基于電子墨水屏的設備巡檢系統設計

王東升，王中訓，高 陽

（1.煙臺大學物理與電子信息學院，山東煙臺 264005；2.煙臺中科新智有限公司，山東煙臺 264006）

當前，科技發展與機械化水平的不斷提高，對大型廠區的機械作業提出了更高的要求。信息化水平落后的大型廠區，在設備巡檢作業過程中，往往需耗費不少的人力資源與時間，過程繁瑣，存檔困難，成本過大。

為提升設備巡檢的效率，國內眾多企業一直在積極探索。王川保企業團隊提出了基于移動終端的設備巡檢方法，提高了設備巡檢率與故障處理率[1]；張輝企業團隊系統分析了傳統設備巡檢的弊端，提出了智能化設備巡檢的基本構想[2]；王紅妮團隊設計的電廠智能設備巡檢系統，有效提升了巡檢的效率與可靠性[3]。

在市場現有智能巡檢系統的基礎上，文中將電子墨水屏的應用融合進了智能巡檢系統。將電子墨水屏安裝于設備附近，待巡檢人員完成巡檢任務后，將巡檢完成信息上傳至手持機，電子墨水屏會自動刷新設備管理人員、巡檢人員、巡檢時間、點檢時間、設備狀態等相關信息，從而直觀地顯示巡檢數據。

1 相關技術介紹

1.1 TPM

全員生產維護(Total Productive Maintenance,TPM)是一套系統完整的設備保養維修體系，可以提高設備綜合效率，在全體人員參與下，完成設備的管理維修保養全過程。

TPM 強調全效率、全系統、全員參加，主要包括事后維修、預防維護、改善維護、維護預防、生產維護五部分工作內容。在廠區日常設備巡檢過程中，如果采用TPM 進行設備管理，則設備的質量會大幅提升，提高公司設備生產率,還會增強員工的自信心和企業的凝聚力[4]。

1.2 電子墨水屏

電子墨水屏又被稱為電子紙顯示技術，主要組成結構是兩片基板、充滿負電的黑色顆粒跟帶正電的白色顆粒組成的電子墨水。當墨水屏通入電流后，帶有電荷的電子墨水便會相互吸引或排斥，從而呈現出黑白分明的可視化效果[5]。因電子墨水屏具有成本低、功耗低、斷電保持等優勢[6]，近幾年在超市、倉儲等領域均有不同程度的應用。

在該巡檢管理系統中，每一塊電子墨水屏均有唯一的EPC 編碼，與Web 和手持機進行數據交互。將所有的墨水屏EPC 編碼錄入手持機，手持機對該墨水屏進行作業后，便可以WiFi 作為媒介，與墨水屏進行信息交互，將巡檢信息結果傳至墨水屏，在墨水屏上進行信息刷新展示。系統應用電子墨水屏顯示信息如圖1 所示。

圖1 電子墨水屏展示

2 設備巡檢系統設計

2.1 系統架構

系統前端采用Vue+ElementUI 框架。Vue 屬于一種漸進式框架，它的核心庫在視圖層，容易上手，而且可以實現數據的雙向綁定，簡化操作，還可以為單個頁面的應用程序提供驅動[7]。ElementUI 則是基于Vue2.0 的桌面組件庫，其豐富的組件可幫助開發人員快速創建功能強大、內容豐富的頁面。

系統后端采用SpringBoot 框架，這是Java 平臺上的一種開源應用框架，開箱即用和約定優于配置這兩種策略，使得它能夠很好地處理業務邏輯層和其他層之間的松散耦合關系[8]。完整的SpringBoot 框架包括實體層、數據層、業務邏輯層和控制層四層。實體層負責其他層的對象調用；數據層負責操作數據庫數據；業務邏輯層負責功能需求邏輯的開發；控制層主要是接收業務邏輯層的數據，返回到客戶端頁面。

2.2 系統功能

該設備巡檢系統執行巡檢任務的主流程，是先從Web 端進行TPM 任務的創建，再下發到手持機端執行，最終在電子墨水屏上顯示巡檢結果。系統功能模塊如圖2 所示。

圖2 系統功能模塊設計

Web 端的功能模塊包括：

1）設備臺賬：負責設備信息的錄入、編輯，設置設備管理人員，與電子墨水屏的MAC 地址綁定，實現設備與墨水屏的關聯；

2）設備類型：負責設置設備的所屬類別；

3）TPM：負責設備巡檢任務的設置，可設置指定設備的巡檢開始時間、巡檢操作時間，還可設定巡檢任務的間隔時間，通過數據庫寫好的巡檢執行函數，實現巡檢任務的自動刷新；

4）設備信息同步：負責設備詳細信息的展示與信息同步，該模塊開放Web 端與電子墨水屏的交互接口，若設備信息在Web 端發生變化，可通過該接口，同步刷新電子墨水屏，實時刷新同步數據；

5）巡檢管理：負責巡檢任務的展示，包括巡檢狀態、巡檢時間、巡檢人員；

6）巡檢匯總：負責設備巡檢數量的匯總，可篩選查詢設備巡檢任務的完成數量，也可查閱某臺設備的巡檢歷史記錄；

7）墨水屏信息：負責墨水屏電量顯示，電量低于30%時需標紅處理。

手持機端主要負責接收由Web 端下發的TPM任務，巡檢任務完成后，掃描設備RFID 條碼記錄結果，并反饋給電子墨水屏；電子墨水屏在設備巡檢工作完成之后，會自動刷新圖片，刷新巡檢人員、巡檢時間、設備狀態、下次巡檢時間等主要信息。

