?；饭捃囍腔蹤z驗工廠方案設(shè)計

黃 強 王雯雯 孫 艾 周 丹 文耀華

（南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院 南京 210019）

當前我國危化品運輸?shù)闹饕绞揭廊皇堑缆愤\輸[1]，其中又以罐車為最大載體，據(jù)統(tǒng)計截至2022 年底我國?；饭捃嚬灿?0 多萬輛[2]。由于?；肪哂幸兹肌⒁妆?、易腐蝕、有毒的特性，一旦發(fā)生事故，極有可能造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。2017 年山東臨沂一臺液化石油氣罐車在裝卸作業(yè)時爆炸，造成10 人死亡[3]；2020 年浙江溫嶺液化石油氣罐車發(fā)生爆炸，造成20人死亡[4]；2023 年泉州高速油罐車起火爆炸，經(jīng)濟損失嚴重……這些事故給?；钒踩O(jiān)管敲響了警鐘。

為加強?；饭捃嚨陌踩O(jiān)管，我國制定了法律法規(guī)和安全技術(shù)規(guī)范，對?；饭捃嚨脑O(shè)計、制造、使用、檢驗、報廢等全流程實施監(jiān)督管理。其中，對?；饭捃囬_展定期檢驗是減少安全事故、防范化解重大風(fēng)險、保證?；钒踩\輸?shù)闹匾绞絒5]。但當前罐車檢驗機構(gòu)普遍存在裝備不夠齊全、技術(shù)不夠成熟、自動化程度低、過于依賴人力、工作效率不高、檢驗質(zhì)量參差不齊的問題，甚至部分檢驗機構(gòu)由于現(xiàn)場檢驗條件差發(fā)生罐體爆炸、檢驗人員意外墜落等安全事故。為此借助信息化和智能化技術(shù)，設(shè)計符合?；饭捃嚈z驗需求的智慧檢驗工廠顯得尤為迫切，一方面可以改善檢驗人員工作環(huán)境，降低勞動強度，提高檢驗機構(gòu)安全管理水平；另一方面可以降低對人的過度依賴，用信息化和智能化的技術(shù)取代人力，降低差錯率，提高工作質(zhì)量和效率。

1 總體架構(gòu)

危化品罐車智慧檢驗工廠主要包括三大系統(tǒng)，分別是檢驗現(xiàn)場智能控制系統(tǒng)、基于AI 的安全監(jiān)測系統(tǒng)和罐車智慧檢驗全流程管理平臺，如圖1 所示。三大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都實時匯入智慧檢驗工廠數(shù)據(jù)大腦，在數(shù)據(jù)大腦中通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合、機器學(xué)習(xí)和智能計算指導(dǎo)罐車智能檢驗，保障現(xiàn)場檢驗安全，優(yōu)化罐車檢驗流程，提升檢驗效率，強化檢驗質(zhì)量，打造一座現(xiàn)代化、智能化的危化品罐車智慧檢驗工廠。

圖1 ?；饭捃囍腔蹤z驗工廠架構(gòu)圖

2 方案設(shè)計

2.1 檢驗現(xiàn)場智能控制系統(tǒng)

檢驗現(xiàn)場智能控制系統(tǒng)是智慧檢驗工廠的重要組成部分，通過采用PLC 分布式控制技術(shù)、智能控制算法和雙冗余技術(shù)，對氣密性試驗、抽真空作業(yè)、氮氣置換、含氧量檢測等檢驗數(shù)據(jù)自動采集、實時監(jiān)測、智能控制，并及時反饋各類裝置運行中的異常事件，實現(xiàn)無人值守作業(yè)，降低勞動強度，避免人為因素干擾，確保數(shù)據(jù)的正確性和及時性。依據(jù)集中監(jiān)視、分散控制的原則，系統(tǒng)采用集散控制方式，自下而上由現(xiàn)場設(shè)備層、自動控制層和集中監(jiān)控層組成，如圖2 所示。

圖2 檢驗現(xiàn)場智能控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

現(xiàn)場設(shè)備層主要由壓力傳感器、氣動閥、電磁閥、壓縮機及真空泵等組成，用于實現(xiàn)檢驗工藝流程的控制、數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測。

自動控制層由工業(yè)控制器和輸入/輸出（I/O）模塊、現(xiàn)場管理終端組成，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和用戶編制的自動控制程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的自動化控制。

集中監(jiān)控層實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的實時采集和現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控，由操作站和服務(wù)器組成，操作站可監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，工作人員可通過其進行設(shè)備控制；服務(wù)器內(nèi)置實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫等模塊，可通過實時曲線和歷史曲線進行數(shù)據(jù)分析，用于現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)和人員作業(yè)的追溯管理。同時為滿足智能工廠的建設(shè)需求，服務(wù)器通過數(shù)據(jù)接口，實時將各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)大腦，用于數(shù)據(jù)分析和展示。

2.2 基于AI 的安全監(jiān)測系統(tǒng)

