基于標識解析體系的礦用設備關鍵運維系統

金樹軍

1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術國家重點實驗室

基于工業互聯網標識解析體系，研究礦用設備標識編碼規則，實現一物一碼；基于工業互聯網標識解析二級節點平臺，研究開發標識解析鑒權接口，實現萬物互聯；根據煤礦設備點巡檢、維修、保養等關鍵運維作業手工操作的落后現狀，研究開發礦用設備關鍵運維系統，實現使用維護人員操作行為有記錄，煤礦設備運維數據有分析，煤礦企業設備綜合管理決策有依據。

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中指出，打造自主可控的標識解析體系。2017—2021年，國務院或工信部每年都有關于工業互聯網方面相關政策、指導意見、工作計劃出臺，引導我國工業互聯網發展，加快標識解析體系應用，推動設備智能化進程[1]。2020年3月份，八部委聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，意見指出，以數字化、網絡化、智能化為方向，探索建立國家級煤礦信息大數據分析與共享交換平臺，同步推進網絡安全和煤礦智能化發展，加快工業互聯網和車聯網、新一代通信技術、云計算、大數據、人工智能、虛擬現實等現代信息技術在煤炭工業領域的推廣應用。煤礦智能化的核心是煤礦裝備的智能化，通過煤礦裝備的智能化，帶動煤礦裝備管理的智能化，促進煤礦安全生產和提質降本增效。目前，煤礦在用的大部分裝備均為非智能化裝備，需要通過智能化手段，賦予這類裝備智能化能力，以全部或部分達到智能化水平，或智能化管理水平。無論是智能化裝備，還是非智能化裝備，其智能化管理均存在編碼規則不統一，信息互通存在壁壘，點巡檢、維修、保養等關鍵運維作業手工操作缺陷。為此，本文研究了國家工業互聯網標識解析二級節點編碼規則，設計開發了自由編碼功能模塊[2]；研究了工業互聯網標識解析二級節點接口協議，設計開發了不同企業、不同類型、不同設備鑒權接入接口；分析了礦用設備關鍵運維業務應用場景，研究了離線環境數據同步技術，設計開發了煤礦井下設備無紙化點巡檢、維修、保養系統及App小程序。

1 礦用設備管理現狀

通過對東北地區部分礦業集團、煤礦現場設備管理系統現狀的調研，發現各礦業集團、煤礦在設備管理方面普遍存在著管理信息零散，缺乏長期完整的信息化管理手段等問題。僅在礦務局一級有設備管理臺賬，且完全靠人工錄入，甚至不錄入、不驗貨，到貨后直接安排各礦運回。導致存在設備都去哪兒了，誰使用過，維修過哪些部件的跟蹤難題；設備是在用還是已報廢，是正常還是故障的查詢難題；有多少設備在用，多少閑置，維護情況怎么樣的統計難題；設備證書是否到期，維保工作何時進行的預警難題；設備的維修保養記錄，備件耗材的使用記錄，設備上的總花費無法追溯的追溯難題。這些難題在各礦業集團、煤礦設備管理方面普遍存在，一直無法得到根本解決。

另外，各煤礦設備管理部門管理著大量設備，每個設備及部件均有定期的檢修和保養工作，計劃的整理和安排消耗相關人員大量的時間，并且可能存在執行厭惡，無法保障設備達到最優使用率的現象；每個設備都有自己的特點，在設備維保、點檢過程中如何根據設備制定規范，實施人員都是根據經驗進行操作，人為因素影響過大；設備的維修效率不高，經驗無法傳承，維修不及時，且成本高，不能有效地集中管理。這些難題在各礦業集團、煤礦也一直沒有得到很好地解決。尤其是井下設備的點巡檢、維修、保養等工作，依然保留在紙質單據人工填寫記錄的操作手段層面。導致設備的點巡檢、維修、保養是否及時、是否全面、是否到位無法得到保障，點巡檢、維修、保養的數據無法保存、清洗、分析利用。

基于以上礦用設備管理現狀，本文提出并研究設計了工業互聯網標識解析二級節點平臺的礦用設備關鍵運維系統，希望對各礦業集團、煤礦的設備管理提供參考[3]。

2 工業互聯網標識解析體系研究

工業互聯網標識解析體系是工業互聯網網絡體系的重組成部分，是支撐工業互聯網互聯互通的神經樞紐[4]。工業互聯網標識解析體系由標識編碼、標識載體、標識解析系統、標識數據服務等部分組成。

