基于物聯網技術的工器具系統研發與應用

楊眾杰，趙毅鋒，萬正喜，郁小彬

（華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江省湖州市 313302）

0 引言

近年來，隨著抽水蓄能機組的運行頻繁，對抽蓄機組的檢修項目及質量要求更高，所需的工器具數量、種類也越來越多，工器具的管理效率將直接影響到機組檢修的安全質量及施工進度。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）抽蓄電站工器具數量配置、總類配置缺乏有效、可靠的指導；

（3）工器具存放位置多而雜，工作人員無法快速找到有關工器具；

（4）在重要設備（如風洞、蝸殼、壓力油罐等）內部工作時，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”技術的應用，開發一套工器具管理系統，以實現工器具借還、維護、使用、庫存等日常業務的智能化管理，保障現場檢修。

1 工器具管理系統關鍵技術

該工器具管理系統主要基于大數據分析技術、移動物聯網技術，結合RFID標簽的使用而開發（見圖1）。

1.1 大數據技術

圖1 智慧工器具管理系統關鍵技術Figure 1 Key technologies of intelligent tools management system

大數據主要包括結構化、半結構化和非結構化數據［1］。在工器具管理系統中，大數據技術作為該工器具管理系統中主要應用功能的根本，主要涉及半結構化數據，包括工具信息、倉庫信息、人員信息［2］。對三者主要的基礎信息進行錄入后在正常使用過程中，對產生的一系列彼此關系數據自動保存、分析，以實現對大數據的有效應用（見圖2）。

1.2 識別技術

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

圖2 工器具管理系統主要數據Figure 2 Main data of tool management system

表1 各類識別技術對比Table 1 Comparison of various identification technologies

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

1.3 云技術

采用B/S架構，將系統部署到網絡中心，用戶只需要通過訪問相應網絡或者安裝相關App即可完成相關操作，通過該架構應用，可以減少初期投入、維護成本，同時使用過程不受空間限制［5］。

1.4 移動物聯網技術

通過對應用App的開發，可以實現用戶對工器具進行遠程管理，依照App所應有的功能，把軟件分為以下四個模塊：

（1）網絡訪問模塊：負責App和服務器間的可靠信息傳遞。

（2）工器具處理模塊：負責工器具查詢條件合法性的檢測，查詢結果的排列顯示，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，對用戶進行相關提醒。

（4）用戶服務模塊：負責提供用戶的具體功能實現［6］。

2 工器具管理系統主要功能

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

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

2.1 大數據技術應用功能實現

大數據技術在本工器具管理系統中通過數據采集、篩選、存儲、分析，對廠站所有工器具有關數據進行有效的統計，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量及校驗時間，方便各管理人員對工器具進行管理。

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

工器具管理系統將實時記錄工器具使用情況，同時還可根據具體檢修項目，如機組大小修、特殊檢修項目采用?？ń栌?，對所用到的工器具進行統計，完善各類檢修項目所用到的工器具種類及數量，對之后的檢修提供參考依據，減少因缺少工器具而耽誤工期的情況。

2.2 識別技術［射頻識別（RFID）、二維碼技術］應用功能

為避免金屬干擾，全部采用抗金屬性標簽［7］，將其粘貼在設備上，通過RFID技術，可對工器具進行批量識別，作業人員可先在工器具房挑選相關工器具，通過該技術對全部工器具進行統一識別登記，減少借還時間。在部分設備內部，如發電機風洞、壓力容器等內部進行工作時，可對帶入的工器具實現智能識別登記，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，可查找附近相關工器具，對工器具房內工器具整體數量進行盤點，方便了管理人員的統計（見圖5）。

圖4 大數據技術主要應用范圍Figure 4 Application scope of big data technology

由于RFID識別需專門設備，因此在部分非常規工器具上同時采用二維碼標簽，方便使用人員可通過手機掃描二維碼獲取相關信息或者進行相關操作。

圖5 識別技術主要應用范圍Figure 5 Application scope of identification technology

2.3 云服務及移動物聯網技術應用功能

該系統利用云服務，通過租用網絡服務器存儲相關數據，減少現場服務器配置，節約成本，同時采用云計算，對工器具借還情況、庫存數量、檢驗有效期進行實時分析，管理員及使用人員也可以通過手機App隨時查看工器具情況（見圖6）。

通過手機App的使用，可查看所需要的工器具所在位置及當前數量，管理員權限還能查看工器具外借情況，幫助協調工器具借用、提醒長時間未歸還人員。使用人員可實行工器具預約，在搶修時，維護人員可以在前往現場的同時，對搶修過程中可能使用的工器具進行提前預約，管理人員將相關工器具準備齊全后，待維護人員到達現場后即可取走，減少了搶修時間。

圖6 手機App應用畫面Figure 6 Screen in mobile phone App

同時，手機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 工器具管理系統應用實例

3.1 工器具借用

工作人員可在手機App上查找需要借用的工器具，查看庫存數量及存放位置，到工具房后可以快速找到相關工具，將工具放在RFID識別器上進行統一識別登記，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Figure 8 Handheld devices

3.2 工器具登記

在進入風洞前，用手持機對所有帶入工器具進行掃描登記（見圖8、圖9），帶出時再次進行掃描注銷，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對工器具進行盤點，首先用手持PAD讀取柜子上的芯片，然后讀取柜子內的工器具信息，最后軟件通過自動比對刪選生成報表，人工現場查看確認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器?？梢蕴岣弑P點效率和準確度（見圖10）。

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

4 工器具管理系統應用前景

4.1 經濟性

工器具管理系統在原有工器具房的基礎上，利用云服務功能，可以減少本地服務器配置，實現輕量化配置，在不增加過多成本的情況下，實現工器具的智慧化管理。同時，通過大數據、云處理在智慧工器具系統中的應用，將機組大小修常用工器具種類、數量進行分析，達到各類工器具的最優化配置，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

工器具管理系統的安全性主要體現在兩個方面，一是系統本身安全性，智慧工器具雖然采用云服務，但是采用數據加密協議，對數據進行保護；同時它是一套獨立的管理系統，不涉及關鍵生產信息外泄。二是為使用單位安全生產提供幫助，通過智慧工器具系統應用，對快到期的工器具進行提示校驗、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生的不安全事件。

4.3 可推廣性

該系統已相對成熟，各單位可在此基礎上進行適當修改，使其更能滿足本廠需求。通過智慧工器具系統的應用，可利用大數據統計分析，對抽水蓄能電站工器具配置提供參考依據，為新投產單位提供工器具配置參考。而且隨著系統利用的越多，數據分析性越強，對后來的電站提供的參考數據更加準確。

5 結束語

智慧工器具系統所采用的主要技術發展相對成熟，在各大行業都已應用，利用這些技術，完成智慧工器具系統的研究開發，并在使用過程中進行了不斷的改進。實現了工器具的信息的智能登記、提高了工器具的管理效率，優化了工器具配置及數量，方便了現場的使用，保障了檢修工作的安全性。

隨著機器人技術、物聯網技術、5G技術的進一步發展，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一步發展。