气压平衡结构助力三防手机立足石化行业

曹晓红 何英博 陆鹏飞

关键词：石油化工；防护；三防；气压平衡结构

一、引言

传统对讲机功能单一，紧急时刻，只能保障关键语音对讲，随着石油化工数字化、智慧化的进一步深化，它已经无法满足石油化工企业的发展需求。而整合对讲机、手机、相机、NFC、定位、App 应用功能的5G 智能终端，成为实现石油化工企业智慧化管理的新需求。5G 智能终端支持5G 网络，在紧急时刻不仅可以保障关键语音对讲，还支持单呼、群呼、图片传输和视频传输。协同调度系统，助力石油化工企业轻而易举地实现可视化管理。应用该系统，指挥中心可以通过大屏统一调度，也可以通过5G 移动智能终端，执行语音调度管理、视频调度管理、GIS 调度管理、消息调度管理和作业管理，助力石油化工企业智慧管理数字化、智慧化。

（一）语音调度功能

通过语音调度功能，工作人员与工作人员、工作人员与指挥中心之间可以进行单呼、组呼以及自建组群呼叫。指挥中心根据企业权限，可设置话权优先级，行驶追呼、通话保持、告警接听、遥毙、会议控制等权力，保障信息有序传达。

（二）视频调度功能

视频调度打破了指挥中心、远程专家和现场作业之间的距离，针对任务复杂、情况紧急且需要多方协同作业的任务，通过开启视频，可以远程连通多方专家，在紧急情况下，助力现场快速做出正确决策。与传统语音对讲相比，视频调度功能更清晰地呈现了现场细节，为石油化工企业实现了可视化管理。

（三）GIS 调度功能

易燃易爆，是石油化工企业无法规避的事实。通过细致巡检，可以防微杜渐，将安全隐患消灭于未发状态。GIS 调度功能，具有巡检可监督，轨迹可查询的特点，解决了传统巡检“看不住、管不全、管不好”的问题。应用GIS 调度功能，无需额外操作，将自动上报现场作业人员的位置。管理人员可以实时查询位置信息、随时查看轨迹回放，杜绝漏检、少检问题。管理人员可以通过圈选做到“闲人免进”，通过电子围栏划清工作范围。

（四）消息调度功能

应用消息调度功能，现场作业人员可以接收来自同事或指挥中心的文本、文件、图片、短视频。 扩展了作业现场获取信息的渠道，增加了现场作业相互协作的灵活性，提高了生产效率。

（五）作业管理调度

在指挥中心，管理人员通过折线图、柱状图可以一目了然地查看工作群组总人数、峰值在线人数、平均在线人数、在线率等数据，可以开展点名考勤、智能巡更、业务工单、流程管理、事件上报、闭环处理、日志管理、用户、分组、权限管理、录音录像查询、录音录像回放等作业管理调度。

在石油化工智慧化管理过程中，5G 智能终端连接指挥中心和作业现场，应答指挥中心下达的任务，汇报巡检过程中发现的安全隐患。众所周知，石油化工作业现场环境复杂，一旦5G 智能终端出现故障，一线员工即刻与指挥中心失去联系，届时，不仅语音调度、视频调度、GIS 调度、消息调度和作业管理调度付诸东流，手机故障员工的安全也失去保障。因此，提高手机防护性能，才能保障企业数字化、智能化的推进。

二、研究目标

目前，在石油化工行业，导致数字化、智能化突然中断的因素主要体现在两个方面，一是现场作业环境恶劣，二是手机内外部气压不一致。在石油化工产业，现场作业环境恶劣，风险无处不在。有时不得不在雨中作业，担心手机进水；有时不得不承受粉尘，担心手机进灰；有时事态紧急应对仓促，难免手忙脚乱。如今，市面上推出的防爆智能终端普遍经过严格的MIL—STD—810G军工防护测试，经过1.2m 水深30min 浸泡测试，经过粉尘环境防尘测试，经过1.5m 防摔测试，具有IP68 级三防认证，成功地解决了现场作业环境恶劣问题。但是，手机内外部气压不一致问题，仍旧没有得到有效解决。

本项目的目标就是在保障手机防水、防尘、防摔性能的基础上，解决手机内外部气压一致问题，克服高压低压环境问题，提升手机防护性能，降低厂区语音调度沟通、视频调度沟通、GIS 调度沟通、消息调度沟通和作业管理沟通的中断率。

