发布时间：2023-02-27 11:14:18
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的航空机电工程论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词:三维反求技术;逆向工程;模具
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0052-02
三维反求技术在现代化的加工中应用越来越广泛,但三维反求技术应用方面的文章却不多,为此本文作了以下介绍。
反求技术可以在原有产品的基础上解剖、深化设计和再创造,可有效改善技术水平,提高生产率,增强产品竞争力,是消化、吸收先进技术进而创造和开发各种新产品的重要手段。据统计,各国70%以上的技术源于国外,逆向工程作为掌握技术的一种手段,使产品研制周期缩短40%以上。研究反求技术,对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高,具有重要的意义。
一、三维反求技术
(一)三维反求技术的概念
三维反求技术亦称为逆向工程 (RE,ReverseEngineering),是近年来 CAD/CAM技术领域研究的―个热点。简单地讲,如果把传统的从构思-设计-产品这个过程称为正向工程的话,那么,产品模型(或实物)- CAD信息模型-CAM或快速原型件这个过程就称为反求工程。
(二)三维反求技术得原理及工作流程
三维反求技术包括影像反求、软件反求及实物反求等三方面。目前相对最多人研究的是实物反求技术。它是研究实物CAD模型的重建和最终产品的制造。狭义来说,三维反求技术是将实物模型数据化成设计、概念模型,并在此基础上对产品进行分析、修改及优化等技术。
1.工作原理。三维反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据,之后再使用软件,计算出采集数据的空间坐标,并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程,可以分为四个步骤:(1)物体数据化:普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值;(2)从采集的数据中分析物体的几何特征:依据数据的属性,进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征;(3)物体三维模型重建:利用CAD软件,把分割后的三维数据作表面模型的拟合,得出实物的三维模型;(4)检验、修正三维模型。
2.工作流程。三维反求的典型工作流程主要是对现有的实物,使用数据化的仪器,准确、快速地采集表面轮廓的空间坐标值,然后构建曲面、经CAM软件产生CNC加工刀路,在CNC机床上把实物模型制造出来或利用快速原型制造机,把实物原型制造出来。在产品设计方面,采集的空间坐标值,可对实体三维模型,作复杂的修改或再创新。快速原型制造机可读取STL格式的文档,可以由云点直接转换或在建造的曲面、实体三维模型中转换。
二、三维反求技术的应用综合
三维反求技术的应用十分广泛,一些高技术含量的航空、航天工业,汽车工业都采用了此项技术于产品研发及制造。在制造工业中,采集的数据用于模具制造,产品设计、开发,例如消费性的电子产品等。
此外,反求技术配合快速原型制造技术,更能发挥快速原型技术的优势、扩大它的应用范畴。凭借反求技术及有关的软件,设计者可以快速制造实物,同时可以快速对实物修改、优化和创新设计,这样便可以缩短产品设计的周期,加速新产品的出现,提高公司的竞争力。三维反求技术的应用综合如下:
1.从概念到快速原型制造。在产品设计中,有些实物很难利用CAD软件来建造CAD模型来表达设计概念,但有了三维反求技术后,便很快从实物转换成设计模型。
2.快速制造模具。技术人员利用反求技术扫描实物,然后把采集得到的数据,通过专门的软件,如Renishaw公司的Tracecut软件,直接产生刀路,输出到数控加工中心,制造出模具来。这种情况,在汽车的后市场(after market)及电子消费品特别普遍。汽车的原厂零部件相对较贵,所以倾向于寻找代替品,价格相对便宜的。由于市场相当庞大,所以诱发一批厂家生产这些代替品。由于没有原厂产品技术资料,如实物的工程图或CAD模型,他们只好利用反求技术,采集实物的三维数据,转化成刀路,直接制造模具。另一种情况是一些停产老产品,现在有需求。由于停产多时,原始数据都没有了,只好把现有的实物扫描、采集数据、转成刀路来制造模具,实现再次生产。
