基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工器具系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

楊眾杰，趙毅鋒，萬正喜，郁小彬

（華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司，浙江省湖州市 313302）

0 引言

近年來，隨著抽水蓄能機(jī)組的運行頻繁，對抽蓄機(jī)組的檢修項目及質(zhì)量要求更高，所需的工器具數(shù)量、種類也越來越多，工器具的管理效率將直接影響到機(jī)組檢修的安全質(zhì)量及施工進(jìn)度。目前抽水蓄能電站在工器具管理過程中主要存在以下幾個問題：

（1）借還登記、校驗期限等臺賬都采用人工登記，效率低下，時間長容易遺落；

（2）抽蓄電站工器具數(shù)量配置、總類配置缺乏有效、可靠的指導(dǎo)；

（3）工器具存放位置多而雜，工作人員無法快速找到有關(guān)工器具；

（4）在重要設(shè)備（如風(fēng)洞、蝸殼、壓力油罐等）內(nèi)部工作時，帶入的工器具無法智能登記，容易遺漏造成安全隱患。

為解決這一系列問題，提高工器具日常管理效率，通過對“大云物移智”技術(shù)的應(yīng)用，開發(fā)一套工器具管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)工器具借還、維護(hù)、使用、庫存等日常業(yè)務(wù)的智能化管理，保障現(xiàn)場檢修。

1 工器具管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

該工器具管理系統(tǒng)主要基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合RFID標(biāo)簽的使用而開發(fā)（見圖1）。

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

圖1 智慧工器具管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)Figure 1 Key technologies of intelligent tools management system

大數(shù)據(jù)主要包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)［1］。在工器具管理系統(tǒng)中，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為該工器具管理系統(tǒng)中主要應(yīng)用功能的根本，主要涉及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括工具信息、倉庫信息、人員信息［2］。對三者主要的基礎(chǔ)信息進(jìn)行錄入后在正常使用過程中，對產(chǎn)生的一系列彼此關(guān)系數(shù)據(jù)自動保存、分析，以實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用（見圖2）。

1.2 識別技術(shù)

自動識別技術(shù)主要包括光字字符識別技術(shù)、語音識別技術(shù)、生物計量識別技術(shù)、形狀識別、磁卡識別技術(shù)、二維碼識別技術(shù)、RFID技術(shù)等。針對識別對象工器具的特殊屬性，可以選用的識別技術(shù)為二維碼識別技術(shù)、RFID 技術(shù)［3-4］、形狀識別技術(shù)。針對三種技術(shù)進(jìn)行對比，對比情況見表1。

圖2 工器具管理系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)Figure 2 Main data of tool management system

表1 各類識別技術(shù)對比Table 1 Comparison of various identification technologies

在對工器具進(jìn)行標(biāo)簽粘貼時，考慮到工器具頻繁使用容易造成標(biāo)簽脫落，因此可采用透明塑膠套熱套工藝將標(biāo)簽與工器具粘貼。

1.3 云技術(shù)

采用B/S架構(gòu)，將系統(tǒng)部署到網(wǎng)絡(luò)中心，用戶只需要通過訪問相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)或者安裝相關(guān)App即可完成相關(guān)操作，通過該架構(gòu)應(yīng)用，可以減少初期投入、維護(hù)成本，同時使用過程不受空間限制［5］。

1.4 移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過對應(yīng)用App的開發(fā)，可以實現(xiàn)用戶對工器具進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，依照App所應(yīng)有的功能，把軟件分為以下四個模塊：

（1）網(wǎng)絡(luò)訪問模塊：負(fù)責(zé)App和服務(wù)器間的可靠信息傳遞。

（2）工器具處理模塊：負(fù)責(zé)工器具查詢條件合法性的檢測，查詢結(jié)果的排列顯示，工器具借還邏輯判斷和處理。

（3）消息推送模塊：通過信息推送，對用戶進(jìn)行相關(guān)提醒。

（4）用戶服務(wù)模塊：負(fù)責(zé)提供用戶的具體功能實現(xiàn)［6］。

2 工器具管理系統(tǒng)主要功能

通過工器具管理系統(tǒng)的應(yīng)用，對工器具管理、使用過程提供了方便的手段，實現(xiàn)了工器具管理系統(tǒng)的智慧化管理，解決了上文中提到的工器具管理過程中出現(xiàn)的問題（見圖3）。

