基于物聯(lián)感知技術的高速公路機電設施設備精細化管理系統(tǒng)

徐從常 安徽皖通高速公路股份有限公司

以國家高速公路機電系統(tǒng)管理規(guī)范為準則，以集中、統(tǒng)一的機電系統(tǒng)運維管理模式為基礎，采用全壽命周期管理、精細化管理理念，通過信息化技術構建智慧化機電系統(tǒng)集成管理平臺，通過采用機電設備身份識別技術、運行狀態(tài)動態(tài)感知技術，實現(xiàn)高速公路機電系統(tǒng)資產(chǎn)、設備運行狀態(tài)、維護維修以及供應商的統(tǒng)一管理，以達到提升機電系統(tǒng)管理水平、延長機電系統(tǒng)使用壽命、提高機電系統(tǒng)整體效益的目標。

1 需求分析

高速公路機電系統(tǒng)（指供配電系統(tǒng)電氣設備、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)的檢測及電氣控制設備）作為高速公路重要組成部分，營運管理對機電系統(tǒng)的依賴程度越來越高，龐大而復雜的聯(lián)網(wǎng)機電系統(tǒng)網(wǎng)絡的穩(wěn)定安全運行是高速公路正常運營的保障。然而，隨著高速公路建設規(guī)模的進一步擴大，龐大的機電系統(tǒng)固定資產(chǎn)分布于各地，對于這些機電設備的數(shù)量、位置、運行情況、安防性能等信息缺乏直接有力的管理手段。隨著高速公路路網(wǎng)規(guī)模的擴大，機電系統(tǒng)在高速公路生產(chǎn)管理中起著越來越重要的作用，影響著高速公路的生產(chǎn)安全及正常營運，高速公路機電系統(tǒng)事故導致的生產(chǎn)安全和正常營運問題日益突出，影響范圍甚至波及整個路網(wǎng)；因此，保證高速公路機電系統(tǒng)的正常運轉變的十分重要，目前的機電系統(tǒng)給的管理模式已經(jīng)不再適用時下路網(wǎng)環(huán)境高速公路對機電系統(tǒng)全壽命周期管理、動態(tài)感知、精細化管理的要求，主要存在的問題有：一、難以全面掌握機電設施運行狀態(tài)；二、缺乏對機電設備的全壽命周期管理；三、機電系統(tǒng)運維時效性不高；四、機電系統(tǒng)運維成本較高。

“十三五”高速公路機電系統(tǒng)運維工作是以保通暢、保安全為核心，按“防治結合、以防為主、科學管理、有效控制”的原則，建立統(tǒng)一的機電設備管理體系，增強機電系統(tǒng)穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)安全性，保證高速公路機電系統(tǒng)完好和良好的運行狀態(tài)，為高速公路安全、暢通提供堅實的科技保障，確保機電系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運行。

2 建設目標

隨著高速公路服務水平逐漸提高，機電系統(tǒng)的功能和復雜性日益增加，機電設備的運維和管理工作變得越來越重要，管理難度和復雜度也日益增加；高速公路機電設施設備精細化管理系統(tǒng)平臺從縱向上：網(wǎng)格采集、分級建設、提升精細化管理水平；橫向上：平臺接入、深化流程、提升社會化服務水平。其建設目標為：基于GIS的實時狀態(tài)感知技術的深度應用；路網(wǎng)級機電設備安全監(jiān)管動態(tài)跟蹤和主動服務；機電設備全壽命周期精細化管理。

3 平臺建設總體架構

高速公路機電設施設備精細化管理系統(tǒng)建設的總體架構以信息安全支撐系統(tǒng)、機電養(yǎng)護標準規(guī)范為支撐，通過數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡支撐層、數(shù)據(jù)管理層軟件支持層的業(yè)務流程數(shù)據(jù)支撐，平臺提供設備設施管理、設備設施狀態(tài)管理、預警管理及數(shù)據(jù)分析等功能模塊，具體架構圖如下：