3.美观设计领域。例如汽车外形设计,广泛采用真实比例的木质或泥塑模型来评估整体设计效果,此时需用逆向工程的设计方法。
4.仿制流线型、形状复杂而且无法用人工方法准确量度的实物。航空、航天器的有些零部件流线型特别强,一般的测量仪器是绝对无法准确测量其曲面。反求技术便可以在一个面积细小表面上采集上百万、上千万的三维坐标数据,之后便可以通过软件建造曲面。在一个相等面积的表面,三维坐标数据愈多,建造的曲面便愈准确。
5.产品复制、修改、设计。当实物被数据化后,技术人员便可建造CAD实体模型、曲面,这样设计师便可以迅速在软件上作有关的产品修改、创新的设计。
三、反求技术未来展望
随着国际互联网络的普及,更容易获取资讯,商业竞争日趋激烈,要取胜就要不断的有新产品投放到市场,缩短生产周期是竞争一个重点策略。反求技术在时间方面发挥了它的作用,所以会广泛应用于产品开发。在技术方面,软件的快速开发,使数据的运算更快、扫描后数据处理更容易;图像摄像机的发展,使采集的数据更多、更快。这样,扫描速度便可以更快,扫描精度更高。综上所述,反求技术将会有更大的发展空间,应用到更多的领域中。
参考文献
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[4]鞠华.自由曲面的反求工程与快速原形技术[J].机电工程,2000,17(2).
关键词：数据记录仪；闪存；采集；可编程逻辑器件
中图分类号：TP333 文献标志码：A 文章编号：1009-2374（2012）04-0112-02
数据记录仪在航空、车载、船舶等领域已经大量应用。NAND FLASH作为记录仪中的存储介质已经得到普遍认可，如弹载数据记录仪、机载记录仪、多通道测试记录仪等。而记录仪的数据读取方法，目前普遍采用USB1.1或RS232等低速接口实现，如嵌入式超载监控记录仪采用CH375 USB1.1模块进行数据读取，采用DSP的串口将数据传至计算机。上述系统中，数据的记录和读取都合并到记录仪中，然而读取数据部分在系统记录过程中是多余的，完全可将记录和读取独立开，以减轻记录系统的体积和复杂度。同时，大多系统采用低速通信接口读取NAND FLASH中的数据，然而随着电子技术的发展，对数据记录仪的记录数据量要求越来越高，USB1.1或RS232的通信速率已不能满足实际需求。
一、方案框架
方案整体上采用USB2.0、FPGA、SRAM实现数据采集器的结构。结构框图如图1所示：
为了增加系统的灵活性，在FPGA中建立NIOSII 32位处理器。计算机可以同过USB2.0接口向采集器发送读数据、擦除数据命令。采集器接收到命令后，通过NIOSII 解析命令。SRAM作为NIOSII的程序运行存储器和FLASH数据缓冲区。
二、方案实现
（一）硬件电路设计
CY7C68013A芯片与FPGA的主要通信接口采用Slave FIFO方式，该模式已有大量论文进行过研究6,7,8。IS61LV25616芯片直接与FPGA连接。由于NAND FLASH的接口电平为3.3V，因此可以跟EP2C8Q208 FPGA芯片直接进行连接，使用过程中，采集器通过数据排线方式连接至数据记录仪。
（二）FPGA硬件程序设计
1．FPGA与CY7C68013A接口。
FPGA与CY7C68013A接口的高速slave fifo程序模块如图2所示。UsbCtrl模块实现与CY7C68013A的slave fifo接口通信，UsbFifoIn和UsbFifoOut是FPGA芯片内存储器资源建立的FIFO存储器，16位宽，1024深度。由于slave fifo模式在USB端是BULK模式，因此必不可少的会出现传输等待，所以为了保证数据连续传输过程中不丢失以及提高传输速度，系统中加入这两个FIFO。ExtCtrl模式起到FIFO接口逻辑控制作用。该模块提供了标准的WR、RD、DIR、WRFULL、RDEMPTY、DATA[15:0]接口。
2．FPGA与CY7C68013A接口的低速命令模块。
