基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化運檢班組體系研究

高 強 林 松 韓海騰 魏恬恬 陳曉東

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化運檢班組體系研究

高 強1林 松1韓海騰2魏恬恬2陳曉東2

（1. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，南京 211100； 2. 河海大學(xué)，南京 211100）

針對當(dāng)前輸電運檢班組生產(chǎn)管理日益復(fù)雜、現(xiàn)場安全準(zhǔn)入程序繁瑣、班組績效考核缺乏透明度的問題，本文開展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化運檢班組體系研究。建立基于區(qū)塊鏈技術(shù)的輸電運檢生產(chǎn)管理、安全準(zhǔn)入、績效考核管理模型，優(yōu)化運檢班組生產(chǎn)、安全、績效管理流程。

輸電；智能運檢；班組建設(shè)；區(qū)塊鏈

0 引言

近年來，輸電運檢專業(yè)不斷推進發(fā)展方式變革，開展立體巡檢、移動作業(yè)、綜合在線監(jiān)測、人工智能圖像識別、智能運檢大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等技術(shù)的研究和應(yīng)用，極大提升了輸電運檢技術(shù)管理精益化水平[1-2]。輸電運檢設(shè)備可視化、智能化建設(shè)的同時，也給運檢班組帶來了很多困難和挑戰(zhàn)：

1）班組生產(chǎn)管理日益復(fù)雜。輸電線路狀態(tài)監(jiān)測、智能巡檢等設(shè)備供應(yīng)商之間存在數(shù)據(jù)壁壘，設(shè)備維護也只負責(zé)各自的部分，涉及需要交叉配合的情況（如數(shù)據(jù)共享分析、聯(lián)合消缺等）時，難以有效協(xié)作，增加了班組生產(chǎn)管理難度。

2）現(xiàn)場安全準(zhǔn)入要求繁瑣。設(shè)備量的增加必然導(dǎo)致外包施工單位人戶的增加及來源的復(fù)雜化，施工人員作業(yè)需要進行身份認證及作業(yè)管控，目前身份認證程序繁瑣，且可能存在系統(tǒng)出錯、資料丟失、認證過期等情況，不利于現(xiàn)場生產(chǎn)的順利進行。

3）班組績效考核困難增加。班組人員工作量核定主要依靠工作印象及人工統(tǒng)計，存在考核指標(biāo)不明確、數(shù)據(jù)記錄不完善、數(shù)據(jù)保存不完整等問題，在生產(chǎn)管理、績效考核、評優(yōu)評先方面存在爭議。

區(qū)塊鏈技術(shù)[3-6]的發(fā)展為解決上述問題提供了新的思路。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由任意多的節(jié)點通過密碼學(xué)方式，以去中心化、去信任化的方式，來集體維護一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。它是一種具有普適性的底層技術(shù)框架，可以為管理、能源等領(lǐng)域帶來深刻變革。

因此，亟需開展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化運檢班組體系研究，以優(yōu)化運檢班組生產(chǎn)、安全、績效管理流程，提升運檢班組管理水平，提高輸電運營經(jīng)濟效益，提升企業(yè)社會公信力。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的融合與創(chuàng)新。區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要分為兩個部分[7-8]：①區(qū)塊頭，主要包含上一個區(qū)塊的哈希散列值，用來連接前一區(qū)塊，保證區(qū)塊鏈的完整性；②區(qū)塊主體，包含本區(qū)塊的主要信息（例如交易信息），這些信息和上一個區(qū)塊的哈希散列值及隨機數(shù)共同構(gòu)成本區(qū)塊的哈希散列值。區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使鏈上每個區(qū)塊的信息都可以由前驅(qū)節(jié)點追溯，并影響后繼節(jié)點的信息構(gòu)成，利用密碼學(xué)方法保證惡意攻擊無法篡改信息，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性[9-10]。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈可以根據(jù)參與者的不同，按照訪問管理權(quán)限劃分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。任何參與者或者參與節(jié)點可以自由進出公有鏈網(wǎng)絡(luò)；聯(lián)盟鏈與公有鏈的區(qū)別在于聯(lián)盟鏈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要嚴(yán)格的認證和審核才能加入或退出，與公有鏈相比，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量較少，且節(jié)點間有相對程度的信任；私有鏈一般為私有機構(gòu)自己組建，適用的場景一般不考慮存在作惡節(jié)點的情況。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)流在輸電監(jiān)測的查詢和訪問，一般是輸電運檢中心及各班組、智能管控中心或監(jiān)測后臺廠家進行數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通，這些機構(gòu)接受檢修公司監(jiān)督與管理，具有嚴(yán)格的驗證和審查程序。根據(jù)上述特點，建設(shè)基于聯(lián)盟鏈的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理，參與節(jié)點布置在輸電中心、管控中心機房及各班組。

