基于智能手機(jī)的點(diǎn)檢管理系統(tǒng)

薛晗光 孫 璽 高 旭

(西安熱工研究院有限公司 陜西 西安 710054)

0 引 言

設(shè)備管理是電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的重要組成部分。設(shè)備點(diǎn)檢制自20世紀(jì)80年代從工業(yè)先進(jìn)國(guó)家引入中國(guó)，得到廣泛的應(yīng)用，為探索適應(yīng)中國(guó)工業(yè)企業(yè)設(shè)備管理發(fā)展提供了一種有效的方法[1-4]。點(diǎn)檢制，是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)、一定周期、對(duì)設(shè)備規(guī)定的部位進(jìn)行檢查，以便早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，及時(shí)加以修理調(diào)整，使設(shè)備保持其規(guī)定功能的設(shè)備管理方法。為了提高、維持生產(chǎn)設(shè)備的原有性能，通過(guò)人的感官或者借助工具、儀器，按照預(yù)先設(shè)定的周期和方法，對(duì)設(shè)備上的規(guī)定部位(點(diǎn))進(jìn)行有無(wú)異常的預(yù)防性周密檢查的過(guò)程，以使設(shè)備的隱患和缺陷能夠得到早期發(fā)現(xiàn)、早期預(yù)防、早期處理[5-7]。

目前，電廠在點(diǎn)檢管理中主要使用專用點(diǎn)檢儀產(chǎn)品。其功能相對(duì)單一、硬件價(jià)格昂貴、后期維護(hù)費(fèi)用高；配套管理軟件與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無(wú)法共享，容易產(chǎn)生信息孤島。隨著智能手機(jī)的發(fā)展，其豐富的圖像顯示功能、強(qiáng)大的運(yùn)算性能、友好便捷的操作模式，配合專業(yè)的點(diǎn)檢管理APP，通過(guò)Wi-Fi實(shí)時(shí)在線交互數(shù)據(jù)，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專業(yè)點(diǎn)檢儀[8]，并且能夠提高點(diǎn)檢管理的工作效率，豐富管理手段。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于智能手機(jī)的點(diǎn)檢管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 點(diǎn)檢業(yè)務(wù)分析

電廠的點(diǎn)檢工作往往根據(jù)設(shè)備的專業(yè)類(lèi)型劃分多條點(diǎn)檢路線，如電氣路線、化學(xué)點(diǎn)檢路線等。每條路線包含多個(gè)點(diǎn)檢點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)檢點(diǎn)管理周?chē)黄瑓^(qū)域內(nèi)的設(shè)備，要求依次到位打卡后，開(kāi)始具體的檢查工作。每個(gè)點(diǎn)檢點(diǎn)下包含多個(gè)點(diǎn)檢項(xiàng)目，稱為點(diǎn)檢項(xiàng)，分為觀察類(lèi)和記錄類(lèi)。觀察類(lèi)點(diǎn)檢項(xiàng)通過(guò)人的五感(視、聽(tīng)、嗅、味、觸)對(duì)設(shè)備有無(wú)異常情況進(jìn)行判斷；記錄類(lèi)點(diǎn)檢項(xiàng)通過(guò)讀取現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)或借助工具、儀器對(duì)設(shè)備上的規(guī)定部位(點(diǎn))進(jìn)行測(cè)量，并記錄結(jié)果值。

1.2 系統(tǒng)模式選取

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，點(diǎn)檢系統(tǒng)采取Web端和移動(dòng)端結(jié)合的方式。在Web端實(shí)現(xiàn)制定路線，配置點(diǎn)檢點(diǎn)和點(diǎn)檢項(xiàng)，設(shè)置間隔周期和執(zhí)行輪次、時(shí)間。Web端采用B/S模式。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用[9-10]。在服務(wù)器上安裝SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，瀏覽器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)同數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在移動(dòng)端執(zhí)行具體的點(diǎn)檢動(dòng)作，包括到位打卡、記錄點(diǎn)檢項(xiàng)檢查結(jié)果等。移動(dòng)端選取Android平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。相比蘋(píng)果的iOS平臺(tái)，Android的開(kāi)放性允許其應(yīng)用被更廣泛地安裝使用，并且可通過(guò)ROM定制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能權(quán)限的控制。

1.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)由移動(dòng)端、Web端、服務(wù)端和移動(dòng)服務(wù)總線4部分組成(見(jiàn)圖1)。服務(wù)端為移動(dòng)服務(wù)總線提供數(shù)據(jù)接口。移動(dòng)服務(wù)總線用于實(shí)現(xiàn)用戶登錄情況管理及任務(wù)在Web端和移動(dòng)端之間的傳輸。移動(dòng)服務(wù)總線作為Web端、移動(dòng)端的中間件，接收各方的數(shù)據(jù)請(qǐng)求并將其分發(fā)至相應(yīng)的接收方，最后從接收方獲取數(shù)據(jù)并返回請(qǐng)求方，整個(gè)過(guò)程中不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行任何操作，只做轉(zhuǎn)發(fā)。

