新形势下环境空气自动监测运维管理模式的研究

徐锋 成萌林

一、引言

随着我国环境保护理念的发展，国家对环境保护工作越来越重视，大气环境质量监测和运维管理做为环境保护工作的重要支撑，在大气环境治理和保护中的作用更加突出，国家对环境空气监测要求在不断提高，公众对大气环境质量监测公共服务能力的需求也将进一步加大。因此，在当今智能化发展的新形势下，必须进一步加强大气环境监测手段的提升和整合，如何结合物联网、大数据等技术对环境质量监测中设备运维管理进行优化改善，提升其对管理决策的支持和公众服务能力，是非常有必要的。

二、物聯网技术概述

（一）物联网概念

物联网是近些年才发展起来的领域，也是信息化发展到一定程度的重要标志。物联网就是一种把物品和物品相互连接起来的一种信息技术，在原有互联网基础上的延伸和拓展，一般理解为，借助射频识别技术、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等相关设施，根据有关物联的规则定义，无论何种物品均会用各种方式连通互联网，实现通信与信息的交流，然后完成对网络的智能辨别、定位、追踪、监控与管理。物联网是基于三大技术发展的 ，传感器技术 ，RFID标签技术和嵌入式系统技术。

（二）RFID技术概念

RFID技术主要原理是采用非接触的感应与非接触性的双向通信，实现自动辨识与数据传输的意图。RFID系统为包含电子标签、阅读器、计算机网络、操作程序与数据库等构成的能够自动辨别与数据获取的体系。电子标签为RFID体系的数据截止，包含耦合元件与芯片等组件。对于 RFID体系而言，所有的电子标签均为独一无二的电子码。天线为能够借助电子标签与阅读器实现发射射频信号的设备。阅读器的作用为读取或录入电子标签的信息。其一般和计算机相连来对信息进行处理。RFID技术本身属于物联网内最为关键的技术，具备较大的信息容量、强大的抗干扰性能、较高的保密性等等诸多良好性能，因此于诸多领域得到了大量的运用。并已被广泛应用于交通运输、高速公路不停车收费系统等方面，也主要应用于本文的论述内容设备运维管理。

三、环境空气自动监测系统和设备运维管理概述

（一）环境空气自动监测系统发展历程

自20世纪50年代起，一些国家开始建立地区性和全国性的大气采样网，进行定时手工间歇采样或24h累积采样器采样。随着工业的发展，大气污染日益严重，已建立的大气采样网从监测项目、时间分辨率和空间分辨率等方面已不能反映污染的短期变化与人群急性发病的关系。因此，美国于1962年开始在全国6个主要城市建立大气污染连续自动监测系统，对一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等进行连续监测。从20世纪60年代末到70年代初，日本、荷兰、德国、英国等相继建立起大气污染连续自动监测系统。

（二）监测设备质控运维管理发展现状

目前，环境空气自动监测系统在全国各地的应用已经越来越普遍，但在设备日常运行维护、质量保证和质量控制方面仍存在着一些问题，随着国家对环境质量和质控技术要求的提高，监测设备也越来越多样化、现代化，越来越复杂，这在很大程度上增加了相关工作人员的维护难度，导致监测站点、设备整体的运维服务水平和大气环境监测能力不高，环保业务的信息化和智能化程度不强，具体表现为：一是设备管理难度大。设备多样化、更新快、复杂性对维护人员的专业技术与综合素养提出了较高要求，不利于质量控制和质量保证工作的实施；二是人员管理难度大。运维人员角色多，涉及前端质控人员、维修人员、校准人员、审核人员等，导致人员管理难度大。三是运维工单管理难度大。运维工作工单种类多，涉及空气监测子站巡检记录表、校准记录表、仪器多点校准记录表、仪器精密度审核记录表、 设备量值传递记录表、故障单等。

