高压调试防闯入装置的研制(QC成果)

高压调试防闯入装置的研制施工现场危险区域需要设置安全警戒。安全警戒的可靠性直接关系到人员小组注册/课题登记表表2-1小组名称小组注册号课题注册号高压调试防闯入装置的研制课题类型创新型组建日期2008年1月活动时间2015年3月-2015年11月小组成员序号姓名性别文化程度组内职务/分工1男高级工程师组长/全面组织2男工程师3男高级工程师4男教授级高工程序指导5男高级技师组员/安全监督6男工程师组员/具体实施7男工程师组员/具体实施8男组员/具体实施9女工程师女工程师组员/具体实施指导者本单位☑外单位口国家级诊断师☑省市、行业诊断师□小组接受QC知识教育情况人均受QC教育时间：80小时活动频率：4次/月上年度课题获奖情况：小组曾多次获得《全国优秀质量管理小组》荣誉称号。小组成员本着勤奋求奋进不止的精神，决心继续发扬小组的自身优势，为企3.1提出问题公司推行安全文明标准化工地建设已经取得了很大的成效组在进行电气调试过程中，发现仍存在安全隐患，小组成员查阅了2014年公司部分项目安全隐患图3.1-1隐患整改通知书对涉及电气调试的安全隐患问题进行了分类统计，结果如下：电气调试安全隐患问题统计表表3.1-1工程名称类别青岛淮安北海日照百分比高压调试隐患(次)低压调试隐患(次)PLC调试隐患(次)77656仪表调试隐患(次)55443根据上述数据小组画出了饼形图：图3.1-2安全隐患整改次数饼形图从图中可以看出，高压调试过程中出现的隐患占比最高，亟需解决。小组对高压调试过程中存在的隐患进行分类统计：高压调试隐患次数分类统计表表3.1-2项目名称隐患类别青岛淮安北海日照闯入警戒区域(次)有触电风险(次)11111无安全警示标识(次)01011值守人员不足(次)1100根据上述数据小组画出了饼形图：无安全警示标识图3.1-3图3.1-3高压调试隐患次数饼形图从图中可以看出“闯入警戒区域”是高压调试过程中最大的安全隐患。为了杜绝闯入行为，现场急需一套具备误闯识别、报警和安全保护功能的防闯入装置。经调查，公司内部没有相关成熟技术可以借鉴，经过网络查新(见图3.1-4),也没有发现更可靠更智能的高压调试防闯入装置。←C合Ohtp:/ww/Home/Resut?SeardhWord=高压调试防闯入装置8FMZL=Y8SYXX=Y&WGZL=Y搜索分析新世界花图法规考试变易图书网址导航更多☑发明回实用新型☑外观设计□发明授权高级用户登录|普通用户登录|繁|简示：自建*式前两E式田乡式国表临式冒只数外源按相国导出古农果全币项符合(商压调试防网入装面)AD(Liie(zoasuoueL)的查谢果，以下是1-10没有查询到‘高压调试防闯入装置”相关专利请特别庄意：通过中请(专利)号、公开(公告)号查谢时，直接输入号码，前面不用加“ZL”或"CN"。D图3.1-4网络查新3.2确定课题小组经过充分讨论，决定将高压调试防闯入装置的研制作为本次活动的课题。4.1目标设定4.2目标可行性分析QC小组成员多年从事电气自动化调试工作，成功研制过直流电阻快测仪、无线变频耐压实验装置等调试设备，实践经验丰富，具有较强的软件开发和硬件调试能力。图4.2.1-1直流电阻快测仪图4.2.1-2无线变频耐压实验装置2)同类设备研制经验近两年成功研制工厂门禁系统和视频监控系统，如下表：时间入侵次数(次)识别次数(次)兴达公司门禁系统4.2.2资源支撑1)资金支持公司为安全文明标准化工地建设投入了专项资金，满足小组研发需求。2)研发环境公司拥有专用自动化研发基地，各类设备齐全，为小组开展研发活动创造了条件。图4.2.2-1研发基地综上所述，小组有信心，有能力完成目标，目标可行!5.1提出方案针对课题，小组成员运用“头脑风暴法”,集思广益，将众多意见运用亲和图整理如下：半封闭物理隔离图5.1-1课题选择亲和图图5.1-2可选方案系统图5.2方案选择方案分析表表5.2-1可选方案优点缺点是否选择方案一围墙式防闯入装置物理隔离，在出入口使用1.系统稳定2.隔离效果好3.环境适应性强1.安装速度慢困难，对10要32块组件方案二围栏式防闯入装置行物理隔离，使用传感器1.系统选择便，对10×10m区域进行围挡，只需要4根立柱3.双层警戒4.环境适应性强1.成本较高2.