標識編碼能夠唯一識別物料、機器、產品等物理資源和工序、軟件、模型、數據等虛擬資源的身份符號，類似于“身份證”[5]。標識編碼通常存儲在標識載體中，包括主動標識載體和被動標識載體。

標識解析系統能夠根據標識編碼查詢目標對象網絡位置或者相關信息的系統，對物理對象和虛擬對象進行唯一性的邏輯定位和信息查詢，是實現全球供應鏈系統和企業生產系統精準對接、產品全生命周期管理和智能化服務的前提和基礎[6]。

標識數據服務能夠借助標識編碼資源和標識解析系統開展工業標識數據管理和跨企業、跨行業、跨地區、跨國家的數據共享共用[7]。

根據工業互聯網標識解析體系整體架構，本文基于工業互聯網標識解析二級節點，研究開發了API接口，如圖1所示。API接口采用HTTP REST協議，通過Bearer Token授權進行資源訪問。API接口實現應用服務平臺和二級節點之間按照數據模板進行數據交互，包括標識注冊、標識解析、標識數據服務等交互[8]。

圖1 工業互聯網標識解析二級節點應用架構Fig.1 The application architecture of the second-level node for industrial Internet identification resolution

為了方便用戶使用工業互聯網標識解析二級節點的編碼規則，本文還研究設計了編碼模塊，如圖2所示。編碼模塊按照編碼規則進行了靈活的軟件功能設計，用戶可以通過編碼元則管理功能菜單對編碼規則進行新增、編輯、查看等操作。編碼規則模塊預置了編碼規則中的企業前綴、文本框、當前年（四位數）、當前月（兩位數）、當前日在年中次序、當前小時（24小時制）、當前天在本周的次序、當前年（后兩位）、流水號等，用戶可以按照自己意愿或實際需要選取規則中的一項或幾項，可以進行前后順序調整，可以添加表示部門、業務等的文本，實現零代碼的編碼。

圖2 工業互聯網標識解析二級節點應用服務平臺編碼模塊Fig.2 The coding module of the secondary node application service platform for industrial Internet identification analysis

3 礦用設備關鍵運維系統研究

具備了工業互聯網標識解析二級節點平臺及標識編碼規則應用模塊以后，礦用設備關鍵運維系統就具備了實現一物一碼，一碼到底的基礎[9]。在這個基礎之上，本文進行了系統整體架構設計、軟件主要應用功能開發和App應用功能開發。

3.1 系統整體架構

如圖3所示。礦用設備關鍵運維系統主要包括8大功能模塊，分別是設備臺賬管理、設備運行管理、設備養護計劃、設備購置管理、備品備件管理、統計分析管理、維修人員管理以及設備維修管理等。

圖3 礦用設備關鍵運維系統整體架構Fig.3 Overall architecture of key operation and maintenance systems for mining equipment

本文研究內容和目標同時考慮到本系統即可以和用戶現有設備資產管理系統進行對接，解決期初數據同步，避免數據重復錄入問題，又可以獨立使用，通過設備購置管理、設備臺賬管理、備品備件管理、維修人員管理等功能模塊，實現應用方面和設備資產管理系統的替代和銜接，保證設備管理系統全業務流程正常運轉。

3.2 關鍵技術

大部分礦用設備都在煤礦井下，很多煤礦井下還未進行WiFi、4G或5G無線網絡建設，即使少部分煤礦井下建設了無線網絡，也未能實現全覆蓋。因此，利用本安型手機等移動終端在煤礦井下進行掃碼點巡檢、維修、保養等操作時，存在無法進行或者無法實時同步數據等難題[10]。因此，如何實現移動終端在離線、在線等不同狀態下多用戶數據庫和數據同步，是本文研究的重點。

（1）Data Ability存儲技術。研究Data Ability數據庫的運作機制、存儲機制，數據庫中連接池的最大數量、同一時間對數據操作的限制、數據備份與恢復等技術，實現了系統自身和其他應用存儲數據的訪問，既可用于同設備不同應用的數據共享，也支持跨設備不同應用的數據共享，滿足客戶更高的數據管理及存儲需求。