四、新形势下环境空气自动监测智慧运维管理模式

（一）智慧运维管理平台整体架构

环境空气自动监测智慧运维管理平台整体架构如图1所示：

在上述总体体系架构中，我们采用面向服务的SOA技术架构，使用广泛接受的标准（如XML和SOAP）和松耦合的设计模式，同时，基于SOA的技术架构和开放标准将有利于整合信息资源，构建一个易于扩展和可伸缩的系统。整体架构包括：IT基础设施层、数据服务层、应用支撑层、应用层、门户层。

（二）智慧运维管理模式

科学管理的创始人泰勒认为科学管理的根本目的是谋求最高劳动生产率，要达到最高的工作效率的重要手段是用科学化的、标准化的管理方法代替经验管理。

本文论述的运维管理模式以泰勒的科学管理理论为总的指导思想，结合全面质量管理理论、BPR管理理念、以及人力资源相关理论，打造现代化的设备全生命周期管理、操作全流程跟踪、人员全方位监管和信息全过程留痕，以完善的P（计划）D（实施）C（检查）A（改进）循环为管理体系，借助物联网、云计算、大数据技术，构建一套更加标准化和规范化的运维流程管理模式，从而不断提高设备运维水平。该模式框架如图2所示：

全面质量管理TQM（Total Quality Management）是以质量管理为中心，以全员参与为基础，建立起一套科学严密高效的质量体系，以提供满足用户需要的产品或服务的全部活动，比较注重全面性、全员性、预防性、服务性和科学性。本文在全面质量管理理论的指导下，打造设备全生命周期管理、人员全方位管理、操作全流程跟踪、信息全过程留痕的全方位管理。

设备全生命周期管理：通过RFID电子标签，为大气监测仪器建立“电子身份证”，实现标准化管理仪器的购置、入库、使用、维修、校准、借出、归还等业务管理需要。

人员全方位管理：本文基于精益管理思想和人力资源配置相关理论构建了人员全方位的管理模式。精益管理要求企业的各项活动都必须运用“精益思维”。“精益思维”的核心就是以最小资源投入，包括人力、设备、资金、材料、时间和空间，准时地创造出尽可能多的价值，为顾客提供新产品和及时的服务。在很多企业内部成为了企业降低成本、提高质量及效率、提升自身市场竞争力的重要手段。人力资源配置，主要是利用科学的方法，将现有的人力资源进行科学的统筹规划，合理的组合和分配，从而加以合理利用，使各类资源发挥出一个资源集合所起到的作用，从而实现各种资源的高效利用，同时实现效益的最大化。本文基于这两个思想，通过系统建立每个人的能力资源池，可以对不同角色人员如质控人员、维修人员、校准人员、审核人员、第三方人员的信息、角色、权限、工作计划、工单处理绩效等情况进行全方位管理。站点设备发生故障有能力资源需求时，进行智能报警和派单，从而为各个环节工作合理匹配相应资源，实现效益的最大化。该模式兼具了技术创新和管理创新的内涵，是技术与管理思维、生产力与生产关系的有机结合。

操作全流程跟踪：通过不同部门中不同运维人员角色来对整个运维过程进行跟踪，运维部门分为质控部门、维修部门、质保部门。质控部门中包括质控人员、质控校核人员和质控审核人员，按照系统智能派发的工作任务计划负责前端站点的日常巡检、故障报修和审核等工作。维修部门中人员按照质控人员提交的设备报修单对设备进行维修处理，处理完成后提交至质保部门。质保部门中包括校准人员和审核员，负责对维修部流转过来的设备进行校准，校准完成审核通过后将进入库存。

信息全过程留痕：每类工单在处理完成后，都会在系统中进行归档保存。包括质控工单、维修工單、校准工单、报警记录、设备流转记录等。

PDCA：本文中运维模式以完善的P（计划）D（实施）C（检查）A（改进）循环为管理体系，通过持续改进的循环方式，从而构建一套更加条理化、系统化、科学化的质量控制与质量保证体系。

P：按照规定的时间系统自动为相应的质控人员进行工作计划的派发，不同小组质控人员可以收到各自负责的工作任务，包括日审核任务、周巡检任务、季度检查任务、月度检查任务、以及报警自动生成的故障单任务。

