智能工厂安全应急管理系统软件

报告名称智能工厂安全应急管理系统软件设计目录1引言111课题研究背景112软件设计思路22问题描述33本课题研究方法531基于角色的访问控制模型532报警管理生命周期7321报警系统的定义7322报警管理生命周期74本课题研究成果1041工厂具体角色分类1042基于不同危险源的工业场景分类1243基于场景的应急预案设计1244角色固有权限与权限赋予1345本软件的RBAC模型应用1546报警管理生命周期任务划分1747报警优先级层级排序18471报警泛滥问题与传统的报警优先级排序18472报警优先级层级排序19473报警批次显示2048本软件中报警管理生命周期的体现215案例演示2351安全应急管理系统说明2352正常工作状况下案例展示2353应急状况案例展示326总结51表格清单表1RBAC各层次的功能要求6表2报警管理生命周期模型各阶段任务9表3工厂具体角色分类表11表4石油企业场景分类12插图清单图11风险智能之别与安全应急技术与系统2图31RBAC0模型5图32各层次RBAC模型关系图6图33报警管理生命周期模型图8图41应急预案的人员与物资分配13图42权限继承关系14图43安全应急系统的RBAC模型16图44应急流程图22图51界面登录及登录4种情况24图52平战状态选择25图53角色到岗情况查看26图54人员管理27图55人员详细资料28图56跨厂区人员统计28图57厂区介绍29图58业务介绍30图59生产信息31图510物料信息31图511场景信息监测32图512报警提示33图513场景信息新界面33图5143号罐详细信息34图515信息统计35图516应急操作界面36图517应急预案管理37图518权限赋予界面37图519应急现场处理状况一览38图520消息发送界面39图521消息接收39图522详细工作界面40图523联系救援机构41图524确认报警42图525应急自动化操作43图526调度界面44图527通讯录45图528应急设备信息46图529应急事故上报47图530历史上报记录48图531（上）跟踪监控49图531（下）跟踪监控50正文1引言11课题研究背景在企业生产过程中，往往存在很多危险场景。这些场景很容易因为操作失误、设备故障等原因，发生火灾、爆炸或有毒有害化学品泄漏事故，对工厂人员与周围环境都造成重大损失。随着现代企业规模的不断扩大，企业生产过程也越来越复杂，传统的人工监控与半自动化报警设备已不能满足这些企业安全应急的需求。为了预防企业发生重大突发事故，可以通过建立安全应急管理系统对工厂中的危险场景进行全方位不间断监控。当发生人员操作失误、设备参数异常时，工厂安全应急管理系统能在第一时间向应急指挥中心发出报警信息，并通过该系统对应急人员与应急物资进行高效率调度，从而做出有效、及时的安全应急响应。在平时正常情况下，安全应急系统将起到信息管理者的作用，将生产过程中零散、变化性强的信息集中到一个信息平台上，通过角色识别与权限授予，实现不同部门的信息交换、分享。对于管理者而言，通过系统授权，可以从该系统中获得来自各部门的信息，从而更快速、准确的做出决策，提高管理效率。对于不同岗位的生产者，通过相应的权限授予，从系统中得到各自所需的信息。角色的不同和权限的设定，决定了信息的交换和分享，使各部门可以得到各自需求的信息，且不会相互干扰。通过简洁明了的人机界面交互操作，实现对应急人员的任务分配，应急物资的调配以及事故场景信息的实时掌握。角色间通过互相合作，实现安全应急的最优化，全面提高企业应对突发事件的能力，对企业安全生产具有重要意义。国内对安全应急管理系统的研发设计做出了很大贡献。浙江大学智能系统与控制研究所的陈浩及其课题组基于当下移动端的普及，提出一种基于微信移动端的安全管理及安全应急系统。该系统借助“微信公众账号”，完成移动端的数据采集、信息交互与安全管理。不需单独开发移动端硬件设备，不仅降低了安全应急系统的安装成本，而且可行性高。由中海油科技有限公司与浙江大学工业控制技术国家重点实验室进行合作，提出一种基于物联网工业控制系统的风险智能识别与安全应急技术与系统，系统框架如图111。该系统表述基于多信息源的风险源发生、演化、评估和预警机理模型，支持安全应急系统设计、运行和维护的安全应急模型库，并提出一种新的危险装置故障传播模型和诊断算法。该系统运用生产过程安全动态监控技术，实现风险及时预警。图11风险智能识别与安全应急技术与系统1本软件充分参考其它安全应急管理系统的设计经验，总结已投入运行的一些安全应急管理系统的优势，并结合实际石化企业的特点，对软件要实现的功能与界面进行设计，使得用户能够方便地通过人机交互来应对石化企业中的应急事故。12软件设计思路在安全应急系统领域，国内外研究机构把重点集中在终端设备、预测报警和数据库管理等方面，对石化企业管控的整体应急管理研究涉足并不多。与此同时，安全应急管理系统当中最重要的一块是报警管理，因为缺乏权威机构对报警管理过程的标准化设定，使得各个公司设计出的报警管理系统兼容性差，可移植性不高，功能不完善。在2009年，国际自动化协会（ISA）颁布了过程工业报警管理的国际标准ANSI/ISA1822009。这一标准提出了报警管理生命周期模型，这一模型可以应用在现存或未来的报警管理系统当中。报警管理生命周期将这个过程工业的报警过程分为10个小的阶段，每一阶段包含不同的任务内容，执行不同的任务。在报警管理生命周期模型的基础上，对安全应急管理系统进行设计，既能保证工业执行过程中对潜在警报的灵敏识别，又能使得不同公司和科研机构设计出的报警管理系统具有相同的系统构架，显著增加了报警信息系统的可适应性与可移植性，为安全应急管理系统的标准化设计铺平了道路。为了使设计出的安全应急管理系统具有更好的兼容性与适应性，此次设计须遵循如下原则1为了适应当前WINDOWS系统的主流环境，该软件以VISUALSTUDIO2010为编程平台，采用C为主体编程语言。