基于物联网技术的工器具系统研发与应用

杨众杰，赵毅锋，万正喜，郁小彬

（华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司，浙江省湖州市 313302）

0 引言

近年来，随着抽水蓄能机组的运行频繁，对抽蓄机组的检修项目及质量要求更高，所需的工器具数量、种类也越来越多，工器具的管理效率将直接影响到机组检修的安全质量及施工进度。目前抽水蓄能电站在工器具管理过程中主要存在以下几个问题：

（1）借还登记、校验期限等台账都采用人工登记，效率低下，时间长容易遗落；

（2）抽蓄电站工器具数量配置、总类配置缺乏有效、可靠的指导；

（3）工器具存放位置多而杂，工作人员无法快速找到有关工器具；

（4）在重要设备（如风洞、蜗壳、压力油罐等）内部工作时，带入的工器具无法智能登记，容易遗漏造成安全隐患。

为解决这一系列问题，提高工器具日常管理效率，通过对“大云物移智”技术的应用，开发一套工器具管理系统，以实现工器具借还、维护、使用、库存等日常业务的智能化管理，保障现场检修。

1 工器具管理系统关键技术

该工器具管理系统主要基于大数据分析技术、移动物联网技术，结合RFID标签的使用而开发（见图1）。

1.1 大数据技术

图1 智慧工器具管理系统关键技术Figure 1 Key technologies of intelligent tools management system

大数据主要包括结构化、半结构化和非结构化数据［1］。在工器具管理系统中，大数据技术作为该工器具管理系统中主要应用功能的根本，主要涉及半结构化数据，包括工具信息、仓库信息、人员信息［2］。对三者主要的基础信息进行录入后在正常使用过程中，对产生的一系列彼此关系数据自动保存、分析，以实现对大数据的有效应用（见图2）。

1.2 识别技术

自动识别技术主要包括光字字符识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、形状识别、磁卡识别技术、二维码识别技术、RFID技术等。针对识别对象工器具的特殊属性，可以选用的识别技术为二维码识别技术、RFID 技术［3-4］、形状识别技术。针对三种技术进行对比，对比情况见表1。

图2 工器具管理系统主要数据Figure 2 Main data of tool management system

表1 各类识别技术对比Table 1 Comparison of various identification technologies

在对工器具进行标签粘贴时，考虑到工器具频繁使用容易造成标签脱落，因此可采用透明塑胶套热套工艺将标签与工器具粘贴。

1.3 云技术

采用B/S架构，将系统部署到网络中心，用户只需要通过访问相应网络或者安装相关App即可完成相关操作，通过该架构应用，可以减少初期投入、维护成本，同时使用过程不受空间限制［5］。

1.4 移动物联网技术

通过对应用App的开发，可以实现用户对工器具进行远程管理，依照App所应有的功能，把软件分为以下四个模块：

（1）网络访问模块：负责App和服务器间的可靠信息传递。

（2）工器具处理模块：负责工器具查询条件合法性的检测，查询结果的排列显示，工器具借还逻辑判断和处理。

（3）消息推送模块：通过信息推送，对用户进行相关提醒。

（4）用户服务模块：负责提供用户的具体功能实现［6］。

2 工器具管理系统主要功能

通过工器具管理系统的应用，对工器具管理、使用过程提供了方便的手段，实现了工器具管理系统的智慧化管理，解决了上文中提到的工器具管理过程中出现的问题（见图3）。

图3 工器具管理系统主要功能Figure 3 Main functions of tool management system

2.1 大数据技术应用功能实现

大数据技术在本工器具管理系统中通过数据采集、筛选、存储、分析，对厂站所有工器具有关数据进行有效的统计，包括工器具库存、校验合格期、借用情况等，可以提醒工作人员待校验工器具数量及校验时间，方便各管理人员对工器具进行管理。

同时通过大数据的分析功能，还可对每次借用进行自行记录，分析具体工器具的使用频率，对使用率高的工器具进行补充，减少使用率低的工器具数量，以达到工器具数量的最优化配置，整合全场资源。同时，随着工器具管理系统应用电站的增多，能够统计出更加可靠、有效的数据，对新投产电站在工器具购置上提供参考依据（见图4）。

工器具管理系统将实时记录工器具使用情况，同时还可根据具体检修项目，如机组大小修、特殊检修项目采用专卡借用，对所用到的工器具进行统计，完善各类检修项目所用到的工器具种类及数量，对之后的检修提供参考依据，减少因缺少工器具而耽误工期的情况。