圖1 點(diǎn)檢管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

Web端采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。其具有使用方便、可伸縮性好、與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點(diǎn)，在大多數(shù)分布式Web應(yīng)用程序中廣泛應(yīng)用[11]。

移動(dòng)端采用Android操作系統(tǒng)中集成的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。SQLite是Android平臺(tái)的重要數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，具有零配置、支持事務(wù)、移植性好等特點(diǎn), 負(fù)責(zé)多種格式數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)[12]。

兩端的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)相似，主要通過(guò)點(diǎn)檢任務(wù)表、點(diǎn)檢點(diǎn)表、點(diǎn)檢項(xiàng)表、附件表這4張表來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。點(diǎn)檢任務(wù)表為核心主表，其結(jié)構(gòu)參見(jiàn)表1。點(diǎn)檢點(diǎn)表以任務(wù)編號(hào)為外鍵與主表關(guān)聯(lián)。點(diǎn)檢項(xiàng)表以點(diǎn)檢點(diǎn)編號(hào)為外鍵與點(diǎn)檢點(diǎn)表關(guān)聯(lián)，附件表以點(diǎn)檢項(xiàng)編號(hào)為外鍵與點(diǎn)檢項(xiàng)表關(guān)聯(lián)。

表1 點(diǎn)檢任務(wù)表

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要包含用戶登錄、點(diǎn)檢任務(wù)下載、點(diǎn)檢點(diǎn)到位管理、點(diǎn)檢項(xiàng)結(jié)果錄入(包括無(wú)線測(cè)溫、無(wú)線測(cè)振)、添加附件等功能，如圖2所示。

圖2 點(diǎn)檢系統(tǒng)功能

2.1 任務(wù)下載

點(diǎn)檢任務(wù)下載是移動(dòng)端獲取數(shù)據(jù)的唯一通道，下載接口采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP方法，通信采用JSON數(shù)據(jù)格式。其接口設(shè)計(jì)分為輸入?yún)?shù)和輸出結(jié)果，共6個(gè)字段。輸入?yún)?shù)包括設(shè)備編號(hào)、業(yè)務(wù)流編碼和輸入數(shù)據(jù)；輸出結(jié)果包含結(jié)果碼、錯(cuò)誤消息和返回內(nèi)容，詳細(xì)參見(jiàn)表2。

表2 點(diǎn)檢任務(wù)下載接口

在通信數(shù)據(jù)格式的選擇上，重點(diǎn)對(duì)比和測(cè)試了XML和JSON格式?？紤]到XML文件格式復(fù)雜，傳輸占帶寬較高，最終沒(méi)有選用應(yīng)用更為廣泛的XML語(yǔ)言，而采用了JSON這一輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式。其數(shù)據(jù)格式比較簡(jiǎn)單，易于讀寫(xiě)，格式都是壓縮的，占用帶寬小，且易于解析，客戶端可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行JSON數(shù)據(jù)的讀取。因?yàn)镴SON格式能直接為服務(wù)器端代碼使用，大大簡(jiǎn)化了服務(wù)器端和客戶端的代碼開(kāi)發(fā)量，并且易于維護(hù)[13]。

2.2 NFC打卡到位管理

一條點(diǎn)檢路線往往包含多個(gè)點(diǎn)檢點(diǎn)，在執(zhí)行點(diǎn)檢任務(wù)時(shí)，為保證到每個(gè)點(diǎn)檢點(diǎn)進(jìn)行檢查，需要對(duì)點(diǎn)檢員進(jìn)行到位管理。這一需求可以通過(guò)智能手機(jī)支持的NFC功能得到解決。NFC即近場(chǎng)通信，是一種近距離無(wú)線通信技術(shù)，在13.56 MHz頻率運(yùn)行于10 cm距離內(nèi)，目前已通過(guò)成為ISO/IEC IS 18092國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、ECMA-340標(biāo)準(zhǔn)與ETSI TS 102 190標(biāo)準(zhǔn)[14-15]。

在NFC卡片內(nèi)寫(xiě)入當(dāng)前點(diǎn)檢點(diǎn)的編碼，張貼于點(diǎn)檢點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)某處。點(diǎn)檢員到位后，按照系統(tǒng)提示(見(jiàn)圖3)，用智能手機(jī)接觸現(xiàn)場(chǎng)張貼的NFC卡片。當(dāng)手機(jī)NFC感應(yīng)區(qū)與卡片有效接觸時(shí)，可讀取到卡片數(shù)據(jù)，即該點(diǎn)檢點(diǎn)編號(hào)。系統(tǒng)在下載到的點(diǎn)檢任務(wù)數(shù)據(jù)中遍歷查詢?cè)摼幪?hào)，一旦數(shù)據(jù)匹配，系統(tǒng)將視為已到位打卡，記錄到位時(shí)間，并跳轉(zhuǎn)到該點(diǎn)所包含的點(diǎn)檢項(xiàng)列表頁(yè)面。

