基于物聯(lián)網(wǎng)的造船企業(yè)安全管理

劉金華， 陳青鋒， 陳維杰， 張 濤

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

0 引 言

造船行業(yè)是資金、技術(shù)、人員、工種密集型行業(yè)，涉及機(jī)械切割、裝配、氣割、焊接、電氣、起重、沖砂、油漆等十多個(gè)工種類型，高空、臨邊、密閉空間、立體交叉、水陸交通等多種空間作業(yè)類型，火災(zāi)、爆炸、觸電、高處墜落、物體打擊、機(jī)械傷害、起重傷害等安全事故頻發(fā)[1]，安全管理形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

梁文艷[2]指出：智能化是船舶行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，作為船舶行業(yè)的重要組成部分，安全管理也必然要走向智能化。物聯(lián)網(wǎng)融合了各種現(xiàn)代化感知技術(shù)、信息技術(shù)、智能控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)人、物、環(huán)境之間高效信息交互[3]，是現(xiàn)代社會(huì)智能化應(yīng)用的典型代表，為造船行業(yè)安全管理智能化升級(jí)指明了方向。

2016年3月，國務(wù)院發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確提出“廣泛開展物聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用和模式創(chuàng)新，豐富物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)”。探究物聯(lián)網(wǎng)在造船行業(yè)的應(yīng)用對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，助力“中國制造2025”具有積極作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高整個(gè)造船行業(yè)安全管理水平具有重大意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)介紹

物聯(lián)網(wǎng)，最早可追溯到1991年劍橋大學(xué)科學(xué)家研制的“咖啡壺觀測(cè)系統(tǒng)”。1995年，比爾·蓋茨在他的《未來之路》中提出了構(gòu)想。1998年，美國麻省理工學(xué)院的凱文·艾什頓首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，并將其定義為:把所有物品通過射頻識(shí)別(Radio Frequency IDentification, RFID)等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。2005年，國際電信聯(lián)盟(International Telecommunications Union， ITU)發(fā)布《ITU 互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出“物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)”這一概念，并將其擴(kuò)展為：未來廣泛應(yīng)用RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)與智能嵌入的物聯(lián)網(wǎng)將無處不在，能夠使萬物通過互聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4]。2010年3月，物聯(lián)網(wǎng)被正式寫進(jìn)政府工作報(bào)告，引起中國廣泛關(guān)注。

當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)一般指按照約定的協(xié)議，通過RFID裝置、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等傳感設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行信息通信和交換，以實(shí)現(xiàn)智能化實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[5]。物聯(lián)網(wǎng)主要架構(gòu)有感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)層，通過各種RFID、傳感器、生物識(shí)別、圖像識(shí)別、嵌入式智能模塊、可穿戴設(shè)備等裝置識(shí)別感知對(duì)象，收集靜態(tài)、動(dòng)態(tài)屬性信息后傳輸給網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)和中樞，它又可以細(xì)分為傳輸層和處理層。傳輸層利用ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi、WLAN、2/3/4/5G等無線網(wǎng)絡(luò)、光線通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)等有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至處理層。處理層運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)手段對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、挖掘，做出智能化決策，并將處理結(jié)果通過傳輸層傳輸給應(yīng)用層。

應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與其他領(lǐng)域的融合，通過將來自網(wǎng)絡(luò)層的決策信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，指導(dǎo)相關(guān)人、機(jī)、料、系統(tǒng)等做出高效、智能化動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)、機(jī)器交流，最終有機(jī)融合為智能安防系統(tǒng)、智慧醫(yī)療、智慧工廠、智慧城市等大型或超大型智能系統(tǒng)。

2 造船企業(yè)安全管理物聯(lián)網(wǎng)

造船企業(yè)安全管理的難點(diǎn)主要如下：(1)現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，危險(xiǎn)源繁多，作業(yè)人員難以全面掌握，難以做到事故預(yù)防。(2)作業(yè)人員、工種、分布廣泛，安全管理人員相對(duì)較少，難以全面、實(shí)時(shí)管控和預(yù)測(cè)預(yù)警。(3)造船行業(yè)安全管理信息量十分巨大，傳統(tǒng)人為的信息收集、傳遞和處理過程緩慢，甚至滯后。(4)一線員工多數(shù)文化水平不高，流動(dòng)性大，不利于安全管理策略連續(xù)開展，主要依賴監(jiān)管者的業(yè)務(wù)能力和水平，個(gè)人風(fēng)格強(qiáng)烈，安全管理穩(wěn)定性差。(5)缺乏對(duì)員工工作過程的全程監(jiān)管，違章、違反勞動(dòng)紀(jì)律現(xiàn)象普遍。(6)傳統(tǒng)說教式崗位、安全教育培訓(xùn)作用效果有限。(7)缺少對(duì)設(shè)備、設(shè)施關(guān)鍵部件的精細(xì)化管理，維護(hù)和檢修不及時(shí)。基于上述原因，傳統(tǒng)的造船行業(yè)安全管理模式越來越難以應(yīng)對(duì)當(dāng)下日益嚴(yán)峻的安全情勢(shì)，尋找更加全面、高效的安全管理手段迫在眉睫。

