張育林祁金偉李小虎柳松瑋

1.西安交通大學(xué)工程坊 2.西安交通大學(xué)電子與信息學(xué)院 3.西安交通大學(xué)機械工程學(xué)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(yīng)用*

張育林1祁金偉2李小虎3柳松瑋3

1.西安交通大學(xué)工程坊 2.西安交通大學(xué)電子與信息學(xué)院 3.西安交通大學(xué)機械工程學(xué)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(quán)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(nèi)火炸藥及相關(guān)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(chǔ)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(zhì)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(xué)模型如下所示：

式中：

V—系統(tǒng)內(nèi)所處理的火炸藥的固態(tài)危險度；

B—系統(tǒng)內(nèi)所處理的火炸藥的可控危險度；

K—系統(tǒng)內(nèi)可控危險度的未受控系數(shù)。

2　BZA評估方案的指導(dǎo)意義

安全評估模型考慮全部影響因素，將所有相關(guān)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(biāo)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(guān)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(dāng)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(zhì)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(yán)重程度的度量，根據(jù)物理學(xué)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(shè)計是否合理對于生產(chǎn)安全至關(guān)重要，客觀、準(zhǔn)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(zhì)有關(guān)，屬于火炸藥本征性質(zhì)描述量，當(dāng)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(nèi)的火炸藥的當(dāng)量相關(guān)。在實際火炸藥生產(chǎn)及其制品的使用中，當(dāng)相關(guān)企業(yè)單位明確生產(chǎn)目標(biāo)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(diào)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(shè)計、人為控制的變量因素。因此，在設(shè)計相關(guān)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(diào)整，對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)做出科學(xué)、安全的設(shè)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(yīng)用

針對具體的安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)線設(shè)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(yīng)，低溫、高溫環(huán)節(jié)，負(fù)壓、高壓操作，腐蝕、泄漏環(huán)節(jié)，設(shè)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(guān)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(nèi)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(quán)重指導(dǎo)生產(chǎn)線做出改進，為生產(chǎn)線的改進提供科學(xué)、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(biāo)，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(shè)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(dǎo)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(yīng)有良好的通風(fēng)設(shè)備，以降低空氣中粉塵含量。供給設(shè)備以粉料時，必須使正常操作條件下設(shè)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(nèi)操作的設(shè)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(shè)備應(yīng)隔離設(shè)備在單獨房間內(nèi)。車間的地面、墻面、頂棚要求平滑無凹凸之處，不設(shè)凸出部件，非設(shè)置不可時，應(yīng)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(shè)置要考慮粉末沉積問題。應(yīng)定期及時清理沉積于廠房內(nèi)各角落、設(shè)備、管道上的粉塵，使設(shè)備外面的粉塵和系統(tǒng)內(nèi)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(shè)計不合理導(dǎo)致。工藝過程的設(shè)計需要根據(jù)實際中生產(chǎn)目標(biāo)的具體要求設(shè)計，當(dāng)某條生產(chǎn)線的設(shè)計任務(wù)即目標(biāo)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(shè)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(yīng)的效應(yīng)。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(dǎo)致防爆設(shè)備選用不正確，隔離和密封不當(dāng)，其中最危險的情況是電器事故火花與過熱，必須在設(shè)計之初重點考慮上述因素［8］。

對于電氣設(shè)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(shè)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(dǎo)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(shè)備接地：萬一絕緣擊穿，使電氣設(shè)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(shè)置檢漏繼電器，防止漏點放電火花。保證電氣設(shè)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(nèi)［9］，設(shè)計和預(yù)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(nèi)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(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，針對重點區(qū)域加以調(diào)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(dǎo)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(shè)備進行控制、靜電接地、增加濕度、采用抗靜電劑、正負(fù)電荷消除幾個方面進行。

生產(chǎn)工藝和設(shè)備的控制：設(shè)備、工裝要選用適當(dāng)?shù)牟牧瞎に囘^程中設(shè)備、工裝、用具材料的選擇，應(yīng)適應(yīng)降低或減少靜電為要求，工裝、設(shè)備一般應(yīng)選用導(dǎo)靜電材料；盡量減少摩擦，降低流速。設(shè)備和工房的結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)外的保護接地、防雷電接地、屏蔽接地、靜電接地等設(shè)施都要統(tǒng)盤考慮。

靜電接地：直接接地，即用金屬導(dǎo)線把帶電體直接和接地干線連接起來。電氣設(shè)備的外殼應(yīng)保護接地，其電阻不得大于4Ω。在具有火災(zāi)、爆炸危險的一、二類場所，所有的設(shè)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(shè)備應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的接地方式，特別注意的是應(yīng)在不帶電時接地，對移動式設(shè)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(yīng)使用導(dǎo)靜電輪胎或?qū)щ娔z條拖在地上，對于旋轉(zhuǎn)部件則需用導(dǎo)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(shè)計自鎖功能、前后緩沖防撞裝置，以及合理布置與安裝設(shè)備，都會提高系統(tǒng)的安全性。

4　結(jié)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(dǎo)生產(chǎn)流水線設(shè)計與改進。

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