FPGA与CY7C68013A的低速命令接口模块如图3所示。ParaCtrl模块与CY7C68013A的PC[7:0]、PA0、PA1、PA3通信，实现传输计算机发送的控制命令和返回采集器的状态信息。ParaFifoIn和ParaFifoOut为命令输入输出FIFO缓冲区和返回状态信息缓冲区。UartCtrl模块实现上述两个FIFO的通信转换接口，将USB的低速接口转换成串口通信时序，方便与NIOSII连接。
3．NIOSII 的配置。
在SOPC BUILD 中对NIOSII的配置如图4所示：
Uart_1模块用于解析2.2.2节所述计算机命令和返回状态。Nf_ 等8个模块实现FLASH芯片的接口。USB_等7个模块实现与高速USB数据传输模块接口。Sram模块控制扩展的IS61LV25616芯片。
（三）NIOSII 软核程序设计
NIOSII软核主程序流程图如图5所示。采集器接收计算机发送的串口命令，如果是0xeb5a，则读取FLASH芯片中有效数据，并将数据通过高速USB接口将数据发送到计算机，发送完毕返回状态信息。如果是0xbdce，则擦除整块FLASH，擦除完毕返回状态信息。
（四）计算机软件
计算机软件由两部分构成，驱动程序和应用程序，驱动程序采用CYPRESS公司提供的驱动。应用程序用VC++编写。程序界面如图6所示：
三、实验验证
采集器硬件电路板跟板载K9K8G08U0M NAND FLASH芯片的参数记录仪连接，NIOSII软核程序采用NIOSII IDE 的JTAG UART在线调试，进行数据传输测试。读操作命令测试如图7所示。图中，左边为计算机应用程序，点击读取数据操作后，采集器读取NAND FLASH完毕后，返回0x43状态字。右边是在NIOSII IDE在线调试中显示的终端结果。NIOSII软核程序开始运行后，会根据读取FLASH的ID来检测FLASH是否已经连接。如果连接正常，则等待计算机的操作命令。图中显示接收到计算机的读FLASH命令。
四、结语
随着参数记录仪的普遍应用，对记录仪数据读取器的需求也日益广泛。文章提出了一种全新的基于USB2.0和NIOSII的采集器设计方案。该方案提高了读取FLASH的数据速率。该参数采集器已经在某机载参数记录系统中得到应用。
参考文献
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关键词:嵌入式系统 数控系统 系统设计
中图分类号:文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00
1引言
从20世纪70年代以来,以数控机床为代表的现代基础机械已成为制造工业最重要的技术特征,数控机床水平的高低和机床数控化率的高低已成为衡量国家工业化水平高低的重要标志。数控系统是数控机床的大脑,是计算机技术在机械制造领域的一种典型应用,它集计算机技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、自动控制技术、信息处理技术等多项技术于一体,是近年来应用领域中发展十分迅速的一项高新技术。
随着电子技术的飞速发展,数控系统逐渐朝嵌入式方向发展。嵌入式系统是近年发展最快的技术之一,它是以应用为中心,以计算机技术为基础、软硬件可裁减,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。本论文主要对嵌入式数控系统进行研究设计,以期从中找到可行的嵌入式数控系统控制方法,并以此和广大同行分享。
2嵌入式数控系统总体结构设计
系统由几个不同功能的模块组成,模块间通过并行I/O、高速串行协议或其他方法相互联系。主要包括人机交互装置、嵌入式数控操作和管理模块、嵌入式运动控制模块和I/O及伺服控制器等。
嵌入式数控操作和管理模块通过I/O与人机交互装置相连,并通过串口与运动控制模块连接,运动控制模块通过I/O模块与伺服控制器和机床各开关量相连。
(l) 人机交互装置。包括一个LCD显示器、一个键盘和其他一些按钮,完成人机交互任务,例如NC代码的输入/编辑显示、手动操作以及一些机床状态显示等。
(2) 嵌入式数控操作和管理模块。是数控系统的核心模块之一,负责全部的人机交互处理,各种机床参数的设置,NC代码的编辑、编译、存储和传输,系统监控与故障诊断,移动U盘的控制及网络通信等。
