感測器、物聯網技術全面導入 工安設計更周全
人本意識抬頭,工安成為製造業者必須嚴肅面對的問題,而在IT技術的快速導入下,製造系統的工安設計將會更周全。
這幾年「智慧工廠」、「工業4.0」等議題蔚為製造業主流,這類概念多以工廠生產線的效能作為主要訴求,不過近年來工安事件頻傳,工廠環境的安全確保也逐漸成為新世代廠房的設計重點之一,廠房安全系統主要是透過各類感測器,確保產線的運作不會危及一旁的工作人員,讓勞工安全更有保障。
就時間點來看,歐洲早在1989年就已針對勞動環境有相關法案,日、韓等國家也在不久後相繼跟上,台灣的工安意識起步則更早,早在1974年就制定了「勞工安全衛生法」,不過此法令一直未與時俱進,一直到2011年9月,行政院才通過修正草案,擴大規範勞動安全的保障範圍,將保障對象從過去的受雇勞工(約670萬人)延伸到自營工作者、志工、職訓學員(約1,000萬人)。
除了擴大勞工的納入範圍外,這次的「勞工安全衛生法」還特別針對石化業和從事製造、使用危害性化學品的高風險產業,訂出「六輕條款」,規定高風險產業必須定期實施風險評估,若生火災、爆炸、中毒、崩塌等意外,將施以最高3,000萬元的罰款,而之所以會針對上述四種意外,原因在於這四種是目前工安的四大殺手。
小標:紅外線熱像儀消弭火災於未然
在火災方面,根據內政部消防署的資料,其主要形成原因包括電器設備過熱、人為、爐火烹調、施工不慎等原因,其中電器設備過熱向來是火災的主因,其發生機率每年約在1/3左右。目前製造環境的防火設備主要是由溫度與煙霧偵測器所組成,當感測器偵測到過高的溫度或過濃的煙霧時,即啟動警報與撒水系統,不過這都屬於事後的救災,當這些系統開始啟動,就代表工廠的人、物將受到一定程度的損耗,因此現在的作法傾向於事先防範。
要事先防範工廠的火災意外,有幾種方式,一是在容易產生高溫的設備如馬達、鍋爐等處建入溫度感測器,並將之與後端管理系統連線,隨時掌握各處的溫度,不過這類設備的高溫對感測器來說,持續穩定運作的挑戰極大,故障率容易偏高,因此較理想的方式,是利用非接觸性感測技術。
目前這類技術的性價比以紅外線熱像儀最佳,過去紅外線熱像儀的機台多為實驗室所用,體積龐大且售價高昂,不過近年來技術快速提升,體積與成本都快速縮小,一部攜帶式的紅外線熱像儀價格已可在萬元左右,這類設備可由外部感測特定場所的特定範圍所有溫度,製造業者可以此替代傳統的溫度與煙霧感測器,在事先預防火災的發生。
小標:防爆設計 打造更安全環境
另一個工安殺手則是爆炸,爆炸常會帶來巨大火災,對工廠的損害通常最大。以2013年9月位於大陸無錫的SK海力士工廠爆炸案為例,這次爆炸案導致SK海力士的晶圓製造設備、在製品等受到嚴重損壞,2014年SK海力士對此的報損10億美元,保險估損則為9億美元。
而根據驗證機構UL的調查顯示,有可燃性高壓氣體(瓦斯分裝、販賣)、爆竹煙火(爆竹之批發、零售)、軍方軍火庫、加油站、發電廠等場所,是最容易發生爆炸的場所,而爆炸的主因則包括火焰、熱氣、正負電中和、高頻電磁波、高頻聲波、游離輻射、超音波、絕熱膨脹產生的震波、放熱化學反應等。上述的SK海力士無錫廠房爆炸案,事後調查則是人為因素,施工人員誤將氫氣管接入氮氣管道,引起爆炸與燃燒。
防爆的設計主要是在機構、場所等處,前者以防爆箱為主。一般人多認為防爆箱必須設計為全密閉,以阻絕火花與震波,但其實防爆箱必須設有數個洩壓閥,讓箱內的震波與氣壓可以洩出,若為全密閉,將使箱內的壓力過大,一旦箱內壓力大於箱體材質能承受的範圍,防爆箱反而將成為爆炸體之一。