2针对实际工厂进行角色与权限的划分，并且以危险源对工厂的场景进行划分。在划分后的角色、权限与场景的基础上，采用基于角色的访问控制来实现软件的功能。3软件的报警管理功能要严格遵守报警管理生命周期模型。2问题描述本课题的研究并不单单是设计出一款应用于石化领域的安全应急管理系统，同时也是对基于角色的访问控制与报警管理生命周期的一次研究与实现。现在市场上已经完成的安全应急管理系统大多并没有在设计之初就考虑并融入报警管理生命周期模型，而报警管理生命周期是国际自动化协会在2009年提出的新标准ANSI/ISA1822009中最核心的概念。正是因为如此，很多已经设计成型的安全应急管理系统虽然能在特定工厂中很好地运行，但是其兼容性和可移植性却有待增强。本课题设计的安全应急管理系统，从报警管理过程的定义，到报警信息的识别、分类，直至操作员看到报警信息时的操作和响应，全套过程完全按照报警管理生命周期进行设计，具有较好的操作性与适应性。安全应急管理系统的另外一个重要功能是根据不同用户的身份、职位来确定其所享有的特定访问权限。不同的用户使用安全应急管理系统时，都希望能很快查找并浏览到自己所需要的信息，同时对这些信息进行相应的修改。这就需要在软件设计之初就对用户的角色进行划分，并且设定这些角色的权限。在角色的划分时，角色不能划分地过于简单，因为在庞大的使用群中，简单的角色划分必然会带来权限的重叠，从而造成访问冲突或信息泄露。但是角色的划分也不能太细，每一个角色都要设计相应的权限，如果设计了太多的角色，则肯定会增加系统的设计成本以及后期的维护成本，系统的经济性就会下降。所以角色的划分既要考虑到实际工厂的需求，也要考虑到经济上的最优化。实际工厂中的生产过程很复杂，涉及到很多的场景。角色的权限往往与场景是分不开的，比如炼油厂中在库区工作的人员就没有权限修改生产区的系统信息。而且应急预案的设计也是与相关场景有着直接联系，所以如何将这些场景进行分类也是至关重要的。场景的分类方式有很多，本课题采用基于危险源的场景分类方式，不仅可以将工厂中存在的所有危险源都涵盖其中，而且设计应急预案时也变得很有针对性，实现了企业安全应急的优化。3本课题研究方法31基于角色的访问控制模型基于角色的访问控制ROLEBASEDACCESSCONTRO1，RBAC是实施企业权限控制的一种有效的访问控制方法，既弥补了自主式访问控制（DISCRETIONARYACCESSCONTROL，DAC）安全性方面的不足，同时也解决了强制式访问的灵活性不够的问题。因此在安全应急管理系统中可以得到充分应用。RBAC96模型包括4个不同的层次，分别是RBAC0、RBAC1、RBAC2、RBAC3，其中RBAC0是这4个层次中最基本的层次，也被称为RBAC基础模型。RBAC0中的基本概念有用户USERS、角色ROLES、权限PERMISSIONS、会话SESSIONS。基本思想是将对客体的访问权限赋给角色，再将角色赋给用户。一个用户U可以被指派多个角色R，同一角色也可以被分配给多个用户；一个角色R可以有多个权限P，一种权限也可以被分配给不同的角色。在RBAC中，通过分配和取消角色来完成用户权限的授予和撤消。实现了用户与访问权限的逻辑分离，极大地简化了权限管理。基本的用户、角色、权限示例如图31所示。图31RBAC0模型其它层次的RBAC模型的功能要求简述如表1所示。RBAC1模型在RBAC0的基础上加入了角色继承关系，通过构造系统组织内部权力和责任的结构，来反应系统内角色与角色之间的层次关系。RBAC2模型引入了约束关系的概念，在RBAC0的基础上，加入用户与角色之间、角色与角色之间、角色与权限之间的约束关系，如角色互斥、角色最大成员数、前提角色、前提权限等。RBAC3模型是对RBAC1和RBAC2的集成，在RBAC3中，既有角色之间的层次关系，还有相应的约束关系。各层次间RBAC模型的关系如图32。图32各层次RBAC模型关系图表1RBAC各层次的功能要求2层次名称RBAC功能要求1平坦型RBACRBAC0（1）用户通过角色获得权限（2）必须支持多到多的用户角色对应（3）必须支持多到多的权限角色对应（4）必须支持对用户角色对应关系的查看（5）用户可以同时使用多个角色的权限2层次性RBACRBAC1在RBAC0的功能要求基础上增加下列要求（1）必须支持角色层次（偏序）（2）层次2A要求支持以角色集合上任意偏序作为角色层次（3）层次2B要求支持受限层次（通常指树或者翻转树）3约束性RBACRBAC2在RBAC1的功能要求基础上增加下列要求（1）必须强制职责分离（SOD）（2）层次3A要求支持以角色集合上任意偏序作为角色层次（3）层次3B要求支持受限层次（通常指树或者翻转树）RBAC1RBAC2RBAC3RBAC04对称型RBACRBAC3在RBAC2的功能要求基础上增加下列要求（1）必须支持对权限角色对应关系的查看，其性能应该与查看用户角色对应关系的性能可比。（2）层次4A要求支持以角色集合上任意偏序作为角色层次（3）层次4B要求支持受限层次（通常指树或者翻转树）32报警管理生命周期321报警系统的定义报警系统被用于给工厂操作人员、人员监控设备以及操作过程及时传达一些异常情况或者设备故障。高效的报警系统都是经过精心设计、实施、操作和维护的。而报警管理是确保一个报警系统高效运行的一整套程序和实现方法。报警系统能够帮助操作人员在正常状态和异常状态下都能够安全地对过程进行操作，报警不仅仅是信息或者事件，它还针对需要做出快速响应的情况做出提醒。理想状态下，每一个报警都能够为操作人员提供响应的信息，例如报警处理的优先级、报警产生的可能原因和推荐的响应步骤。对报警数量做出限制、对报警进行优先级排序以及为报警提供必要的相关信息能够明显减少操作人员延误响应甚至忽略报警的可能。322报警管理生命周期报警管理是对文档、设计、使用和维护程序文件进行合理地配置以建立有效的报警系统。