一种智能工器具管理装置的研制与应用

陈 昊，黄吉超，陈展超，林奥林，林泽炜，林擎宇

（国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建福州350000）

工器具管理是令变电检修人员头疼的关键问题，其在使用后很容易出现遗漏、丢失等，须要花费大量精力整理、收纳。尤其是大、中型检修作业时，检修人员须要准备种类繁多的扳手、螺丝刀等工器具，并按照工作情况对所使用的工器具进行登记，形成列表清单。作业完成后，按照清单中的顺序，逐一核对工器具是否完好放置。上述方式变相加大了检修工作量，严重时甚至因工器具遗漏导致变电安全事故，须引起高度重视。

1 问题分析

从本单位变电检修工器具管理现状来看，人工操作耗时长、随身携带难度大及功能单一收效低是影响其变电检修安全性、可靠性和有效性的重要因素，即：

本单位变电检修工器具管理制度中明确指出，使用工器具时应编制清单，交还时要逐项核对，确认清单无遗留后，将工器具及清单同时上交仓库。在工作现场收工时，由于工器具数量多，往往要花费大量时间反复确认工器具是否都已收齐无遗留现场，必要时还须要现场查找，耗时耗力，有时甚至超过现场检修时长。

本单位采用的变电检修工器具管理装置主要为层叠式工具箱，其收纳方式简单，只具备简单的存放工具功能。这种装置往往需要变电检修人员手提携带，作业过程中较为笨重，如图1所示。

图1 层叠式手提工具箱

上述手提工具箱内部工器具放置混乱，只能够单一收纳工器具，并没有实现精益管理，功能单一。且该过程中通过人工的方式进行工器具的收纳确认就存在一定的隐患，可能出现摩擦损耗、氧化生锈等，进而影响工器具的精密度。

因此，本单位迫切须要研制一款能够智能管理工器具的装置，转变现阶段人工登记、收纳及清点现状，最大限度减轻变电检修人员工作“负担”。

2 设计方案

2.1 设计目标

按照变电检修工器具管理中存在的3 项问题，本次智能工器具管理装置设计时应保证：

精益化识管。可将重复性的纸质工器具清单列写工作通过智能工器具管理装置的手机App 软件替代，实现出工所需工器具电子化清单创建。

要通过智能工具箱的设计，实时监控工器具情况。“开工”功能保证“出门不少带”工器具，“收工”功能保证“回家不落带”工器具，有效减轻出工人员的工作负担，确保工作结束后现场无工器具遗留，保障工作的安全性及可靠性；

轻便易携带。智能工器具管理装置采用便携式设计，灵活轻巧方便出工人员携带；

多功能应用。智能工器具管理装置集成定位、照明、电磁锁等多种额外辅助功能，集多功能于一体。

2.2 技术方案

2.2.1 系统结构

本项目旨在通过设计一款智能工器具管理装置，能够实现工器具的智能管理，辅助出工人员轻松实现“出门不少带、回家不落带”工器具，其主体装置由两部分构成，如图2所示。

图2 智能工器具管理装置的系统设计

手机App 软件。为确保精益管理效果，利用手机App 软件进行所需工器具的电子清单创建，创建过一次即可保存清单下次无须新建。同时，还能够自动保存工器具使用记录，生成历史数据，省时省力。

智能工具箱。设计中智能工具箱为每一个工器具设置一个抽屉，初次使用时可根据用户需求，通过手机App软件定义每个抽屉所存放工器具的名称，抽屉的定义具备后期修改功能。每个抽屉安装一个传感器感测该抽屉内是否已放置工器具，若有工器具则该抽屉对应指示灯为红色，无则为绿色，且智能工具箱为便携式设计，方便出工人员携带。

2.2.2 硬件设计

本次设计的智能工器具管理装置中智能工具箱上安装主控制器、UHF 读卡器、UHF 天线、Wi-Fi模块、蓝牙模块、声光报警器等，其各工具抽屉均可更换UHF标签，如图3所示。

图3 智能工器具管理装置的硬件接线

其中，1通过串口与2、11、12连接；1通过ⅠO输出模块与13 连接；2 通过同轴电缆形式与3、4、5、6 连接。该装置整体通过Wi-Fi 模块接收手机App 软件发送的采集指令，同时，将识别数据、状态信息等上传到手机App中，用于精益化管理。

2.2.3 软件功能

本次设计过程中采用Altium 软件进行编程，按照本单位变电检修过程中工器具的管理需求，功能逻辑应做到：

打开电源后启动初始化程序，对系统进行初始化；

启动Wi-Fi 或蓝牙，判断是否连接成功。若存在问题，则向手机App发送Wi-Fi或蓝牙异常报警；

若成功后显示通过蓝牙或网络连接，出工人员仅须提前通过手机App 列好工器具清单，出工前进入仓库点击App上的“开工”。此时，主控制器逐次启动UHF1 天线1，读取UHF 数据，判断工具是否错放、丢失。若错放智能工具箱上对应所需工器具的抽屉指示灯即会亮起，仅须将亮绿灯的抽屉对应的工器具补入即可。

现场工作结束后，将工器具依次放入对应抽屉中。此时，点击App 上的“收工”，发送采集指令，重新按照上述逻辑判断流程进行工器具自检，检查工具箱内工器具与清单是否相符，若有缺少即报警提示出工人员。

此外，智能工器具管理装置集成定位、照明、电磁锁等多种额外辅助功能，可通过手机App 进行控制或直接通过智能工具箱本体开启。

3 效益评估

3.1 应用分析

将智能工器具管理装置投入使用后，本单位变电检修工作中的工器具管理平均耗时从原来的17 min左右缩短到2 min，其工器具管理时间降幅非常显著。同时，采用智能工器具管理装置后，本时间段内的工器具均正常盘点，未出现1 次工器具丢失、错放，其具体，如表1所示。

表1 智能工器具管理装置投入使用前后对比 min

3.2 实用价值

从使用效果角度来看，本次智能工器具管理装置中手机App 软件的设计，将重复性的工器具纸质清单转化为电子清单，有效减轻人员工作量；智能工具箱装置的设计，有效减轻出工人员的工作负担，确保工作结束后现场无工器具遗留；可根据用户自身需求，通过手机App 软件对智能工具箱的抽屉进行定义，使得装置具有极强的普适性。这些均实现了变电检修工作中工器具管理的智能化、高效化设计，具有非常高的实用价值。

从经济效益角度来看，本次智能工器具实现了智能技术下的资源全面整合，减少了人工成本投入，利用简单的自动检测与识别装置，配合移动终端App，就实现了工器具使用盘点、登记等任务，且集成定位、照明、电磁锁等多种辅助功能，其工作效益非常显著。上述智能工器具管理装置采用便携式设计，灵活轻巧方便出工人员携带，值得在今后工作中进一步推广和优化。

4 结束语

随着数字化技术、无线通信技术等的不断发展和完善，变电检修中的工器具管理必将越来越趋向于集成化、智能化、高效化。在该过程中必须利用好智能装置，通过分析本地区变电检修工器具管理工作实际，研究其装置设计中的重点，确定辅助功能设置时的方向。要进一步优化工器具管理装置的系统结构、硬件设计和软件功能，不断升级，这样才能够使上述装置符合检修人员的各项需求，实现工器具管理装置应用效益的最大化。