基于物聯(lián)網(wǎng)的承壓特種設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宋勐翔　童壯根　王慧鋒

摘 要：本文針對(duì)承壓特種設(shè)備檢驗(yàn)過程中手工記錄繁瑣、信息數(shù)據(jù)分散、文檔資料易遺失等現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的承壓特種設(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Web技術(shù)構(gòu)建基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，采用RFID（Radio Frequency Identification）與Android技術(shù)開發(fā)手持器終端，實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時(shí)共享、文件的按需生成與導(dǎo)出以及現(xiàn)場檢驗(yàn)的無紙化。該系統(tǒng)為承壓特種設(shè)備的信息化管理提供了一種解決方案。

關(guān)鍵詞：承壓特種設(shè)備；Web技術(shù)；RFID；Android技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.096

0 引言

特種設(shè)備是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要設(shè)施，隨著我國整體經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，特種設(shè)備的使用量也隨之迅猛增加[1]。國家質(zhì)檢總局在《“十二五”特種設(shè)備安全與節(jié)能發(fā)展規(guī)劃》提出，要推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特種設(shè)備安全領(lǐng)域的應(yīng)用，加強(qiáng)數(shù)據(jù)信息挖掘利用，為風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控提供有效信息，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升動(dòng)態(tài)監(jiān)管水平和效能[2]。國家對(duì)特種設(shè)備的監(jiān)管要求日益提高，因此，建設(shè)特種設(shè)備信息化管理系統(tǒng)變得尤為重要。如何把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到特種設(shè)備檢驗(yàn)管理系統(tǒng)中，并加以信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是一個(gè)值得研究的課題。

特種設(shè)備監(jiān)督管理具有涉及的環(huán)節(jié)多、單位部門廣、生命周期長等特點(diǎn)，目前存在各環(huán)節(jié)信息脫節(jié)、信息數(shù)據(jù)分散、文檔資料遺失等問題，從而降低了各環(huán)節(jié)的工作效率，增加了人力、財(cái)力、時(shí)間等管理成本，不利于全面掌控特種設(shè)備的運(yùn)行、檢驗(yàn)、監(jiān)管，不利于特種設(shè)備安全管理工作的開展[3][4]。

為此，本文采用Web技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，將承壓特種設(shè)備的基礎(chǔ)信息與相關(guān)環(huán)節(jié)信息實(shí)行集中式、透明式管理。同時(shí)引入RFID技術(shù)，采用Android技術(shù)設(shè)計(jì)手持器系統(tǒng)，提高工作效率。

1 承壓特種設(shè)備管理平臺(tái)整體方案設(shè)計(jì)

1.1 承壓特種設(shè)備的環(huán)節(jié)及其信息分析

在承壓特種設(shè)備生命周期內(nèi)涉及的環(huán)節(jié)主要有生產(chǎn)（含設(shè)計(jì)、制造、安裝、維修、改造）、使用、檢驗(yàn)等[5]，其中使用環(huán)節(jié)是特種設(shè)備安全管理的重點(diǎn)所在，因?yàn)閾?jù)統(tǒng)計(jì)，特種設(shè)備的事故80%發(fā)生在使用環(huán)節(jié)。在特種設(shè)備的使用環(huán)節(jié)，涉及到使用單位的使用管理和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的定期檢驗(yàn)，使用環(huán)節(jié)涉及到的信息包括與設(shè)備生產(chǎn)階段相關(guān)的固有信息和與使用相關(guān)的動(dòng)態(tài)信息[5]，前者在設(shè)備生命周期內(nèi)基本不變，后者將隨使用情況而發(fā)生變化。以壓力容器為例對(duì)其各環(huán)節(jié)信息進(jìn)行分析，提取在使用管理及檢驗(yàn)中關(guān)注度高的信息，實(shí)際工作流程圖1所示。

從特種設(shè)備的流程分析中看出，設(shè)備的信息產(chǎn)生于生命周期的不同階段，每份報(bào)告的數(shù)據(jù)也來源于設(shè)備的不同生命階段，傳統(tǒng)的信息管理方式很容易出現(xiàn)紕漏，為了能夠自動(dòng)生成最終的報(bào)告，設(shè)備的信息錄入必須覆蓋整個(gè)生命流程。

1.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的、使用方便的特種設(shè)備管理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過手持器讀取設(shè)備存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽中的基本信息。為了使設(shè)備在各種條件下都能運(yùn)行，手持器為離線系統(tǒng)，先將各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，在到達(dá)網(wǎng)絡(luò)通暢的環(huán)境時(shí)，通過手持器的WiFi模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)傳輸，并在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能模塊劃分

根據(jù)承壓特種設(shè)備管理的特點(diǎn)，將軟件劃分為如圖2所示的功能模塊。該功能模塊圖的樹狀結(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)很小的功能模塊。每個(gè)功能模塊要針對(duì)數(shù)據(jù)庫中不同的表來進(jìn)行操作。

