基于电子墨水屏的设备巡检系统设计

王东升，王中训，高 阳

（1.烟台大学物理与电子信息学院，山东烟台 264005；2.烟台中科新智有限公司，山东烟台 264006）

当前，科技发展与机械化水平的不断提高，对大型厂区的机械作业提出了更高的要求。信息化水平落后的大型厂区，在设备巡检作业过程中，往往需耗费不少的人力资源与时间，过程繁琐，存档困难，成本过大。

为提升设备巡检的效率，国内众多企业一直在积极探索。王川保企业团队提出了基于移动终端的设备巡检方法，提高了设备巡检率与故障处理率[1]；张辉企业团队系统分析了传统设备巡检的弊端，提出了智能化设备巡检的基本构想[2]；王红妮团队设计的电厂智能设备巡检系统，有效提升了巡检的效率与可靠性[3]。

在市场现有智能巡检系统的基础上，文中将电子墨水屏的应用融合进了智能巡检系统。将电子墨水屏安装于设备附近，待巡检人员完成巡检任务后，将巡检完成信息上传至手持机，电子墨水屏会自动刷新设备管理人员、巡检人员、巡检时间、点检时间、设备状态等相关信息，从而直观地显示巡检数据。

1 相关技术介绍

1.1 TPM

全员生产维护(Total Productive Maintenance,TPM)是一套系统完整的设备保养维修体系，可以提高设备综合效率，在全体人员参与下，完成设备的管理维修保养全过程。

TPM 强调全效率、全系统、全员参加，主要包括事后维修、预防维护、改善维护、维护预防、生产维护五部分工作内容。在厂区日常设备巡检过程中，如果采用TPM 进行设备管理，则设备的质量会大幅提升，提高公司设备生产率,还会增强员工的自信心和企业的凝聚力[4]。

1.2 电子墨水屏

电子墨水屏又被称为电子纸显示技术，主要组成结构是两片基板、充满负电的黑色颗粒跟带正电的白色颗粒组成的电子墨水。当墨水屏通入电流后，带有电荷的电子墨水便会相互吸引或排斥，从而呈现出黑白分明的可视化效果[5]。因电子墨水屏具有成本低、功耗低、断电保持等优势[6]，近几年在超市、仓储等领域均有不同程度的应用。

在该巡检管理系统中，每一块电子墨水屏均有唯一的EPC 编码，与Web 和手持机进行数据交互。将所有的墨水屏EPC 编码录入手持机，手持机对该墨水屏进行作业后，便可以WiFi 作为媒介，与墨水屏进行信息交互，将巡检信息结果传至墨水屏，在墨水屏上进行信息刷新展示。系统应用电子墨水屏显示信息如图1 所示。

图1 电子墨水屏展示

2 设备巡检系统设计

2.1 系统架构

系统前端采用Vue+ElementUI 框架。Vue 属于一种渐进式框架，它的核心库在视图层，容易上手，而且可以实现数据的双向绑定，简化操作，还可以为单个页面的应用程序提供驱动[7]。ElementUI 则是基于Vue2.0 的桌面组件库，其丰富的组件可帮助开发人员快速创建功能强大、内容丰富的页面。

系统后端采用SpringBoot 框架，这是Java 平台上的一种开源应用框架，开箱即用和约定优于配置这两种策略，使得它能够很好地处理业务逻辑层和其他层之间的松散耦合关系[8]。完整的SpringBoot 框架包括实体层、数据层、业务逻辑层和控制层四层。实体层负责其他层的对象调用；数据层负责操作数据库数据；业务逻辑层负责功能需求逻辑的开发；控制层主要是接收业务逻辑层的数据，返回到客户端页面。

2.2 系统功能

该设备巡检系统执行巡检任务的主流程，是先从Web 端进行TPM 任务的创建，再下发到手持机端执行，最终在电子墨水屏上显示巡检结果。系统功能模块如图2 所示。

图2 系统功能模块设计

Web 端的功能模块包括：

1）设备台账：负责设备信息的录入、编辑，设置设备管理人员，与电子墨水屏的MAC 地址绑定，实现设备与墨水屏的关联；

2）设备类型：负责设置设备的所属类别；

3）TPM：负责设备巡检任务的设置，可设置指定设备的巡检开始时间、巡检操作时间，还可设定巡检任务的间隔时间，通过数据库写好的巡检执行函数，实现巡检任务的自动刷新；

4）设备信息同步：负责设备详细信息的展示与信息同步，该模块开放Web 端与电子墨水屏的交互接口，若设备信息在Web 端发生变化，可通过该接口，同步刷新电子墨水屏，实时刷新同步数据；