2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)管理

2.1 生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)分類

1）缺陷數(shù)據(jù)

缺陷數(shù)據(jù)包括：缺陷時間、缺陷類型、缺陷照片編號、現(xiàn)場溫度、氣象條件、桿塔傾斜情況、線路晃動情況、設(shè)備廠家、出廠日期、投運日期等。

2）檢修數(shù)據(jù)

檢修數(shù)據(jù)包括：施工/廠家單位、工作負責(zé)人、工作班成員、工作票號、工作監(jiān)管人、監(jiān)管任務(wù)單編號、檢修設(shè)備、檢修消缺時間、檢修消缺每日記錄、檢修后設(shè)備情況、備品耗材消耗情況等。

2.2 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

建立基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)鏈，主要包括區(qū)塊頭和區(qū)塊主體。區(qū)塊頭包括：上一個區(qū)塊ID、公鑰、數(shù)字簽名、默克爾樹根哈希值、時間戳、加密的運檢數(shù)據(jù)單（個數(shù)或內(nèi)容）、運檢數(shù)據(jù)單ID。區(qū)塊主體包含缺陷數(shù)據(jù)和檢修數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行哈希運算并形成默克爾樹根哈希值。考慮區(qū)塊鏈的運行效率，采用鏈上存儲照片、視頻、圖譜數(shù)據(jù)編號，鏈下存儲具體照片、視頻、圖譜數(shù)據(jù)的方式。

對數(shù)據(jù)進行加密與驗證采用SHA256哈希算法，數(shù)字簽名采用RSA數(shù)字簽名算法，節(jié)點對傳輸?shù)倪\檢監(jiān)測數(shù)據(jù)進行驗證，具體實現(xiàn)方式為：首先A節(jié)點用私鑰對其監(jiān)測數(shù)據(jù)的哈希值進行簽名，與監(jiān)測數(shù)據(jù)一起傳送給接收者B節(jié)點，B節(jié)點用公鑰對簽名解密，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行哈希運算，比較兩次數(shù)據(jù)是否相同，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互過程中防篡改問題，A對信息進行了簽名，同時也是無法否認的。

索引模塊記錄該數(shù)據(jù)單ID、區(qū)塊哈希值、數(shù)據(jù)類型、不同分類數(shù)據(jù)單的索引、時間戳、數(shù)字簽名和公鑰，生成一張映射表，以提高數(shù)據(jù)訪問速度。區(qū)塊鏈通過分布式架構(gòu)建立點對點的非集中架構(gòu)的信任存儲模式，并通過賬本結(jié)構(gòu)的形式實現(xiàn)公開透明性和數(shù)據(jù)不可篡改性，最終實現(xiàn)從中央存儲方式到分布式存儲方式的轉(zhuǎn)換。在存儲過程中，每個區(qū)塊的數(shù)據(jù)都會序列成字節(jié)碼的形式寫入dat文件中，在寫入數(shù)據(jù)的過程中，通過索引模塊生成區(qū)塊和交易相關(guān)的元數(shù)據(jù)、數(shù)字簽名、公鑰、時間戳等信息，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。生產(chǎn)管理區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)管理流程

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)管理流程如圖3所示，具體如下：

1）設(shè)備達到檢修周期或出現(xiàn)缺陷、故障時，缺陷現(xiàn)場數(shù)據(jù)、缺陷時間、設(shè)備廠家數(shù)據(jù)寫入智能運檢數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈。

圖2 生產(chǎn)管理區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)管理流程

2）聯(lián)系設(shè)備廠家、維保單位協(xié)同判斷缺陷情況，初步制定檢修消缺策略。各單位根據(jù)運檢數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈上的運行數(shù)據(jù)，制定消缺方案及處理意見、討論時間，并寫入智能運檢數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈。

3）制定并上報檢修及消缺計劃。

4）制定消缺方案、檢修“三措”，聯(lián)系相關(guān)廠家及施工單位到場。

5）辦理安全準(zhǔn)入手續(xù)，辦理工作票，持外包單位監(jiān)管任務(wù)單。

6）現(xiàn)場檢修、消缺，工作驗收。

7）若完成檢修任務(wù)或消缺工作，則終結(jié)工作票，工作結(jié)束，檢修數(shù)據(jù)寫入智能運檢數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈；若未解決缺陷問題，則轉(zhuǎn)入流程8）。