本系統(tǒng)中將每個(gè)可以點(diǎn)擊的鏈接都認(rèn)為是一個(gè)權(quán)限，進(jìn)行權(quán)限的精細(xì)化管理，只有擁有相應(yīng)權(quán)限的工作人員才能操作相應(yīng)的功能。設(shè)備管理方面，根據(jù)設(shè)備管理流程，分為基本信息添加，資料審核，業(yè)務(wù)執(zhí)行與維護(hù)，問題記載這幾個(gè)方面。文件管理模塊用于自動(dòng)生成某次檢驗(yàn)的記錄；到期提醒模塊則包括人員證書到期提醒以及設(shè)備檢驗(yàn)到期提醒。

2.2 設(shè)備管理的實(shí)現(xiàn)

設(shè)備管理包括容器和管道管理，根據(jù)設(shè)備的生命周期與檢驗(yàn)人員的操作習(xí)慣，將設(shè)備的管理流程分為基本信息添加，資料審核，業(yè)務(wù)執(zhí)行與維護(hù)，問題記載四部分。

基本信息指的是自安裝完成后就基本不變的信息?；拘畔⒊霈F(xiàn)在容器的各種檢驗(yàn)報(bào)告中，但每次都需要耗費(fèi)大量的時(shí)間重新整理，該部分信息由生成和使用單位添加與維護(hù)。

資料審查作為檢驗(yàn)的起點(diǎn)，在接受檢驗(yàn)任務(wù)后，首先對(duì)該設(shè)備使用單位的安全管理情況以及設(shè)備本身信息進(jìn)行審查。使用單位特種設(shè)備安全管理制度及管理情況、設(shè)備的基本信息、使用情況信息事先由相關(guān)單位錄入數(shù)據(jù)庫，檢驗(yàn)人員可在授權(quán)情況下進(jìn)行審查，同時(shí)對(duì)審查企業(yè)特種設(shè)備作業(yè)人員的持證情況。

審核完成后，根據(jù)檢驗(yàn)方案，分配檢驗(yàn)具體項(xiàng)目，該部分?jǐn)?shù)據(jù)可以由檢驗(yàn)人員現(xiàn)場使用手持器錄入，也可以直接在網(wǎng)站錄入。

問題記載模塊是一個(gè)統(tǒng)計(jì)模塊。大多數(shù)情況下，用戶更關(guān)心的檢驗(yàn)的結(jié)果，本系統(tǒng)添加了這一模塊，用于更方便的看到某個(gè)設(shè)備歷次檢驗(yàn)中出現(xiàn)過的問題。

2.3 文件管理的實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)生成報(bào)表是本系統(tǒng)的核心需求，文件管理模塊需要將設(shè)備管理過程中的文本信息與圖片進(jìn)行整合并將其輸出到文檔中。

根據(jù)需求，生成的文檔需要為Word文件。由于Word本身是基于Windows平臺(tái)的，Java不能直接對(duì)Word進(jìn)行讀寫操作。本系統(tǒng)使用Jacob技術(shù)間接操作Word，Jacob（Java-COM Bridge在Java與微軟的COM組件之間構(gòu)建一座橋梁，使用Jacob自帶的DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫，并通過JNI（Java Native Interface）的方式實(shí)現(xiàn)了在Java平臺(tái)上對(duì)COM（組件對(duì)象模型）程序的調(diào)用[7]。

大量的文件放在同一個(gè)文件夾下會(huì)造成讀寫速度的降低，需要一種方式將文件打散。本系統(tǒng)采用哈希打散，通過文件名獲得哈希值，將其轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)，取前兩位，分別為一二層的目錄名稱。用哈希打散的方式將文件近似均勻的分到256個(gè)文件夾中。

本系統(tǒng)使用替換的方式生成Word文檔。所謂替換的方式是指首先制作模板，在程序內(nèi)讀取這個(gè)模板，將模板中標(biāo)定的特殊字符替換成它實(shí)際的內(nèi)容。如圖3所示為一份管道模板文件的部分截圖和生成的文件的部分截圖?？梢姡@種預(yù)先定義模板的方式可以很好的滿足文檔生成的要求。

系統(tǒng)為每個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目的子項(xiàng)目都制作了一個(gè)模板。如圖4所示為管道全面檢驗(yàn)文件目錄，從圖中可以看到，此次全面檢驗(yàn)中，可以對(duì)子項(xiàng)目單獨(dú)進(jìn)行生成文檔與下載文檔的操作，在每一個(gè)子項(xiàng)目都生成之后，可以生成綜合文檔，綜合文檔是把子項(xiàng)目的文檔結(jié)合起來生成一份總文檔，這就是最后需要的文檔。這種文件生成耗費(fèi)一定的空間用來存儲(chǔ)單個(gè)子項(xiàng)目的文件，但是提高了文件操作的靈活性。

3 基于Android的讀寫器軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件功能模塊設(shè)計(jì)

RFID手持器是檢驗(yàn)人員、巡檢人員進(jìn)行設(shè)備巡查、檢測使用的設(shè)備。為了滿足在某些化工廠信號(hào)微弱或信號(hào)被屏蔽等情況，需要RFID手持器在完全離線狀態(tài)下可以正常使用。

