工业4.0对污水处理厂安全生产信息化

管理的启示

宁宁波市城市排水有限公司      包兆杰

引言

    随着社会经济的不断发展，人们越来越意识到，减少和避免生产安全事故，保障人民群众生命和财产安全，促进社会经济持续健康发展，加强安全生产工作是一个必不可少的核心课题。2014年第十二届全国人民代表大会常务委员会第十次会议《关于修改〈中华人民共和国安全生产法〉的决定》第二次修正案的通过说明了我国对安全生产的重视。随着中国互联网的迅猛发展和普及，人们逐渐发现数字化管理的成本逐年降低，其便捷性与高效性的优势愈发突出，安全生产信息化建设将成为一项基础工作，广泛应用于社会生产的各个领域。而如何将安全生产信息化应用于城市污水处理领域？近年来在世界广泛推崇的工业4.0的理念能为之提供一个新思考的方向。

一、一、安全生产的定义

对于城市污水处理厂来说，整个处理周期以达标出水作为目标，提出城市污水处理厂安全运行的内涵^[1]，即以保证出水达标为核心，同时防止污水处理过程中发生安全事故和对污水处理厂周围环境的污染；分析影响城市污水处理厂安全运行的因素；从保障出水达标、防止污水处理过程中发生人员伤亡、防止污水处理厂对周围环境产生污染和建立健全完善的管理制度等方面, 探讨如何保证污水处理厂安全运行。

综综合以上各方面来说，安全生产包括以下五大要点：出水安全，人员安全，设备安全，环境安全和管理运营安全。

保保证五大安全生产要素，能为污水处理厂安全运行提供理论依据，对减少及预防污水处理的安全事故发挥着积极作用。

二、工业4.0的概述及启示

二、工业4.0的概述及启示

“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年4月汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景，提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。“工业4.0”概念在欧洲乃至全球工业业务领域都引起了极大的关注和认同。我国也十分重视并依此推出了中国的“工业4.0”规划战略，其核心思想为以发达的互联网和物联网为基础，整合机器、仓储系统和生产设施，并将管理内容信息化。

对对于污水处理领域来说，“工业4.0”的数字化联网控制管理理念具有广阔的发展空间。

首首先，随着该行业的快速发展, 污水处理厂安全越来越成为工艺稳定运行的关键。针对控制系统本身的安全性及对相应控制设备和工艺的安全性, 提出了污水处理厂的安全自控系统原则^[2]。其中PLC控制系统以其自身的优势逐渐成为污水处理厂建设安全自控系统的标准配置，该控制系统为信息化管理提供了基础的数据支持，也减少了工业4.0在污水处理厂升级改造的难度。

其其次，污水处理厂的安全运行包括设备，人员，应急处理等。然而如今的信息化控制管理往往限于设备的监测控制，仅包括处理的水质指标和设备自身状况的数据反馈。对于人员调配，排涝抢险应急处理，设备自身问题检修历史记录，整体污水处理厂仓库数据记录等，仍是一片信息化管理空白区。如若其数据化后，对于各项问题处理有较直观的数据比对，对于决策者而言能更科学的从中选取较优方案。

最最后，数字化管理具有高效性和直观性的特点。随着人力资本的上涨与互联网信息化的加速，减少重复性工作，提高员工效率，科学化管理显得尤为重要。信息化管理运行中的监控和反馈远程操作，不仅提高了处理污水工艺调整的反应速度与自动化程度，更能减少员工的由于操作设备，处于危险环境导致的安全问题，提高厂区生产的安全性。

三、污水处理厂信息化管理

根据工业4.0的理念，一切要素数字化，并通过网络相互连接，从中取得最优决策的过程（如图一所示）。下面将以宁波市城市排水有限公司南区污水处理厂为范例，其主要从设备，人员，管理运营三方面来论述数字化信息管理的优势。

图一 工业4.0应用于污水处理厂工作流程图

（一）设备信息化

 设备数字化是污水处理厂的核心内容，也是保证出水安全的必要手段，其信息化由于PLC控制系统在南区污水处理厂的广泛应用而变得十分容易。但原本的PLC控制系统往往只是做为一种检测和控制的手段，并没有建立其自身历史数据。其信息化还应建立各个设备自身的档案信息，对于所有的问题检修进行记录统计，有利于设备发生问题的线索寻找，更有助于提早预计问题的发生。如运行寿命的记录，可根据机械运行周期的疲劳磨损，并结合当地的气候等因素，预估其设备最易受损零件的使用寿命，提早进行检修更换，防范于未然，减少问题的发生。

 南区污水处理厂在使用PLC控制系统带来的便利时，目前设备信息化仍有许多方面要改进。数字化信息管理需要设备数据正常运行，其中主要问题包括：（1）污水处理厂中的环境潮湿，易腐蚀，一些电子仪器容易损坏；（2）由于设备自身设计原因导致测量数据存在不够准确或者误差较大的情况；（3）现场数据传输时常出现假数值；（4）许多设备自身缺少监控数据；（5）部分设备自动化控制软件自身存在缺陷，导致其在实际应用中不能有效使用。因此，在将来的较长的时间内，解决以上问题是设备数字化管理的主要任务。