根據(jù)造船企業(yè)安全管理提升的迫切需要，可建設(shè)安全管理物聯(lián)網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱“船安網(wǎng)”)。文章將“船安網(wǎng)”定義為通過智能手環(huán)、智能安全帽、智能機(jī)器人等船用傳感設(shè)備對(duì)造船過程中影響安全的要素(人員、設(shè)備、設(shè)施、物料、環(huán)境)進(jìn)行全方位感知，通過企業(yè)無線、有線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、提取、分析以及決策，從而實(shí)現(xiàn)智能化安全管理的系統(tǒng)性監(jiān)控平臺(tái)。

“船安網(wǎng)”感知的是人員、機(jī)械、環(huán)境、設(shè)施的狀態(tài)，安全生產(chǎn)管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、工序、部位和指標(biāo)等，以及企業(yè)中的供配電、排水、通風(fēng)空調(diào)等保障系統(tǒng)及其他安全管理中需要注意的方面。傳輸層需要傳輸?shù)氖菍?shí)時(shí)數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。處理層需要通過數(shù)據(jù)清洗、建模分析、數(shù)據(jù)挖掘、信息處理、耦合分析、信息融合等手段處理海量數(shù)據(jù)。應(yīng)用層可實(shí)現(xiàn)安全評(píng)估、安全預(yù)警、自動(dòng)控制、專家系統(tǒng)、違章預(yù)判與糾正、最優(yōu)化決策等目標(biāo)。

“船安網(wǎng)”創(chuàng)新了造船企業(yè)安全管理模式，能夠克服傳統(tǒng)安全管理的局限性，實(shí)現(xiàn)精確性、全面性、實(shí)時(shí)性、本質(zhì)安全性、穩(wěn)定性與自主性安全管理。

2.1 精確性安全管理

應(yīng)用“船安網(wǎng)”的造船企業(yè)，可通過感知層精確地識(shí)別、跟蹤各安全要素的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息。精確識(shí)別是“船安網(wǎng)”高效安全管理的基礎(chǔ)。

2.2 全面性安全管理

由于感知層設(shè)備裝置將各個(gè)安全生產(chǎn)要素的所有重要信息都轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息傳入網(wǎng)絡(luò)，并24 h工作，全過程不間斷，傳入通過云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等手段進(jìn)行分析、處理，“船安網(wǎng)”可全面掌控所有接入網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)要素的各種狀態(tài)信息。

2.3 實(shí)時(shí)性安全管理

實(shí)時(shí)性有兩方面的體現(xiàn)：一是由于“船安網(wǎng)”每時(shí)每刻都在動(dòng)態(tài)地收集、傳輸、處理各安全要素的文檔數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此管理者可以在任何時(shí)候掌握所有生產(chǎn)要素的狀態(tài)信息；二是由于“船安網(wǎng)”是智能性網(wǎng)絡(luò)，信息的收集、傳輸、處理、決策幾乎同時(shí)完成，一旦安全要素出現(xiàn)問題或者偏差，立即就能得到解決或糾正。

2.4 本質(zhì)安全性安全管理

通過智能可穿戴設(shè)備感知一線工人的體溫、心跳、腦電波、肌肉松弛程度等內(nèi)部數(shù)據(jù)，通過激光掃描、人臉識(shí)別、步態(tài)識(shí)別等手段獲取外在狀態(tài)數(shù)據(jù)，“船安網(wǎng)”中樞可智能評(píng)估作業(yè)前員工的心理狀態(tài)、身體狀況、健康狀況等，決定作業(yè)人員是否適合前往現(xiàn)場(chǎng)工作，推薦工作的最佳時(shí)長(zhǎng)，提醒進(jìn)行工具、工裝的檢查，針對(duì)不同作業(yè)工況建議選擇穿戴合適的勞防用品，提供詳細(xì)的工藝技術(shù)交底和規(guī)范的操作程序，及時(shí)識(shí)別環(huán)境中的危險(xiǎn)源并及時(shí)反饋等，作業(yè)中全程跟蹤操作，判斷可能會(huì)出現(xiàn)的違章，及時(shí)糾正、發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的危險(xiǎn)因素，提前預(yù)測(cè)預(yù)警，作業(yè)后組織人員消除隱患，安全撤離。

