加強叉車安全監(jiān)管工作，預(yù)防和減少叉車安全事故發(fā)生，某市2021 年推行了叉車智慧化安全監(jiān)管試點工作，探索叉車“智慧監(jiān)管+保險+服務(wù)”模式，應(yīng)用物聯(lián)智控技術(shù)，建立智慧化監(jiān)管信息平臺。該系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算為依托，通過攝像頭采集作業(yè)人員和叉車的影像，識別不安全操作行為，向叉車作業(yè)人員實時發(fā)出語音預(yù)警提示。叉車使用管理單位和監(jiān)管部門可通過平臺（電腦Web端和手機移動端）遠程查看叉車運行情況。

各叉車使用單位參加智慧化安全監(jiān)管試點后，配合做好智慧化監(jiān)控集成裝置安裝、調(diào)試以及設(shè)備、人員的數(shù)據(jù)信息采集等工作，該智慧化監(jiān)控集成裝置即為叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)，首年應(yīng)支付硬件安裝費、保險費，以后每年支付設(shè)備維護費、保險費。截止2021 年底，在全市范圍內(nèi)共計完成叉車監(jiān)控系統(tǒng)260 余臺。

如圖2 所示，該內(nèi)燃平衡重式叉車的監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像頭和監(jiān)控設(shè)備主體等構(gòu)成，攝像頭置于叉車司機室前方，監(jiān)控設(shè)備主體位于叉車司機室后方，監(jiān)控設(shè)備主體配以體積較大的電控柜，該安裝設(shè)備存在以下問題：

圖2 加裝的安全監(jiān)控裝置

1）攝像頭安裝固定不牢靠，隨著叉車的運行，攝像頭安裝支架不斷抖動，易使攝像頭連接松動；

2）監(jiān)控設(shè)備主體電控柜體積龐大，安裝位置不合理，導(dǎo)致發(fā)動機罩打開時電控柜與發(fā)動機罩干涉，致使發(fā)動機罩殼無法完全打開鎖定；

3）設(shè)備運行功能不可靠，無法可靠實現(xiàn)預(yù)定的功能。

查看監(jiān)控設(shè)備主體，該叉車監(jiān)控系統(tǒng)實質(zhì)為一臺部標機，如圖3 所示。部標機原本用來對兩客一危車輛的行駛速度、時間、里程以及有關(guān)車輛行駛的狀態(tài)信息進行記錄、存儲并可通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。其主要產(chǎn)品功能特點為：支持數(shù)字視頻輸入，最高支持1080P；支持1 個HDD 硬盤和2 個SD 卡存儲；支持4G、WIFI、GPS 和北斗雙模定位；支持行車狀態(tài)記錄功能，包括車速、轉(zhuǎn)向、剎車、倒車、車門開啟統(tǒng)計、司機身份識別等；4 路可控報警輸出；具備2 個USB2.0接口，4 個RS232、1 個RS485 接口；4G 手機監(jiān)控，軌跡回放，超出預(yù)定行駛路線自動報警。

圖3 部標機

根據(jù)部標機的功能，結(jié)合標準GB/T 38893—2020《工業(yè)車輛安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》對內(nèi)燃平衡重式叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)的要求，超出預(yù)定行駛區(qū)域部標機具備自動報警功能，與叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)的作業(yè)區(qū)域警示要求一致；部標機的司機身份識別與監(jiān)控系統(tǒng)中的操作權(quán)限信息要求一致；部標機能與4G 手機互聯(lián)，實時顯示運行狀態(tài)與視頻監(jiān)視區(qū)的功能要求一致，但是否能實時顯示盲區(qū)有待考證。部標機自帶功能與叉車監(jiān)控系統(tǒng)要求不一致的有停車制動狀態(tài)、倒車狀態(tài)，部標機只能對剎車、倒車進行記錄等，不能進行實時顯示或提示。

從監(jiān)控狀態(tài)的符合性論證看，部標機的功能非常接近監(jiān)控系統(tǒng)對內(nèi)燃平衡重式叉車的要求，但對于電動平衡重式叉車而言，部標機無法滿足監(jiān)控系統(tǒng)中對運行速度和車輪轉(zhuǎn)向角度的要求。