本系統(tǒng)手持器軟件應(yīng)用分為四個(gè)模塊，分別為用戶登錄、管道管理、容器管理以及數(shù)據(jù)上傳，如圖5所示。用戶登錄提供了一個(gè)用戶輸入賬號(hào)與密碼的頁面，由于該系統(tǒng)是離線的，所以身份校驗(yàn)延后至上傳數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行。管道管理與容器管理為檢驗(yàn)人員執(zhí)行檢驗(yàn)業(yè)務(wù)的模塊，這些檢驗(yàn)信息會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)在手持器的本地?cái)?shù)據(jù)庫中[8]，在手持器連接網(wǎng)絡(luò)后可以通過上傳模塊將檢驗(yàn)信息上傳。

3.2 設(shè)備管理模塊

以容器管理為例，容器管理分為標(biāo)簽信息加載、基本信息、配置信息、定期檢驗(yàn)、年度檢驗(yàn)以及驗(yàn)收檢驗(yàn)。

（1）標(biāo)簽信息加載：如圖6所示，該模塊用于讀取標(biāo)簽中存放的基本信息，也可以獲得設(shè)備編號(hào)后直接通過網(wǎng)絡(luò)獲取，將其加載到基本信息模塊，方便巡檢人員直接查看。在開始一次檢驗(yàn)任務(wù)前，檢驗(yàn)人員需要在這個(gè)模塊輸入任務(wù)編號(hào)，根據(jù)這個(gè)編號(hào)系統(tǒng)可以唯一的定位到一次檢驗(yàn)中，之后進(jìn)行的檢驗(yàn)都屬于該檢驗(yàn)任務(wù)的子項(xiàng)目，需要更換任務(wù)時(shí)重新輸入。

（2）基本信息：該模塊用于查看標(biāo)簽中的信息以及向標(biāo)簽中寫入信息。在手持器讀取標(biāo)簽信息時(shí)會(huì)將其保存到內(nèi)存中，進(jìn)入基本信息界面的時(shí)候，系統(tǒng)將這部分?jǐn)?shù)據(jù)展示在界面上。該模塊還可以將界面數(shù)據(jù)填入對(duì)象中，然后將對(duì)象轉(zhuǎn)換為JSON類型的字符串，最后將字符串寫入到標(biāo)簽中。

（3）配置信息：某些檢驗(yàn)信息需要根據(jù)情況來決定，比如在管道的測厚檢測中監(jiān)測點(diǎn)個(gè)數(shù)。檢驗(yàn)人員根據(jù)檢驗(yàn)方案，寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖7所示，信息配置實(shí)際上是為了將檢驗(yàn)人員的監(jiān)測計(jì)劃記錄下來，這樣檢驗(yàn)人員就可以很直觀的判斷檢驗(yàn)的進(jìn)度以及此項(xiàng)檢驗(yàn)是否完成。

（4）各類檢驗(yàn)：容器年度檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)以及驗(yàn)收檢驗(yàn)都是業(yè)務(wù)的核心部分，這部分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與后臺(tái)管理系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是相同的。如圖8所示，它會(huì)將所有屬于容器各類檢驗(yàn)的子項(xiàng)目全部羅列出來，展示在頁簽上，通過滑動(dòng)界面，就可以切換到不同的檢驗(yàn)子項(xiàng)目。

3.3 在線數(shù)據(jù)同步

為了將數(shù)據(jù)同步到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)上傳模塊。每次將檢驗(yàn)數(shù)據(jù)提交的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所做檢驗(yàn)的項(xiàng)目生成如圖所示的上傳模塊，該模塊中包含的檢驗(yàn)人員所做檢驗(yàn)的描述、該檢驗(yàn)提交日期、檢驗(yàn)的設(shè)備編號(hào)以及任務(wù)編號(hào)。檢驗(yàn)人員可以點(diǎn)擊上傳按鈕，它會(huì)將當(dāng)前檢驗(yàn)記錄同步到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中，提交之后仍可以對(duì)這個(gè)檢驗(yàn)做修改并再次提交，直到檢驗(yàn)完成后，進(jìn)行最后一次提交并刪除記錄。

4 總結(jié)

本文根據(jù)承壓特種設(shè)備使用環(huán)節(jié)相關(guān)管理要求，尤其是檢驗(yàn)流程，采用Web技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了承壓特種設(shè)備數(shù)字化管理與文檔的自動(dòng)化管理，采用RFID與Android技術(shù)設(shè)計(jì)了檢驗(yàn)現(xiàn)場使用的信息記錄裝置，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)現(xiàn)場的無紙化。經(jīng)測試后證實(shí)該管理流程符合當(dāng)前承壓特種設(shè)備檢驗(yàn)流程，可以提高設(shè)備信息整合效率，降低文件信息的錄入成本，對(duì)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)備檢驗(yàn)方面的應(yīng)用具有一定意義。

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作者簡介：宋勐翔（1991-），男，山西人，碩士研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、IPV6、儀器儀表。