對(duì)于設(shè)備設(shè)施，特別是關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施，從投入使用開始，建立動(dòng)態(tài)電子檔案，綜合評(píng)估設(shè)備設(shè)施的自身損耗和環(huán)境影響，確定最佳維護(hù)保養(yǎng)和修理時(shí)機(jī)，直至完全報(bào)廢，對(duì)使用的全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全管控。

依靠人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，“船安網(wǎng)”中控平臺(tái)可以科學(xué)組織生產(chǎn)、合理布置工藝流程，使人、機(jī)、物、環(huán)境都達(dá)到最佳狀態(tài)，最大限度地避免了事故的發(fā)生。

大量自動(dòng)化場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)可有效避免人身傷亡事故的發(fā)生，例如：自動(dòng)化智能機(jī)器人可以代替人類進(jìn)行有觸電、爆炸、高墜、窒息等危險(xiǎn)性的焊接、噴砂、涂裝作業(yè)；自動(dòng)駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛；自動(dòng)化機(jī)床、生產(chǎn)線可減少機(jī)械傷害；自動(dòng)塔吊、行車可有效避免發(fā)生起重傷害事故。

在人員崗前、崗位安全教育培訓(xùn)方面，可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)保證員工在與現(xiàn)實(shí)世界幾乎一樣的虛擬場(chǎng)景中根據(jù)正確的方法反復(fù)操作練習(xí)至熟練掌握，經(jīng)平臺(tái)嚴(yán)格評(píng)估后上崗，不損耗資源且安全環(huán)保，

2.5 穩(wěn)定性安全管理

通過大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)，“船安網(wǎng)”可不斷積累、儲(chǔ)存、學(xué)習(xí)、優(yōu)化安全生產(chǎn)管理水平，形成智能化專家系統(tǒng)，為各層級(jí)員工、管理人員提供詳細(xì)、最優(yōu)化決策，有利于一線員工、管理人員突破自身業(yè)務(wù)、管理水平限制，形成穩(wěn)定而高效的安全管理。

2.6 自主性安全管理

在“船安網(wǎng)”中，從感知層的自主收集、轉(zhuǎn)化、發(fā)送各類安全生產(chǎn)過程中的信息數(shù)據(jù)，至網(wǎng)絡(luò)層自主傳輸、存儲(chǔ)、處理、分析數(shù)據(jù)并做出最優(yōu)化決策，應(yīng)用層最終自主執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層的決策，形成人員、機(jī)器、物料、環(huán)境完美交互。自主性是“船安網(wǎng)”全面性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)的基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

將物聯(lián)網(wǎng)的概念引入造船企業(yè)安全管理領(lǐng)域，探討利用物聯(lián)網(wǎng)解決當(dāng)下造船企業(yè)安全管理所面臨的主要困境的構(gòu)想。然而，安全管理物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)卻還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走，主要原因在于：(1)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)有待突破，例如：作為行業(yè)基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全，傳感器技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等都需要長(zhǎng)足的發(fā)展。(2)物聯(lián)網(wǎng)傳感、控制、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等設(shè)備設(shè)施造價(jià)高，云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等核心技術(shù)研發(fā)成本高，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)投入過高。(3)由于物聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，終端數(shù)量多，信息系統(tǒng)之間交互要求高，易造成物聯(lián)網(wǎng)遭受信息泄露、黑客入侵、病毒致癱等，安全問題突出。結(jié)合當(dāng)下實(shí)際情況，建議：(1)加強(qiáng)國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)研究機(jī)構(gòu)技術(shù)交流合作，打破國際間技術(shù)封鎖，集中力量突破制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展核心技術(shù)。(2)與造船企業(yè)智能化管理平臺(tái)共同建設(shè)，共用基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，促進(jìn)融合發(fā)展，降低安全管理物聯(lián)網(wǎng)成本；做好國家資本、民營資本導(dǎo)流，引導(dǎo)更多人參與物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，同時(shí)防止物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)低端化發(fā)展和惡性競(jìng)爭(zhēng)。(3)加強(qiáng)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)技術(shù)，倡導(dǎo)樹立良好的網(wǎng)絡(luò)道德，建立健全國家網(wǎng)絡(luò)安全法律法規(guī)。