(3) 嵌入式数控运动控制模块。机床逻辑运动控制的核心,利用逻辑运算能力,负责送料机运行轨迹的计算、插补、反向间隙补偿、信号采集、主轴及开关量控制等实时性强的运算和控制。
(4) I/O模块与伺服控制器。FO模块的主要任务是不同电平的转换、隔离及功率放大等。包括3.3V到5V转换、3.3V到24V的转换、采用光电祸合器隔离防止干扰以及增大驱动功率等。另外还包括单路信号转换成差分信号及差分信号转换成单路信号电路。伺服控制器的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号,驱动被控对象跟随指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确。
3嵌入式数控系统的设计与实现
3.1 硬件设计
本论文所设计的嵌入式数控系统硬件系统结构构成原理图如下图所示:
(1)ARM微处理器模块。ARM处理器是系统的控制核心,负责运行数控系统控制软件。本系统选用SAMSUNG公司的S3C44B0X处理器。本模块还包括时钟电路、复位电路和实时时钟RTC(Real Time Counter)电路。
(2)存储器模块。存储器是嵌入式系统中的重要组成部分,它用于存储程序和数据。本系统的存储器包括EPROM、SDRAM、SRAM和NAND-Flash,其中,EPROM用于存储系统程序;SDRAM用于存储系统运行时的程序与数据;SRAM用于存储突然掉电时的重要实时数据;NAND-Flash用于存储用户的数控加工程序。
(3)电源模块。新型的CPU和FPGA的内核电压一般都是2.5V或以下的,I/O电压一般都是3.3V。所选择的开关电源可以提供5V,±12V,24V电源,其中±12V用于主轴模拟信号模块电路,24V用于光电隔离电路,因此,需要使用低压差线性稳压器产生3.3V和2.5V的电压,供CPU、FPGA和CPLD使用。为了保证微处理器稳定而可靠地运行,还需要配置电压监控电路。
(4)人机交互模块。人机交互模块包括键盘及指示灯模块和液晶显示模块。键盘及指示灯模块负责键盘的扫描并读取键值,同时负责LED的显示控制。液晶显示模块实现数控系统用户界面。
(5)通信接口模块。通信接口模块包括JTAG接口、RS-232串行接口和USB接口。JTAG接口与PC通讯,实现系统运行程序的仿真调试;RS-232串行接口与PC通讯,实现NC文件的上传与下载;USB接口实现对U盘NC文件的读写。
(6)D/A转换模块。D/A转换模块负责产生变频器所需要的模拟信号,由隔离器件、D/A转换器和集成运算放大器组成。
(7)CPLD/FPGA模块。CPLD模块包括CPLD、FPGA、CPLD对FPGA的配置电路。CPLD主要是用来对SRAM工艺的FPGA进行配置和加密,同时扩展数控系统的通用I/O口;FPGA主要负责精插补,产生轴运动所需的脉冲信号以及处理编码器返回信号,同时负责处理手轮输入和开关量的输入输出。
(8)输入输出模块。本系统的输入/输出信号是通过FPGA和CPLD的逻辑控制来实现,以提高系统的工作可靠性和设计柔性。对于输出的脉冲信号和输入的编码器信号采用差分输出输入的方式,这样不仅提高脉冲传输的抗干扰能力,也增加了信号传输距离;而对于I/O信号则采用光电隔离的方法,进一步提高了系统的抗干扰性和可靠性。
3.2 软件设计
该系统采用嵌入式μClinux 操作系统作为嵌入式数控系统软件平台,其源代码开放、内核小,非常适合运行在嵌入式微处理器上,并且μClinux操作系统也支持TCP/ IP 协议,具有强大的网络功能,同时该操作系统也支持多任务并发运行,可以采用多任务编程方法。这样,数控系统的每个功能可以作为一个独立的任务来实现,这大大地增强了系统软件的可靠性、稳定性,也便于以后的维护和升级,同时也提供了图形用户接口(GUI),结合键盘、LCD 液晶显示和触摸屏模块为用户提供友好的人机交互界面。
(1) 调度任务的划分。