罐車檢驗中涉及受限空間作業(yè)、臨時用電作業(yè)、高處作業(yè)、吊裝作業(yè)等高危作業(yè)，易造成中毒窒息、高處墜落、觸電、砸傷等多種職業(yè)傷害[6]，在檢驗場地全范圍安裝高清攝像裝置，基于人體姿態(tài)檢測、目標定位技術(shù)和AI 技術(shù)，通過采集檢驗場所監(jiān)控圖像進行在線智能分析，識別罐車檢驗過程中風(fēng)險指標，并對區(qū)域內(nèi)人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)發(fā)出智能預(yù)警，通過風(fēng)險閾值建立預(yù)警指標，大幅降低各類安全風(fēng)險事件的發(fā)生概率，避免安全事故，有效提升罐車檢驗安全管理水平。

1）檢驗環(huán)境危險信息識別。罐車檢驗現(xiàn)場會存在少量硫化氫、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、乙醇、乙烯、氯氣等有毒有害氣體。通過在罐車檢驗現(xiàn)場安裝有毒有害氣體檢測電化學(xué)傳感器，對有毒有害氣體進行實時檢測，實現(xiàn)對罐車檢驗現(xiàn)場環(huán)境中各類有毒有害氣體濃度的在線監(jiān)測。當氣體濃度達到設(shè)定的預(yù)警閾值，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光電報警提醒，并標記濃度超標傳感器的位置，自動打開該區(qū)域應(yīng)急通風(fēng)設(shè)施，降低有毒有害氣體濃度，從而有效保障罐車檢驗人員的健康安全。

2）檢驗人員違規(guī)行為識別及預(yù)警?；谏疃壬窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法，對監(jiān)控圖像的視域進行掃描檢測，識別確認檢驗人員身份，鎖定目標跟蹤，實時判斷檢驗人員的行為，結(jié)合標準動作模板，實現(xiàn)檢驗人員未戴安全帽、未系安全帶、違規(guī)使用手機等行為的全程監(jiān)測和預(yù)警，通過跟蹤移動的物體或者人，采用幀差法和混合高斯模型對比移動前后的狀態(tài)變化，推斷出發(fā)生的事件，實現(xiàn)人員入罐作業(yè)過程中安全監(jiān)護缺失和檢驗現(xiàn)場高空拋物等風(fēng)險事件的識別和預(yù)警[6]。系統(tǒng)識別到違規(guī)行為或風(fēng)險事件后現(xiàn)場發(fā)出警報，后臺根據(jù)事件級別通知相應(yīng)管理人員采取應(yīng)急措施，保障檢驗人員安全，同時系統(tǒng)自動對違規(guī)行為進行記錄和統(tǒng)計，形成包含違規(guī)人員、違規(guī)行為、違規(guī)次數(shù)和違規(guī)時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以便進行大數(shù)據(jù)分析[7]。

2.3 罐車智慧檢驗全流程管理平臺

罐車智慧檢驗全流程管理平臺是智慧檢驗工廠的核心部分，實現(xiàn)了罐車從預(yù)約、進入檢驗場地、報檢、繳費、交車、檢驗到客戶領(lǐng)取報告、滿意度評價的全流程數(shù)字化、智能化管理，構(gòu)架如圖3 所示。為減少檢驗人員錄入數(shù)據(jù)的工作量，提高工作效率，平臺預(yù)留數(shù)據(jù)接口與智能檢驗設(shè)備和檢驗工裝進行數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，實時上傳壁厚檢測和靜電接地電阻檢測數(shù)據(jù)、安全閥和緊急切斷閥自動校驗數(shù)據(jù)等。同時開發(fā)手機、智能終端、平板、大屏等多種客戶端，方便不同人員使用。平臺主要包括兩大模塊，分別是業(yè)務(wù)云端辦理模塊和智能檢驗?zāi)K。

圖3 罐車智慧檢驗全流程管理平臺架構(gòu)圖

1）業(yè)務(wù)云端辦理模塊。該模塊主要用于客戶在線辦理罐車檢驗相關(guān)業(yè)務(wù)?？蛻羰紫冗M行線上預(yù)約報檢，預(yù)約成功后，將罐車送至檢驗基地，在檢驗基地安裝智能車牌識別器，通過識別車牌號，平臺自動比對預(yù)約信息和歷史檢驗信息，實現(xiàn)智能受理，并根據(jù)檢驗工位狀態(tài)和剩余檢驗時間智能引導(dǎo)客戶將罐車送至待檢工位。客戶送檢后，可使用各類終端在線查詢罐車檢驗進度以及剩余檢驗時間。罐車檢驗完成后，系統(tǒng)自動根據(jù)檢驗項目計算檢驗費用，并通過微信、短信等方式將檢驗費用告知客戶，提醒客戶及時繳費?？蛻艨墒褂弥Ц秾?、微信、匯款等多種方式在線繳納檢驗費，領(lǐng)取電子發(fā)票，繳費成功后，在線下載電子報告和使用標識。