制作复杂方案三不采取物理隔离措施，使1.警戒范围广2.组网速度快，对10×10m区域进行围挡，只需要4根立柱1.在强光条件下无法使用2.无物理隔离措施5.3方案分解图5.3-1装置研制方案分解图5.4选择最佳方案5.4.1围栏单元图5.4.1-1围栏单元构成系统图1)立柱不锈钢不锈钢立柱图5.4.1-2立柱材料方案系统图材质选择表表5.4.1-1自然锈蚀程度加工难易度密度是否不锈钢高低强困难高低强困难中无强容易2)底座图5.4.1-3底座方案系统图优点缺点是否选择固定式1.结构简单2.成本低3.稳定性好1.结构复杂3.稳定性一般3)警示带收放装置图5.4.1-4警示带收放装置方案系统图图5.4.1-5警示带收放试验次数警示带长度放带时间(s)收带时间(s)电动式电动式123456789平均时间(s)平均速度(m/s)5.4.2网络单元图5.4.2-1网络类别系统图网络类别分析表表5.4.2-1优点缺点是否选择片机、路由器，立柱间通过网线1.传输速度快，100M的有线网络，传输速度可达11.125MB/s组网、安装繁琐线射频模块，立柱间通过无线信号连接，不需要敷设网线组网灵活，安装维护简单1.传输速度慢，150M的无线网络，传输速度为性能差 结论：无线网络因组网灵活，安装维护简单，小组决图5.4.2-2无线网络方案系统图1)功能权重功能权重表表5.4.2-2×0111341×1114500×0001001×012F5连接响应时间0011×23备注：1两个功能进行比较，对工作方式影响程度较大的视为重要功能，得“1”分，反之得“0”2为避免“0”分项，对没一项结果“+1”分得到修正结果，再进2)四种网络的功能评价蓝牙低中等高低974951274中等高低794F5连接响应时间779加权得分(Wn)总加权得分(W)功能系数(Fn)备注：1评价效果：9～10分为优，7～8分为良，5～6分为一般，02加权得分W.=各功能得分分别与该功能权重相乘之和3)四种网络的成本系数备选项蓝牙合计(元)预计成本(元)成本系数(Cn)4)评估价值系数网络方式功能系数是否选择蓝牙由上面的分析，ZigBee网络价值最接近于1,小组决定选用。防入侵单元有两种工作方式，小组运用“头脑风暴法”,进行了分析：序号优点缺点1系统由摄像头、红外感应开关、超声波雷达、报警器、网络服务器等组行主动扫描，提前告1.监控直观1.成本高2.研制时间长3.搭建速度慢4.需要人员值守2系统由无线检测元当检测元件被触发时发出报警信号1.成本低廉4.无需专人值守1.监控不直观2.无风险预判信号采集被动式控制输出图5.4.3-2被动式防入侵单元构成图小组对“信号采集”和“控制输出”两部分分别进行比选。1)信号采集部分小组选择了三种类型的信号采集方式进行比较：光电开关光电开关超声波探头信号采集采集类型响应时间是否选择可在恶劣条件下工作，100元成本较低，探测法工作1000元环境适应性不强可在恶劣条件下工作光电开关按工作方式可以分成漫反射式、镜面反射式和对射式，小组对这三种工作方式再次进行了比选：图5.4.3-4光电开关工作方式系统图优点缺点35元安装简单1.存在检测盲区2.精度低1.调节简单100元1.精度高2.抗干扰能力强1.能耗大2.调节复杂 2)控制输出部分控制输出部分，包括报警信号输出和联锁信号输出，其中联锁信号用来关闭相关设备或停止相图5.4.3-5控制输出部分构成图图5.4.3-6联锁信号类别系统图联锁信号类别优点缺点结论有源信号1.能耗大2.兼容性较低无源信号1.兼容性强结论：考虑到警戒系统，通用性要强，且自身携带的电源容量有限，小组决定选用无源信号报警信号主要有声光报警和语音报警两种，小组对其进行了分析比较：声光报警报警信号控制信号类别优点缺点结论声光报警1.抗干扰能力强3.声响级：>90dB3.通用性强报警功能单一4.成本低5.重量：0.3-3kg5.环境适应性强5.重量：0.5-4kg1.警告信息明确2.警告针对性强1.环境适应性差2.需专门录制3.成本较高 5.4.4供电单元小组对“外接电源”、“自带电源”两种供电模式进行了综合分析：外接电源图5.4.4-1供电模式分类系统图供电模式比较表表5.4.4-1优点缺点是否选择外接电源1.容量大2.供电稳定1.需要外部电源2.线路连接时间长自带电源1.不需要外部电源2.