氣壓平衡結構助力三防手機立足石化行業

曹曉紅 何英博 陸鵬飛

關鍵詞：石油化工；防護；三防；氣壓平衡結構

一、引言

傳統對講機功能單一，緊急時刻，只能保障關鍵語音對講，隨著石油化工數字化、智慧化的進一步深化，它已經無法滿足石油化工企業的發展需求。而整合對講機、手機、相機、NFC、定位、App 應用功能的5G 智能終端，成為實現石油化工企業智慧化管理的新需求。5G 智能終端支持5G 網絡，在緊急時刻不僅可以保障關鍵語音對講，還支持單呼、群呼、圖片傳輸和視頻傳輸。協同調度系統，助力石油化工企業輕而易舉地實現可視化管理。應用該系統，指揮中心可以通過大屏統一調度，也可以通過5G 移動智能終端，執行語音調度管理、視頻調度管理、GIS 調度管理、消息調度管理和作業管理，助力石油化工企業智慧管理數字化、智慧化。

（一）語音調度功能

通過語音調度功能，工作人員與工作人員、工作人員與指揮中心之間可以進行單呼、組呼以及自建組群呼叫。指揮中心根據企業權限，可設置話權優先級，行駛追呼、通話保持、告警接聽、遙斃、會議控制等權力，保障信息有序傳達。

（二）視頻調度功能

視頻調度打破了指揮中心、遠程專家和現場作業之間的距離，針對任務復雜、情況緊急且需要多方協同作業的任務，通過開啟視頻，可以遠程連通多方專家，在緊急情況下，助力現場快速做出正確決策。與傳統語音對講相比，視頻調度功能更清晰地呈現了現場細節，為石油化工企業實現了可視化管理。

（三）GIS 調度功能

易燃易爆，是石油化工企業無法規避的事實。通過細致巡檢，可以防微杜漸，將安全隱患消滅于未發狀態。GIS 調度功能，具有巡檢可監督，軌跡可查詢的特點，解決了傳統巡檢“看不住、管不全、管不好”的問題。應用GIS 調度功能，無需額外操作，將自動上報現場作業人員的位置。管理人員可以實時查詢位置信息、隨時查看軌跡回放，杜絕漏檢、少檢問題。管理人員可以通過圈選做到“閑人免進”，通過電子圍欄劃清工作范圍。

（四）消息調度功能

應用消息調度功能，現場作業人員可以接收來自同事或指揮中心的文本、文件、圖片、短視頻。 擴展了作業現場獲取信息的渠道，增加了現場作業相互協作的靈活性，提高了生產效率。

（五）作業管理調度

在指揮中心，管理人員通過折線圖、柱狀圖可以一目了然地查看工作群組總人數、峰值在線人數、平均在線人數、在線率等數據，可以開展點名考勤、智能巡更、業務工單、流程管理、事件上報、閉環處理、日志管理、用戶、分組、權限管理、錄音錄像查詢、錄音錄像回放等作業管理調度。

在石油化工智慧化管理過程中，5G 智能終端連接指揮中心和作業現場，應答指揮中心下達的任務，匯報巡檢過程中發現的安全隱患。眾所周知，石油化工作業現場環境復雜，一旦5G 智能終端出現故障，一線員工即刻與指揮中心失去聯系，屆時，不僅語音調度、視頻調度、GIS 調度、消息調度和作業管理調度付諸東流，手機故障員工的安全也失去保障。因此，提高手機防護性能，才能保障企業數字化、智能化的推進。

二、研究目標

目前，在石油化工行業，導致數字化、智能化突然中斷的因素主要體現在兩個方面，一是現場作業環境惡劣，二是手機內外部氣壓不一致。在石油化工產業，現場作業環境惡劣，風險無處不在。有時不得不在雨中作業，擔心手機進水；有時不得不承受粉塵，擔心手機進灰；有時事態緊急應對倉促，難免手忙腳亂。如今，市面上推出的防爆智能終端普遍經過嚴格的MIL—STD—810G軍工防護測試，經過1.2m 水深30min 浸泡測試，經過粉塵環境防塵測試，經過1.5m 防摔測試，具有IP68 級三防認證，成功地解決了現場作業環境惡劣問題。但是，手機內外部氣壓不一致問題，仍舊沒有得到有效解決。

本項目的目標就是在保障手機防水、防塵、防摔性能的基礎上，解決手機內外部氣壓一致問題，克服高壓低壓環境問題，提升手機防護性能，降低廠區語音調度溝通、視頻調度溝通、GIS 調度溝通、消息調度溝通和作業管理溝通的中斷率。