機構的設計則是在建築體,同樣以非密閉設計為主,像是粉狀原料的倉儲堆疊,其空間必須半密閉式,以防放置處的粉塵密度過高,容易產生爆炸,另外這類場所也可設置感測器,偵測該處懸浮微粒的濃度,並將偵測資料即時回傳至後端,由後端系統全程掌握。
除了上述防爆箱與建築設計外,近年來LED防爆燈也是此一領域的利基產品之一。根據研究機構Bharat Book Bureau的報告指出,2014年LED防爆燈的年產值已接近2億美元,到2018年的每年預估年複合成長率將達到5.9%,由於燈具在危險地區幾乎是24小時使用,因此高安全等級的防爆燈,將是未來工廠防爆系統不可或缺的一環。
小標:物聯網架構 杜絕中毒再發生
除了火災與爆炸外,中毒也是近年來常見的工安意外。工廠內的中毒事件,主要來自氣體外洩,有毒液體的誤飲或潑濺等事件的發生比例則較低,容易產生有毒氣體的製造業相當多,像是食品(醃漬物產生氣體)、造紙、電子製造、石化等,都容易產生意外,近年來較大的事件則是位於竹科內,以晶圓再生起家的「昇陽國際半導體」。
昇陽國際在2013年委外進行年度維修,廠方監測污泥槽內有毒氣體殘留量時,疑因量測深度不足,導致儀器判讀錯誤,且6名清潔員未配戴防毒面具,作業時疑吸入過量有毒氣體硫化氫昏厥送醫。
有毒氣體的偵測,目前技術都可達到,不過過去的作法都是在進行特殊工作如年度維修時,才以手持式設備進行偵測,在物聯網概念成型後,感測網路技術將可全面掌握各空間場所的氣體資訊。
事實上在2011年,台灣已通過「室內空氣品質管理法」,強制規定特定場所必須定時定點量測空氣品質,其中CO2與懸浮微粒是基本要件,另外特定場所也有不同規定,像是醫院必須檢驗甲醛、細菌等,該法對於工廠環境並未有強制規定,不過在法令逐步落實下,相關的IT系統已逐漸成熟,工廠環境可援引其他場所的類似作法,複製微調出適合本身的系統。
偵測空氣品質系統是典型的物聯網架構,將設置於各處的空氣感測器,以通訊技術連結至後端圖控系統,圖控系統以圖像顯示各地的即時資訊,並將各感測節點所擷取的數據儲存至後端,藉以累積為Big Data,管理人員可由此制定出適合策略。
此外圖控系統也與其他前端設備連結,當該處的氣體濃度達到設定標準,即啟動相關措施,例如某處的二氧化碳濃度過高,系統即自行啟動抽風設備,讓該處的空氣品質趨於正常,避免人員中毒。
小標:內嵌各類感測器 產線作業更安全
上述的工安事件多著重於環境監測,在產線安全方面,目前也有廠商著手進行。
過去機器誤傷作業人員的事件頻傳,不過近年來發生頻率已逐漸下降,原因在於各大型機具的防夾、防撞設計已然普及,機器夾到異物時,會馬上鬆開並停止運作,這類設計多是在機具內加裝壓力感測器,當系統偵測到當初所設定的壓力時,即會啟動一連串的防夾動作。至於防撞,一般大型機具在運作時,廠方多會劃定範圍,禁止人員進入,不過近年來出現可與人員共同工作的輕量型機械手臂,這類手臂在臂體上也都設有感測器,一旦碰觸到人體,手臂會即時縮回,不至於因此產生意外。
人本意識的抬頭,讓工安已成為製造系統的必要設計之一,不過從目前發展來看,工安設計仍多以單點為主,所有的設計並未全面串連,這顯示系統整合業者與企業主仍未從全面性審視,在物聯網逐漸成為製造系統的主流趨勢下,系統設計者可以此為出發,建立起更全面、更周全的工安系統。