氣壓平衡結(jié)構(gòu)助力三防手機立足石化行業(yè)

曹曉紅 何英博 陸鵬飛

關(guān)鍵詞：石油化工；防護；三防；氣壓平衡結(jié)構(gòu)

一、引言

傳統(tǒng)對講機功能單一，緊急時刻，只能保障關(guān)鍵語音對講，隨著石油化工數(shù)字化、智慧化的進一步深化，它已經(jīng)無法滿足石油化工企業(yè)的發(fā)展需求。而整合對講機、手機、相機、NFC、定位、App 應(yīng)用功能的5G 智能終端，成為實現(xiàn)石油化工企業(yè)智慧化管理的新需求。5G 智能終端支持5G 網(wǎng)絡(luò)，在緊急時刻不僅可以保障關(guān)鍵語音對講，還支持單呼、群呼、圖片傳輸和視頻傳輸。協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)，助力石油化工企業(yè)輕而易舉地實現(xiàn)可視化管理。應(yīng)用該系統(tǒng)，指揮中心可以通過大屏統(tǒng)一調(diào)度，也可以通過5G 移動智能終端，執(zhí)行語音調(diào)度管理、視頻調(diào)度管理、GIS 調(diào)度管理、消息調(diào)度管理和作業(yè)管理，助力石油化工企業(yè)智慧管理數(shù)字化、智慧化。

（一）語音調(diào)度功能

通過語音調(diào)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(jù)企業(yè)權(quán)限，可設(shè)置話權(quán)優(yōu)先級，行駛追呼、通話保持、告警接聽、遙斃、會議控制等權(quán)力，保障信息有序傳達。

（二）視頻調(diào)度功能

視頻調(diào)度打破了指揮中心、遠程專家和現(xiàn)場作業(yè)之間的距離，針對任務(wù)復雜、情況緊急且需要多方協(xié)同作業(yè)的任務(wù)，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(xiàn)場快速做出正確決策。與傳統(tǒng)語音對講相比，視頻調(diào)度功能更清晰地呈現(xiàn)了現(xiàn)場細節(jié)，為石油化工企業(yè)實現(xiàn)了可視化管理。

（三）GIS 調(diào)度功能

易燃易爆，是石油化工企業(yè)無法規(guī)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(fā)狀態(tài)。GIS 調(diào)度功能，具有巡檢可監(jiān)督，軌跡可查詢的特點，解決了傳統(tǒng)巡檢“看不住、管不全、管不好”的問題。應(yīng)用GIS 調(diào)度功能，無需額外操作，將自動上報現(xiàn)場作業(yè)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(diào)度功能

應(yīng)用消息調(diào)度功能，現(xiàn)場作業(yè)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(yè)現(xiàn)場獲取信息的渠道，增加了現(xiàn)場作業(yè)相互協(xié)作的靈活性，提高了生產(chǎn)效率。

（五）作業(yè)管理調(diào)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?cè)藬?shù)、峰值在線人數(shù)、平均在線人數(shù)、在線率等數(shù)據(jù)，可以開展點名考勤、智能巡更、業(yè)務(wù)工單、流程管理、事件上報、閉環(huán)處理、日志管理、用戶、分組、權(quán)限管理、錄音錄像查詢、錄音錄像回放等作業(yè)管理調(diào)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(yè)現(xiàn)場，應(yīng)答指揮中心下達的任務(wù)，匯報巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的安全隱患。眾所周知，石油化工作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復雜，一旦5G 智能終端出現(xiàn)故障，一線員工即刻與指揮中心失去聯(lián)系，屆時，不僅語音調(diào)度、視頻調(diào)度、GIS 調(diào)度、消息調(diào)度和作業(yè)管理調(diào)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(yè)數(shù)字化、智能化的推進。

二、研究目標

目前，在石油化工行業(yè)，導致數(shù)字化、智能化突然中斷的因素主要體現(xiàn)在兩個方面，一是現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，二是手機內(nèi)外部氣壓不一致。在石油化工產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，風險無處不在。有時不得不在雨中作業(yè)，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(tài)緊急應(yīng)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(jīng)過嚴格的MIL—STD—810G軍工防護測試，經(jīng)過1.2m 水深30min 浸泡測試，經(jīng)過粉塵環(huán)境防塵測試，經(jīng)過1.5m 防摔測試，具有IP68 級三防認證，成功地解決了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣問題。但是，手機內(nèi)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(chǔ)上，解決手機內(nèi)外部氣壓一致問題，克服高壓低壓環(huán)境問題，提升手機防護性能，降低廠區(qū)語音調(diào)度溝通、視頻調(diào)度溝通、GIS 調(diào)度溝通、消息調(diào)度溝通和作業(yè)管理溝通的中斷率。

三、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

（一）國外現(xiàn)狀

早在諾基亞時期，手機的防護性就備受關(guān)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(shù)突飛猛進的發(fā)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(zhì)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(shù)不斷的優(yōu)化迭代，大家開始逐漸意識到，在工業(yè)企業(yè)，可以通過增加手機防護性實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化和智能化。為了提升手機防護性，外國的一些企業(yè)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(fā)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(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)定。在此期間，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)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(chǔ)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(yè)手機經(jīng)過IP68 級三防認證和IP69K 防沖刷測試。但是，專門針對內(nèi)外部氣壓一致的防護結(jié)構(gòu)設(shè)計很少，手機內(nèi)外部氣壓平衡問題，成為影響手機穩(wěn)定性的核心問題。