使用方便3.环境适应性强1.容量有限2.需要定期充电或更换类别优点缺点结论1.5V/节2.5Ah/节32mm×59mm/节140g/节5.1号电池价格：91.更换方便2.不需要充电1.容量小，电压低，放电时间短3.获得高电压需要大蓄电池1.电压：24V3.体积：180×80×5.价格：150-1000元1.容量大，电压高2.大电流放电稳定3.便于回收再利用1.需要充电2.重量大图5.4.4-4放电试验图电池类型电池型号放电时间电池类别型号155元外形尺寸优点1.重量轻1.性能稳定3.热量易扩散，不易升温1.价格便宜3.使用性能稳定缺点1.价格贵2.安全性差3.低温性能差1.内阻大，不具备大电2.重量大1.重量大是否选择 5.5确定最佳方案铝合金铝合金NFC图5.5-1最佳方案系统图5.6最佳方案分解确定最佳方案后，小组对最佳方案进行了分解：1)围栏立柱要求取材方便，成本低，易于制作，便于搬运，小组经过市场调查，结合现场实际情况，决定选用外径中110mm的合成树脂管道制作立柱。2)小组使用现场的废旧钢板制作圆形底座，加装橡胶万向轮。3)经过市场调查，常规的警示带收放机构收放长度多为5m以下，不能满足要求，小组决定自由于底座的大小、立柱高度、收放装置的弹簧拉力三者之间有着密切的联系。因此小组运用L9(3⁴)正交实验法，寻找最好的组合。因素位级表表5.6-1因素弹簧拉力(N)立柱高度(mm)底座直径(mm)ABC位级1位级选择说明弹簧拉力过小导致警示带收放时间过长，弹簧容易被拉倒，底座直径正交实验法记录表表5.6-2因素序号弹簧拉力(N)立柱高度(mm)底座直径(mm)最小底座厚度ABC1823456789位级1求和总和=265位级2求和位级3求和极差5因素重要程度次序：B→C→A根据实验数据小组绘制出了趋势图。图5.6-1位级和趋势图组决定选用：拉力为10N的弹簧，高度1000mm的立柱，直径400mm、厚度为8mm的底座。4)小组对几款常用的ZigBee模块进行了分析比较：厂家厦门四信型号的发射电流(mA)接收电流(mA)休眠电流(uA)通信距离(m)分析通信距离>70m,能耗低是否选择不选不选5)小组对镜面反射式光电开关进行市场调查和询价，结果如下：光电开关市场调查表型号工作距离负载电流(元)说明择工作距离不够工作距离满足要大工作距离满足要求，成本低6)小组对常用的直流继电器进行了比较：直流继电器比较表类别型号优点缺点是否选择固态直流继电器1.响应时间快2.抗干扰能力强1.有断态漏电流2.触点少需散热片电磁式直流继电器1.无漏电流2.触点多3.交流、直流兼容4.不需散热片1.抗干扰能力弱2.动作有噪音7)小组对声光报警器进行市场调查和询价，结果如下：声光报警器市场调查表表5.6-6型号报警音量(dB)功率(W)价格(元)说明结论九芯NSG-1能耗大天冠TGSG-1606能耗低，成本低5能耗低，成本高 中110中110mm的合成树脂管道1000mmZigBee“E3F-R2NK-A”型光电开关联锁信号“MY2N-D2-J”型直流继电器报警信号“天冠TGSG-160”声光报警器围栏式防闯入装置图5.6-2最佳方案分解系统图小组按照“5W1H”原则，制定了目标量化的对策表：对策表表6-1序号目标地点完成时间1围栏单元元示带收放≥1.使用直径110mm合成树脂管材制作长度1000mm的立柱2.用8mm厚的钢板制座，并在底座上安装4个带锁止机构的万向轮制作警示带收放机构严俊研发基地前2网络单元元网络有效工作距离≥组装贾隽研发基地前3防入侵单元闯入识别率1.采购镜面反射式光电开关、控制模块、声置、继电器2.距每个立柱距底座500mm处，平行安装2组光电开关3.编写控制程序前4元连续放电池电压≥1.采购24V、10Ah,胶2.电池安装在围栏底研发基地前7.按对策实施实施一：制作围栏单元对策实施表一表7-11.小组采购合成树脂管道，在车间加工成长度为1000mm的立柱。预留警示带及收图7.1-1制作立柱图7.1-2制作底座4.安装收放装置图7.1-4组装围栏目标单根立柱警示带收放速度≥0.5m/s人员警示带长度(m)放带时间(s)收带时间(s)李德家贾隽郑运洪严俊叶佳漪马慧彦平均时间(s)平均速度(m/s)结论地点：研发基地地时间：2015.5.29-2015.6.28目标对网络有效工作距离进行检测人员次数实际接收距离(m)10次李德家10次贾隽10次郑运洪10次10次严俊10次10次叶佳漪10次10次马慧彦10次结论地点：研发基地时间：2015.7.2-2015.7.14负责人：贾隽对策实施表三1.