软件平台设计中,采用嵌入式实时操作系统μClinux对系统多任务进行调度及管理。基于实时多任务操作系统的应用程序中,实时性取决于对任务及中断的处理。用户根据需要调用μClinux的任务调度函数,调度函数从就绪任务中寻找优先级最高的任务,并进行任务切换操作。μClinux把任务分为各不相同的优先级(唯一),已经准备就绪的高优先级的任务可以剥夺正在运行的低优先级对CPU的使用权,所以正确的任务划分及优先级分配可以充分体现嵌入式实时操作系统任务调度算法的效率,从而提高整个系统的实时性能。μClinux可以支持64个任务,最多支持56个用户任务,其余8个是系统任务。按照任务划分原则,结合数控系统的具体要求,把应用软件分成以下几类任务:
① 数控系统基本功能实现任务:包括刀具的转换、位置的测量、工件的插补运算及补充运算、加工工艺设置等等,该级别的优先级最高。
② 保护功能任务:主要是报警功能。要求尽可能快的完成。
③ 人机交互功能:键盘响应、显示器显示等。优先级最低。
(2) 软件功能设计。
由于该嵌入式数控系统采用uClinux 操作系统管理系统的资源,相对于传统的单片机,更类似一台微型计算机系统,具有更强的性能和不同于传统单片机的软件设计方法,其软件结构包括加载程序、uClinux内核、系统调用接口和应用程序。
加载程序负责在加电后对微处理器进行必要的硬件设置,初始化内存,并把uClinux 内核映像从Flash 中复制到内存,把控制权交给内核,使内核运行,最终使应用程序运行。uClinux内核作为应用程序控制系统硬件的接口,提供应用程序对硬件的间接访问,在具体设计中,对微处理器中内置A/D 转换器的操作、对键盘的操作以及对LCD的操作由在uClinux下编写的设备驱动程序完成,这些驱动被编译进uClinux 的内核。
系统任务的实现由两个不同的进程实现:加工程序和网络服务程序,分别用来完成数控系统的工件加工、计算的功能及网络服务的功能。
4结语
数控系统作为现化制造业的核心技术,是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,受到各国的普遍重视,特别是发达国家。自20世纪80年代以来,国际上的数控技术和市场基本上被日本、德国和美国等少数公司所垄断。考虑到我国机床数控系统当前的具体情况,研制一款拥有自主知识产权的嵌入式机床控制系统,对于提高我国中高档数控系统的技术水平具有十分重要的意义。本文从嵌入式数控系统硬件平台和软件平台的总体结构及其功能设计的角度对嵌入式数控系统进行了详细的设计研究,对于我国嵌入式数控系统的开发与应用,是一次有益的尝试与探索,是值得推广和借鉴的。
参考文献
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Huang Jianfeng
（广东石油化工学院机电工程学院，茂名 525000；华南理工大学安全科学与工程研究所，广州 510641）
（College of Mechanical & Electrical Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China；
Institute of Safety Science & Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China）
摘要： 归纳了本质安全的定义，阐述了本质安全的基本原理及国内外发展的状况，指出了现阶段本质安全相关研究中存在的问题，提出了石化企业应该从工艺过程、生产设备、作业环境、人员素质、生产管理、评价方法等六大方面实现其本质安全化。
Abstract: It summarized the definition, the principle and the domestic and overseas development of inherent safety. It found out the existing problems in the present research of inherent safety. At last, it proposed that the petrochemical enterprises should achieve inherent safety from six aspects―process engineering, production equipment, operating environment, personnel quality and manufacturing management and evaluation method.