圖：系統(tǒng)總體框架

4 平臺功能模塊設計

4.1 基礎參數(shù)管理

設備基礎參數(shù)管理過程是系統(tǒng)正常運行的基礎數(shù)據(jù)支撐，主要包含：路段信息、機電設備檔案信息、設備位置信息、庫存信息、設備供應商信息、維保單位信息等。

4.2 設備狀態(tài)監(jiān)測

利用物聯(lián)網(wǎng)技術對具體機電設備進行在用狀態(tài)的動態(tài)感知，實時對在用設備的運行狀態(tài)等進行監(jiān)測，利用GIS平臺實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的綜合展現(xiàn)，實時掌握機電設備的運行狀態(tài)。（1）采用GIS地圖形式直觀展示所有機電設備，機電設備養(yǎng)護人員可以通過GIS地圖方便的掌握所有基于地理位置的機電設備的安裝信息和運行狀態(tài)信息；（2）支持實時查詢機電設備的養(yǎng)護信息、故障維修信息，責任明確到具體維修維護人員，實現(xiàn)維修維護信息可追溯性。（3）通過系統(tǒng)自動預警和APP巡檢上報等方式快速將設備故障信息及時通知到維護人員進行維修，使設備能夠盡快回復正常運行，為高速公路正常營運提供安全保障。（4）根據(jù)機電設備使用壽命周期，自動計算執(zhí)行設備缺陷期、報廢期預警期提醒功能。（5）通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，將維修維護工作量、機電設備完好率、設備壽命到期統(tǒng)計等關鍵指標，根據(jù)用戶角色按不同粒度、維度進行綜合匯總展示。

4.3 維修維護流程管理

高速公路機電設備養(yǎng)護管理主要日常養(yǎng)護和專項維修維護；針對日常養(yǎng)護主要是利用移動巡檢上報APP對高速公路機電設備進行日常巡檢維護，從巡檢計劃的制定、巡檢的實施、日常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的故障處理、巡檢計劃執(zhí)行情況跟蹤環(huán)節(jié)對巡檢工作的全面管理。專項維護：主要是針對日常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的重大機電設備故障維修管理，按照故障上報、維修計劃管理、任務分派、維修實施、維修執(zhí)行情況跟蹤、維修驗收等流程進行專項維護維護實施。

圖：日常巡檢管理

圖：日常巡檢管理

4.4 設備庫存管理

設備庫存管理包含：出入庫管理、庫存臺賬、盤存管理、報廢管理等；出入庫管理：針對所有出入庫設備記錄單流水的管理。出入庫的同時會自動維護備品備件庫當前庫存信息。庫存臺賬：顯示所有在庫設備的名稱、所在庫房、數(shù)量、時間等信息。盤存管理：對當前庫存進行盤點，核對庫存、出入庫情況后進行封存，后續(xù)出入庫和庫存信息都以盤點信息為基準。報廢管理：填寫設備報廢單，經(jīng)審批確認后報廢的設備會進入報廢設備庫中進行管理。

4.5 設備采購申請流程管理

設備采購管理包含：采購流程管理、采購合同管理；采購申請流程管理主要內(nèi)容包括：申請人、申請日期、采購方式（自購、委托采購）、委托單位信息、審批、采購信息明細（設備名稱、數(shù)量、詢價結果等）。合同管理：合同登記、合同信息，信息內(nèi)容有：供應商名稱、聯(lián)系人、聯(lián)系方式、簽訂日期、合同總金額、到貨日期、貨物詳細信息、合同掃描件等。

4.6 預警管理

預警規(guī)則的制定是預警管理首要前提，根據(jù)預警的種類、出發(fā)預警的條件、預警的內(nèi)容等，預警規(guī)則分類主要包含：質保到期預警、故障預警、代辦事宜預警、維護超時預警、維護到期預警、報廢預警等；根據(jù)預警規(guī)則。同時支持短信平臺和站內(nèi)消息推送兩個通道將預警信息自動發(fā)送指定人員，并自動保存和維護各類預警信息。

4.7 問題庫管理

對故障維修全過程形成的經(jīng)驗和知識進行維護和管理。維修人員對已經(jīng)成功修復的設備故障的發(fā)生原因和解決方案進行總結，并加以組織和編排形成具備標準格式的故障維修知識庫。該故障維修知識庫可以為后期的機電設備運維工作提供很好的借鑒和參考。