D：在收到任务后，质控人员按照工单任务进行对站房以及设备进行巡检，在发现设备故障时提出报修单，维修人员对相应设备进行维修。

C：本文论述的运维模式中，按照三级审核对工单进行检查处理，质控工单流转到质控审核人员处进行审核，经维修校准后的工单流转到质保审核人员处进行审核。

A：在每个审核环节，如果审核不通过，该任务将被退回至上一级进行改进重新提交。

业务流程化：本文借助BPR管理思想，对整体运维工作业务流程进行重组。业务流程重组（Business Process Reengineering，BPR）最早由美国的Michael Hammer 和James Champy提出，在20世纪90年代达到了全盛的一种管理思想。通常定义为通过对企业战略、增值运营流程以及支撑它们的系统、政策、组织和结构的重组与优化， 达到工作流程和生产力最优化的目的。本文利用先进的信息技术手段以及现代的管理手段，最大限度地实现技术上的功能集成和管理上的职能集成，通过对业务流程重组打造全新5+3业务流程平台，从而实现整体运维管理在成本、质量、服务和速度等方面的突破性的改善。

五位一体的工单业务流程包括：日审核流程、周巡检流程、月度检查流程、季度检查流程、仪器故障流程。

三个独立业务流程包括：标准物质的申领流程、设备/计量器具的借出和归还流程、现场校准流程。从而实现对CO、SO2、O3、NO2、NO五类标准物质和BIOS流量计、差压流量计、电子皂膜流量计三类计量器具的管理。

系统功能应用包括平台端和移动端两部分，移动端基于Android系统，与中心平台相关功能配合，实现对质控质保前后端业务的协同运作，质控人员可以通过移动端实现对各类单据的填写、提交、审核，并对各站点实况进行管理，质保人员可以根据平台的单据信息对设备进行维修和校准。平台功能主要包括：运行状况、子站管理、运维管理、设备管理、质量保证、辅助管理、统计分析和系统管理。

（三）智慧运维管理模式的实践应用成效

1. 实现了大气自动站仪器状态的实时掌控

充分借助物联网RFID技术，实现大气自动站仪器状态的实时掌控，创造更高效的监控平台，通过在线摄像硬件保障站房全时段、全方位进行实时监控，使监控数据更加智能分析。通过虚拟站房界面，使站房状态一目了然，及时发现故障仪器设备，并进行智能化报警，使工作人员能够及时准确的处理仪器异常问题，从而提升运维能力。

2. 实现了大气自动站运行维护工作的流程化管理

充分利用信息化技术，通过创新互联网+模式，借助于现代化运维管理理念，对监测设备运维流程和工作方式进行优化创新，实现大气自动站运行维护工作的流程化管理，进一步规范业务开展，降低综合运维成本，提高监测设备故障发现和处理能力，打造全新5+3业务流程化工作平台。从而加强运维团队的服务能力，提高人员工作绩效，提高系统和设备的可用性。

3. 实现了大气自动监测系统质控质保的智能化管理

通过建立智能监控、智能派单、智能提醒、智能统计分析的运维管理系统，利用新技术、新方法、新途径实现大气自动监测系统质保质控的智能化管理，全面支撑环保工作业务的开展，以信息化建设、业务优化统筹规划的思路，优化调整相关的组织、人员职责，建立相适应的运维工作制度，促进各业务工作的开展，发挥科技引领作用，提升运维工作中质控质保的智慧化程度。

五、结语

本文的研究对象是新形势下环境空气自动监测运维管理模式，主要是围绕我国大气环境质量监测中运维管理现状，结合相关科学管理理论、业务流程管理方法以及物联网RFID、大数据、云计算等新技术，构建了新形势下环境空气质量连续监测系统中运维管理的新型模式，该模式在实践应用中实现了大气自动站仪器状态的实时掌控、实现了大气自动站运行维护工作的流程化管理以及大气自动监测系统质控质保的智能化管理，从而提升了整体设备运维水平，为相关部门提供了科学的决策支持。在今后的研究中，可以结合人工智能技术，为设备运维提供更高效管理模式。