3 數據庫設計

系統采用Oracle 數據庫。隨著技術的不斷發展，Oracle 數據庫的系統結構由單一性變為多面性[9]，其可用性強、可擴展性強、數據安全性強、穩定性強。通過與Oracle 適配的Navicat 數據庫管理開發工具，作為該可視化系統的后端管理工具，提高工作效率[10]。

為完成整套設備的TPM 巡檢任務，該系統創建了設備信息表、巡檢管理表、墨水屏管理表等多套數據表。其中，巡檢管理表分為主表與子表，通過設備編號關聯，主表累計設備所有巡檢任務數，子表統計所有巡檢任務明細，二者相互關聯又獨立，使得開發更為靈活。巡檢管理主表跟子表結構分別如表1、表2 所示。

表1 巡檢管理主表

表2 巡檢管理子表

4 設備巡檢系統實現

該系統是一款軟硬件相結合的設備管理軟件，系統可對設備的運行狀況進行實時反饋，自動記錄設備巡檢結果等信息，及時生產設備點檢統計分析報表,方便企業管理人員及時、準確了解設備狀況，最終實現點巡檢系統信息化、智能化的提升[11]。系統巡檢功能實現流程圖如圖3 所示。

圖3 系統功能實現流程圖

4.1 軟件實現

Web 端主要是對設備與巡檢任務數據進行統籌展示。以下簡單介紹Web 端幾個模塊功能：

1）TPM 模塊：考慮到一臺設備可能有不同點檢模塊，所以在該模塊的前端頁面設計上采用了人性化的樹結構，主節點顯示設備名稱編碼，子節點顯示該設備的不同點位。系統在后端的Service 層處理樹節點邏輯，將樹節點數據渲染到前臺頁面。為實現設備巡檢任務的自動下發，在PL/SQL 數據庫中編寫執行函數，由后臺調用執行。當設備到下一次巡檢時，會自動在系統中生成最新巡檢任務，提醒用戶執行，實現“一次設置，永久使用”，提高用戶使用體驗。

2）設備信息同步：該模塊是對所有設備信息維護頁面，也可以實現Web 端與電子墨水屏的信息同步。將設備信息通過前臺接口傳到后臺后，在Service 層執行AddTextToImg 工具類的drawTextInImg方法，最終通過輸出流的方式，直接將信息傳遞給電子墨水屏設備，實現信息同步。用戶可自主選擇指定設備同步信息，也可一次性使全部設備重新刷新信息，方便快捷。

4.2 硬件實現

手持機端負責記錄設備巡檢結果，通過Wifi 信號，配置好服務器網址與端口，可與電子墨水屏進行信息交互。

用戶接收到設備巡檢提醒之后，便可連接手持機，進行巡檢操作。巡檢結束后，先在手持機上選擇該設備，然后掃描設備上的RFID 標簽，在得到掃描成功的提示后，填寫巡檢結果，即完成了對該設備的點檢，提交之后，電子墨水屏會自動捕獲巡檢結果并刷新屏幕，包括巡檢時間、巡檢人員、設備狀態、下次巡檢時間等主要信息。圖4 是手持機端巡檢任務管理界面。

圖4 手持機巡檢任務管理頁面

融入電子墨水屏硬件支撐后，設備信息清晰明了，也有效簡化了人工巡檢記錄、整理歸檔的復雜流程，實現了后端數據庫、手持機以及設備之間的信息一致性、實時性。展望未來，電子墨水屏不僅會在智能交通、教育、倉儲和智慧城市等領域發揮重要作用，也會不斷積極探索全新的應用場景[12]。

5 系統測試

為保障系統的正常運行，系統測試也是非常重要的一環。系統測試是為了發現軟件中存在的問題，確保系統能夠穩健地在生產環境中運行[13]。系統測試分為白盒測試與黑盒測試，白盒測試主要從源代碼層面測試系統，不使用用戶界面；黑盒測試主要依據操作手冊，測試產品功能是否可以實現[14]。二者相輔相成，合理運用兩種測試手段，交叉使用，系統才能穩定可靠地運行。

對軟件系統與硬件設備進行多次測試，符合用戶使用需求，可以交付用戶使用。系統部分功能測試結果如表3、表4 所示。

表3 Web端功能測試記錄

表4 手持機端功能測試記錄

6 結束語

設備巡檢系統通過搭配電子墨水屏，建立了智慧化的“數字企業”，提升了品牌形象，實現了巡檢過程無紙化操作，提高自動化和智能化水平[15]。“互聯網+應用”的巡檢模式，使得設備信息更為豐富準確，提高了整體管理效率，增加企業效益，迎合市場需求發展，解決了傳統點檢手工化、無數字化、無信息化、與設備保養維修缺少聯動等眾多不便。在今后的系統維護方面，會繼續在智能化、人性化方面做處理，也會積極推廣系統的應用[16]，為智慧廠區、智慧生活、智慧社會做貢獻。