ISA182中定义有效的报警管理系统必须包含过程和程序文件。图33就是ISA182报警管理生命周期模型。这个模型可以应用在全新的或者现存的报警系统中。图33报警管理生命周期模型图3由模型图可以看出，报警系统的整个生命周期分为10个阶段，分别是ALARMPHILOSOPHY（报警导则）、IDENTIFICATION（识别）、RATIONALIZATION（合理化）、DETAILEDDESIGN（细节设计）、IMPLEMENTATION（实施）、OPERATION（操作）、MAINTENANCE（维护）、MONITORINGASSESSMENT（监控和评估）、MANAGEMENTOFCHANGE（变更管理）、AUDIT（跟踪评估）。这10个阶段按照英文字母AJ的顺序执行，每个阶段完成其特定的任务。报警管理生命周期各阶段的任务如表2所示。正确、有序地完成每一个阶段任务就能合理有效地设计并执行报警管理系统。这个生命周期模型也包括了后续的系统维护阶段，从而保证报警系统更健康地运作。表2报警管理生命周期模型各阶段任务阶段顺序阶段名称阶段任务A报警导则项目开始时定义报警管理过程以及报警系统规格文件B识别判断是否需要报警C合理化报警的分类，报警优先度排序，合理化文档D细节设计基本报警设计，人机界面设计以及高级报警设计E实施报警测试，相关培训及投运F操作操作员响应报警G维护维护保养、更换和周期性测试H监控和评估监视报警数据和评估报表I变更管理授权增加、修改和删除报警的管理J跟踪评估周期性跟踪报警管理过程4本课题研究成果41工厂具体角色分类在实际工厂中，其管理组织体系分为3部分领导机构、组织协调机构以及现场工作人员。领导机构与办事组织机构的工作职责比较容易进行分类，无论是平时生产状态或是应急状态，工作职责的变化也不是十分巨大。现场工作人员是组织体系中最重要的一环，现场工作人员的分类比较复杂，而且在平时状态与应急状况这两种情况下的工作职责变化很大。在平时生产状态，现场工作人员的主要任务是负责日常生产、设备维护等日常工作。但是在应急情况下，现场工作人员就会转变成工作在诸如火灾、漏油、漏气等实际场景下的应急救援人员。根据各部门的不同属性，在应急情况下大致可分为下述8个救援角色消防抢险队、安全警戒及现场治安队、医疗救护队、物资供应队、通信联络队、监测队、疏散引导队和洗消去污队。各部门根据各自得到的信息与指令，各司其职，协调运作，充分发挥彼此的优点。具体角色分类及权限如表3。表3工厂具体角色分类表层级平常生产情况下的角色及权限应急情况下的角色及权限领导机构决策层生产决策、人员管理应急管理中心应急决策、应急信息汇总处理、人员调派等办事组织机构组织层物资管理、人事协调、生产信息处理等协调组织机构指导企业系统突发事件应急体系建设，履行应急职责，综合协调信息发布、情况汇总分析等消防抢险队迅速抢修设备、管道，控制事故，以防扩大。现场指导抢救人员，消险危险物品，开启消防装置进行灭火安全警戒及现场治安队根据事故影响范围，设置禁区，布置岗哨，加强警戒，巡逻检查，严禁无关人员进入禁区医疗救护队根据受伤症状，及时采取相应的急救措施对伤者进行急救，重伤员及时转院抢救物资供应队根据生产部门、事故装置查明事故设备型号及几何尺寸等基本信息，对照库存储备，及时准确地提供备件，同时根据事故的程度，及时向外单位联系，调剂物质、工程器具等通信联络队确保事故处理外线畅通，应急指挥部事故所用电话迅速、准确无误监测队负责对事故发展情况及对周边环境影响的监测，将监测结果及时报告应急救援指挥部疏散引导队负责公众疏散，引导消防人员或医护人员进入事故现场现场工作人员生产层各生产、维护部门，完成日常生产任务与维护工作洗消去污队负责灭火、抢险后事故现场的洗消去污，为恢复生产做好准备42基于不同危险源的工业场景分类实际工业场景往往与具体的一些危险源相联系，不同的工业场景中的危险源往往不同。所以，以具体场景中的危险源来对实际场景进行分类，既能将工厂中所有的生产场景包含其中，还能覆盖其主要业务。以石化企业为例，其场景分类如表4。场景决定了应急预案的调用，在不同的场所发生相同的应急事故，或在相同的场所中发生不同种类的应急事故，使用的应急预案都可能是不同的。表4石油企业场景分类场景及危险源可能发生的事故或隐患高温高压、易燃易爆环境下工作的仪器仪表仪器失灵或故障，由此引发爆炸或火灾输油管道和储油罐特大火灾和爆炸安全附件失效或过载运行的各类压力容器和压力管路火灾、爆炸配电装置、电动机以及各种照明设备电气火灾或触电事故炼油厂的化学生产过程及化学原料库有毒物质泄漏，工作人员不慎吸入会引起中毒，还会很大程度损害周边环境高温蒸汽等高温环境人员高温灼伤，仪器受损起火辐射源或带有辐射源的仪器对周边人员造成辐射伤害43基于场景的应急预案设计针对不同的场景及其危险源，要设计不同的应急预案。每一套应急预案都要保证切合实际，当意外发生时能做到迅速反应。为了使预先设计好的应急预案更加具有针对性，则需要将应急预案中的细节设计完整。一个好的应急预案，不仅要说明这个预案是用于应对哪种突发情况，更要说清楚执行这个应急预案时，需要投入多少人力、物力。在投入的人力中，角色的分工是怎样的，预期的任务是怎样的，每种角色应该投入多少人，都要提前写进应急预案中。对于投入的物力，即应急设备与物资，应该注明这些应急设备的使用情况，件数以及哪些人有优先使用权，防止在救援现场出现因为应急设备的使用不均而拖延救援进度。图41是应急预案的人员与物资分配图。针对有可能相互触发的危险源，更是要做多套不同的应急预案与措施，以应对不同的情况。在特定的突发情况下，要投入多少人力、物力，角色之间的权限是否要变化，都要提前设计。图41应急预案的人员与物资分配44角色固有权限与权限赋予从上文可知，应急管理系统中的角色有许多种，每种角色的职责不同，其享有的权限也就有所不同。当用户以某种角色登录应急管理系统时，就已经享有该角色的固有权限。所谓固有权限，就是在系统运行之前，已经被定义好了的权限。