（二）人员信息化

 人员信息化其核心在于将员工的各项素质状态数据信息化，以配合管理层进行安全有效的决策。其数字化主要内容包括以下两点：

 第一，员工技能信息化。引进数字化管理手段，是为了随着产业规模扩张的发展趋势下，极大发挥人员个人价值，促使员工加强个人技能素质的培养，建立一套“一岗多酬”的复合型班底，对应各种突发安全问题有较好的解决能力^[3]。员工的各项技能进行归类管理，并将其进行权重评分，通过不同类别员工进行科学组合，最大效率保障各种特殊条件下值班员工的安全性。

 第二，员工状态信息化。生产中首要保证的是员工自身的生命安全，一般员工的意外安全事故与个人当时的心理和生理状态有着密切的联系。情绪不稳，身体不适会更容易引起安全方面的疏忽，造成安全事故。如能建立生产运营人员的工作状态信息库，使用互联网等手段，让员工自主反馈自身的情绪状态，甚至佩戴数字手环，监测记录员工身体各项指标，实时观测员工工作状态的起伏波动。对于情绪、身体状况不良的员工及时监督反馈，避免其处于较大风险的环境，即可减小安全事故的发生。

（三）管理运营信息化

 管理运营信息化的核心就是将设备信息化和人员信息化的数据通过网络进行统一收集处理，并通过科学的信息化管理方式（如LCE评价法^[4]，SAP企业管理系列软件，WaterPro 运行管理系统^[5]等）进行高效的运行，有效减少甚至避免安全事故的发生。

 例如对于污水处理厂而言，生产中有众多化学危险品存放于各个仓库中，若能科学管理仓库物品，建立全面的仓库数据，不仅能提高仓库点检效率，减少人力资本，并能减少危险品安全隐患的出现。

 又如每次防汛抗台的来临，需要紧急预案决策时，仓库数据化能迅速的进行物资的调配和补充。并且在给定的人员状态的条件下，可以通过计算机进行数值化分析，选择最优的值班人员，并且提供合理的工作强度，减少因为过度疲劳造成的安全伤亡事故。

 不仅如此，在日常的生产运行中，采集众多数据，可为将来的大数据分析做准备，提高数据模拟的精确性，改进厂区工艺水平，提高员工操作的能力。日常点检中，LCE评价危险环境程度的信息化预警能提高巡检人员操作的安全意识，降低或减少由于环境毒气、设备事故导致人员或者环境的安全问题。

四、信息化管理对于安全的意义

四、信息化管理对于安全的意义

 笔者认为安全是生产的重中之重，随着人们对于安全事件的关注度越来越高，不仅需要从发生的安全事故中吸取教训，而且更要加强对于安全系统的保障，提高其安全预警功能，做到防范于未然。而信息化管理能从科学的角度分析，预测事故的发生概率，并且有效的监控，减少工作人员工作受到伤害的可能性，做到及时有效的预防处理。如对机械设备的使用，若建立其自身的运行状态的数据库后（包括运行时间，轴瓦温度，油温，损坏检修历史数据等），对于常发生故障的零件，可根据疲劳寿命软件预测其使用寿命，并在一定的运行时间后，及时检修更换，有效减少事故的发生。

 信息化管理数据保存将更加容易，从原来纸质化记录中解放出来。减少了纸张的浪费，符合现如今社会对于绿色环保的要求，并且提高数据记录的范围和内容，而且信息的检索将更加简便。很多数据将直接由系统记录并且提示异常内容，员工将更针对性的进行巡检工作，减少对于危险工作环境的接触，保障工作条件的安全。

 除此之外，随着安全生产信息化管理的普及，对于我省提出的五水共治政策也是遥相呼应。其对于治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水的过程中，若能将我市相关基层单位的数据连接，建立五水共治网络系统，将各单位管道网络连接调配，建立真正的智慧排水管网系统，对于防洪排涝，保证我市生产安全具有重大意义。

五、总结

 安全生产的信息化是符合社会发展趋势大方向，工业4.0的核心思想必然融入污水处理这个领域。但其中的主要问题包括设备在恶劣条件下的设备保养、监测的准确性问题和人员数据化仍处于探索阶段，需要随着信息化数据记录量的增长进行大数据分析。相信在不久的将来，在数据的可靠支持下，污水处理工艺中的安全问题将由抢救变为预防。信息化管理系统不仅在安全方面，而且在生产效益等众多领域也将会发挥出更广泛的作用。

参考文献：

[1]李方文,杨明平,马淞江,李军. 城市污水处理厂安全运行问题探讨[J]. 中国安全科学学报,2009,06:10-16.

[2]谢继荣. 污水处理厂的安全自控系统[J]. 给水排水,2008,09:112-114.

[3]杨芳芳. 基于数字化管理架构下的员工素质模型建立[J]. 今日中国论坛,2012,10:66-67.

[4]龚天翼.LEC评价法在污水厂运营中的应用. [DB/OL]第二届“宁波建工杯”第二届安全生产论文.

[5]沈军,孙英俊. 互联网时代的数字排水模式[J]. 净水技术,2015,S1:154-161.