工業(yè)維檢修作業(yè)智能化探索

吳丙恒

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

設(shè)備維檢修安全是企業(yè)永恒的主題，維檢修過(guò)程數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)安全維檢修的必由之路。智能化維檢修云平臺(tái)（HSM）能有效融合維檢修規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度，通過(guò)剛性流程與智能化服務(wù)，使維檢修過(guò)程規(guī)范化、高效化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)空間信息與物理信息的無(wú)縫對(duì)接，即能實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物、任何對(duì)象之間的互聯(lián)互通（簡(jiǎn)稱 5A），具備識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控以及管理功能，讓自覺(jué)接受規(guī)范成為一種習(xí)慣；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能提供個(gè)性化服務(wù)平臺(tái)，即把便捷的操作、理想的規(guī)則、必要的監(jiān)管融入平臺(tái)設(shè)計(jì)之中，所有的行為原則上按照流程約束實(shí)施，為剛性執(zhí)行規(guī)范提供一種手段（考慮意外事件的容錯(cuò)機(jī)制，本文闡述了嵌套式結(jié)構(gòu)和流程跨越三原則）。

1 HSM維檢修云平臺(tái)體系架構(gòu)

HSM維檢修云平臺(tái)按照 “業(yè)務(wù)賦能，流程驅(qū)動(dòng)”的原則建設(shè)，維檢修業(yè)務(wù)單元被賦以物聯(lián)網(wǎng)信息化功能，維檢修業(yè)務(wù)流程被賦以矢量化功能，融合人與人、物與物、人與物之間的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，嵌入自動(dòng)提醒、自主監(jiān)督、主動(dòng)預(yù)警等管理功能。以數(shù)字化奠定基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)造平臺(tái)，以智能化展現(xiàn)能力，HSM維檢修云平臺(tái)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 HSM維檢修云平臺(tái)架構(gòu)Fig.1 Framework of HSM Maintenance Cloud Platform

該平臺(tái)具有以下幾個(gè)特性：首先，是一種操作工具，如電子工單和電子牌票部分，服務(wù)對(duì)象包含所有端對(duì)端用戶，如檢修工、操作工、電工，可擴(kuò)展對(duì)象為點(diǎn)檢員（IaaS）；其次，是一種管理工具，如區(qū)域電子眼、開(kāi)關(guān)柜電子鎖和操作臺(tái)電子聯(lián)鎖，經(jīng)過(guò)授權(quán)才能進(jìn)入或操作（PaaS）；另外，還是一種服務(wù)工具，如電子書(shū)等插件功能，電子化規(guī)程制度隨用隨查，GIS導(dǎo)航引領(lǐng)操作者準(zhǔn)確操作（SaaS）。不僅能有效解決企業(yè)的安全痛點(diǎn)，消除人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、監(jiān)管的盲區(qū)等，也能提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

圖2為HSM和非HSM維檢修效率對(duì)比，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，采用HSM辦牌平均時(shí)間由38 min縮短到13 min。

圖2 HSM和非HSM維檢修效率對(duì)比Fig.2 Efficiency Comparison of Maintenance Work by HSM and Non-HSM

1.1 維檢修作業(yè)信息化

1.1.1 人員信息數(shù)據(jù)庫(kù)

該數(shù)據(jù)庫(kù)分為常備人員數(shù)據(jù)庫(kù)和臨時(shí)人員數(shù)據(jù)庫(kù)，包含崗位屬性、特種作業(yè)資質(zhì)等，支持?jǐn)?shù)據(jù)擴(kuò)展功能，滿足各種管理需要。維檢修人員信息表見(jiàn)表1。

表1 維檢修人員信息Table 1 Maintenance Personnel Information

1.1.2 設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)

按產(chǎn)線、工序、機(jī)組、機(jī)臺(tái)分層次建立設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。例如鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠5生產(chǎn)線連鑄工序1流結(jié)晶器排除風(fēng)機(jī)信息，以表格或樹(shù)狀結(jié)構(gòu)形式均可錄入。維檢修設(shè)備拓?fù)鋱D見(jiàn)圖3，維檢修設(shè)備信息見(jiàn)表2。

圖3 維檢修設(shè)備拓?fù)鋱DFig.3 Topological Diagram of Equipment in Maintenance

1.1.3 操作牌信息數(shù)據(jù)庫(kù)

按照“設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)”建立操作牌數(shù)據(jù)庫(kù)，包含停電牌及工作牌（見(jiàn)表2）。按設(shè)備維檢修安全技術(shù)規(guī)程關(guān)聯(lián)維檢修內(nèi)容與操作牌，使“停電才能作業(yè)”成為現(xiàn)實(shí)。