比如，现场工作人员中的消防抢险队这一角色，就享有消防抢险所相关的权限，诸如调度消防车、开启消防泵等权限，而其它角色如果不经过再次赋权，是无法进行这些活动的。根据RBAC模型可知，角色的固有权限是可以继承的，高级角色可以继承初级角色的固有权限。比如，工厂的组织体系分为领导层、组织协调层和现场工作人员，消防抢险队是现场工作人员的一部分。如果指定现场工作人员是一个初级角色，那么诸如消防抢险队、监测队等都是高级角色，他们都具有现场工作人员的基本权限。其权限继承关系如图42。在应急现场，往往会出现一些意外情况，使得应急预案不能很好地应对事故，一些现场工作人员需要灵活应对一些突发情况。这就使得原有的固有权限不能满足需求。这时可以通过应急管理系统对角色进行新的权限赋予，使被赋予角色拥有更多的权限，从而可以灵活应付现场的突发事件。当然，这种权限赋予并不是永久的，往往有一定的时间期限。当期限到达时，被赋予的权限自动归还，该角色所拥有的权限恢复为固有权限。可以给现场工作人员赋权的往往是领导层或者应急指挥中心，当期限到达时，应急指挥中心会收到相应的提示信息，从而决定是否进行再次赋权。图42权限继承关系权限继承权限继承消防抢险队监测队疏散引导队现场工作人员工厂工作人员45本软件的RBAC模型应用当工厂在正常工况下时，厂内的员工可以分为3层，分别是领导层、组织协调层以及现场生产工人。当工厂产生事故时，现场的生产工人就将细化为不同的应急角色。基于石化企业的实际情况，将应急状态下的现场工人分为8种不同的角色，即消防抢险队、安全警戒与现场治安队、医疗救护队、物资供应队、通信联络队、监测队、疏散引导队、洗消去污队。与此同时，领导层变为应急指挥中心与技术指导中心，组织协调层变为组织协调部，并且根据实际情况决定将组织协调部划分为现场8个不同角色中的一个或几个。因为应急指挥中心负责事故的总体指挥，所以应急指挥中心可以有权调度工厂内的所有人员与物资，并且拥有绝对知情权。因此，应急指挥中心是最高级角色，不仅可以继承所有其它低级角色的权限，而且其自身的固有权限是可以给其它角色进行权限赋予。因为应急指挥中心拥有全部权限，也就可以发起所有会话，即救援指挥与调度。作为现场工作人员的8个角色，即8个部门，虽然他们在现场彼此配合，但是却是平级的角色，谁都不能越级指挥另外一个部门，也不能越权去执行其他部门的任务。他们都受控于应急指挥中心，但是彼此却可以通过通讯设备进行沟通交流。因为事故现场情况复杂，在现场的每一个人都只能掌握片面的信息，只有汇总到应急指挥中心，才能得到事故现场的真实、完整的情况，从而做出最精准的决策。这种模型杜绝了因为现场工作人员擅做主张，使得救援任务受阻或事故加深。而且，由应急指挥中心发布指令，现场的8个部门根据自己得到的指令进行救援工作，可以大大提高现场工作人员的工作效率，因为他们不会受到其它部门的片面信息地误导。但是这个系统也不是只有死板的设定，还是具有一定的灵活性。因为应急指挥中心可以给现场工作人员进行赋权，对于一些应急指挥中心也无法预知或了解的情况，这种适度赋权又提高了现场工作人员的自身安全与应急效率。如图43，是此次设计用到的RBAC模型。可以看到安全应急管理系统分为平、战两种状态。在正常生产状况下，领导层是最高级角色，可以继承组织协调层以及各部门生产工人的所有权限。组织协调层理论上比生产工人的权限层次要高，但是实际的任务分工却不同，所以组织协调层只能部分继承生产工人的权限。在应急状况下，领导层分为应急指挥中心和技术指导中心，各部门生产工人变为现场的8个应急部门，原来的组织协调层视实际情况调入现场工作的部门。应急指挥中心是最高级角色且是指挥机构，所以可以全部继承现场工作人的权限。技术指导中心虽然也是高级角色，但是因为任务分工不同，且不能与应急指挥中心产生重叠，所以只能部分继承现场工作人员的权限。这里要注意的是，应急指挥中心与技术指导中心的关系是特殊继承关系，即由应急指挥中心自己设定技术指导中心能否从应急指挥中心处继承，也可以设定是全部继承、部分继承还是选择性继承。如果产生的事故处理起来有很高的技术难度，应急指挥中心甚至可以全权交给技术指导中心进行应急指挥。后文中的UI界面设计也是以图43的RBAC模型为基础进行设计的。图43安全应急系统的RBAC模型正常生产状况应急状态领导层应急指挥中心技术指导中心组织协调层各部门生产工人消防抢险队安全警戒与现场治安队医疗救护队物资供应队通信联络队监测队疏散引导队洗消去污队高级角色低级角色中级角色低级角色全部继承部分继承全部继承部分继承特殊继承46报警管理生命周期任务划分如上文所述，报警管理生命周期共分为10个阶段，但是实际执行中可以将这10个阶段划分为4个任务21，每个任务包含一定的阶段。这4个任务分别是优化系统设计、为操作人员提供高级支持、性能评估、持续改进。（1）优化系统设计这个任务包括报警导则、识别、合理化、细节设计和实施阶段。可以发现，这5个阶段包括了报警系统的定义、报警方法设计等原理性内容，也包含了系统安装等物理实现环节。这个任务的目的是支持报警系统的设计，使报警系统能够合理、高效地工作，并且免受报警泛滥的困扰。这个任务中最重要的工作就是要明确报警系统为什么要做出报警响应，引发报警的原因是什么，怎样消除误发报警。在通常情况下，可以在这一阶段对报警类别进行设计，并且排序报警优先级。报警优先级的划分可能要考虑的因素很多，既要考虑到报警源可能产生的事故后果，也要考虑到事故的紧急程度，甚至要在人员与物资等方面做些取舍。但是无论怎样划分，划分的原则是不变的，即减少报警泛滥的可能，为操作人员响应报警留足反应时间。（2）为操作人员提供高级支持这个任务涵盖了生命周期中的操作阶段和维护阶段。这一任务的服务对象为操作员，即怎样使操作员更容易了解并且操作报警系统来应对已有的报警信息。操作员面对大量的报警信息，如何筛选出其中最重要的报警信息就是当务之急。当然，操作员自身的基本素质是要具备的，即对警报的敏感程度以及从报警信息中发掘潜在事故。