選礦設(shè)備智能點(diǎn)檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

秦文超 李勇 蘇超 吳果蕾 朱巧霖

摘 要：針對(duì)國內(nèi)選礦生產(chǎn)布局廣、設(shè)備多、管線復(fù)雜，點(diǎn)檢勞動(dòng)強(qiáng)度大、復(fù)雜度高等特點(diǎn)，以及選廠設(shè)備傳統(tǒng)點(diǎn)檢存在的管理難、數(shù)據(jù)處理難和評(píng)估難等問題，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、近場(chǎng)通訊和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了智能點(diǎn)檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用分體式點(diǎn)檢儀對(duì)設(shè)備點(diǎn)檢，將點(diǎn)檢數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)分析，形成報(bào)表，利用可視化技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確地反映選礦設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備點(diǎn)檢人員到位管理、設(shè)備點(diǎn)檢閉環(huán)管理、設(shè)備狀態(tài)預(yù)警，降低設(shè)備維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：礦山設(shè)備；智能點(diǎn)檢；數(shù)據(jù)分析；可視化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.077

1 引言

有色金屬行業(yè)選礦生產(chǎn)包括破碎、磨礦、浮選、濃縮、脫水、尾礦輸送等工藝流程，具有生產(chǎn)布局廣、設(shè)備多、管線復(fù)雜，點(diǎn)檢勞動(dòng)強(qiáng)度大、復(fù)雜度高等特點(diǎn)。掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，設(shè)備點(diǎn)檢工作是運(yùn)行值班的常規(guī)工作之一，也是極為重要的工作。通過設(shè)備點(diǎn)檢能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷，確保設(shè)備的健康、持續(xù)運(yùn)行。目前國內(nèi)選廠大都采用傳統(tǒng)的人工點(diǎn)檢方式，該模式主要存在以下的問題：

（1）紙質(zhì)記錄、人工錄入導(dǎo)致點(diǎn)檢效率差，錯(cuò)誤率高。傳統(tǒng)的設(shè)備點(diǎn)檢以紙介質(zhì)方式記錄檢查情況，點(diǎn)檢受過多人為因素的影響，并且人工錄入數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)手工錄入過程中容易出錯(cuò)。

（2）點(diǎn)檢員到位率難以控制，對(duì)于工作人員是否巡視到位無法進(jìn)行有效的管理，巡視質(zhì)量不能得到保障，線路的安全狀況亦得不到保證，留下了安全隱患。

（3）點(diǎn)檢工具，目前點(diǎn)檢大都停留在耳聽目視等官能檢查階段，主要依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備狀態(tài)，不能夠采取科學(xué)有效的檢查手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查。

（4）點(diǎn)檢結(jié)果不易查詢和顯示，傳統(tǒng)的點(diǎn)檢工作均為紙質(zhì)記錄，點(diǎn)檢數(shù)據(jù)查詢難度較大，且不能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)變化顯示和點(diǎn)檢數(shù)據(jù)可視化。

在礦冶行業(yè)，存在設(shè)備種類多、易損件多、設(shè)備生命周期短等問題。傳統(tǒng)的設(shè)備點(diǎn)檢、報(bào)修、維修流程長，不易跟蹤和追溯，使得點(diǎn)檢業(yè)務(wù)存在責(zé)任不明確、點(diǎn)檢不到位、反饋不及時(shí)、響應(yīng)不積極、處理不全面、結(jié)果無評(píng)估，給高效和精細(xì)化生產(chǎn)管控帶來困擾和干擾。因此改善點(diǎn)檢質(zhì)量和效率是提高生產(chǎn)管理水平的重要環(huán)節(jié)。

本文將探討智能點(diǎn)檢系統(tǒng)解決傳統(tǒng)點(diǎn)檢弊端和問題。應(yīng)用近場(chǎng)通訊、物聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)，設(shè)計(jì)了選礦設(shè)備智能點(diǎn)檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備/流程/作業(yè)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確、規(guī)范、高效的點(diǎn)檢，通過點(diǎn)檢得到計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)，并借助于圖形化手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，清晰有效地顯示設(shè)備狀態(tài)。