圖3 工器具管理系統(tǒng)主要功能Figure 3 Main functions of tool management system

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用功能實現(xiàn)

大數(shù)據(jù)技術(shù)在本工器具管理系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)采集、篩選、存儲、分析，對廠站所有工器具有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計，包括工器具庫存、校驗合格期、借用情況等，可以提醒工作人員待校驗工器具數(shù)量及校驗時間，方便各管理人員對工器具進(jìn)行管理。

同時通過大數(shù)據(jù)的分析功能，還可對每次借用進(jìn)行自行記錄，分析具體工器具的使用頻率，對使用率高的工器具進(jìn)行補(bǔ)充，減少使用率低的工器具數(shù)量，以達(dá)到工器具數(shù)量的最優(yōu)化配置，整合全場資源。同時，隨著工器具管理系統(tǒng)應(yīng)用電站的增多，能夠統(tǒng)計出更加可靠、有效的數(shù)據(jù)，對新投產(chǎn)電站在工器具購置上提供參考依據(jù)（見圖4）。

工器具管理系統(tǒng)將實時記錄工器具使用情況，同時還可根據(jù)具體檢修項目，如機(jī)組大小修、特殊檢修項目采用專卡借用，對所用到的工器具進(jìn)行統(tǒng)計，完善各類檢修項目所用到的工器具種類及數(shù)量，對之后的檢修提供參考依據(jù)，減少因缺少工器具而耽誤工期的情況。

2.2 識別技術(shù)［射頻識別（RFID）、二維碼技術(shù)］應(yīng)用功能

為避免金屬干擾，全部采用抗金屬性標(biāo)簽［7］，將其粘貼在設(shè)備上，通過RFID技術(shù)，可對工器具進(jìn)行批量識別，作業(yè)人員可先在工器具房挑選相關(guān)工器具，通過該技術(shù)對全部工器具進(jìn)行統(tǒng)一識別登記，減少借還時間。在部分設(shè)備內(nèi)部，如發(fā)電機(jī)風(fēng)洞、壓力容器等內(nèi)部進(jìn)行工作時，可對帶入的工器具實現(xiàn)智能識別登記，帶出后自動消除，可以有效杜絕因工器具遺漏，造成的安全隱患。通過手持移動識別終端，可查找附近相關(guān)工器具，對工器具房內(nèi)工器具整體數(shù)量進(jìn)行盤點，方便了管理人員的統(tǒng)計（見圖5）。

圖4 大數(shù)據(jù)技術(shù)主要應(yīng)用范圍Figure 4 Application scope of big data technology

由于RFID識別需專門設(shè)備，因此在部分非常規(guī)工器具上同時采用二維碼標(biāo)簽，方便使用人員可通過手機(jī)掃描二維碼獲取相關(guān)信息或者進(jìn)行相關(guān)操作。

圖5 識別技術(shù)主要應(yīng)用范圍Figure 5 Application scope of identification technology

2.3 云服務(wù)及移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用功能

該系統(tǒng)利用云服務(wù)，通過租用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，減少現(xiàn)場服務(wù)器配置，節(jié)約成本，同時采用云計算，對工器具借還情況、庫存數(shù)量、檢驗有效期進(jìn)行實時分析，管理員及使用人員也可以通過手機(jī)App隨時查看工器具情況（見圖6）。

通過手機(jī)App的使用，可查看所需要的工器具所在位置及當(dāng)前數(shù)量，管理員權(quán)限還能查看工器具外借情況，幫助協(xié)調(diào)工器具借用、提醒長時間未歸還人員。使用人員可實行工器具預(yù)約，在搶修時，維護(hù)人員可以在前往現(xiàn)場的同時，對搶修過程中可能使用的工器具進(jìn)行提前預(yù)約，管理人員將相關(guān)工器具準(zhǔn)備齊全后，待維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場后即可取走，減少了搶修時間。

