張慶豐 史 海 馬建蔚 陸 凱

寧波市特種設備檢驗研究院 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、物聯(lián)網、遠程通訊等技術相融合的系統(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)控的應用不僅提高了叉車運行的本質安全性，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）內專用機動車輛安全技術規(guī)程》第2 次征求意見稿相關條款中明確指出叉車應設置司機權限信息采集器、乘駕式電動叉車應設置轉彎監(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，提出了叉車的“智慧監(jiān)管+保險+服務”模式，應用叉車安全監(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、人體感應距離、車輪轉向角度等；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，如網絡接口、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)不構成影響，反作用輸出信號對叉車狀態(tài)構成影響。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控內容分析

該系統(tǒng)監(jiān)控內容的等級分為高低2 個等級，高等級為應監(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)應監(jiān)控的參數(shù)有2 個，即運行速度（步駕式宜控）和車輪轉向角度。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彎限速控制，即電動叉車起升至設定高度時，叉車的最大行駛速度將被限制；電動叉車在轉彎時，車輛被自動限速。由此可見，監(jiān)控這2 個參數(shù)，經監(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)構成影響。

2）電動平衡重式叉車應監(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）和操作權限信息這2 個監(jiān)控狀態(tài)所對應的輸出信號為有反作用輸出信號，分別為當操作者離開設定區(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定信息不一致時，限制車輛啟動。

3）內燃平衡重式叉車監(jiān)控系統(tǒng)應監(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）內燃平衡重式叉車應監(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，經電動機驅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)控內容對叉車的控制。

然而，對內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計電控系統(tǒng)，還要加裝機械結構作為控制執(zhí)行機構反作用于叉車機構。如對內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速，而柴油機轉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速器上調速彈簧的預緊力來改變供油量。噴油量加大，轉速就會上升，減少噴油量即降低轉速。由此可見，對此類叉車進行運行速度控制需要設計附加的機械結構或改變調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)動機的調速裝置結構或添加附屬機構將改變發(fā)動機的組成機構，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難度較復雜，工作量也較大[4]。因此，對其運行速度和車輪轉向角度等監(jiān)控參數(shù)不作應監(jiān)控的要求，而對電動平衡重式叉車則有應監(jiān)控的要求。

4 加裝安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用實例

為進一步加強叉車安全監(jiān)管工作，預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”模式，應用物聯(lián)智控技術，建立智慧化監(jiān)管信息平臺。該系統(tǒng)以物聯(lián)網、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、調試以及設備、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)，首年應支付硬件安裝費、保險費，以后每年支付設備維護費、保險費。截止2021 年底，在全市范圍內共計完成叉車監(jiān)控系統(tǒng)260 余臺。

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

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)控設備主體電控柜體積龐大，安裝位置不合理，導致發(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）設備運行功能不可靠，無法可靠實現(xiàn)預定的功能。

查看監(jiān)控設備主體，該叉車監(jiān)控系統(tǒng)實質為一臺部標機，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，超出預定行駛路線自動報警。

圖3 部標機

根據(jù)部標機的功能，結合標準GB/T 38893—2020《工業(yè)車輛安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》對內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）內專用機動車輛安全技術規(guī)程》第2 次征求意見稿只要求內燃平衡重式叉車設置司機權限信息采集器，這樣部標機作為內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構與工作情況，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）內專用機動車輛安全技術規(guī)程》第2 次征求意見稿的要求，與國家標準、技術規(guī)范的要求尚有需要完善的地方。

根據(jù)國務院關于進一步貫徹實施《中華人民共和國行政處罰法》的通知對規(guī)范電子技術監(jiān)控設備的規(guī)定：“行政機關設置電子技術監(jiān)控設備要確保符合標準、設置合理、標志明顯，嚴禁違法要求當事人承擔或者分攤設置電子監(jiān)控設備的費用”。因此，叉車監(jiān)管單位對此類叉車監(jiān)控系統(tǒng)的推廣應首先確保監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求滿足國家相應的標準及技術規(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 結論

1）叉車安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝對提高叉車本質安全和加強監(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用于其他領域的專用產品，應開發(fā)適合于叉車自身結構和工作狀況，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)控生產單位發(fā)揮各自技術優(yōu)勢，形成技術互補，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）內專用機動車輛安全技術規(guī)程》中關于監(jiān)控系統(tǒng)相關條款的要求，叉車制造單位需在叉車中配備相應的監(jiān)控系統(tǒng)，叉車型式試驗機構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，應提前把關；

5）在推行安全監(jiān)控系統(tǒng)應用時，監(jiān)管部門應首先確保該系統(tǒng)符合國家技術規(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。政府機構可多部門協(xié)作，共同調動企業(yè)安裝監(jiān)控系統(tǒng)的積極性。