2 智能點(diǎn)檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)選礦設(shè)備連續(xù)運(yùn)行、高負(fù)荷等特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，點(diǎn)檢內(nèi)容主要集中在震動(dòng)、溫度和外觀檢查等內(nèi)容。系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容分為軟、硬件和通訊，硬件包含服務(wù)器、點(diǎn)檢儀；軟件包括數(shù)據(jù)庫、點(diǎn)檢儀APP、Web客戶端和手機(jī)移動(dòng)終端APP，通訊包含近場(chǎng)通訊和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

服務(wù)器產(chǎn)品較多，性能也較穩(wěn)定，這里不再累述，主要介紹點(diǎn)檢儀設(shè)計(jì)。點(diǎn)檢儀將采用工業(yè)手機(jī)配合無線手持傳感器形式，無線傳感器具備震動(dòng)和溫度檢測(cè)功能，相比傳統(tǒng)一體式手持終端，無線傳感器通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)與工業(yè)手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，大幅降低自身故障率，設(shè)備穩(wěn)定性較高。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）點(diǎn)檢數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，點(diǎn)檢數(shù)據(jù)庫包括的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：①點(diǎn)檢人員數(shù)據(jù)；②設(shè)備、工藝點(diǎn)檢項(xiàng)目源數(shù)據(jù)，注意按照工藝流程、班組設(shè)置進(jìn)行分類設(shè)計(jì)、分清主次；③點(diǎn)檢過程數(shù)據(jù)；④點(diǎn)檢數(shù)據(jù)的衍生數(shù)據(jù)，指數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和其他加工要求；⑤點(diǎn)檢項(xiàng)目管理權(quán)限數(shù)據(jù)。⑥廠區(qū)信息；⑦典型事件信息跟蹤。

（2）點(diǎn)檢客戶端軟件開發(fā)，根據(jù)軟件說明書開發(fā)點(diǎn)檢客戶端APP軟件，包括：點(diǎn)檢人員身份認(rèn)證、點(diǎn)檢人員交接班管理、點(diǎn)檢過程數(shù)據(jù)錄入、點(diǎn)檢過程監(jiān)控和點(diǎn)檢統(tǒng)計(jì)分析等功能。

（3）點(diǎn)檢服務(wù)器端軟件開發(fā)，點(diǎn)檢服務(wù)器端軟件開發(fā)包括點(diǎn)檢相關(guān)人員的權(quán)限管理、設(shè)備、生產(chǎn)點(diǎn)檢項(xiàng)目設(shè)置與完善、點(diǎn)檢的任務(wù)定制、路徑規(guī)劃和分配；點(diǎn)檢數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比和可視化；點(diǎn)檢自動(dòng)化系統(tǒng)軟件嵌入礦山數(shù)據(jù)云平臺(tái)，具備與礦山數(shù)據(jù)云平臺(tái)其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接口和數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)展示的功能。

2.3 通訊設(shè)計(jì)

（1）近場(chǎng)通訊。智能點(diǎn)檢系統(tǒng)使用NFC無源卡無功耗、體積小、抗污染、耐用性好、安全性高和可重復(fù)使用性優(yōu)點(diǎn)，將點(diǎn)檢人員定位和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)錄入完美的結(jié)合在一起，同時(shí)還能根據(jù)NFC 標(biāo)簽信息由手持終端導(dǎo)入相應(yīng)設(shè)備的信息，以滿足同一單位不同點(diǎn)檢崗位對(duì)不同設(shè)備或設(shè)施信息錄入的差異性，使數(shù)據(jù)錄入界面簡(jiǎn)潔明了，同時(shí)也能滿足多個(gè)點(diǎn)檢人員使用同一個(gè)終端，不僅可節(jié)省成本，也提高了工作效率。

（2）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

工藝流程、設(shè)備和生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的信息管理標(biāo)識(shí)的電子編碼，使得被點(diǎn)檢對(duì)象具有交互性；

面向選礦過程的移動(dòng)終端定制開發(fā)，使得被點(diǎn)檢對(duì)象與生產(chǎn)信息系統(tǒng)之間可以互通互聯(lián)；

基于生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)、4G專/公網(wǎng)和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)檢與過程控制、設(shè)備維修、生產(chǎn)調(diào)度等業(yè)務(wù)之間的互聯(lián)、互通、互動(dòng)。