采购镜面反射式光电开关、控制模块、声光报警器、激光对中装置、继电器安装光电开关安装反光板图7.3-2光电开关及反光板安装3.在立柱顶部安装声光报警器图7.3-3安装声光报警器开始开始否声光报警器起动触发二类报警开关≥3s是输出控制信号否 是结束装置上的光电开关组成两层警戒网络，当外层警戒网络发出报警信号，如果入侵者退出警戒网络，则报警信号停止；若入侵者继续闯入，触发内层警戒网络，则声光报警器发出报警信号，同时系统开始计时，3秒内入侵者退出警戒网络，则报警信号停止，计时停止；3秒后入侵者未退出警戒网络，则系统输出控制信号，关闭相关设备或停止相关工作。目标人员I类闯入识别次数Ⅱ类闯入识别次数10次10次10次李德家10次10次10次贾隽10次10次10次郑运洪10次10次10次10次10次10次严俊10次10次10次10次10次10次叶佳漪10次10次10次10次10次10次马慧彦10次10次10次结论结论满足目标要求地点：研发基地时间：2015.7.16-2015.7.29对策实施表四表7-4对策措施1.采购24V、20Ah,胶体电池图7.4-1电池2.电池安装在围栏底座上图7.4-2电池安装3.和立柱进行拼装固定图7.4-3拼装目标小组成员根据闯入装置各个单元的功率，对电池进行了续航能力试验试验前电压(V)负载功率(W)放电时间(h)放电后电压(V)123456789结论地点：研发基地时间：2015.7.31-2015.8.41)成功完成了高压调试防闯入装置的研制。图8-1防闯入装置2)高压调试防闯入装置在研发基地进行试验。图8-2装置试验闯入响应次数统计表表8-1人员I类闯入次数Ⅱ类闯入次数I类响应次数Ⅱ类响应次数闯入识别率李德家贾隽郑运洪由上表可知，闯入识别率100%。3)高压调试防闯入装置在防城港、南京、马鞍山、新疆、西宁等项目现场试用。闯入响应次数统计表表8-2项目名称I类闯入次数Ⅱ类闯入次数I类响应次数Ⅱ类响应次数闯入识别率防城港项目22南京项目9191马鞍山项目22新疆项目8181西宁项目9191保证了施工安全，缩短了警戒区域搭建时间，闯入识别率100%,有效减少了高压调试安全隐图8-3施工现场试验4)效益分析高压调试防闯入装置的成功研发，有效防止了闯入事件的发生，减少了安全隐患，提高了施工质量和效率，更好地保障了施工安全，为公司安全文明标准化工地建设提供了有力的支持，对外树立了良好的企业形象。在南钢铁前改造项目中，中国一冶集团机电安装工程高压调试时，应用高压调试防闯入装置，有效防止提高了调试效率和安全性，加快了送电，试车进度，缩取得了良好的效果特此证明图8-4应用证明9.标准化1)为了进一步巩固成果并保护知识产权，小组归纳整理相关资料，申报了国家专利，已获得受图9-1专利受理通知书2)为了便于设备的推广使用，小组编写了《高压调试防闯入装置安装使用说明书》。一、功能与特点高压调试防闯入装置高压调试防闯入装置安装使用说明书安装使用说明书12系统特点防四入染置基木不受环境(如何本，小动物，需动等)和气饺(如风、雪二、产品说明中国一冶集团有限公司中国一冶集团有限公司机电安装工程公司温度：40+70℃湿度：95%图9-2高压调试防闯入装置安装使用说明书3)向上级部门申请，将高压防闯入装置纳入企业标准设备手册，向全公司推广使用。44.6作业安全4.6.1作业证4.6.2安全警示设备业现场设置警成区域和警示标志，警成区域设置围挡，围挡高度不小于18米套，穿绝缘呢。压缩空气瓶。施工现场安全设备标准手册图9-3企业标准设备手册活动前后综合素质评价表表10-1活动前活动后团队精神质量意识个人能力解决问题信心工作热情和干劲制表人：叶佳漪审核人：李德家制表时间：2015.11.18图10-1小组活动前后综合素质评价雷达图制图人：叶佳漪审核人：李德家制图时间：2015.11.18小组下次活动的课题拟定为：《新型高压调试辅助装置的研制》评审项日11、要按有关规定进行小组登记和课题登记：2、小组活动时，小组成员的出勤情况；3、小组成员