关键词： 本质安全 安全评价 石化企业 石油化工
Key words: inherent safety；safety assessment；petrochemical enterprises；petrochemical
中图分类号：TE3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0026-02
0引言
传统的危险管理方法是通过危险与人们、财产和环境之间的保护层来控制危险的。保护层包括对人员的监督、控制系统、警报及保护装置，还有应急系统等。该方法很有效，在一定程度上改善了化学工业的安全记录[1]。但是在危险与受到潜在影响的人、财产和环境之间设立保护层也有很多不利之处，如建设保护层的费用高昂，还有后期的操作费用、安全培训费用及维修保养费用等。况且，保护层只是抑制了危险，并不能消除危险，有些失效的保护层甚至会导致事故的发生。因此，本质安全成为了石油化工技术新的研究热点。
1本质安全的定义
本质安全的概念源于20世纪60年代的电气设备防爆构造设计[2]，这种防爆技术不附加任何安全装置，只是利用本身的结构设计，通过限制电路自身的电压和电流来预防产生过热、起弧或火花而引起火灾或引发可燃性混气的爆炸，它从根本上解决了危险环境下电气设备的防爆问题，故这样的电气设备被称之为本质安全型设备。1977年，英国帝国石油化学公司（ICI）的安全顾问Trevor Kletz率先提出了本质安全的概念[3]。
《职业安全卫生术语》（GB/T 15236-94）本质安全定义：“通过设计等到手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故”[4]。
《机械工业职业安全卫生管理体系试行标准》本质安全定义：“设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故”[5]。
我国石化行业对本质安全的定义：指通过追求人、机、环境的和谐统一，实现系统无缺陷、管理无漏洞、设备无故障。实现本质安全型企业，要求员工素质、劳动组织、装置设备、工艺技术、标准规范、监督管理、原材料供应等企业经营管理的各个方面和每一个环节都要为安全生产提供保障[6]。
美国化工过程安全中心（CCPS）对本质安全定义：“本质安全就是营造一种安全的环境，在这种环境下的生产过程中伴随的物料及生产操作里存在的安全隐患都已经被减少或消除，并且这种减少或消除是永久性的”[7]。
日本对本质安全定义：“它是指操作人员在使用或操作电气装置和机械设备的时候，这类装置或设备，无论从结构方面，还是从性能和强度方面均不存在危险”[8]。
笔者认为，从本质安全四大原理出发，设计可靠性高的生产工艺和设备，并建立科学的、系统的、主动的、全面的事故预防体系，使风险处于可控制、可接受的程度，就是本质安全。本质安全化就是将本质安全的内涵加以扩大，是指在一定的技术经济条件下，生产系统具有完善的安全防护功能，系统本身具有相当可靠的质量，系统运行中同样具有相当可靠的质量。
2本质安全的原理
本质安全装置的实现原理可以用四个词来概括[9，10]：最小化，替代，缓和，简化。“最小化”指减少危险物质的使用数量，或减少危险物质在工艺过程中的使用次数；“替代”指使用安全的物质或相对安全的物质来替代原危险物质，使用相对安全的生产工艺来替代原生产工艺；“缓和”指在不能最小化或替代危险物质时，应在安全的条件下操作，例如常温、常压和液态；“简化”指简化工艺、设备、任务或操作，使设备状况清楚避免复杂设备和信息过载，使设备有充足的间隔布局来避免碰撞效应，使不增加过量的附加安全装置以减少错误发生的可能。