（二）國內(nèi)現(xiàn)狀

三防手機更多地應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，生活使用市場狹窄。依托中國強勁的工業(yè)增長和自主創(chuàng)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(yè)需求為目標，不斷地刷新紀錄，超預期的滿足企業(yè)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(jīng)濟實力和強勁的工業(yè)增長驅(qū)動著中國三防手機蛻變、增長。經(jīng)過多年的創(chuàng)新創(chuàng)造，我國三防手機取得了突飛猛進的進步，相繼涌現(xiàn)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(yīng)用在我國各大工業(yè)企業(yè)，而且出口國外，廣泛地應(yīng)用在國外各大工業(yè)企業(yè)。如今，我國三防手機的發(fā)展在與歐盟、北美齊頭并進之余，大有趕超之勢。

在我國數(shù)字化、智能化的驅(qū)動下，大部分石油化工企業(yè)正在進行可視化升級，傳統(tǒng)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(fā)展。

在我國三防手機進行的新一輪的創(chuàng)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(nèi)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(nèi)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(guān)注。

四、存在問題與困難

保障三防手機內(nèi)外部氣壓一致，是一件困難的事情。三防手機內(nèi)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(yīng)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(shè)計快速泄壓，當外部氣壓過大時，如何通過設(shè)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(nèi)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(jīng)過多番分析，為了從根本上保障手機內(nèi)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(nèi)外部氣壓差，保障5G 智能終端內(nèi)外部氣壓一致，我們從以下幾個方面優(yōu)化結(jié)構(gòu)：

在手機安裝殼7 的背側(cè)設(shè)置安裝槽，且安裝槽貫穿防護套主體8，其中，在安裝槽內(nèi)對應(yīng)揚聲器設(shè)置喇叭透氣防水孔3，對應(yīng)蓄電池設(shè)置電池透氣防水孔4，對應(yīng)手機主控部分（支架、有氣泡棉、導電布等）設(shè)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(shè)置儲氣孔5，其中，儲氣孔朝向手機安裝殼內(nèi)面的一側(cè)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(fā)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(nèi)部氣壓與外界氣壓不一致導致手機因壓力差而產(chǎn)生使用故障的問題，其具體實現(xiàn)的原理是：通過在對應(yīng)揚聲器的位置設(shè)置喇叭透氣防水孔3，使得揚聲器不會因工作時發(fā)熱導致其所在的密閉空間內(nèi)的空氣被加熱造成該空間內(nèi)的氣體分子發(fā)生膨脹，從而使得該空間內(nèi)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(shè)置喇叭透氣防水孔能夠?qū)崿F(xiàn)氣體流通的同時還對揚聲器工作時所發(fā)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(yīng)蓄電池的位置設(shè)置電池透氣防水孔4，使得蓄電池不會因工作時發(fā)熱導致其所在的密閉空間內(nèi)的空氣被加熱造成該空間內(nèi)的氣體分子發(fā)生膨脹，從而使得該空間內(nèi)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(shè)置電池透氣防水孔能夠?qū)崿F(xiàn)氣體流通的同時對蓄電池工作時所發(fā)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(yīng)手機主控部分（支架、有氣泡棉、導電布等）的位置設(shè)置主控部分透氣防水孔6，使得主控部分不會因工作時發(fā)熱導致其所在的密閉空間內(nèi)的空氣被加熱造成該空間內(nèi)的氣體分子發(fā)生膨脹，從而使得該空間內(nèi)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(shè)置主控部分透氣防水孔能夠?qū)崿F(xiàn)氣體流通的同時對主控部分工作時所發(fā)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(shè)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(nèi)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(fā)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(fā)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(fā)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(nèi)部元器件受潮，又很好地擔當起內(nèi)外部氣體交換的通道。在該氣壓平衡結(jié)構(gòu)中，透氣蓋板具有很高的透氣性，實現(xiàn)了殼體的內(nèi)部與殼體外部的恒定氣體交換，有效地平衡了內(nèi)外部氣壓。該氣壓平衡結(jié)構(gòu)，規(guī)避了顧此失彼的問題，在平衡氣壓的基礎(chǔ)上，兼顧了防水和防塵。分別將手機置身于高壓環(huán)境和低壓環(huán)境，手機通話、對講、智能應(yīng)用的表現(xiàn)和正常氣壓環(huán)境沒有差別。在潮濕、雨中作業(yè)、多塵等惡劣環(huán)境之外，又幫助石油化工企業(yè)克服了一種惡劣環(huán)境，保障危險作業(yè)場景實現(xiàn)了零風險、零隱患。

八、結(jié)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(jīng)意的發(fā)生。因此，必須在隱患積累成型之前，提前發(fā)現(xiàn)，提前預警，提前處置，做到未雨綢繆。如今，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣的問題，已經(jīng)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(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定連接的核心障礙—5G 智能終端內(nèi)外部氣壓不一致問題，也通過該氣壓平衡結(jié)構(gòu)得到了完美解決。在IP68 級三防認證的基礎(chǔ)上，具有內(nèi)外部氣壓一致的三防手機，在惡劣環(huán)境之中表現(xiàn)更穩(wěn)定，不僅有效地保障了企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，而且在任何環(huán)境下都能有效保護工作人員的人身安全。