從監(jiān)控系統(tǒng)的要求看，部標機自帶的通訊接口、存儲功能、管理權(quán)限與監(jiān)控系統(tǒng)中的通訊協(xié)議、記錄和控制功能、信號接口、顯示等要求接近。顯而易見，部標機對監(jiān)控采集單元的采集點數(shù)量是不足的。

《場（廠）內(nèi)專用機動車輛安全技術(shù)規(guī)程》第2 次征求意見稿只要求內(nèi)燃平衡重式叉車設(shè)置司機權(quán)限信息采集器，這樣部標機作為內(nèi)燃平衡重式叉車的安全監(jiān)控系統(tǒng)依然符合，但對電動平衡重式叉車的監(jiān)控系統(tǒng)需要有轉(zhuǎn)向限速功能，顯然部標機不具備此功能。

綜上所述，該安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝并未考慮叉車自身的結(jié)構(gòu)與工作情況，只將部標機簡單地移植到叉車上，將其當作叉車的安全監(jiān)控系統(tǒng)。這種做法不符合GB/T 38893—2020《工業(yè)車輛安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》和《場（廠）內(nèi)專用機動車輛安全技術(shù)規(guī)程》第2 次征求意見稿的要求，與國家標準、技術(shù)規(guī)范的要求尚有需要完善的地方。

根據(jù)國務(wù)院關(guān)于進一步貫徹實施《中華人民共和國行政處罰法》的通知對規(guī)范電子技術(shù)監(jiān)控設(shè)備的規(guī)定：“行政機關(guān)設(shè)置電子技術(shù)監(jiān)控設(shè)備要確保符合標準、設(shè)置合理、標志明顯，嚴禁違法要求當事人承擔或者分攤設(shè)置電子監(jiān)控設(shè)備的費用”。因此，叉車監(jiān)管單位對此類叉車監(jiān)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)首先確保監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求滿足國家相應(yīng)的標準及技術(shù)規(guī)范，循序漸進，合適考慮政府補貼的方式，適量減輕企業(yè)負擔，并加強宣傳和推廣，逐步穩(wěn)步叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝。

5 結(jié)論

1）叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝對提高叉車本質(zhì)安全和加強監(jiān)管部門的叉車監(jiān)管能力有著重要的作用，故推廣叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)很有必要[5]；

2）在用叉車加裝監(jiān)控系統(tǒng)，涉及到監(jiān)控系統(tǒng)中的控制輸出信號接入到叉車運行速度或啟動電路回路中，將會影響叉車的運行狀況和安全性，故建議對監(jiān)控系統(tǒng)加裝單位的資質(zhì)要求進行適當控制；

3）加裝的叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)不能盲目地直接套用應(yīng)用于其他領(lǐng)域的專用產(chǎn)品，應(yīng)開發(fā)適合于叉車自身結(jié)構(gòu)和工作狀況，且符合叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)標準要求的監(jiān)控系統(tǒng)。建議叉車制造單位與監(jiān)控生產(chǎn)單位發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢，形成技術(shù)互補，共同開發(fā)一套安全可靠的符合標準要求的集成化的安全監(jiān)控系統(tǒng)；

4）為滿足后續(xù)出臺的《場（廠）內(nèi)專用機動車輛安全技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)條款的要求，叉車制造單位需在叉車中配備相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，叉車型式試驗機構(gòu)是否重新對叉車整機進行型式試驗，或是對監(jiān)控系統(tǒng)進行型式試驗，應(yīng)提前把關(guān)；

5）在推行安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用時，監(jiān)管部門應(yīng)首先確保該系統(tǒng)符合國家技術(shù)規(guī)范的要求，以免因系統(tǒng)不符合規(guī)范要求而增加企業(yè)負擔。政府機構(gòu)可多部門協(xié)作，共同調(diào)動企業(yè)安裝監(jiān)控系統(tǒng)的積極性。