传统的工艺安全性研究方法主要有试验摸索法和相对比较法两种。
试验摸索法:顾名思义,就是对拟加工生产的产品,采用生产加工设备,改变工艺条件,摸边探底,试图找到安全边界。这种方法的问题是:
(1)因工艺设备能力所限或试验设计的局限,往往摸不到边、探不到底;
(2)试验本身存在风险,如果发生反应,将会造成设备和设施的损毁,所以不能在生产线上实施,只能进行代价高昂的外场试验;
(3)试验样本量有限,结果的可靠性难以保证。
相对比较法:适用于变产品不变工艺的情形,通过对比新产品与之前生产的产品的感度来评判安全性。这种方法的问题是:
(1)火炸药有多种感度,不同的感度代表不同的点火机制,应比较哪种感度?
(2)新产品感度高于原产品,或新产品和原产品的多种感度互有高低,如何比较?
(3)原产品的工艺就一定能保证安全吗?
这两种方法,一种基于有限条件去试错,一种基于已有经验去外延,都存在无法回避的问题,决定了这两种传统的方法在今后的实践中都很难实施,迫切需要建立基于基本原理和本征数据的正向演绎型研究方法和研究范式。
这种新的研究方法可表述如下:“以物料为核心,以物料在外部作用下的动态响应为重点,采用模型和模拟相结合的方法,揭示总结点火机制; 采用机制等效模型试验,确定不同机制下的点火阈值; 通过物料所受刺激量与点火阈值的对比分析,结合数理统计方法,实现对工艺本质安全性的科学评价。”
上述方法的内涵可以概括为四句话:一个核心,两次转换,机制为本,定量评判。
一个核心:即以火炸药物料为核心,火炸药工艺安全性取决于火炸药物料的相关本质属性,应把研究的重心转移到物料上来、聚焦于物料的安全边界上来,掌握了这一点,安全就是可控的。
两次转换:第一次转换是“由外到内”,即把视角由外部设备、环境等加载的工艺条件转换到工艺“黑箱”内部物料所感受到的刺激及其在刺激下的动态响应上来,因为外界的加载类型和加载量不等于物料受到的刺激类型和刺激量,比如烘干时的加热温度不等于物料的实际温度、搅拌时的搅拌速度不等于物料的运动速度,等等。第二次转换是“由内到外”,即将工艺安全阈值的获取方式由工艺实证试验转换为物理模型试验,因为我们无法在产线设备上进行工艺极限试验以获得内部物料的点火阈值,但却可以在产线外另建机制等效的物理模型试验装置和方法,不仅方便易行,而且有足够的样本量,可保证所测点火阈值的可靠性。
机制为本:工艺过程中火炸药物料发生点火,可能存在多种点火机制,若机制不明,则采取的措施就不能有的放矢,甚至会南辕北辙。要准确了解机制,就必须全面研究物料在外界刺激下的动态响应过程,掌握其响应特性,总结可能的点火机制,进而通过对比分析,明确主要机制,在此基础上,才能采取针对性技术措施进行防控。
定量评判:在上述第一次转换中,可获得工艺过程中物料所受到的各类刺激的刺激量,在第二次转换中,可测得不同类型刺激下物料的点火阈值。将刺激量和点火阈值相比较,再结合方差分析和显著性检验等数理统计方法,就可实现本质安全度的定量评价。