4.8 計劃進度管理

根據(jù)上年度的維護經(jīng)驗總結和當前的設備情況等信息綜合考慮制定本年度的設備日常養(yǎng)護計劃、資金預算計劃等。對計劃進行審查，審查通過后，就依據(jù)這些計劃安排和執(zhí)行維保工作。

4.9 數(shù)據(jù)分析及決策支撐

結合機電設備信息和養(yǎng)護過程中的海量歷史數(shù)據(jù)信息進行綜合提煉統(tǒng)計分析，系統(tǒng)重點分析機電設備的健康狀況及維護維修的效率等，主要分析指標有：機電設備完好率、維修及時率、巡檢完成率、機電設備故障維修率。

4.10 移動終端APP應用

移動終端管理實現(xiàn)以有：通過移動終端的WIFI、GPRS、3G或4G模塊，實現(xiàn)移動終端管理的互聯(lián)網(wǎng)應用；實現(xiàn)各個業(yè)務功能在移動終端上的在線應用；實現(xiàn)機電運維數(shù)據(jù)的實時上報、下載、查詢等；實現(xiàn)拍攝圖片與故障信息的同步上傳；實現(xiàn)根據(jù)名稱信息等，實時查詢設備信息、故障信息等功能；實現(xiàn)問題庫信息的實時查詢與新問題的實時推送。

5 平臺關鍵技術

5.1 基于云計算的互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集處理、分析技術

高速公路機電設施設備精細化管理系統(tǒng)基于云計算的互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集、處理、挖掘技術，對機電系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行全面匯總、綜合分析、深入挖掘，最終依托信息處理技術給機電業(yè)務管理提供決策支撐。

移動巡檢數(shù)據(jù)上傳、物聯(lián)網(wǎng)傳感器感應的實時信息每時每刻都在產(chǎn)生大量的結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分散在整合機電系統(tǒng)平臺的網(wǎng)絡體系內(nèi)，體量極其巨大。物聯(lián)網(wǎng)傳感器和互聯(lián)網(wǎng)使用者通過網(wǎng)絡線路和計算機終端與云計算進行交互，向云計算提供數(shù)據(jù)，接受云計算提供的服務。

5.2 機電設備使用壽命預測評估技術

以往機電系統(tǒng)在使用過程中缺乏系統(tǒng)化的信息記錄和分析，使得管理者難以把握更換機電設備或備品的周期，造成大量的資源浪費現(xiàn)象。本系統(tǒng)為解決這一問題，通過建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，將機電設備全部基礎信息、使用狀況以及歷史信息分析，預測評估機電設備及相關備品備件的使用壽命，提前進行維護和更換，保障機電系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性。同時，對于機電設備使用壽命的掌控，也進一步提高了機電設備的利用率與整體效益。

5.3 機電設備唯一身份識別技術

為解決機電設備管理工作繁雜，歷史信息追蹤困難等問題，本項目通過信息化的手段建立機電系統(tǒng)統(tǒng)一編碼規(guī)則，對機電設備以及設備內(nèi)的部件制定統(tǒng)一編碼規(guī)則，運用物聯(lián)網(wǎng)技術提高機電系統(tǒng)編碼的識別和管理效率，使得機電設備從入庫到報廢全過程中使用記錄、維護記錄以及維修記錄采用唯一標識貫穿起來，為機電系統(tǒng)資產(chǎn)、維護維修、備品備件以及供應商的統(tǒng)一管理提供技術支撐，提機電系統(tǒng)管理水平。

6 結束語

目前，高速公路機電設施設備精細化管理系統(tǒng)已應用于安徽省多條高速公路的機電系統(tǒng)，該平臺的成功應用使得機電維修維護工作逐步由過去“被動式”養(yǎng)護模式，轉變?yōu)椤爸鲃邮健别B(yǎng)護模式，使得機電設備維修、維護更具及時性、有效性，機電設備運行更具穩(wěn)定性、安全性，為安全營運提供強有力的技術、數(shù)據(jù)支撐。