8）查詢智能運檢數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈鏈上數(shù)據(jù)，重新梳理消缺任務(wù)，考核消缺責(zé)任方，并將考核結(jié)果寫入數(shù)據(jù)鏈，轉(zhuǎn)入流程3）。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的安全管理

3.1 安全管理數(shù)據(jù)分類

1）外包單位安全準(zhǔn)入數(shù)據(jù)

（1）企業(yè)資質(zhì)、人員清單、人員資質(zhì)、安全工器具清單等材料。

（2）法人代表、項目經(jīng)理、安全管理人員完成相應(yīng)安全準(zhǔn)入考試。

在滿足上述條件后，外包單位按照表1所列清單將相關(guān)材料提交審核，審核通過后，發(fā)放“外包單位安全準(zhǔn)入合格證”，視為外包單位準(zhǔn)入完成。

表1 外包單位準(zhǔn)入資料清單

2）外包人員安全準(zhǔn)入要求

（1）所在單位完成安全準(zhǔn)入。

（2）學(xué)歷、特種作業(yè)資格證書、申請健康情況等滿足要求。

（3）符合“四準(zhǔn)入”條件，即經(jīng)安全培訓(xùn)考試后準(zhǔn)入、憑工作票準(zhǔn)入、持工作證準(zhǔn)入、簽承諾書準(zhǔn)入。

3.2 安全準(zhǔn)入智能合約

區(qū)塊鏈作為分布式賬本，在節(jié)點認證方面有天然的優(yōu)勢。設(shè)計安全數(shù)據(jù)管理智能合約[11-12]，預(yù)先編寫安全準(zhǔn)入智能合約，狀態(tài)機包括認證規(guī)則、認證數(shù)據(jù)匹配等。安全準(zhǔn)入信息認證達到預(yù)設(shè)準(zhǔn)入門檻后，觸發(fā)智能合約將認證數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈進行標(biāo)記，同時準(zhǔn)入證書以令牌的形式頒發(fā)給外包施工單位并記錄在區(qū)塊鏈中，有據(jù)可查并且不可篡改。安全準(zhǔn)入智能合約模型如圖4所示。

圖4 安全準(zhǔn)入智能合約模型

3.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的安全管理流程

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的安全管理流程如圖5所示，具體如下：

圖5 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的安全管理流程

1）外包單位提供“外包單位安全準(zhǔn)入合格證”，提供學(xué)歷、特種作業(yè)資格證書、申請健康情況等，由班組審核。

2）施工人員參加安全培訓(xùn)考試，考試合格后，考試成績及人員認證姓名自動寫入安全準(zhǔn)入?yún)^(qū)塊鏈，并頒發(fā)安全準(zhǔn)入證書。

3）工作證辦理。班組安全員查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)或檢查安全準(zhǔn)入證書，即可制作外包作業(yè)人員二維碼工作證。

4）簽訂承諾書。

5）班組安全員將外包單位作業(yè)人員信息表寫入安全準(zhǔn)入?yún)^(qū)塊鏈。

6）PMS專職、安全專職查詢區(qū)塊鏈安全準(zhǔn)入證書及認證內(nèi)容，授予外包單位PMS、i國網(wǎng)賬號。

4 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的績效管理

4.1 績效管理數(shù)據(jù)分類

1）現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)

現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)主要包括：第一種工作票數(shù)量、第一種工作票編號、帶電作業(yè)票數(shù)量、帶電作業(yè)票編號、工作內(nèi)容、工作時間、外包施工單位監(jiān)管單數(shù)量、外包施工單位監(jiān)管單數(shù)量編號、監(jiān)管時間、消缺數(shù)量、備品備件管理、特種裝備維護、檔案資料整理、事故搶修、隱患排查、專業(yè)管理、項目管理等。

2）正、負面清單數(shù)據(jù)

正面清單主要包括：新聞宣傳、科技創(chuàng)新、個人榮譽等加分項。負面清單主要包括：違反政治紀(jì)律、履職情況、工作紀(jì)律等減分項。

4.2 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

建立績效管理數(shù)據(jù)鏈，主要包括區(qū)塊頭和區(qū)塊主體。區(qū)塊頭包括：上一個區(qū)塊哈希值、公鑰、數(shù)字簽名、默克爾樹根哈希值、時間戳。區(qū)塊主體包含現(xiàn)場工作數(shù)據(jù)和正負面清單數(shù)據(jù)，具體為：工作票數(shù)據(jù)、消缺數(shù)量、工作時間、考勤情況、論文專利數(shù)據(jù)、競賽QC數(shù)據(jù)、新聞宣傳數(shù)據(jù)、處分情況等。對數(shù)據(jù)進行哈希運算并形成默克爾樹根哈希值，通過加密運算進行發(fā)布。通過存儲前一個區(qū)塊的ID實現(xiàn)區(qū)塊與區(qū)塊的關(guān)聯(lián)，提高數(shù)據(jù)的安全性。績效管理區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)模型如圖6所示。