三、國內外現狀分析

（一）國外現狀

早在諾基亞時期，手機的防護性就備受關注。但由于這一代手機功能單一，其手機防護性并不復雜。諾基亞手機可以砸核桃的事實，一時成為坊間流傳的佳話，當時手機出色的防護性備受消費者稱贊。然而，隨著信息技術突飛猛進的發展，觸屏手機取代鍵盤手機，新式的手機開始整合照相機、音樂播放器、社交軟件等先進功能，搭載更多靈敏元器件，布局更多線路。手機智能化得到了質的提升，然而，副作用卻是，手機的防護性斷崖式下降。

隨著科學技術不斷的優化迭代，大家開始逐漸意識到，在工業企業，可以通過增加手機防護性實現工業企業的數字化和智能化。為了提升手機防護性，外國的一些企業率先開始將美國軍工級標準MIL-STD810 作為三防手機標準，這個標準會隨著科技的發展適時地修改。達到這一標準，手機除了在機械可靠性測試中可以承受跌落，還需要在極端溫度和流體污染等環境中表現穩定。在此期間，涌現出一大批優秀的三防手機廠商，各種具有三防功能的新手機層出不窮。

如今，在IP68 的基礎上再次推出IP69K 標準，通過該認證的手機可以承受100 bar （1450 psi）、溫度 80℃的水壓沖擊。目前，外國大部分工業手機經過IP68 級三防認證和IP69K 防沖刷測試。但是，專門針對內外部氣壓一致的防護結構設計很少，手機內外部氣壓平衡問題，成為影響手機穩定性的核心問題。

（二）國內現狀

三防手機更多地應用在工業領域，生活使用市場狹窄。依托中國強勁的工業增長和自主創新力。中國三防手機迭代快，增長強勁，從傻大粗黑的功能機，到一億像素的智能機，中國三防手機總是以工業需求為目標，不斷地刷新紀錄，超預期的滿足企業需求。只是，防護性能稍差，直到美國軍工級標準MIL-STD810 的引入，智能三防手機的脆弱性也得到了徹底改善。

強大的經濟實力和強勁的工業增長驅動著中國三防手機蛻變、增長。經過多年的創新創造，我國三防手機取得了突飛猛進的進步，相繼涌現出多個世界級三防手機廠商和多種暢銷世界的三防手機機型，不僅廣泛地應用在我國各大工業企業，而且出口國外，廣泛地應用在國外各大工業企業。如今，我國三防手機的發展在與歐盟、北美齊頭并進之余，大有趕超之勢。

在我國數字化、智能化的驅動下，大部分石油化工企業正在進行可視化升級，傳統的對講機和功能機正在被智能機取代，我國智能三防手機迎來新一輪的發展。

在我國三防手機進行的新一輪的創新中，防護性能仍舊以防水、防塵、防摔、防水壓沖刷為主，手機內外部壓強一致問題仍舊是一個超前的問題，沒有得到足夠的重視。但是，隨著IP68、IP69K 等問題全面普及之后，手機內外部氣壓問題，將作為影響手機防護性的核心問題而受到關注。

四、存在問題與困難

保障三防手機內外部氣壓一致，是一件困難的事情。三防手機內部壓力過大，遠遠超過外部壓力，手機殼體將被這股壓力朝外頂，容易脫落。反之，受到氣壓差的壓力，手機靈敏度受到影響，在一定程度上降低了手機的性能。在解決這個問題時，我們一共應用了兩種方案，一種方案是，當手機外部氣壓過小時，如何通過設計快速泄壓，當外部氣壓過大時，如何通過設計有效增壓，該方案的最大困難是如何增壓。另外一種方案是，如何通過透氣性，解決內外部氣壓一致問題，該方案的最大困難是在保障透氣性的同時，如何保障手機防水性。經過多番分析，為了從根本上保障手機內外部氣壓平衡，最終，我們最終選擇整合兩種方案。這種整合也為我們迎來新的困難，即如何同時解決如何增壓問題和如何透氣防水問題。

