工業維檢修作業智能化探索

吳丙恒

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

設備維檢修安全是企業永恒的主題，維檢修過程數字化、信息化、網絡化是實現安全維檢修的必由之路。智能化維檢修云平臺（HSM）能有效融合維檢修規程標準和規章制度，通過剛性流程與智能化服務，使維檢修過程規范化、高效化。物聯網技術能實現空間信息與物理信息的無縫對接，即能實現任何時間、任何地點、任何人、任何物、任何對象之間的互聯互通（簡稱 5A），具備識別、定位、跟蹤、監控以及管理功能，讓自覺接受規范成為一種習慣；物聯網技術能提供個性化服務平臺，即把便捷的操作、理想的規則、必要的監管融入平臺設計之中，所有的行為原則上按照流程約束實施，為剛性執行規范提供一種手段（考慮意外事件的容錯機制，本文闡述了嵌套式結構和流程跨越三原則）。

1 HSM維檢修云平臺體系架構

HSM維檢修云平臺按照 “業務賦能，流程驅動”的原則建設，維檢修業務單元被賦以物聯網信息化功能，維檢修業務流程被賦以矢量化功能，融合人與人、物與物、人與物之間的業務關聯，嵌入自動提醒、自主監督、主動預警等管理功能。以數字化奠定基礎，以網絡化構造平臺，以智能化展現能力，HSM維檢修云平臺架構見圖1。

圖1 HSM維檢修云平臺架構Fig.1 Framework of HSM Maintenance Cloud Platform

該平臺具有以下幾個特性：首先，是一種操作工具，如電子工單和電子牌票部分，服務對象包含所有端對端用戶，如檢修工、操作工、電工，可擴展對象為點檢員（IaaS）；其次，是一種管理工具，如區域電子眼、開關柜電子鎖和操作臺電子聯鎖，經過授權才能進入或操作（PaaS）；另外，還是一種服務工具，如電子書等插件功能，電子化規程制度隨用隨查，GIS導航引領操作者準確操作（SaaS）。不僅能有效解決企業的安全痛點，消除人的不安全行為、物的不安全狀態、監管的盲區等，也能提高企業的生產效率。

圖2為HSM和非HSM維檢修效率對比，統計數據得出，采用HSM辦牌平均時間由38 min縮短到13 min。

圖2 HSM和非HSM維檢修效率對比Fig.2 Efficiency Comparison of Maintenance Work by HSM and Non-HSM

1.1 維檢修作業信息化

1.1.1 人員信息數據庫

該數據庫分為常備人員數據庫和臨時人員數據庫，包含崗位屬性、特種作業資質等，支持數據擴展功能，滿足各種管理需要。維檢修人員信息表見表1。

表1 維檢修人員信息Table 1 Maintenance Personnel Information

1.1.2 設備信息數據庫

按產線、工序、機組、機臺分層次建立設備數據庫。例如鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠5生產線連鑄工序1流結晶器排除風機信息，以表格或樹狀結構形式均可錄入。維檢修設備拓撲圖見圖3，維檢修設備信息見表2。

圖3 維檢修設備拓撲圖Fig.3 Topological Diagram of Equipment in Maintenance

1.1.3 操作牌信息數據庫

按照“設備信息數據庫”建立操作牌數據庫，包含停電牌及工作牌（見表2）。按設備維檢修安全技術規程關聯維檢修內容與操作牌，使“停電才能作業”成為現實。

表2 維檢修設備信息Table 2 Maintenance Equipment Information

1.2 維檢修作業流程化

1.2.1 維檢修作業操作過程

維檢修業務流程見圖4。維檢修指揮者完成電子工單，維檢修調度接收維檢修指令，安排維檢修帶班人組建作業團隊，辦理相關手續，完成電子工單交代任務，帶班人提交工單結束維檢修業務。

圖4 維檢修業務流程Fig.4 Service Process of Maintenance Work

1.2.2 停送電作業操作過程

維檢修停送電流程見圖5。維檢修帶班人按維檢修作業設備情況申請停電，工藝操作工審批停電申請，電工按停電牌指示停電，維檢修人員持雙牌（操作牌、工作牌）作業。維檢修帶班人確認作業結束后，提交雙牌，工藝操作工收齊操作牌主副牌后，下達送電指令，電工按工作牌指示送電，工藝操作工持雙牌（操作牌、停電牌）操作設備。

圖5 維檢修停送電流程Fig.5 Power-off and Power-on Process for Maintenance

1.2.3 流程跨越三原則

所有流程都可能面臨異常狀態，嚴格來說智能化屬于弱智能范疇，在應對錯綜復雜的現實環境時有一定的局限性，因此，對以上2個流程采用嵌套式架構。維檢修作業流程作為“父流程”，按步實施完成維檢修作業任務；停送電操作流程作為“子流程”，可以被“跨越”，即“父流程”可以跨過“子流程”向下運行，這種跨過行為定義為“跨越”。為保證維檢修作業的安全性，制定流程跨越三原則。原則一，被“跨越”的指令必須由授權人發出；原則二，被“跨越”的內容必須由資格人替代；原則三，所有的行為必須被記錄。如特殊狀態下的“不停電作業”，必須是現場第一指揮人批準，并配備合適的監控（互保）人員，指揮人、監控（互保）人記入大數據檔案。