三、国内外现状分析

（一）国外现状

早在诺基亚时期，手机的防护性就备受关注。但由于这一代手机功能单一，其手机防护性并不复杂。诺基亚手机可以砸核桃的事实，一时成为坊间流传的佳话，当时手机出色的防护性备受消费者称赞。然而，随着信息技术突飞猛进的发展，触屏手机取代键盘手机，新式的手机开始整合照相机、音乐播放器、社交软件等先进功能，搭载更多灵敏元器件，布局更多线路。手机智能化得到了质的提升，然而，副作用却是，手机的防护性断崖式下降。

随着科学技术不断的优化迭代，大家开始逐渐意识到，在工业企业，可以通过增加手机防护性实现工业企业的数字化和智能化。为了提升手机防护性，外国的一些企业率先开始将美国军工级标准MIL-STD810 作为三防手机标准，这个标准会随着科技的发展适时地修改。达到这一标准，手机除了在机械可靠性测试中可以承受跌落，还需要在极端温度和流體污染等环境中表现稳定。在此期间，涌现出一大批优秀的三防手机厂商，各种具有三防功能的新手机层出不穷。

如今，在IP68 的基础上再次推出IP69K 标准，通过该认证的手机可以承受100 bar （1450 psi）、温度 80℃的水压冲击。目前，外国大部分工业手机经过IP68 级三防认证和IP69K 防冲刷测试。但是，专门针对内外部气压一致的防护结构设计很少，手机内外部气压平衡问题，成为影响手机稳定性的核心问题。

（二）国内现状

三防手机更多地应用在工业领域，生活使用市场狭窄。依托中国强劲的工业增长和自主创新力。中国三防手机迭代快，增长强劲，从傻大粗黑的功能机，到一亿像素的智能机，中国三防手机总是以工业需求为目标，不断地刷新纪录，超预期的满足企业需求。只是，防护性能稍差，直到美国军工级标准MIL-STD810 的引入，智能三防手机的脆弱性也得到了彻底改善。

强大的经济实力和强劲的工业增长驱动着中国三防手机蜕变、增长。经过多年的创新创造，我国三防手机取得了突飞猛进的进步，相继涌现出多个世界级三防手机厂商和多种畅销世界的三防手机机型，不仅广泛地应用在我国各大工业企业，而且出口国外，广泛地应用在国外各大工业企业。如今，我国三防手机的发展在与欧盟、北美齐头并进之余，大有赶超之势。

在我国数字化、智能化的驱动下，大部分石油化工企业正在进行可视化升级，传统的对讲机和功能机正在被智能机取代，我国智能三防手机迎来新一轮的发展。

在我国三防手机进行的新一轮的创新中，防护性能仍旧以防水、防尘、防摔、防水压冲刷为主，手机内外部压强一致问题仍旧是一个超前的问题，没有得到足够的重视。但是，随着IP68、IP69K 等问题全面普及之后，手机内外部气压问题，将作为影响手机防护性的核心问题而受到关注。

四、存在问题与困难

保障三防手机内外部气压一致，是一件困难的事情。三防手机内部压力过大，远远超过外部压力，手机壳体将被这股压力朝外顶，容易脱落。反之，受到气压差的压力，手机灵敏度受到影响，在一定程度上降低了手机的性能。在解决这个问题时，我们一共应用了两种方案，一种方案是，当手机外部气压过小时，如何通过设计快速泄压，当外部气压过大时，如何通过设计有效增压，该方案的最大困难是如何增压。另外一种方案是，如何通过透气性，解决内外部气压一致问题，该方案的最大困难是在保障透气性的同时，如何保障手机防水性。经过多番分析，为了从根本上保障手机内外部气压平衡，最终，我们最终选择整合两种方案。这种整合也为我们迎来新的困难，即如何同时解决如何增压问题和如何透气防水问题。