3 智能點(diǎn)檢系統(tǒng)應(yīng)用

點(diǎn)檢系統(tǒng)應(yīng)用層主要包括基本功能，后臺(tái)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)可視化內(nèi)容。如圖2所示：點(diǎn)檢系統(tǒng)的使用流程。

3.1 智能點(diǎn)檢系統(tǒng)基本功能

點(diǎn)檢系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由工廠組織構(gòu)架、人員、檢查項(xiàng)目、檢查點(diǎn)、點(diǎn)檢線路和點(diǎn)檢計(jì)劃構(gòu)成。移動(dòng)點(diǎn)檢系統(tǒng)支持按人員、部門或者角色進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，并對(duì)每個(gè)人的登錄時(shí)間、登錄IP、登錄操作環(huán)境等進(jìn)行記錄，形成完善的登錄點(diǎn)檢日志。

（1）檢查項(xiàng)目是實(shí)地點(diǎn)檢時(shí)，在指定檢查點(diǎn)上需要檢查或操作的具體工作內(nèi)容。檢查項(xiàng)目主要是按照設(shè)備種類建立的，比如可以分別建立浮選機(jī)類的檢查項(xiàng)目，皮帶機(jī)類的檢查項(xiàng)目等。這樣可以方便創(chuàng)建同一類型設(shè)備的檢查點(diǎn)。檢查項(xiàng)目分為選擇項(xiàng)檢查項(xiàng)目、數(shù)字檢查項(xiàng)目、文本檢查項(xiàng)目和拍照檢查項(xiàng)目。

（2）檢查點(diǎn)是點(diǎn)檢系統(tǒng)中的基本管理單位，點(diǎn)檢工作都是針對(duì)檢查點(diǎn)展開。通常情況下一臺(tái)（套）設(shè)備建立一個(gè)檢查點(diǎn)。每個(gè)檢查點(diǎn)有一個(gè)用于識(shí)別的NFC標(biāo)簽。

（3）點(diǎn)檢線路及任務(wù)。路線是點(diǎn)檢人員在點(diǎn)檢過程中依次經(jīng)過的檢查點(diǎn)的集合。在移動(dòng)點(diǎn)檢系統(tǒng)中可以預(yù)先定義若干條點(diǎn)檢線路，每條線路包含若干檢查點(diǎn)?？梢酝ㄟ^點(diǎn)檢計(jì)劃安排指定的人員，在指定的時(shí)間內(nèi)，指定的檢查點(diǎn)上，完成指定內(nèi)容的點(diǎn)檢工作。點(diǎn)檢計(jì)劃分為日計(jì)劃、周計(jì)劃、月計(jì)劃等類型。如果點(diǎn)檢過程中發(fā)現(xiàn)了問題，管理人員可以通過“任務(wù)安排”模塊，下派任務(wù)，填寫要求完成時(shí)間，任務(wù)內(nèi)容，選擇具體的執(zhí)行人員。執(zhí)行人員接受到任務(wù)后，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處理問題，現(xiàn)場(chǎng)拍照，及時(shí)反饋給任務(wù)下達(dá)人。任務(wù)下達(dá)人接收到反饋信息后，確認(rèn)隱患問題已解決，結(jié)束任務(wù)。

3.2 智能點(diǎn)檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表和分析

智能點(diǎn)檢系統(tǒng)按照設(shè)置每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有很多，每天都會(huì)自動(dòng)生成點(diǎn)檢日?qǐng)?bào)、點(diǎn)檢月報(bào)、排班計(jì)劃表、維保工單以及管理人員所需要的人員考勤表，隱患類型表、趨勢(shì)分析等，并且提供excel表格進(jìn)行導(dǎo)出使用。檢系統(tǒng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確、規(guī)范、高效的點(diǎn)檢，與生產(chǎn)DCS系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、維修管理系統(tǒng)等結(jié)合起來形成設(shè)備全過程閉環(huán)管理。所有的過程都有數(shù)據(jù)，可追溯，最后也能形成班組和人員的量化管理。

