新形勢下環境空氣自動監測運維管理模式的研究

徐鋒 成萌林

一、引言

隨著我國環境保護理念的發展，國家對環境保護工作越來越重視，大氣環境質量監測和運維管理做為環境保護工作的重要支撐，在大氣環境治理和保護中的作用更加突出，國家對環境空氣監測要求在不斷提高，公眾對大氣環境質量監測公共服務能力的需求也將進一步加大。因此，在當今智能化發展的新形勢下，必須進一步加強大氣環境監測手段的提升和整合，如何結合物聯網、大數據等技術對環境質量監測中設備運維管理進行優化改善，提升其對管理決策的支持和公眾服務能力，是非常有必要的。

二、物聯網技術概述

（一）物聯網概念

物聯網是近些年才發展起來的領域，也是信息化發展到一定程度的重要標志。物聯網就是一種把物品和物品相互連接起來的一種信息技術，在原有互聯網基礎上的延伸和拓展，一般理解為，借助射頻識別技術、紅外傳感器、全球定位系統、激光掃描儀等相關設施，根據有關物聯的規則定義，無論何種物品均會用各種方式連通互聯網，實現通信與信息的交流，然后完成對網絡的智能辨別、定位、追蹤、監控與管理。物聯網是基于三大技術發展的 ，傳感器技術 ，RFID標簽技術和嵌入式系統技術。

（二）RFID技術概念

RFID技術主要原理是采用非接觸的感應與非接觸性的雙向通信，實現自動辨識與數據傳輸的意圖。RFID系統為包含電子標簽、閱讀器、計算機網絡、操作程序與數據庫等構成的能夠自動辨別與數據獲取的體系。電子標簽為RFID體系的數據截止，包含耦合元件與芯片等組件。對于 RFID體系而言，所有的電子標簽均為獨一無二的電子碼。天線為能夠借助電子標簽與閱讀器實現發射射頻信號的設備。閱讀器的作用為讀取或錄入電子標簽的信息。其一般和計算機相連來對信息進行處理。RFID技術本身屬于物聯網內最為關鍵的技術，具備較大的信息容量、強大的抗干擾性能、較高的保密性等等諸多良好性能，因此于諸多領域得到了大量的運用。并已被廣泛應用于交通運輸、高速公路不停車收費系統等方面，也主要應用于本文的論述內容設備運維管理。

三、環境空氣自動監測系統和設備運維管理概述

（一）環境空氣自動監測系統發展歷程

自20世紀50年代起，一些國家開始建立地區性和全國性的大氣采樣網，進行定時手工間歇采樣或24h累積采樣器采樣。隨著工業的發展，大氣污染日益嚴重，已建立的大氣采樣網從監測項目、時間分辨率和空間分辨率等方面已不能反映污染的短期變化與人群急性發病的關系。因此，美國于1962年開始在全國6個主要城市建立大氣污染連續自動監測系統，對一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等進行連續監測。從20世紀60年代末到70年代初，日本、荷蘭、德國、英國等相繼建立起大氣污染連續自動監測系統。

（二）監測設備質控運維管理發展現狀

目前，環境空氣自動監測系統在全國各地的應用已經越來越普遍，但在設備日常運行維護、質量保證和質量控制方面仍存在著一些問題，隨著國家對環境質量和質控技術要求的提高，監測設備也越來越多樣化、現代化，越來越復雜，這在很大程度上增加了相關工作人員的維護難度，導致監測站點、設備整體的運維服務水平和大氣環境監測能力不高，環保業務的信息化和智能化程度不強，具體表現為：一是設備管理難度大。設備多樣化、更新快、復雜性對維護人員的專業技術與綜合素養提出了較高要求，不利于質量控制和質量保證工作的實施；二是人員管理難度大。運維人員角色多，涉及前端質控人員、維修人員、校準人員、審核人員等，導致人員管理難度大。三是運維工單管理難度大。運維工作工單種類多，涉及空氣監測子站巡檢記錄表、校準記錄表、儀器多點校準記錄表、儀器精密度審核記錄表、 設備量值傳遞記錄表、故障單等。