4.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的績效管理流程

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的績效管理流程[13]如圖7所示，具體如下：

圖6 績效管理區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)模型

圖7 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的績效管理流程

1）績效計劃制定。每年初，中心結(jié)合上級下達的業(yè)績考核目標(biāo)和年度工作會確定的重點工作任務(wù)，分解班組的考核目標(biāo)任務(wù)和評價標(biāo)準(zhǔn)。考核目標(biāo)任務(wù)和評價標(biāo)準(zhǔn)寫入績效管理區(qū)塊鏈，公開、透明、不可篡改。

2）績效計劃實施。班組員工查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)確認考評標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)考評標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定自身工作目標(biāo)。日常工作的工作數(shù)據(jù)、正面清單和負面清單數(shù)據(jù)由班組考評員按時寫入績效管理區(qū)塊鏈。

3）績效考核評價。根據(jù)績效管理區(qū)塊鏈考評標(biāo)準(zhǔn)及績效數(shù)據(jù)，計算考評積分，考評結(jié)果數(shù)據(jù)寫入績效管理區(qū)塊鏈，進行公開且不可篡改。

4）績效反饋和改進提升。績效管理人根據(jù)區(qū)塊鏈考評數(shù)據(jù)對班組員工進行督促。若有申訴，員工可調(diào)閱績效管理區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，整理成報告進行申訴。績效管理人確認該員工的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，進行仲裁。申訴時間及申訴結(jié)果同樣寫入績效管理區(qū)塊鏈。

將區(qū)塊鏈技術(shù)引入班組績效管理有利于提高班組業(yè)務(wù)管理效率及透明度，激發(fā)班組成員在安全生產(chǎn)等方面的工作積極性，有利于提升班組管理水平及凝聚力，有利于提升公司服務(wù)水平，提升電網(wǎng)公司品牌形象。

5 結(jié)論

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化運檢班組體系研究為優(yōu)化運檢班組生產(chǎn)、安全、績效管理水平提供了可行思路。通過分析研究，得出如下結(jié)論：

1）通過對生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程的再梳理，建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)管理流程，提升了運檢班組生產(chǎn)管理水平。

2）建立的安全管理區(qū)塊鏈及安全認證智能合約模型，推進了安全準(zhǔn)入數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，提高了安全準(zhǔn)入效率和數(shù)據(jù)安全同步。通過對安全準(zhǔn)入流程的再梳理，建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的安全管理流程，提升了運檢班組安全管理水平。

3）建立的績效管理區(qū)塊鏈模型實現(xiàn)了績效管理全過程數(shù)據(jù)安全記錄，提升了績效管理的透明度。通過對績效管理流程的再梳理，建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的績效管理流程，提升了運檢班組績效管理水平。

4）通過深入探索區(qū)塊鏈技術(shù)，從數(shù)據(jù)及技術(shù)的共享角度出發(fā)，結(jié)合輸電中心自身特點，優(yōu)化輸電運檢管理體系基礎(chǔ)架構(gòu)，提升輸電運檢班組生產(chǎn)、安全、績效管理水平，推動數(shù)字化班組體系建設(shè)，提升輸電班組管理水平、凝聚力及社會形象，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

5）基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化運檢班組管理應(yīng)用在以下方面仍需要進一步研究：①對照片、視頻、圖譜等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲方式；②對區(qū)塊鏈參與節(jié)點的配置優(yōu)化；③對智能合約在工作票許可等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用設(shè)計等。

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Research on digital operation inspection team system based on blockchain technology

GAO Qiang1LIN Song1HAN Haiteng2WEI Tiantian2CHEN Xiaodong2

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Limited Company Maintenance Branch Company, Nanjing 211100; 2. Hohai University, Nanjing 211100)

In response to the increasing complexity of the current production management transmission operation inspection team, the increasing requirements for on-site safety control and the increasing difficulty of team performance appraisal, the research on the digital operation inspection team system based on blockchain technology is carried out. A blockchain technology-based management model of transmission operation inspection production, safety access and performance appraisal is established to optimize the production, safety and performance management processes of the operation inspection team.

power transmission; intelligent operation inspection; team construction; blockchain

中央高校基本科研業(yè)務(wù)項目（B200201016）

江蘇省博士后科研資助計劃（2021K622C）

2021-09-06

2021-10-15

高 強（1976—），男，江蘇省南京市人，碩士，高級工程師，主要從事超特高壓輸電運檢管理工作。