2）智能檢驗?zāi)K。該模塊主要用于檢驗人員進行罐車檢驗方案的智能編制，安全檢查，現(xiàn)場檢驗，記錄出具、審核、審批，并自動將記錄轉(zhuǎn)換為檢驗報告，最后實現(xiàn)檢驗方案、記錄、報告一鍵電子歸檔。在該模塊中嵌入畫圖軟件，根據(jù)不同罐車類型梳理簡圖形成標準罐車圖庫，方便檢驗人員直接調(diào)用標準圖庫進行二次編輯，減少畫圖工作量，提高檢驗效率。

3 智能算法

1）檢驗時間智能計算。罐車檢驗涉及多個項目，比如外觀檢驗、附件檢驗、壁厚檢測、無損檢測等，每個項目的時間都不固定，而且隨著罐車規(guī)格型號的不同，檢驗時間也有很大的差別，因此很難準確預(yù)判剩余檢驗時間，無法告知客戶取車時間。系統(tǒng)結(jié)合筆者單位多年來在?；饭捃嚨臋z驗經(jīng)驗，并根據(jù)罐車類型，預(yù)設(shè)檢驗各項目所需時間，系統(tǒng)投入使用后，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)統(tǒng)計不同規(guī)格型號的危化品罐車檢驗各項目所需時間，并不斷迭代修正預(yù)設(shè)值，通過長時間、大樣本的數(shù)據(jù)馴服，計算出不同規(guī)格型號的?；饭捃嚫鳈z驗項目所需最優(yōu)時間。系統(tǒng)自動根據(jù)每個項目的最優(yōu)時間計算出在檢罐車的剩余檢驗時間，并實時反饋給客戶，方便客戶精準把控檢驗時長，便于企業(yè)提升罐車周轉(zhuǎn)率，達到降本增效的目的。

2）檢驗工位智能引導(dǎo)和派位。針對罐車檢驗預(yù)約的數(shù)量和檢驗工位不同工作狀態(tài)，通過對各檢驗項目所需時間的統(tǒng)計分析，自動計算出每個檢驗工位剩余檢驗時間，在智慧檢驗業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中實時反饋所有工位在檢罐車的剩余檢驗時間。同時結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，判定每個工位的空閑狀態(tài)。對已預(yù)約報檢的罐車進行狀態(tài)判別，根據(jù)判定規(guī)則和自適應(yīng)學(xué)習(xí)，優(yōu)先挑選出最合適的檢驗工位，做到精準派發(fā)，智能引導(dǎo)工位。

3）檢驗工作任務(wù)智能派發(fā)。罐車檢驗涉及多個環(huán)節(jié)、多個崗位，每個環(huán)節(jié)和崗位中也有多個檢驗人員，每個檢驗人員的工作能力、擅長專業(yè)、當前工作量都有所不同。系統(tǒng)在派發(fā)檢驗任務(wù)時，自動根據(jù)多項條件智能派發(fā)，首先根據(jù)每個檢驗員的到崗情況、當前工作量的飽和度做第一輪篩選，其次結(jié)合待檢罐車歷年檢驗狀況和上一年度該罐車的檢驗員，在第一輪的基礎(chǔ)上做第二輪篩選，最后在第二輪篩選的基礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)累計計算的每位檢驗人員的工作效率和工作質(zhì)量選出最佳檢驗人員進行智能派發(fā)，實現(xiàn)工作量的合理分配，達到提高檢驗質(zhì)量和效率的目的，并且也能充分發(fā)揮多勞多得的績效激勵作用。

4）檢驗方案智慧生成。在系統(tǒng)中提前設(shè)定檢驗方案模版，系統(tǒng)根據(jù)待檢罐車介質(zhì)種類、檢驗類別、設(shè)備運行參數(shù)和運行記錄等基本信息，自動比對知識庫和案例庫中的相關(guān)事件（如同類介質(zhì)、同類型號、同制造廠家等發(fā)生的事故或損傷案例），并結(jié)合相關(guān)事件可能存在的損傷模式類型（如介質(zhì)泄漏、安全附件損壞、罐體開裂等），智能編制檢驗方案，推薦重點檢驗檢查項目，達到提醒檢驗負責(zé)人的目的，從而有效提升罐車檢驗質(zhì)量，避免漏檢和缺項。

4 結(jié)束語

在當今智能互聯(lián)的時代，智慧工廠已在交通物流、高端制造、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但在罐車檢驗行業(yè)鮮有涉及。本文借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等新一代信息技術(shù)打造?；饭捃囍腔蹤z驗工廠，從軟件、硬件兩個方面全面革新傳統(tǒng)罐車檢驗?zāi)Ｊ?，解決罐車智慧檢驗中的關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)代化罐車檢驗流程，將有力提升特種設(shè)備行業(yè)檢驗檢測數(shù)字化、智能化水平，為我國?；饭捃嚈z驗提供智慧檢驗新思路，也為我國特種設(shè)備檢驗機構(gòu)數(shù)智化提質(zhì)增效探索新路徑。