5）巡检管理：负责巡检任务的展示，包括巡检状态、巡检时间、巡检人员；

6）巡检汇总：负责设备巡检数量的汇总，可筛选查询设备巡检任务的完成数量，也可查阅某台设备的巡检历史记录；

7）墨水屏信息：负责墨水屏电量显示，电量低于30%时需标红处理。

手持机端主要负责接收由Web 端下发的TPM任务，巡检任务完成后，扫描设备RFID 条码记录结果，并反馈给电子墨水屏；电子墨水屏在设备巡检工作完成之后，会自动刷新图片，刷新巡检人员、巡检时间、设备状态、下次巡检时间等主要信息。

3 数据库设计

系统采用Oracle 数据库。随着技术的不断发展，Oracle 数据库的系统结构由单一性变为多面性[9]，其可用性强、可扩展性强、数据安全性强、稳定性强。通过与Oracle 适配的Navicat 数据库管理开发工具，作为该可视化系统的后端管理工具，提高工作效率[10]。

为完成整套设备的TPM 巡检任务，该系统创建了设备信息表、巡检管理表、墨水屏管理表等多套数据表。其中，巡检管理表分为主表与子表，通过设备编号关联，主表累计设备所有巡检任务数，子表统计所有巡检任务明细，二者相互关联又独立，使得开发更为灵活。巡检管理主表跟子表结构分别如表1、表2 所示。

表1 巡检管理主表

表2 巡检管理子表

4 设备巡检系统实现

该系统是一款软硬件相结合的设备管理软件，系统可对设备的运行状况进行实时反馈，自动记录设备巡检结果等信息，及时生产设备点检统计分析报表,方便企业管理人员及时、准确了解设备状况，最终实现点巡检系统信息化、智能化的提升[11]。系统巡检功能实现流程图如图3 所示。

图3 系统功能实现流程图

4.1 软件实现

Web 端主要是对设备与巡检任务数据进行统筹展示。以下简单介绍Web 端几个模块功能：

1）TPM 模块：考虑到一台设备可能有不同点检模块，所以在该模块的前端页面设计上采用了人性化的树结构，主节点显示设备名称编码，子节点显示该设备的不同点位。系统在后端的Service 层处理树节点逻辑，将树节点数据渲染到前台页面。为实现设备巡检任务的自动下发，在PL/SQL 数据库中编写执行函数，由后台调用执行。当设备到下一次巡检时，会自动在系统中生成最新巡检任务，提醒用户执行，实现“一次设置，永久使用”，提高用户使用体验。

2）设备信息同步：该模块是对所有设备信息维护页面，也可以实现Web 端与电子墨水屏的信息同步。将设备信息通过前台接口传到后台后，在Service 层执行AddTextToImg 工具类的drawTextInImg方法，最终通过输出流的方式，直接将信息传递给电子墨水屏设备，实现信息同步。用户可自主选择指定设备同步信息，也可一次性使全部设备重新刷新信息，方便快捷。

4.2 硬件实现

手持机端负责记录设备巡检结果，通过Wifi 信号，配置好服务器网址与端口，可与电子墨水屏进行信息交互。

用户接收到设备巡检提醒之后，便可连接手持机，进行巡检操作。巡检结束后，先在手持机上选择该设备，然后扫描设备上的RFID 标签，在得到扫描成功的提示后，填写巡检结果，即完成了对该设备的点检，提交之后，电子墨水屏会自动捕获巡检结果并刷新屏幕，包括巡检时间、巡检人员、设备状态、下次巡检时间等主要信息。图4 是手持机端巡检任务管理界面。

图4 手持机巡检任务管理页面

融入电子墨水屏硬件支撑后，设备信息清晰明了，也有效简化了人工巡检记录、整理归档的复杂流程，实现了后端数据库、手持机以及设备之间的信息一致性、实时性。展望未来，电子墨水屏不仅会在智能交通、教育、仓储和智慧城市等领域发挥重要作用，也会不断积极探索全新的应用场景[12]。

5 系统测试

为保障系统的正常运行，系统测试也是非常重要的一环。系统测试是为了发现软件中存在的问题，确保系统能够稳健地在生产环境中运行[13]。系统测试分为白盒测试与黑盒测试，白盒测试主要从源代码层面测试系统，不使用用户界面；黑盒测试主要依据操作手册，测试产品功能是否可以实现[14]。二者相辅相成，合理运用两种测试手段，交叉使用，系统才能稳定可靠地运行。

对软件系统与硬件设备进行多次测试，符合用户使用需求，可以交付用户使用。系统部分功能测试结果如表3、表4 所示。

表3 Web端功能测试记录

表4 手持机端功能测试记录

6 结束语

设备巡检系统通过搭配电子墨水屏，建立了智慧化的“数字企业”，提升了品牌形象，实现了巡检过程无纸化操作，提高自动化和智能化水平[15]。“互联网+应用”的巡检模式，使得设备信息更为丰富准确，提高了整体管理效率，增加企业效益，迎合市场需求发展，解决了传统点检手工化、无数字化、无信息化、与设备保养维修缺少联动等众多不便。在今后的系统维护方面，会继续在智能化、人性化方面做处理，也会积极推广系统的应用[16]，为智慧厂区、智慧生活、智慧社会做贡献。