四、新形勢下環境空氣自動監測智慧運維管理模式

（一）智慧運維管理平臺整體架構

環境空氣自動監測智慧運維管理平臺整體架構如圖1所示：

在上述總體體系架構中，我們采用面向服務的SOA技術架構，使用廣泛接受的標準（如XML和SOAP）和松耦合的設計模式，同時，基于SOA的技術架構和開放標準將有利于整合信息資源，構建一個易于擴展和可伸縮的系統。整體架構包括：IT基礎設施層、數據服務層、應用支撐層、應用層、門戶層。

（二）智慧運維管理模式

科學管理的創始人泰勒認為科學管理的根本目的是謀求最高勞動生產率，要達到最高的工作效率的重要手段是用科學化的、標準化的管理方法代替經驗管理。

本文論述的運維管理模式以泰勒的科學管理理論為總的指導思想，結合全面質量管理理論、BPR管理理念、以及人力資源相關理論，打造現代化的設備全生命周期管理、操作全流程跟蹤、人員全方位監管和信息全過程留痕，以完善的P（計劃）D（實施）C（檢查）A（改進）循環為管理體系，借助物聯網、云計算、大數據技術，構建一套更加標準化和規范化的運維流程管理模式，從而不斷提高設備運維水平。該模式框架如圖2所示：

全面質量管理TQM（Total Quality Management）是以質量管理為中心，以全員參與為基礎，建立起一套科學嚴密高效的質量體系，以提供滿足用戶需要的產品或服務的全部活動，比較注重全面性、全員性、預防性、服務性和科學性。本文在全面質量管理理論的指導下，打造設備全生命周期管理、人員全方位管理、操作全流程跟蹤、信息全過程留痕的全方位管理。

設備全生命周期管理：通過RFID電子標簽，為大氣監測儀器建立“電子身份證”，實現標準化管理儀器的購置、入庫、使用、維修、校準、借出、歸還等業務管理需要。

人員全方位管理：本文基于精益管理思想和人力資源配置相關理論構建了人員全方位的管理模式。精益管理要求企業的各項活動都必須運用“精益思維”?！熬嫠季S”的核心就是以最小資源投入，包括人力、設備、資金、材料、時間和空間，準時地創造出盡可能多的價值，為顧客提供新產品和及時的服務。在很多企業內部成為了企業降低成本、提高質量及效率、提升自身市場競爭力的重要手段。人力資源配置，主要是利用科學的方法，將現有的人力資源進行科學的統籌規劃，合理的組合和分配，從而加以合理利用，使各類資源發揮出一個資源集合所起到的作用，從而實現各種資源的高效利用，同時實現效益的最大化。本文基于這兩個思想，通過系統建立每個人的能力資源池，可以對不同角色人員如質控人員、維修人員、校準人員、審核人員、第三方人員的信息、角色、權限、工作計劃、工單處理績效等情況進行全方位管理。站點設備發生故障有能力資源需求時，進行智能報警和派單，從而為各個環節工作合理匹配相應資源，實現效益的最大化。該模式兼具了技術創新和管理創新的內涵，是技術與管理思維、生產力與生產關系的有機結合。

操作全流程跟蹤：通過不同部門中不同運維人員角色來對整個運維過程進行跟蹤，運維部門分為質控部門、維修部門、質保部門。質控部門中包括質控人員、質控校核人員和質控審核人員，按照系統智能派發的工作任務計劃負責前端站點的日常巡檢、故障報修和審核等工作。維修部門中人員按照質控人員提交的設備報修單對設備進行維修處理，處理完成后提交至質保部門。質保部門中包括校準人員和審核員，負責對維修部流轉過來的設備進行校準，校準完成審核通過后將進入庫存。

信息全過程留痕：每類工單在處理完成后，都會在系統中進行歸檔保存。包括質控工單、維修工單、校準工單、報警記錄、設備流轉記錄等。

PDCA：本文中運維模式以完善的P（計劃）D（實施）C（檢查）A（改進）循環為管理體系，通過持續改進的循環方式，從而構建一套更加條理化、系統化、科學化的質量控制與質量保證體系。

P：按照規定的時間系統自動為相應的質控人員進行工作計劃的派發，不同小組質控人員可以收到各自負責的工作任務，包括日審核任務、周巡檢任務、季度檢查任務、月度檢查任務、以及報警自動生成的故障單任務。