通過計(jì)算機(jī)對(duì)點(diǎn)檢數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并結(jié)合專家系統(tǒng)和生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，通過計(jì)算研究設(shè)備狀態(tài)樣本平均值、方差等，研究樣本特征值與自身特征值的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的趨勢(shì)規(guī)律，判斷出設(shè)備是否處于健康狀態(tài)，進(jìn)而為發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常的深層原因提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)設(shè)備歷史狀態(tài)（溫度、振動(dòng)等）信息，智能分析數(shù)據(jù)，建立設(shè)備理想狀態(tài)模型，分析預(yù)測(cè)中早期設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)知功能，即數(shù)據(jù)亞健康狀態(tài)預(yù)警值。對(duì)于“故障”風(fēng)險(xiǎn)較高工藝流程和設(shè)備的點(diǎn)檢，能夠及時(shí)報(bào)警、動(dòng)態(tài)強(qiáng)化；從而提高點(diǎn)檢效率和效益。

3.3 智能點(diǎn)檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化

人類直接獲得的信息中大約有80%是來自視覺，同時(shí)，視覺信息也是人類最容易了解和最可信賴的信息。數(shù)據(jù)可視化主要旨在借助于圖形化手段，清晰有效地傳達(dá)與溝通信息。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的基本思想，是將數(shù)據(jù)庫中每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)作為單個(gè)圖元元素表示，大量的數(shù)據(jù)集構(gòu)成數(shù)據(jù)圖像，同時(shí)將數(shù)據(jù)的各個(gè)屬性值以多維數(shù)據(jù)的形式表示，可以從不同的維度觀察數(shù)據(jù)，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的觀察和分析。

4 結(jié)論

（1）規(guī)范化。通過選礦智能點(diǎn)檢系統(tǒng)，改變選礦原有依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的粗狂型點(diǎn)檢方式，在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)檢工作，使點(diǎn)檢人員知道要檢查什么、怎么去檢查、發(fā)現(xiàn)問題怎么處理，保證點(diǎn)檢計(jì)劃不折不扣的實(shí)施。

（2）流程化。做到點(diǎn)檢有計(jì)劃、有內(nèi)容、有結(jié)果、有核查的流程化過程，杜絕人員檢查不到位、檢查數(shù)據(jù)不真實(shí)等情況發(fā)生。

（3）高效化。避免原來紙質(zhì)手寫、手抄這樣的繁瑣過程，通過自動(dòng)生成點(diǎn)檢項(xiàng)目，檢查設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備點(diǎn)檢事件，自動(dòng)生成點(diǎn)檢結(jié)果，形成報(bào)表和報(bào)警信息并發(fā)布給管理人員。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。通過點(diǎn)檢系統(tǒng)得到計(jì)算機(jī)可分析處理的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)查詢檢索和可視化，對(duì)于“故障”風(fēng)險(xiǎn)較高工藝流程和設(shè)備的點(diǎn)檢，能夠及時(shí)報(bào)警、動(dòng)態(tài)強(qiáng)化；從而提高點(diǎn)檢效率和效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王東海.選礦設(shè)備維修管理中存在的問題及解決對(duì)策的探析[A].機(jī)械加工與制造，2017（21）：65-66.

[2]崔希國，韓安.基于RFID的煤礦設(shè)備巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A].工況自動(dòng)化，2018（44）：1-5.

[3]劉一凡.新型電站設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的研究與探索[J].同煤科技，2017（04）：20-23.

[4]曹現(xiàn)剛，張懷珠，惠陽.煤礦設(shè)備點(diǎn)檢管理系統(tǒng)研究[J].工礦自動(dòng)化，2014，40（05）：100-103.

[5]Nikolaos Ath.Kallioras； Konstantinos Kepaptsoglou； Nikos D.Lagaros；Transit stop inspection and maintenance scheduling： A GPU accelerated metaheuristics approach[J].Transportation Research Part C，2015，55.

[6]Ajit Kumar Verma，A.Srividya，Anil Rana.Use of stochastic petrinets in modeling of safety device inspection interval problem[J].International Journal of System Assurance Engineering and Management，2015，6（02）.