另外一方面，友好的人机交互界面、报警摘要窗口也是十分必要的。对于大多数自动化系统，报警摘要窗口可以对报警信息进行分类、过滤、屏蔽、挂起等功能，帮助操作员更容易地对报警信息进行发掘。对于更高级的报警摘要窗口，还能够指示操作员以某种特定的行为顺序对报警做出响应。（3）性能评估这一任务对应于报警管理生命周期中监控和评估阶段，目的是对现有报警系统的性能进行评价。通常从不同角度来对报警系统的性能进行监控与评估。比如，不同场景下的温度报警数量对比或者相同场景下的温度与压力报警数量的对比等。通过对这些种类的数据进行监控，可以发现报警系统对某一场景或者某一属性的报警是否迟钝，也能从中发掘出操作员最容易发生判断失误的条件，从而改善操作人员的响应手段。相比于传统的文字报告，现代自动化系统提供了报表模式的性能评估报告，这种形式的评估结果直观易懂，更容易发现报警系统和操作员存在的一些潜在问题。多用图表格式进行报表正在逐步取代单纯的文字报告形式。（4）持续改进这一任务包括变更管理和跟踪评估两个阶段。报警系统是要服务与实际生产过程的，而生产过程并不是一尘不变的。一旦生产过程发生变化，则报警识别的方法、报警优先级的划分等等都要进行相应的变化，从而保持报警系统的正确与高效。当生产过程变化不大，但是报警系统的运行性能没有达到预期时，也可以对现有的报警系统参数进行修改，并且跟踪关注系统的性能参数，如果还是没有达到要求，则继续改进报警系统，直至报警系统的性能满足预期要求。47报警优先级层级排序471报警泛滥问题与传统的报警优先级排序从前文的报警管理生命周期中可知，报警泛滥是报警管理系统中一个很难解决的问题。当工厂发生严重事故时，可能会在很短的时间内产生上千个报警，这会使得应急管理中心的操作人员应接不暇，甚至会造成报警系统瘫痪。从本质上说，报警泛滥问题是由于报警识别阶段所追求的高精度报警，即对任何已识别或潜在的危险都予以报警。如果想要解决报警泛滥问题，最直接的方式就是降低报警的识别度，但是这会使工厂存在安全隐患。另外一种解决该问题的方式，就是对报警进行优先级排序，对优先级低的报警选择性忽略或延后报警。这样做的好处在于不仅没有降低危险识别的精度，也提高了系统应对突发严重事故的性能。传统的报警优先级排序方法主要有两种。第一种是根据事故后果进行排序，后果越严重的报警信息优先级越高，比如炼油厂的油罐火灾报警就还要比检测器故障报警的优先级要高很多。另外一种是根据事故紧急程度进行排序，越紧急的报警优先级越高。比如，油罐火灾报警就需要工厂人员迅速做出应急反应，投入应急救援任务，所以该报警优先级很高。检测器故障报警就没有如此紧急，可能在1个工作日内派检修人员进行设备检修就可以，所以这个报警的优先级就要低一些。上述两种排序方法虽然简单易用，但是存在一些明显的缺陷。首先，有些报警往往无法对后果和紧急度进行判定。比如炼油厂的储油罐温度升高，超过警戒值。这时即可以认为有潜在火灾的危险，也可以怀疑是温度检测器的故障，所以很难对这种报警的事故后果与紧急程度进行划分。其次，工厂生产环境复杂，可能产生的事故后果可能有许多种，若要按事故后果或紧急度进行划分，则需要了解所有可能发生的事故后果，这部分工作量十分巨大。而且工厂总存在意外情况，如果发生的事故之前没有考虑到，那么就无法对这个事故后果或紧急度进行优先级排序。472报警优先级层级排序考虑到上述局限与工厂的实际情况，本文提出一种新的排序方法，即层级排序方法。对于工厂而言，危险源与相应的场景是分不开的，不同场景中的危险源数量、危险程度都是不同的。所以，第一层报警排序应该按照工厂的场景来进行排序。对于炼油厂来说，其危险程度可以做如下排序库区生产区生活区。当然场景还可以进行细分，如满储量原油罐输油管道高温高压生产车间化工生产线有辐射仪器车间。具体的场景优先级根据实际情况进行排序。用大写字母表示第一层优先级，A为优先度最高，Z为优先度最低。在第一层场景排序后，第二层根据属性来对报警信息进行排序。因为对于不同的工厂来说，不同的检测属性代表着不同的危险源。还以炼油厂为例，温度属性往往是工厂最重视的属性，温度异常带来的危险远远高于湿度、液位等其它属性异常时的危险。所以，在炼油厂中，第二层属性排序可以如下温度压力液位湿度等其它属性。用小写字母表示第二层的优先度，A为优先度最高，Z为优先度最低。在前两层排序之后，第三层再结合传统的排序方法来进行排序，比如按事故后果进行排序，用阿拉伯数字来表示第三层的优先度，1为最高，逐次降低。这种层次排序方法的排序原则是层级比较，从第一层开始，优先度高的即该警报优先级高，当第一层优先度相同时，再进行第二层比较，第三层同理。比如，现在同时产生3个报警信息，其优先度表示分别为AC4、AB7、BA1。因为第一层比较中前两者的优先度是A,而最后一个优先度是B,所以直接判定BA1的优先级最低。其次比较前两者的第二层，因为第一个是C，第二个是B，则判定AB7的优先级高。最终的优先级排序结果为AB7AC4BA1。473报警批次显示应急指挥中心操作员对每个报警的响应都是需要一定的时间，所以如果将全部报警直接全部呈现给操作员，很可能造成报警信息的堆积，使操作员忽视一些重要的报警。对于工厂的报警信息，正常人的最佳响应时间是每10分钟处理一个报警。因此，在上文报警优先度层级排序的情况下，对报警信息进行批次呈现。以上文的三个报警AB7、AC4、BA1为例。因为排序结果为AB7AC4BA1，所以在首个10分钟内只呈现AB7报警，当10分钟过后或者AB7报警处理结束后，AC4报警被呈现给操作员，BA1遵循此方法。这样可以保证操作员始终工作在最佳状态。考虑到工厂可能同时出现多个重要报警，所以操作员还可以对报警显示进行一些个性化设置。比如，对于AA级的报警（第一层、第二层优先度都为最高），不考虑10分钟这一工作设定，全部第一时间呈现给操作员。比如操作员在处理AB7这一报警时，突然间产生了3个AA级的重要报警AA1、AA2、AA6,则这3个报警同时在第一时间呈现给操作员，无论AB7这一报警是否处理完。