D：在收到任務后，質控人員按照工單任務進行對站房以及設備進行巡檢，在發現設備故障時提出報修單，維修人員對相應設備進行維修。

C：本文論述的運維模式中，按照三級審核對工單進行檢查處理，質控工單流轉到質控審核人員處進行審核，經維修校準后的工單流轉到質保審核人員處進行審核。

A：在每個審核環節，如果審核不通過，該任務將被退回至上一級進行改進重新提交。

業務流程化：本文借助BPR管理思想，對整體運維工作業務流程進行重組。業務流程重組（Business Process Reengineering，BPR）最早由美國的Michael Hammer 和James Champy提出，在20世紀90年代達到了全盛的一種管理思想。通常定義為通過對企業戰略、增值運營流程以及支撐它們的系統、政策、組織和結構的重組與優化， 達到工作流程和生產力最優化的目的。本文利用先進的信息技術手段以及現代的管理手段，最大限度地實現技術上的功能集成和管理上的職能集成，通過對業務流程重組打造全新5+3業務流程平臺，從而實現整體運維管理在成本、質量、服務和速度等方面的突破性的改善。

五位一體的工單業務流程包括：日審核流程、周巡檢流程、月度檢查流程、季度檢查流程、儀器故障流程。

三個獨立業務流程包括：標準物質的申領流程、設備/計量器具的借出和歸還流程、現場校準流程。從而實現對CO、SO2、O3、NO2、NO五類標準物質和BIOS流量計、差壓流量計、電子皂膜流量計三類計量器具的管理。

系統功能應用包括平臺端和移動端兩部分，移動端基于Android系統，與中心平臺相關功能配合，實現對質控質保前后端業務的協同運作，質控人員可以通過移動端實現對各類單據的填寫、提交、審核，并對各站點實況進行管理，質保人員可以根據平臺的單據信息對設備進行維修和校準。平臺功能主要包括：運行狀況、子站管理、運維管理、設備管理、質量保證、輔助管理、統計分析和系統管理。

（三）智慧運維管理模式的實踐應用成效

1. 實現了大氣自動站儀器狀態的實時掌控

充分借助物聯網RFID技術，實現大氣自動站儀器狀態的實時掌控，創造更高效的監控平臺，通過在線攝像硬件保障站房全時段、全方位進行實時監控，使監控數據更加智能分析。通過虛擬站房界面，使站房狀態一目了然，及時發現故障儀器設備，并進行智能化報警，使工作人員能夠及時準確的處理儀器異常問題，從而提升運維能力。

2. 實現了大氣自動站運行維護工作的流程化管理

充分利用信息化技術，通過創新互聯網+模式，借助于現代化運維管理理念，對監測設備運維流程和工作方式進行優化創新，實現大氣自動站運行維護工作的流程化管理，進一步規范業務開展，降低綜合運維成本，提高監測設備故障發現和處理能力，打造全新5+3業務流程化工作平臺。從而加強運維團隊的服務能力，提高人員工作績效，提高系統和設備的可用性。

3. 實現了大氣自動監測系統質控質保的智能化管理

通過建立智能監控、智能派單、智能提醒、智能統計分析的運維管理系統，利用新技術、新方法、新途徑實現大氣自動監測系統質保質控的智能化管理，全面支撐環保工作業務的開展，以信息化建設、業務優化統籌規劃的思路，優化調整相關的組織、人員職責，建立相適應的運維工作制度，促進各業務工作的開展，發揮科技引領作用，提升運維工作中質控質保的智慧化程度。

五、結語

本文的研究對象是新形勢下環境空氣自動監測運維管理模式，主要是圍繞我國大氣環境質量監測中運維管理現狀，結合相關科學管理理論、業務流程管理方法以及物聯網RFID、大數據、云計算等新技術，構建了新形勢下環境空氣質量連續監測系統中運維管理的新型模式，該模式在實踐應用中實現了大氣自動站儀器狀態的實時掌控、實現了大氣自動站運行維護工作的流程化管理以及大氣自動監測系統質控質保的智能化管理，從而提升了整體設備運維水平，為相關部門提供了科學的決策支持。在今后的研究中，可以結合人工智能技術，為設備運維提供更高效管理模式。