2.2 识别技术［射频识别（RFID）、二维码技术］应用功能

为避免金属干扰，全部采用抗金属性标签［7］，将其粘贴在设备上，通过RFID技术，可对工器具进行批量识别，作业人员可先在工器具房挑选相关工器具，通过该技术对全部工器具进行统一识别登记，减少借还时间。在部分设备内部，如发电机风洞、压力容器等内部进行工作时，可对带入的工器具实现智能识别登记，带出后自动消除，可以有效杜绝因工器具遗漏，造成的安全隐患。通过手持移动识别终端，可查找附近相关工器具，对工器具房内工器具整体数量进行盘点，方便了管理人员的统计（见图5）。

图4 大数据技术主要应用范围Figure 4 Application scope of big data technology

由于RFID识别需专门设备，因此在部分非常规工器具上同时采用二维码标签，方便使用人员可通过手机扫描二维码获取相关信息或者进行相关操作。

图5 识别技术主要应用范围Figure 5 Application scope of identification technology

2.3 云服务及移动物联网技术应用功能

该系统利用云服务，通过租用网络服务器存储相关数据，减少现场服务器配置，节约成本，同时采用云计算，对工器具借还情况、库存数量、检验有效期进行实时分析，管理员及使用人员也可以通过手机App随时查看工器具情况（见图6）。

通过手机App的使用，可查看所需要的工器具所在位置及当前数量，管理员权限还能查看工器具外借情况，帮助协调工器具借用、提醒长时间未归还人员。使用人员可实行工器具预约，在抢修时，维护人员可以在前往现场的同时，对抢修过程中可能使用的工器具进行提前预约，管理人员将相关工器具准备齐全后，待维护人员到达现场后即可取走，减少了抢修时间。

图6 手机App应用画面Figure 6 Screen in mobile phone App

同时，手机App还提供工器具使用说明介绍，通过扫工器具上二维码，可查看工器具使用说明（相对于说明书，该说明更加简洁易懂），可对新人提供很大的帮助。

3 工器具管理系统应用实例

3.1 工器具借用

工作人员可在手机App上查找需要借用的工器具，查看库存数量及存放位置，到工具房后可以快速找到相关工具，将工具放在RFID识别器上进行统一识别登记，就完成了工器具的借用及登记工作（见图7）。

图7 工器具查询画面Figure 7 Query picture of industrial apparatus

图8 手持机Figure 8 Handheld devices

3.2 工器具登记

在进入风洞前，用手持机对所有带入工器具进行扫描登记（见图8、图9），带出时再次进行扫描注销，每日下班前检查登记记录，确保所有工器具均已带离工器具，可以减少避免人工登记造成遗漏情况［8］。

图9 智能登记界面Figure 9 Screen of intelligent registration

3.3 工器具盘点

工器具管理可以利用手持PAD对工器具进行盘点，首先用手持PAD读取柜子上的芯片，然后读取柜子内的工器具信息，最后软件通过自动比对刪选生成报表，人工现场查看确认无误后上传盘点记录，盘点完成后在自动将信息上传至服务器。可以提高盘点效率和准确度（见图10）。

图10 工器具盘点画面Figure 10 Screen of industrial appliances

4 工器具管理系统应用前景

4.1 经济性

工器具管理系统在原有工器具房的基础上，利用云服务功能，可以减少本地服务器配置，实现轻量化配置，在不增加过多成本的情况下，实现工器具的智慧化管理。同时，通过大数据、云处理在智慧工器具系统中的应用，将机组大小修常用工器具种类、数量进行分析，达到各类工器具的最优化配置，避免工器具缺少造成检修工期拖延或是过多造成浪费。

4.2 安全性

工器具管理系统的安全性主要体现在两个方面，一是系统本身安全性，智慧工器具虽然采用云服务，但是采用数据加密协议，对数据进行保护；同时它是一套独立的管理系统，不涉及关键生产信息外泄。二是为使用单位安全生产提供帮助，通过智慧工器具系统应用，对快到期的工器具进行提示校验、对破损的工器具及时报废、对工器具使用的安全注意事项提醒，减少因工器具问题发生的不安全事件。

4.3 可推广性

该系统已相对成熟，各单位可在此基础上进行适当修改，使其更能满足本厂需求。通过智慧工器具系统的应用，可利用大数据统计分析，对抽水蓄能电站工器具配置提供参考依据，为新投产单位提供工器具配置参考。而且随着系统利用的越多，数据分析性越强，对后来的电站提供的参考数据更加准确。

5 结束语

智慧工器具系统所采用的主要技术发展相对成熟，在各大行业都已应用，利用这些技术，完成智慧工器具系统的研究开发，并在使用过程中进行了不断的改进。实现了工器具的信息的智能登记、提高了工器具的管理效率，优化了工器具配置及数量，方便了现场的使用，保障了检修工作的安全性。

随着机器人技术、物联网技术、5G技术的进一步发展，今后将朝着工器具管理无人化、工器具采购智能化等方向进一步发展。