通过这种设定，可以保证最重要的报警不会被忽视。48本软件中报警管理生命周期的体现本次设计的UI界面，其功能设计流程完全符合报警管理生命周期模型，如图44。报警管理生命周期中的10个阶段，除了维护阶段，其它阶段在流程图中都有所体现。维护阶段之所以没有体现，是因为维护阶段需要系统在不能操作时完成，所以需要另外设计，无法在安全应急管理系统操作流程图中体现。图中主要流程就是一套报警响应流程，在主要流程之外还设有信息功能区。信息功能区在主要流程的任何一个具体步骤内都可以进行访问和实施，主要是对系统的一个信息功能补充，图中值列举了诸如“信息发送/接收”、“报警源场景信息统计”等一些常见功能，其它的个性化功能可以根据需求后续进行添加。从图中可以看出，报警导则阶段独立于主要流程之外，因为这一阶段需要在系统设计之初提前完成，在系统执行阶段无法对其修改。识别、合理化、细节设计、实施这4个阶段完成了从报警的发现，到接警后应急决策确定这一整套响应过程。而操作过程则包含对预案的选择与否，应急自动化操作，人员与物资的调度等任务。其中权限赋予则体现出报警管理生命周期中变更管理的理念。监控和评估阶段则是当应急指挥中心下达各部门的应急救援任务后，对救援进度的监控和事态发展的评估。当这次应急事故处理完后，再对报警源进行跟踪评估，以此来彻底消除事故隐患。图44应急流程图跟踪评估监控和评估操作实施细节设计合理化识别报警导则否否否是是是是监测识别警报是否接警报警详细信息查看应急操作界面预案执行权限赋予应急自动化操作调度界面应急进度状况一览部门详细工作界面处理结束事故原因上报跟踪监控结束赋权报警源查看报警源场景信息统计消息接收/发送通讯录联系救援机构应急设备信息历史上报信息信息功能区否变更管理5案例演示51安全应急管理系统说明工厂中的工作人员，一般只有两种状态平、战。平就是平时正常生产的工作状态，战就是应急状况下的工作状态。安全应急管理系统不仅能够在发生应急事故时工作，在平时正常生产状况下也是可以运行的，只不过相比而言安全应急管理系统最主要的功能是应对突发事件。正是因为安全应急管理系统要在平、战两种情况下都要工作，所以要设计两套不同状态下的应用界面与程序。如果工厂处于正常生产状况，那么工厂每天的运行状况变化会很小，所以应急管理系统的作用大多集中在人员信息管理、生产信息管理等方面。但是当发生应急状况时，因为事故原因可能有多种，所以工厂的运行状况也会相应改变，没有统一性。所以在这里就对应急状况时做一个具体案例展示（原油储罐温度超过警戒温度），而正常工作状态下则以领导层的身份进行展示，因为领导层的权限最高，可以查看所有的信息。下面就这两种情况分别进行案例分析展示。52正常工作状况下案例展示（1）登录界面进入系统时，必须要经过用户验证。每个工厂的正式员工，都有一个登录用户名和登录密码。程序会对用户输入的用户名和密码与数据库中的用户名和密码进行比对验证。如果输入的用户名不存在，则无论密码正确与否，都提示不存在此用户。如果用户名正确，密码错误，则提示密码错误。如果两者都正确，则提示登录成功，进入下一个界面。如果点击“添加/删除用户”按钮，则提示需要管理员权限，然后进入添加/删除用户界面。图51是登录界面及上述4种结果图。图51登录界面及登录4种情况（2）平战状态选择当登录成功后，进入平战状态选择界面，如图52。这个界面只有两个按钮，所起到的作用是区分登录时的工作状况。两个按钮分别通向这个应急系统的两条支线，即平时状况与应急状况，下文中的应急状况展示就忽略这一步。这个界面虽然简单，但是却有着很大的作用。因为现在市场上已有几款工业监控管理软件，但是平战切换却做得不好。如果存在这样一个界面，只需要重新登录，再选择当前状态，便可以确保平战状态的切换。图52平战状态选择（3）角色到岗情况查看因为是在平常生产状况，所以作为一个领导层成员，需要知道工厂员工的到岗情况。这个界面就是实现这样的功能。这个界面的初始界面如图53上半图，通过层级多选框选择想要查看的部门，单击确定，便能显示出该部门的到岗情况与到岗人员的一些基本信息。图53角色到岗情况查看（4）人员管理工厂里的工作人员并不是一尘不变的，会经常有新人上岗、旧职工辞职、换岗、跳槽等人员流动现象，所以需要对系统内的人员信息进行管理，使新职工可以登录系统，离职人员不能登录系统。人员管理界面如图54。在这个界面上既能显示出选定部门的在职人员的信息与列表，也可以为这个部门的新职工设置登录所需的USERID、PASSWORD等信息，并且将新人添加到部门人员列表中。同样，也可以将该部门的离职人员从列表中删除。因为界面中表格里的数据都是与数据库进行绑定的，所以可以实现人员信息的添加、修改、删除等操作。之后界面的表格都是同理，不再赘述。图54人员管理（5）人员详细资料上图虽然可以浏览在职人员的信息，但是这种信息并不全面，如果想浏览某个员工的全部入厂信息，则可以进入人员详细信息界面，如图55。这个界面可以查看人员的详细资料，并且可以做出修改，但是需要管理员的权限。界面左侧的文本框中的信息是用XML语言来与数据源进行交互，从而很方便地对数据库里的文本信息进行修改。后文中还有一些界面运用到了XML语言，不再赘述。图55人员详细资料（6）跨厂区人员统计对于一些大型企业来说，往往不止一个厂区。在一个大型厂区中，也往往不单单只有一种生产业务。跨厂区人员统计界面就是对于不同厂区、不同业务的人员信息管理，如图56。图56跨厂区人员统计（7）厂区介绍对于大型企业，往往不只有一个厂区，这些厂区甚至会跨省、跨地区。厂区介绍界面就是对每一个厂区进行简介，并配有实景图，如图57。从这个图中，也能从菜单栏中选择了解相应的人员信息，也就返回到上述步骤。通过菜单栏中的“厂区基础信息”栏，可以进入业务介绍界面。图57厂区介绍（8）业务介绍对于一个工业企业，其从事的业务往往不止一种。对于不同的业务，就应该有相应的介绍，业务介绍界面就是这样的一个功能，如图58。