（2）在線狀態App信息增量同步技術。通過研究App數據與服務器數據同步異常問題原因，研究后臺服務校驗技術，通過增量數據方法，保障數據在數據庫中的唯一性，避免冗余數據存在的同時，節省數據庫存儲空間，提升數據同步效率，緩解服務器壓力。

（3）離線狀態App應用場景及功能實現技術。研究在有網絡的狀態下將從服務器獲取的網絡數據緩存到本地，在調用網絡接口后自動緩存返回相關格式數據，在斷網或弱網的狀態下啟動App時讀取本地緩存數據顯示在界面上，如果搜索到網絡，則自動上傳數據，避免傳輸失敗后數據的丟失。

3.3 關鍵功能

針對用戶現有設備資產管理系統使用中存在的缺陷和不足，本文研究的設備管理系統應用功能主要體現在點巡檢、維修、保養上，具體開發思路如下[11]。

（1）可根據不同設備類型配置設備點巡檢、保養標準。包括點巡檢和保養名稱、使用的工具、設備當前狀態，以及點巡檢和保養項目等。點巡檢和保養項目編輯靈

…………活方便。一方面，可自由增減點巡檢、保養項目數量；另一方面，可自由配置每個點巡檢、保養項目的內容和方式。比如可自由配置為文本方式或者數值方式，且若為文本方式，系統會默認為合格，若為數值方式，系統會提供數值區間及默認值配置。在配置好后，用App掃碼點巡檢、保養時，若設備沒有出現異常，操作人員只需提交即可完成點巡檢、保養工作。

（2）可根據不同設備類型配置設備點巡檢和保養計劃。包括計劃名稱、所屬部門、點巡檢和保養時間、周期、提醒時間、點巡檢和保養人員等。計劃的通知即可以在服務器端，也可以在App端，即可以按照制定的計劃自動提醒，也可以按照實際需要，由管理人員手動發起。

（3）可對設備、備品備件、維修班組以及維修人員進行綁定，針對不同設備類型、不同故障類型，進行定向引導指派維修，詳細記錄故障類型、級別，更換部件類型和數量，提高維修效率和效果。

4 結語

以工業互聯網標識解析體系為基礎，設計和開發的礦用設備關鍵運維系統，實現了和工業互聯網標識解析二級節點對接，為用戶提供了通用標識編碼規則、技術和應用；彌補了煤礦用戶使用設備資產管理系統在煤礦井下進行點巡檢、維修、保養等人工操作的不足，為煤礦智能化建設的設備管理提供了必要的技術手段，達到了礦用設備全信息化管理的目的。

引用

[1]周鑫,周云成,金樹軍,等.煤炭工業互聯網標識解析二級節點系統架構研究[J].煤礦安全,2022,53(3):140-145.

[2]任語錚,謝人超,曾詩欽,等.工業互聯網標識解析體系綜述[J].通信學報,2019,40(11):484-492.

[3]武福生.礦山工業互聯網技術體系架構[J].煤礦安全,2018,49 (8):128-130.

[4]林俊.煤礦礦用設備標準體系研究與構建[J].煤礦安全,2021,52 (6):183-187.

[5]李首濱.煤炭工業互聯網及其關鍵技術[J].煤炭科學技術,2020, 48(7):98-108.

[6]宋軍,姚玉銀,徐同金,等.自動派工系統在機電設備管理中的實踐與應用[J].山東煤炭科技,2021(12):210-211.

[7]郭建軍,謝明軍,白晶.基于“大數據”的神東煤炭集團設備管理信息化提升探索[J].煤礦安全,2018,49(8):269-272.

[8]葉晟朋.論機電設備管理在煤礦安全生產中的作用[J].陜西煤炭,2021(S02):150-152+160.

[9]宋新波,孟峰,阮敏,等.煤炭行業設備管理信息化建設探討與價值分析[J].能源科技,2020,18(9):55-59.

[10]張志宏.煤礦礦井機電設備管理及維護[J].技術與市場,2014, 21(5):265-267.

[11]曹興,魏紅亮,張宇,等.礦井機電設備壽命管理與維修研究[J].煤,2015,24(1):61-62+65.