一套本质安全的装置，它具有设计合理，在事故中很少或基本上不产生破坏的特点。它从根源上减少或消除危险，而不是通过附加的安全防护措施来控制危险。它通过采用没有危险或危险性小的材料和工艺条件，将风险减小到忽略不计的安全水平，生产过程对人、环境或财产没有危害威胁，不需要附加或程序安全措施。它通过设备、工艺、系统、工厂的设计或改进来减少或消除危险，安全功能已融入生产过程、工厂或系统的基本功能或属性中[11]。这就是本质安全的实现原理。
3国内外发展现状
基于本质安全的设计思想早在1870年时就出现过，但它直到100年以后才被工程师们重视[12]。1977年12月14日，Trevor Kletz在英格兰的Widnes召开的英国化学工业协会年会上所提出的工艺和设备本质安全的概念[3]。1978年，Trevor Kletz发表了著名的文章《不存在的东西不会泄漏》[3]，为本质安全的发展指明了方向。
此后，化工过程本质安全已成为美国、芬兰、德国等国家当前研究的热点之一。目前，对本质安全的研究包括本质安全理论、本质安全工艺、技术及应用方法、本质安全定量化评价工具等，从最初的设备、技术的本质安全向系统、管理层面的本质安全化发展。美国、欧盟等国家和地区十分重视本质安全的研究与应用[11]，已取得一系列技术成果。在本质安全定量化评价方法方面，先后有PIIS法、INSET工具箱、ISI法、SHE法、I-Safe指数法、图形法、ISIC法、安全危险指数法、KPIS法、PRI法等；在本质安全应用技术方面，与清洁生产、模糊逻辑理论、事故调查理论、安全连琐系统SIS、工艺安全管理系统PSM等技术结合在一起，为构建石化企业本质安全系统提供了理论基础。
我国本质安全研究开展的并不晚，其前身是20世纪50年代关于电子产品的可靠性研究。我国除本质安全型防爆电气产品的开发外，近年来，煤矿、化工等行业也在积极探索本质安全技术和管理方法[13]。在学术上明确提出本质安全概念应该是在20世纪90年代，此后本质安全研究如雨后春笋，有大量学术。从文献资料上看，主要集中在两大方面：第一，大多数期刊论文都是围绕本质安全的定义、以及它与传统安全概念的区别方面展开，有少数谈到了怎样建立本质安全体系和企业的本质安全模型；第二，主要是针对煤矿企业本质安全展开研究，对煤矿企业怎样实现本质安全和怎样评价、考核本质安全系统有一定思路。针对石油化工行业实现本质安全的期刊较少，可见本质安全在石油化工行业的研究还有待深入。我国正处于重化工业的快速发展时期，安全生产形势十分严峻，探索先进的适用的安全管理和事故预防方法显得尤为必要。研究从根本上消除或减小危险的本质安全理论具有现实意义[11]。
4存在问题
本质安全理论的研究已经取得了一定成果，在实践中也收到了一定成效，但还存在问题如下：
4.1 本质安全虽然在近十多年里取得了较快发展，但还有很多因素阻碍了本质安全的发展。一是本质安全的设计目的和传统安全概念里的目的大相径庭，前者至力于从根本上消除或减少当前工艺设备的危险，后者强调通过控制危险和运用附加装置减少事故导致的后果。二是企业对本质安全认识不足，重视不够，加上本质安全的标准难以衡量，一家工厂是否应用了本质安全相关标准，能否达到本质安全，没有统一的检验标准和规范。目前石化企业都在强调本质安全，但都没有一个统一的指导思想和操作方案，这使推进石化企业的本质安全化难以取得实质性的进展。
4.2 本质安全评价方法大多局限于早期设计阶段，而实际中在役的大量生产设备，是事故发生的主要位置，所以研究能促进现存设备的本质安全化的评价方法，有非常重要的意义。现阶段，对石化企业现有的装置和设备展开本质安全评价，促进它的本质安全化，还没有一套具有操作性和实践性的理论标准。