圖3 NFC打卡界面

2.3 點(diǎn)檢項(xiàng)結(jié)果錄入

點(diǎn)檢員到位打卡后，根據(jù)系統(tǒng)中顯示的點(diǎn)檢項(xiàng)，逐條進(jìn)行檢查。對(duì)于觀察類(lèi)點(diǎn)檢項(xiàng)，在系統(tǒng)中手動(dòng)選擇“正?！被颉爱惓！?；對(duì)于可讀取表計(jì)的點(diǎn)檢項(xiàng)，在系統(tǒng)中手動(dòng)輸入表計(jì)顯示結(jié)果(見(jiàn)圖4)。另有一些點(diǎn)檢項(xiàng)，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，來(lái)監(jiān)控設(shè)備溫度或振動(dòng)情況。據(jù)此，系統(tǒng)采用基于Wi-Fi無(wú)線通信技術(shù)的紅外測(cè)溫傳感器和測(cè)振傳感器(見(jiàn)圖5)，配合點(diǎn)檢管理APP使用。傳感器直接將測(cè)溫測(cè)振結(jié)果記錄發(fā)送至手機(jī)，隨后上傳服務(wù)端，減少了人工干預(yù)，保證點(diǎn)檢結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，測(cè)量過(guò)程相比傳統(tǒng)測(cè)溫測(cè)振更加簡(jiǎn)便快捷，顯著提升了工作效率。

圖4 點(diǎn)檢項(xiàng)結(jié)果錄入界面

圖5 無(wú)線測(cè)溫、無(wú)線測(cè)振傳感器

傳感器和手機(jī)通過(guò)連接到同一個(gè)Wi-Fi路由，建立起通信鏈路。手機(jī)向傳感器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，傳感器將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給手機(jī)。在系統(tǒng)中觀察到采集的數(shù)據(jù)值趨于穩(wěn)定時(shí)，通知傳感器停止采集，保存當(dāng)前數(shù)據(jù)。

2.4 點(diǎn)檢結(jié)果離線提交

移動(dòng)端執(zhí)行完點(diǎn)檢任務(wù)后將點(diǎn)檢項(xiàng)觀察值、測(cè)量值、附件等數(shù)據(jù)放入任務(wù)提交隊(duì)列，隊(duì)列能夠保證任務(wù)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，且在離線環(huán)境下可以緩存數(shù)據(jù)，不影響提交操作。在移動(dòng)端接入網(wǎng)絡(luò)的情況下，提交隊(duì)列將逐個(gè)提交任務(wù)至服務(wù)端移動(dòng)服務(wù)總線。提交任務(wù)數(shù)據(jù)的同時(shí)，通知服務(wù)端該任務(wù)的附件個(gè)數(shù)。服務(wù)端首先驗(yàn)證該任務(wù)數(shù)據(jù)是否存在錯(cuò)誤，通過(guò)驗(yàn)證后，移動(dòng)服務(wù)總線將任務(wù)傳輸至Web端。Web端對(duì)任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)、邏輯、權(quán)限等多重校驗(yàn)，判斷該任務(wù)是否可以提交，如不能提交則返回“提交失敗”至服務(wù)端，反之返回“提交成功”。此時(shí)，服務(wù)端再將提交結(jié)果發(fā)送到移動(dòng)端。任務(wù)提交成功后，如果附件個(gè)數(shù)大于0，則開(kāi)始上傳附件。移動(dòng)端遍歷全部的附件，依次上傳至服務(wù)端后，通知服務(wù)端附件上傳完成。服務(wù)端再遍歷全部的附件，并依次上傳至Web端和任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時(shí)更新任務(wù)狀態(tài)，并返回結(jié)果至移動(dòng)端(見(jiàn)圖6)。

圖6 任務(wù)提交流程

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于電廠點(diǎn)檢管理的業(yè)務(wù)流程，開(kāi)發(fā)出Android版本的手機(jī)應(yīng)用，用智能手機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)檢儀，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)檢管理的主要功能。在試點(diǎn)電廠已投入使用，成功完成日常點(diǎn)檢管理工作，同時(shí)有效降低了硬件成本，提高了工作效率。其普遍適用于火電、水電和風(fēng)電領(lǐng)域，可安裝于大多數(shù)主流配置的Android智能手機(jī)上，普適性高，設(shè)備成本低，易于推廣和維護(hù)。隨著智能手機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，點(diǎn)檢管理系統(tǒng)也相應(yīng)擁有廣闊的升級(jí)空間，新技術(shù)在點(diǎn)檢管理系統(tǒng)中的使用能夠不斷豐富點(diǎn)檢管理手段，提高管理水平，符合發(fā)電行業(yè)建設(shè)智能電站的發(fā)展趨勢(shì)。