2 全面感知維檢修作業內容（感知層）

2.1 電子工單

維檢修電子工單是維檢修作業的第一憑證，見圖6，包含作業內容、作業過程等主要內容。通過網絡通信單元感知作業機臺、作業人員、作業地點、作業節點及節點時間。

圖6 維檢修電子工單Fig.6 Electronic Work Order for Maintenance

2.2 電子牌票

維檢修電子牌票見圖7。操作牌、停電牌、工作牌、工作票等是安全作業的第一保證，取牌、換牌、交牌、辦票以及審批等過程全部在網絡上完成。不僅省去 “行走時間”、“排隊時間”、“簽字時間”，而且信息聯網，不辦牌票不能開始作業，作業不完成不能交牌、消票，不收牌不能送電。

圖7 維檢修電子牌票Fig.7 Electronic Ticket for Maintenance

2.3 電子鎖

電子鎖是安裝于電氣柜面板上的專用設備，見圖8。對電氣柜進行鎖控，確認授權后可開鎖，掃描開關本體識別碼，確認操作目標后進行操作。實現停送電開關的正確操作，避免違規操作、誤操作。

圖8 電子鎖Fig.8 Electronic Lock

2.4 電子眼

合理布置攝像頭可以全方位監控作業場所。特殊場所增加專用攝像頭，通過超腦技術，設置電子圍欄，進入圍欄內需要作業授權，否則會自動報警。特定區域電子眼見圖9。

圖9 特定區域電子眼Fig.9 Electronic Eye in Specific Area

3 可靠傳遞維檢修作業信息（網絡層）

網絡層將感知層感知到的信息實時、準確、安全地傳遞到平臺，同樣將平臺應用軟件預定指令發送到各操作端和智能設備。

3.1 終端設備

3.1.1 點檢工操作端

點檢工操作端分為智能手機和辦公電腦，甚至延伸到智能點檢設備。智能手機可以使點檢工隨時、隨地發布維修任務，電腦端可以批量導入維修任務，智能點檢設備可以自動生成維修任務。維修工單數字化，做到“作業事由要清”。

3.1.2 檢修工操作端

檢修工長操作端分為智能手機和辦公電腦，智能手機可以使工長隨時、隨地接收維修任務，及時安排搶修、日修等臨時性維檢修作業，并能全程監控維檢修作業過程。電腦端可以批量安排維修作業，更適用于定修等多項目集中布置。檢修帶班人按照權限類似工長操作，參加檢修人員可以通過手機終端了解作業內容及作業進展。維修指揮痕跡化，做到“監管人員要清”。

3.1.3 操作工操作端

操作工操作端為觸控一體機，觸控一體機位于操作室內，便于查詢檢修作業項目，了解檢修作業分布情況和進展情況。操作工通過觸控一體機審批維檢修作業項目，發放操作牌、停電牌（停電指令），回收操作牌、工作牌，發送工作牌（送電指令），回收停電牌（解除操作聯鎖）。維修審批授權化，做到“操作人員要清”。

3.1.4 電工操作端

電工操作端包含觸控一體機、智能手機、電子鎖等設備。觸控一體機為電工班長接收停送電指令（停電牌）、安排合適電工執行停送電作業，可查詢所有作業信息及進展情況。智能手機為停送電電工提供路線導航和操作確認的設備，避免電工“誤操作”。電子鎖是開關柜的“門禁”裝置，只有取得授權才能開鎖進行停送電操作。3個終端均能發送檢修作業允許信息（工作牌），電子鎖優先，其次為智能手機，最后是觸控一體機。

3.2 網絡傳輸及平臺設備

網絡傳輸采用有線無線融合模式，智能手機無線5G方式接入，隨時、隨地完成信息傳遞；電腦、觸控一體機、攝像頭（電子眼）有線以太網方式接入，穩定、可靠；電子鎖無線AP方式接入，組建容易、維護簡單。平臺設備除交換機外，主要包含超腦、防火墻、服務器等。超腦采用嵌入式設計，具有IPC（網絡攝像機）接入、存儲、管理、控制、智能分析等功能。可實現人臉分析和視頻周界防范，提升監控視頻價值。防火墻隔離本系統與生產系統和外網，不影響生產安全、不受外網侵襲。服務器提供文件、數據和應用程序等服務。

4 智能管控維檢修作業業務（應用層）

4.1 維檢修流程智能管控

該應用主要服務于維檢修作業內容，包含作業指令、作業承接、作業布置、作業實施（甚至作業評價）等環節。支持點檢人員、檢修人員、工藝人員在線操作，流程采用串接方式，按約定規則，上一步執行完自動轉入下一步，在沒有特殊授權的情況下不可以人為干預。維檢修業務關系見圖10。