对于不同的业务，都有着相应的文字介绍、图片介绍以及数据报表。因为通过数据报表的形式。能够让用户更清楚、更快捷地了解到自己需要的信息。在这个界面的菜单栏中，通过“数据统计”栏，可以进入之后的界面。图58业务介绍（9）生产信息（平、战通用）生产信息对于一个工厂来说至关重要，无论是平时生产状态，还是应急状态，操作员与领导层都需要对厂区的生产信息有详细的了解。此处以平时生产状态为例进行说明，应急状态时不再赘述。如图59，生产信息界面包括生产时的“计划编号”、“计划名称”、“执行区域”、“原料”、“计划量”、“完成量”、“完成度”、“阶段名称”、“起始时间”、“结束时间”等信息，通过与数据库和实时生产状况信息连接，绘制出生产信息表，供用户直观了解自己需要的相关生产信息，从而制定下一步生产计划、进料计划、生产线投运计划等。从这个界面的菜单栏也可以进入物料信息与原料信息界面。图59生产信息（10）物料信息（平、战通用）物料信息界面也是平、战通用的界面，故之后的应急状态下就不再赘述。物料信息界面的功能与生产信息界面很相似，但是引入了场景分类。通过选择特定的场景，会出现该场景下涉及的所有物料信息情况，包括“物料编号”、“物料名称”、“所属设备或车间”、“规格”、“基本特性”、“生产日期”、“生产商”、“生产批次”、“备注”等。数据也可以通过与数据库的连接实现数据修改功能。如图510所示。图510物料信息53应急状况案例展示应急事故背景说明此次案例以一个炼油厂的原油储油罐为应急场景，该罐名称为3号罐。对于炼油厂来说，罐区是安全任务最重的地区，一旦罐区发生事故，往往对整个厂区造成十分严重的打击。此次的报警事故为检测器检测到3号罐的周围温度高于警戒温度，这既有可能造成严重的火灾或者爆炸事故，也有可能是检测器故障等其它原因。本文以这个温度超限报警事件为基础，进行应急状况案例展示。（1）场景信息监测场景信息监测界面主要的功能是对不同场景中可能产生警报的信息进行监控，这个界面如图511。图中左侧是场景列表，可以选择不同的场景。当选择特定的场景后，界面就会显示出这个场景的一些资料，以3号罐为例，则显示当前储量、最近检测温度、最近检测压力等信息。这个图的最右端部分是选定场景的属性，可以进行编辑，这些属性会影响到报警信息的识别。图中还有3号罐的实际位置，在卫星图中自动进行标示。可以看见，此时界面中的“接警”和“报警”两个按钮并没有被激活，因为此时并没有警报。图511场景信息监测当发生报警时，比如3号罐的罐外温度超限，系统接到检测器的反馈信号后，会出现提示界面，如图512。图512报警提示当我们点击“是”后，原界面的最近检测温度会被标红，“报警”与“接警”按钮也同时被激活，如图513。图513场景信息新界面可以发现，此时的界面中有5个功能按钮，分别是“详细信息”、“接警”、“报警”、“预案设置与编辑”、“发送消息”。这5个界面导向其它界面，实现各自的功能，后文将逐个介绍。（2）场景详细信息上文中的场景信息界面虽然包含了3号罐的重要检测信息，但是并没有包含3号罐的所有信息。为了使应急救援行动更加有效，应急决策更加精准，需要了解3号罐的详细信息，即上个界面中“详细信息”按钮所导入的界面，如图514。图5143号罐详细信息这个界面不仅有3号罐的实景图，还包括了3号罐配备的检测设备及应急设施的信息。在功能区中，可以选择相应的数据展示表格。比如点击“温度情况”按钮，则会将过去24小时3号罐的温度变化图显示出来。值得注意的是，因为是历史信息，所以这个温度图中还没有此时报警信息提示的70度（后面的应急处理界面将会有，因为考虑到温度测量的延迟性）。如果需要同时显示多种信息图表，可以点击“同时显示”，进入信息统计界面。（3）信息统计这个界面包含的信息更加完善，如图515。这个界面可以同时显示4种信息图，分别是“3号罐温度变化表”、“原油价格波动表”、“3号罐压力变化表”、“3号罐原油油量图”。界面左侧的按钮功能区使得用户可以根据需要，按需选择想要显示的图表信息。图515信息统计（4）应急操作界面在查看完3号罐的信息后，返回场景信息监测界面，点击“接警”按钮（或者不查看信息直接接警），进入应急操作界面，如图516。这个界面的左上部分会自动显示报警地点、接警原因、报警人等信息。因为是温度超限，所以右上部分会显示3号罐实时温度数据，此时已经有了超限温度数据。而指令区则是应急指挥中心发布救援指令、了解救援进度等功能的实现区。共有20个功能按钮，如“使用应急预案”、“自主应急”等，每个按钮都有其相应的功能，后文都有所介绍或涉及。图516应急操作界面（5）应急预案管理从应急操作界面点击“使用应急预案”后，将进入应急预案管理界面，如图517。因为工厂会对很多突发情况提前做出相应的预案，使工厂发生相关事故时能够从容不迫地应对，明显减少事故所造成的损失。应急预案管理界面如图517所示。界面左侧是场景选择列表，不同的场景会有不同的应急预案。中间部分是应急预案管理模块，可以对该场景的应急预案进行新建、编辑、保存和删除操作。右侧是应急预案的所需要的人员和物资情况。从图中可知，此次3号罐的温度超限预案，需要8个部门的合作，每个部门的负责人、负责任务以及参与救援人数也都有详细的说明。救援所需要的物资和设备也都以列表的形式展示了出来。在界面的上端有一个“是否应急状态”的勾选框。当勾选时，“执行该预案”被激活，可以执行选择的预案。图517应急预案管理（6）权限赋予从前文所述可知，在应急状态下，现场的工作人员都有其特定的角色，每种角色都有相应的固有权限。但是为了在现场处理事故时更具灵活性，应急指挥中心可以对现场的一些工作人员进行权限赋予，让他们拥有新的权限，这就是权限赋予界面的功能，如图518。角色的固有权限是预先设定好的，所以设为只读状态。权限赋予人和权限赋予时间都会被记录下来，而且新的权限有一定的有效期限，到期后权限自动收回。