五、解決思路

為了打破手機內外部氣壓差，保障5G 智能終端內外部氣壓一致，我們從以下幾個方面優化結構：

在手機安裝殼7 的背側設置安裝槽，且安裝槽貫穿防護套主體8，其中，在安裝槽內對應揚聲器設置喇叭透氣防水孔3，對應蓄電池設置電池透氣防水孔4，對應手機主控部分（支架、有氣泡棉、導電布等）設置主控部分透氣防水孔6，并在主控部分透氣防水孔6 的附近設置儲氣孔5，其中，儲氣孔朝向手機安裝殼內面的一側凸出形成有加強柱，用于加強手機安裝殼7 的強度以及對PCB 板進行抵持，防止PCB 板在使用過程中發生位移。

標號說明：1. 透氣蓋板；2. 防水泡棉膠；3. 喇叭透氣防水孔；4. 電池透氣防水孔；5. 儲氣孔；6. 主控部分透氣防水孔；7. 手機安裝殼；8. 防護套主體。

六、具體方案

解決手機內部氣壓與外界氣壓不一致導致手機因壓力差而產生使用故障的問題，其具體實現的原理是：通過在對應揚聲器的位置設置喇叭透氣防水孔3，使得揚聲器不會因工作時發熱導致其所在的密閉空間內的空氣被加熱造成該空間內的氣體分子發生膨脹，從而使得該空間內氣壓增加，以及溫度快速上升，進而影響揚聲器的使用，并通過設置喇叭透氣防水孔能夠實現氣體流通的同時還對揚聲器工作時所發出的熱量與外部進行交換，從而對蓄電池起到一定程度的降溫效果。

通過在對應蓄電池的位置設置電池透氣防水孔4，使得蓄電池不會因工作時發熱導致其所在的密閉空間內的空氣被加熱造成該空間內的氣體分子發生膨脹，從而使得該空間內氣壓增加，以及溫度快速上升，進而影響蓄電池的使用，并通過設置電池透氣防水孔能夠實現氣體流通的同時對蓄電池工作時所發出的熱量與外部進行交換，從而對蓄電池起到一定程度的降溫效果。通過在對應手機主控部分（支架、有氣泡棉、導電布等）的位置設置主控部分透氣防水孔6，使得主控部分不會因工作時發熱導致其所在的密閉空間內的空氣被加熱造成該空間內的氣體分子發生膨脹，從而使得該空間內氣壓增加，以及溫度快速上升，進而影響主控部分的使用，并通過設置主控部分透氣防水孔能夠實現氣體流通的同時對主控部分工作時所發出的熱量與外部進行交換，從而對主控部分起到一定程度的降溫效果，另外，在主控部分透氣防水孔6 的附近設置儲氣孔5 能夠儲存一定量的氣體，以便于降低裝配難度。將儲氣孔內凹形成加強柱能夠加強對PCB 板的定位作用，有效地防止PCB 板發生位移，從而使得PCB 板能夠更牢固的安裝在手機安裝殼上，從而避免PCB 板發生晃動的風險，進而降低連接在PCB 板上的電子元器件因PCB 板晃動而發生損壞無法使用的問題。

七、實施效果

喇叭透氣防水孔、電池透氣防水孔、主控部分透氣防水孔既有效地阻止了水滴的入侵，防止內部元器件受潮，又很好地擔當起內外部氣體交換的通道。在該氣壓平衡結構中，透氣蓋板具有很高的透氣性，實現了殼體的內部與殼體外部的恒定氣體交換，有效地平衡了內外部氣壓。該氣壓平衡結構，規避了顧此失彼的問題，在平衡氣壓的基礎上，兼顧了防水和防塵。分別將手機置身于高壓環境和低壓環境，手機通話、對講、智能應用的表現和正常氣壓環境沒有差別。在潮濕、雨中作業、多塵等惡劣環境之外，又幫助石油化工企業克服了一種惡劣環境，保障危險作業場景實現了零風險、零隱患。

八、結束語

細微的安全隱患，若得不到及時處置，終將在時間中積累，最終形成事故。只要智能終端上存在哪怕一丁點潛在的安全隱患，在長期的工作使用中，都有可能不經意的發生。因此，必須在隱患積累成型之前，提前發現，提前預警，提前處置，做到未雨綢繆。如今，現場作業環境惡劣的問題，已經通過采用美國軍工級標準MILSTD810和具有防水、防塵、防摔特性的IP68 級三防解決，而阻礙指揮中心和作業現場穩定連接的核心障礙—5G 智能終端內外部氣壓不一致問題，也通過該氣壓平衡結構得到了完美解決。在IP68 級三防認證的基礎上，具有內外部氣壓一致的三防手機，在惡劣環境之中表現更穩定，不僅有效地保障了企業數字化、智能化轉型，而且在任何環境下都能有效保護工作人員的人身安全。