圖10 維檢修業務關系Fig.10 Maintenance Business Relationship

各方人員可以查詢自己的業務，實時掌握作業進程；管理人員可以掌握作業分布、作業動態、人員狀態等信息。

4.2 停送電流程智能管控

該應用主要服務于維檢修安全停送電，避免“違章”操作。停電業務關系/送電業務關系見圖11，包含取牌申請、發牌審批、停電審批、自動聯鎖、停電安排、停電確認、停電操作、持牌作業、驗收交牌、驗牌送電、聯鎖解除、送電換牌、持牌操作等環節，實現檢修工、操作工、電工端對端的操作，方便快捷。

圖11 停電業務關系/送電業務關系Fig.11 Power-off Business Relationship/Power-on Business Relationship

4.2.1 信息傳遞單元

授權指令發給電工，允許停、送電；停電信息發到所有客戶端，允許檢修作業、禁止操作設備；送電信息發送到所有客戶端，可以操作設備、禁止檢修作業。

4.2.2 操作指引單元

電子鎖觸摸屏設置標示欄，顯示開關名稱，供操作者辨識用；具備遠程控制功能，接收操作授權指令后，待操作指示燈閃爍，操作者可快速、準確確定操作位置。狀態顯示：顯示智能鎖開閉狀態、顯示“停電”或“送電”指令、顯示 “已停電”或“已送電”狀態。

4.2.3 操作授權單元

通過指紋或用戶名+密碼的方式識別操作人員身份，對照電子工單授權信息，只有信息完全吻合才允許開鎖操作。

4.2.4 操作服務單元

觸摸相應按鈕，演示“停或送電”操作步驟、提示“停或送電”注意事項,提供語音播報功能,讓服務更貼心。

4.2.5 監控預警單元

開關周圍適當位置設置溫度、濕度、空氣潔凈度等傳感器，當檢測的數值超過設定值范圍時自動報警。

4.3 操作臺按鈕智能聯控

4.3.1 維檢修設備操控權限解除

運維云平臺審批下發作業信息的同時，自動發訊到操作臺按鈕上位PLC，在取牌到交牌的時間段自動鎖閉操作按鈕，操作臺按鈕所有操作無效，可避免誤操作或違章操作。保證維檢修設備在檢修過程中始終處于停止狀態，避免設備運轉傷害事件發生。

4.3.2 維檢修設備操控權限恢復

安全運維云平臺收齊操作牌正副牌后，自動發訊到操作臺按鈕上位PLC，自動解除操作臺按鈕鎖閉功能，即維檢修人員已經撤離檢修區域，操作者可以操作設備。

4.4 維檢修區域智能預警

4.4.1 人臉抓拍系統

人臉抓拍攝像機實時對進入現場的人員進行人臉識別，與人員數據庫信息比對，實現常規布控報警。陌生人進入現場立即啟動預警，根據預置方案通知到相關人員及部門。如果設置聲光報警設備，可以自動對陌生人進行警告并驅離。

4.4.2 周界防范系統

周界防范攝像機實時對特定區域進行監控，發現“入侵”行為主動報警、聲光驅離。首先，設備未停機的情況下，任何人或車輛等進入生產區域會觸發警報系統；其次，設備停機檢修的情況下，任何生產設備或車輛等進入檢修區域同樣會觸發警報系統。

4.4.3 火情預警系統

智能攝像機實時對特定區域進行監控，發現“動火”行為主動識別、語音提示。首先，無人員有火焰的情況視為火災，主動報警；其次，有人員有火焰時，與動火審批數據庫信息比對，對違章動火警示驅離。

4.5 維檢修作業智能服務

4.5.1 規程標準電子書

將設備四項標準（技術、點檢、給油脂、維修）、安全技術規程及生產技術規程等內容電子化，以插件形式嵌入智能化平臺，授權用戶可根據關鍵詞或工單超鏈接等方式查詢相關內容。把不便隨身攜帶的資料變成“口袋書”，可隨時查閱。

4.5.2 智能導航小助手

將區域內的設備及其停送電開關等維檢修信息進行地理定位（GIS），智能終端通過有線5G和無線AP混合網直接獲得工單內停送電開關與維檢修設備的位置，并配以類似地圖軟件的導航功能，智能引領操作者以安全且最短的路徑到達操作位置。可以開發“周邊情況”、“危險因素”等更多工具類插件。

4.5.3 危險區域智慧屏

易燃易爆、受限空間等特殊場所設置大屏幕，自作業開始到作業結束，滾動播放作業前需要確認的內容、作業中需要注意的事項、作業后需要恢復的設施等。這種特殊場合均應建設智能監控系統，同時布置周界防范系統和人臉抓拍系統。

5 結語

智能化維檢修云平臺 （HSM）采用 “疏+堵”（D&P）結合的方式搭建，以信息化疏通要素節點，以流程化堵塞節外生枝。信息化為操作者提供了方便快捷的操作工具，流程化為管理者提供了可控可視的管理工具，能從根本上消除人的不安全行為和物的不安全狀態。系統運行后，會自動收集維檢修大數據，經過數據分析、模型計算以及深度學習，可以開發維檢修智慧調度、操檢修一體化等系統，助力鋼廠全面智慧化建設。