图518权限赋予界面（7）应急现场处理状况一览因为在现场的工作人员分为8个部门，为了了解事故现场的处理进度，就必须对8个部门的工作情况都有所了解。如果每个部门都设置一个界面，那操作起来将十分繁琐，浏览也十分不便。所以将8个部门的工作简况集成在一个界面，方便应急指挥中心了解救援进度，如图519。从图中可以看到，每个部门都以一个子界面的形式展现出来，内容包括到岗情况、部门负责人、负责任务、任务完成进度以及是否向应急指挥中心发送了新的消息等。如果应急指挥中心想查看具体某一个部门的工作情况，则可以通过“详细信息”按钮进入部门详细工作界面。也可以通过“接收”、“发送”按钮与该部门负责人进行信息交流。图519应急现场处理状况一览（8）消息发送应急指挥中心可以通过消息发送界面向现场的工作人员发送指令信息，如图520。界面的左侧部分可以选择发送的部门，则收件人列表会自动显示该部门的人员，然后手动进行收件人选择，该界面支持群发。界面右上部分是发送的具体内容。当应急指挥中心想给该部门的某个人发送消息，但是由于特殊原因（诸如新员工还没有被系统添加信息、部门非正式员工等），这个人还没有被列入收件人列表中，则可以通过特殊人员信息栏输入该收件人的号码，实现消息发送。图520消息发送界面（9）消息接收消息接收界面如图521。包括信息内容和收件历史信息两部分。其中“确认接收”按钮用于与现场工作人员沟通时使用。当应急指挥中心点击“确认接收”，发送信息的人员就知道自己的信息已经被阅读，可以开始下一步的应急工作了。图521消息接收（10）详细工作界面从应急现场处理状况一览界面（图519）可以查看8个部门的现场应急工作进度，但是却不能得知具体的工作状况。当点击应急现场处理状况一览界面中的“详细信息”按钮，进入详细工作界面，如图522。该界面上半部分可以选择一个具体的角色，如图中的物资供应队，则会显示物资供应队的到岗情况、具体到岗人员信息及部门工作图。而界面的下半部分是该部门的一个具体员工的现阶段工作情况，包括该员工的固有权限、当前任务等，通过“获取位置”按钮可以得到该员工现在所处的位置，右下部分为应急指挥中心与该员工的信息交流记录。应急指挥中心也可在这个界面向这个员工发送指令信息。图522详细工作界面（11）联系救援机构对于一些特别严重的事故，工厂自身往往不能应对，此时就要联系外在的救援机构，如图523。界面左上部分是救援机构分类，应急指挥中心可以根据实际情况选择联系哪些救援机构。右上部分是已经进行联系的救援机构的信息表，其中包括这些机构的一些具体信息，如到达所需时间、地址等。当选中表中某一救援机构时，界面下方就会显示出该部门的一些具体信息。这些信息可以在平常状态下根据过往救援经验进行修改。图523联系救援机构（12）确认报警在工业现场，有很多种情况都会使检测器产生报警信息，但是并不是所有报警都是有效报警。比如案例中3号罐外温度检测为70度，超出警戒温度65度。既有可能是周围发生了火灾，也有可能是温度检测器有故障。一般较为保险的做法是派遣一个工作人员去报警现场进行查看，既能确认是否存在危险，也能了解报警现场更多、更全面的信息。确认报警界面就可以实现这一功能，如图524。界面的上部是警报确认部分，会自动显示是3号罐的温度报警器产生警报，原因是温度超限。此时应急指挥中心根据显示的监测队成员信息，派遣在岗人员去报警区域进行检查。在检查后，检测员会将检测时间和报警初步原因发回应急指挥中细腻，这时应急指挥中心再根据初步原因来决定是接警还是取消接警。当决定要接警时，这个界面还能进行应急预案匹配。根据检测员发回的初步原因，应急指挥中心在“确认报警原因”中勾选相关报警原因，之后可以进行快速查找匹配预案。也可以输入应急处理需求人数、报警场景等信息，来进行准确预案查找，查找结果以图表的形式显示在左下方。界面的右下部分则是工厂今日的人员情况一览，包括厂区负责领导人、现场工作人员情况等。根据这些现有的人员统计信息，可以进行预案匹配查找。如果找不到合适的预案，也可以进行自主救急，即点击最下方的“进入应急自动化操作界面”按钮，进入自主救急安排界面。图524确认报警（13）应急自动化操作随着工厂越来越现代化、自动化，很多设施也可以通过安全应急管理系统来进行操作。如图525，该界面包括阀门操作、门禁控制、喷淋设备设置等功能，通过安全应急管理系统，可以集中显示阀门、门禁、喷淋设备的当前状态（开或关，开度为多少等），在第一时间对这些设施进行操作，既能防止一些事故的扩大，也能提高应急救援的效率。以此次3号罐温度超限为例，我们可以通过这个界面先把与3号罐连接的输油管道的阀门进行关闭。之后将工厂的大门都打开，方便之后的人员疏散与救援设备运输。也可以提前打开3号罐周围的喷淋设备与消防泵、泡沫泵等，扑灭周围可能存在的明火等。还可以开启警报器，让在厂员工得到应急警报，迅速从平常生产状态转换为应急状态。图525应急自动化操作（14）调度界面无论是用应急预案，还是使用自主救急，都少不了实际人员和物资的调度。通过调度界面可以实现这个功能，如图526。界面上半部分可以实现人员调度。应急指挥中心通过现场工作人员列表，找到自己想要找的那个工作人员，给这个工作人员下达任务以及完成任务的时间要求。还可以通过卫星图，给这个人员划定执行任务的工作区域，方便该人员迅速赶到指令现场，并且明确工作范围。在界面的右上部分有人员调度的历史，应急指挥中心可以从中了解自己已经做了哪些部署，还需要做哪些部署等。界面的下半部分是物资和设备的调度，与人员的调度大同小异，区别在于物资和设备的使用信息中多了“使用权限”一项，使得应急指挥中心和现场工作人员都能明确对相关设备、物资的使用优先权，避免救援现场的混乱。图526调度界面（15）通讯录（平、战状态通用）无论是平时工作状态，还是应急状态，指挥中心与员工的交流沟通都不可或缺，在应急状态下尤为重要。通讯录界面如图527。左上部分有12个功能按钮，将工厂员工按层级、部门以及是否是负责人等进行了划分，应急指挥中心可以根据自己的需