圖6 手機(jī)App應(yīng)用畫面Figure 6 Screen in mobile phone App

同時，手機(jī)App還提供工器具使用說明介紹，通過掃工器具上二維碼，可查看工器具使用說明（相對于說明書，該說明更加簡潔易懂），可對新人提供很大的幫助。

3 工器具管理系統(tǒng)應(yīng)用實例

3.1 工器具借用

工作人員可在手機(jī)App上查找需要借用的工器具，查看庫存數(shù)量及存放位置，到工具房后可以快速找到相關(guān)工具，將工具放在RFID識別器上進(jìn)行統(tǒng)一識別登記，就完成了工器具的借用及登記工作（見圖7）。

圖7 工器具查詢畫面Figure 7 Query picture of industrial apparatus

圖8 手持機(jī)Figure 8 Handheld devices

3.2 工器具登記

在進(jìn)入風(fēng)洞前，用手持機(jī)對所有帶入工器具進(jìn)行掃描登記（見圖8、圖9），帶出時再次進(jìn)行掃描注銷，每日下班前檢查登記記錄，確保所有工器具均已帶離工器具，可以減少避免人工登記造成遺漏情況［8］。

圖9 智能登記界面Figure 9 Screen of intelligent registration

3.3 工器具盤點

工器具管理可以利用手持PAD對工器具進(jìn)行盤點，首先用手持PAD讀取柜子上的芯片，然后讀取柜子內(nèi)的工器具信息，最后軟件通過自動比對刪選生成報表，人工現(xiàn)場查看確認(rèn)無誤后上傳盤點記錄，盤點完成后在自動將信息上傳至服務(wù)器。可以提高盤點效率和準(zhǔn)確度（見圖10）。

圖10 工器具盤點畫面Figure 10 Screen of industrial appliances

4 工器具管理系統(tǒng)應(yīng)用前景

4.1 經(jīng)濟(jì)性

工器具管理系統(tǒng)在原有工器具房的基礎(chǔ)上，利用云服務(wù)功能，可以減少本地服務(wù)器配置，實現(xiàn)輕量化配置，在不增加過多成本的情況下，實現(xiàn)工器具的智慧化管理。同時，通過大數(shù)據(jù)、云處理在智慧工器具系統(tǒng)中的應(yīng)用，將機(jī)組大小修常用工器具種類、數(shù)量進(jìn)行分析，達(dá)到各類工器具的最優(yōu)化配置，避免工器具缺少造成檢修工期拖延或是過多造成浪費。

4.2 安全性

工器具管理系統(tǒng)的安全性主要體現(xiàn)在兩個方面，一是系統(tǒng)本身安全性，智慧工器具雖然采用云服務(wù)，但是采用數(shù)據(jù)加密協(xié)議，對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)；同時它是一套獨立的管理系統(tǒng)，不涉及關(guān)鍵生產(chǎn)信息外泄。二是為使用單位安全生產(chǎn)提供幫助，通過智慧工器具系統(tǒng)應(yīng)用，對快到期的工器具進(jìn)行提示校驗、對破損的工器具及時報廢、對工器具使用的安全注意事項提醒，減少因工器具問題發(fā)生的不安全事件。

4.3 可推廣性

該系統(tǒng)已相對成熟，各單位可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)修改，使其更能滿足本廠需求。通過智慧工器具系統(tǒng)的應(yīng)用，可利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對抽水蓄能電站工器具配置提供參考依據(jù)，為新投產(chǎn)單位提供工器具配置參考。而且隨著系統(tǒng)利用的越多，數(shù)據(jù)分析性越強(qiáng)，對后來的電站提供的參考數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

5 結(jié)束語

智慧工器具系統(tǒng)所采用的主要技術(shù)發(fā)展相對成熟，在各大行業(yè)都已應(yīng)用，利用這些技術(shù)，完成智慧工器具系統(tǒng)的研究開發(fā)，并在使用過程中進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。實現(xiàn)了工器具的信息的智能登記、提高了工器具的管理效率，優(yōu)化了工器具配置及數(shù)量，方便了現(xiàn)場的使用，保障了檢修工作的安全性。

隨著機(jī)器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，今后將朝著工器具管理無人化、工器具采購智能化等方向進(jìn)一步發(fā)展。