五、解决思路

为了打破手机内外部气压差，保障5G 智能终端内外部气压一致，我们从以下几个方面优化结构：

在手机安装壳7 的背侧设置安装槽，且安装槽贯穿防护套主体8，其中，在安装槽内对应扬声器设置喇叭透气防水孔3，对应蓄电池设置电池透气防水孔4，对应手机主控部分（支架、有气泡棉、导电布等）设置主控部分透气防水孔6，并在主控部分透气防水孔6 的附近设置储气孔5，其中，储气孔朝向手机安装壳内面的一侧凸出形成有加强柱，用于加强手机安装壳7 的强度以及对PCB 板进行抵持，防止PCB 板在使用过程中发生位移。

标号说明：1. 透气盖板；2. 防水泡棉胶；3. 喇叭透气防水孔；4. 电池透气防水孔；5. 储气孔；6. 主控部分透气防水孔；7. 手机安装壳；8. 防护套主体。

六、具体方案

解决手机内部气压与外界气压不一致导致手机因压力差而产生使用故障的问题，其具体实现的原理是：通过在对应扬声器的位置设置喇叭透气防水孔3，使得扬声器不会因工作时发热导致其所在的密闭空间内的空气被加热造成该空间内的气体分子发生膨胀，从而使得该空间内气压增加，以及温度快速上升，进而影响扬声器的使用，并通过设置喇叭透气防水孔能够实现气体流通的同时还对扬声器工作时所发出的热量与外部进行交换，从而对蓄电池起到一定程度的降温效果。

通过在对应蓄电池的位置设置电池透气防水孔4，使得蓄电池不会因工作时发热导致其所在的密闭空间内的空气被加热造成该空间内的气体分子发生膨胀，从而使得该空间内气压增加，以及温度快速上升，进而影响蓄电池的使用，并通过设置电池透气防水孔能够实现气体流通的同时对蓄电池工作时所发出的热量与外部进行交换，从而对蓄电池起到一定程度的降温效果。通过在对应手机主控部分（支架、有气泡棉、导电布等）的位置设置主控部分透气防水孔6，使得主控部分不会因工作时发热导致其所在的密闭空间内的空气被加热造成该空间内的气体分子发生膨胀，从而使得该空间内气压增加，以及温度快速上升，进而影响主控部分的使用，并通过设置主控部分透气防水孔能够实现气体流通的同时对主控部分工作时所发出的热量与外部进行交换，从而对主控部分起到一定程度的降温效果，另外，在主控部分透气防水孔6 的附近设置储气孔5 能够储存一定量的气体，以便于降低装配难度。将储气孔内凹形成加强柱能够加强对PCB 板的定位作用，有效地防止PCB 板发生位移，从而使得PCB 板能够更牢固的安装在手机安装壳上，从而避免PCB 板发生晃动的风险，进而降低连接在PCB 板上的电子元器件因PCB 板晃动而发生损坏无法使用的问题。

七、实施效果

喇叭透气防水孔、电池透气防水孔、主控部分透气防水孔既有效地阻止了水滴的入侵，防止内部元器件受潮，又很好地担当起内外部气体交换的通道。在该气压平衡结构中，透气盖板具有很高的透气性，实现了壳体的内部与壳体外部的恒定气体交换，有效地平衡了内外部气压。该气压平衡结构，规避了顾此失彼的问题，在平衡气压的基础上，兼顾了防水和防尘。分别将手机置身于高压环境和低压环境，手机通话、对讲、智能应用的表现和正常气压环境没有差别。在潮濕、雨中作业、多尘等恶劣环境之外，又帮助石油化工企业克服了一种恶劣环境，保障危险作业场景实现了零风险、零隐患。

八、结束语

细微的安全隐患，若得不到及时处置，终将在时间中积累，最终形成事故。只要智能终端上存在哪怕一丁点潜在的安全隐患，在长期的工作使用中，都有可能不经意的发生。因此，必须在隐患积累成型之前，提前发现，提前预警，提前处置，做到未雨绸缪。如今，现场作业环境恶劣的问题，已经通过采用美国军工级标准MILSTD810和具有防水、防尘、防摔特性的IP68 级三防解决，而阻碍指挥中心和作业现场稳定连接的核心障碍—5G 智能终端内外部气压不一致问题，也通过该气压平衡结构得到了完美解决。在IP68 级三防认证的基础上，具有内外部气压一致的三防手机，在恶劣环境之中表现更稳定，不仅有效地保障了企业数字化、智能化转型，而且在任何环境下都能有效保护工作人员的人身安全。