4.3 安全是指综合的安全，很多方法只是从工艺过程的设计、设备的运行、毒素、布局等方面考虑本质安全，却没有考虑人的重要作用，没有充分意识到人、物及环境间不和谐就不能保证系统本质安全化的事实。所以有些本质安全评价方法的参数不够全面，还有待提出一套综合的本质安全评价方法。
4.4 相关本质安全的应用技术收到了一定效果，但专业性太强，企业普通的安全技术人员难以掌握和实施。而且，石化企业已采取了很多先进的技术来促进设备的本质安全化，如RBI技术，RCM技术，SIL技术，DNV的RAM技术（可靠性、可用性、可维护性）等，有效提高了资源的利用率和设备的可靠性，怎样把本质安全理论与这些先进的技术有机结合起来，正是目前石化企业急需解决的问题。
5总结
本质安全方法强调从源头上消除或减小危险，是一种先进的风险管理思想。但是，在当前科技水平下，石油化工企业真正的本质安全是无法实现的，危险源的存在是不可避免的，应用本质安全的方法只能减小危险，而无法消除系统中所有危险。而传统的非本质安全方法强调控制危险，这对于存在各种无法消除的危险源的化工企业来说，也是一种控制危险的有效方法。因此，本文总结出一种基于本质安全的综合风险管理模型。
构建本质安全型石化企业从六个方面进行，即工艺过程本质安全化、生产设备本质安全化、作业环境本质安全化、人员素质本质安全化、生产管理本质安全化和评价方法本质安全化。具体构想如图1所示。
5.1 工艺过程本质安全化工艺过程本质安全是本质安全型石化企业的关键，可运用本质安全评价方法，从根源上找出工艺过程中可能潜在的危险，从而从消除或减小工艺过程设计时未能考虑的危险。然后结合传统安全评价方法，找出系统中的危险源，增加安全措施，运用过程安全管理、风险管理计划等先进管理方法，把风险控制在最低水平。
5.2 生产设备本质安全化同样，可运用本质安全评价方法，找出装置或设备在设计时未能消除的危险源，适当添加保护层，使设备具有较完善的防护和保护功能，以保证设备和系统能够在规定的运转周期内安全高效地运行。同时，对设备实施风险管理，运用RBI、RCM、RAM、SIL、故障自愈调控等技术在设备层面上降低风险，这是保证工艺、防止事故的主要手段。
5.3 作业环境本质安全化作业环境的本质安全化，即生产场所应确保职工的作业安全，在空间、气候等创造舒适安全的环境。作业环境本质安全化，主要通过本质安全的布局设计思想、“5S”管理、清洁生产、绿色化学等手段实现。
5.4 人员素质本质安全化人员的本质安全化，要求操作者有较好的心理、生理、技术素质，以减少误操作而导致的事故。加强本质安全化和法治教育，提高职工的安全科技文化素质，营造良好的企业安全文化，是实现人员素质安全化的根本途径。
5.5 生产管理本质安全化使生产管理从传统的“问题出发型”管理，逐渐转向现代的“问题发现型”管理，运用本质安全的原理和方法进行系统分析、事故预想、风险评价，从而做到超前管理、超前预防。建立和实施全面规范化生产维护管理体系TnPM，这是其它管理体系的基础；完善HSE管理体系，在操作层面上降低风险，这是实现生产管理本质安全化的基础和保障。
5.6 评价方法本质安全化引入全新的风险管理思想和策略，运用本质安全评价方法，查找系统中存在的固有危险源，结合各种防范措施和先进技术，增强石化企业的抗风险能力，从而达到本质安全化。
总之，从以上六个方面努力，结合PDCA模式持续改进，切实执行风险的检验、监测、控制和管理就能有效实现石化企业的本质安全化。
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