表2 維檢修設(shè)備信息Table 2 Maintenance Equipment Information

1.2 維檢修作業(yè)流程化

1.2.1 維檢修作業(yè)操作過(guò)程

維檢修業(yè)務(wù)流程見(jiàn)圖4。維檢修指揮者完成電子工單，維檢修調(diào)度接收維檢修指令，安排維檢修帶班人組建作業(yè)團(tuán)隊(duì)，辦理相關(guān)手續(xù)，完成電子工單交代任務(wù)，帶班人提交工單結(jié)束維檢修業(yè)務(wù)。

圖4 維檢修業(yè)務(wù)流程Fig.4 Service Process of Maintenance Work

1.2.2 停送電作業(yè)操作過(guò)程

維檢修停送電流程見(jiàn)圖5。維檢修帶班人按維檢修作業(yè)設(shè)備情況申請(qǐng)停電，工藝操作工審批停電申請(qǐng)，電工按停電牌指示停電，維檢修人員持雙牌（操作牌、工作牌）作業(yè)。維檢修帶班人確認(rèn)作業(yè)結(jié)束后，提交雙牌，工藝操作工收齊操作牌主副牌后，下達(dá)送電指令，電工按工作牌指示送電，工藝操作工持雙牌（操作牌、停電牌）操作設(shè)備。

圖5 維檢修停送電流程Fig.5 Power-off and Power-on Process for Maintenance

1.2.3 流程跨越三原則

所有流程都可能面臨異常狀態(tài)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)智能化屬于弱智能范疇，在應(yīng)對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境時(shí)有一定的局限性，因此，對(duì)以上2個(gè)流程采用嵌套式架構(gòu)。維檢修作業(yè)流程作為“父流程”，按步實(shí)施完成維檢修作業(yè)任務(wù)；停送電操作流程作為“子流程”，可以被“跨越”，即“父流程”可以跨過(guò)“子流程”向下運(yùn)行，這種跨過(guò)行為定義為“跨越”。為保證維檢修作業(yè)的安全性，制定流程跨越三原則。原則一，被“跨越”的指令必須由授權(quán)人發(fā)出；原則二，被“跨越”的內(nèi)容必須由資格人替代；原則三，所有的行為必須被記錄。如特殊狀態(tài)下的“不停電作業(yè)”，必須是現(xiàn)場(chǎng)第一指揮人批準(zhǔn)，并配備合適的監(jiān)控（互保）人員，指揮人、監(jiān)控（互保）人記入大數(shù)據(jù)檔案。

2 全面感知維檢修作業(yè)內(nèi)容（感知層）

2.1 電子工單

維檢修電子工單是維檢修作業(yè)的第一憑證，見(jiàn)圖6，包含作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)過(guò)程等主要內(nèi)容。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信單元感知作業(yè)機(jī)臺(tái)、作業(yè)人員、作業(yè)地點(diǎn)、作業(yè)節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)時(shí)間。

圖6 維檢修電子工單Fig.6 Electronic Work Order for Maintenance

2.2 電子牌票

維檢修電子牌票見(jiàn)圖7。操作牌、停電牌、工作牌、工作票等是安全作業(yè)的第一保證，取牌、換牌、交牌、辦票以及審批等過(guò)程全部在網(wǎng)絡(luò)上完成。不僅省去 “行走時(shí)間”、“排隊(duì)時(shí)間”、“簽字時(shí)間”，而且信息聯(lián)網(wǎng)，不辦牌票不能開(kāi)始作業(yè)，作業(yè)不完成不能交牌、消票，不收牌不能送電。

圖7 維檢修電子牌票Fig.7 Electronic Ticket for Maintenance

2.3 電子鎖

電子鎖是安裝于電氣柜面板上的專用設(shè)備，見(jiàn)圖8。對(duì)電氣柜進(jìn)行鎖控，確認(rèn)授權(quán)后可開(kāi)鎖，掃描開(kāi)關(guān)本體識(shí)別碼，確認(rèn)操作目標(biāo)后進(jìn)行操作。實(shí)現(xiàn)停送電開(kāi)關(guān)的正確操作，避免違規(guī)操作、誤操作。

圖8 電子鎖Fig.8 Electronic Lock

2.4 電子眼

合理布置攝像頭可以全方位監(jiān)控作業(yè)場(chǎng)所。特殊場(chǎng)所增加專用攝像頭，通過(guò)超腦技術(shù)，設(shè)置電子圍欄，進(jìn)入圍欄內(nèi)需要作業(yè)授權(quán)，否則會(huì)自動(dòng)報(bào)警。特定區(qū)域電子眼見(jiàn)圖9。

圖9 特定區(qū)域電子眼Fig.9 Electronic Eye in Specific Area

3 可靠傳遞維檢修作業(yè)信息（網(wǎng)絡(luò)層）

網(wǎng)絡(luò)層將感知層感知到的信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、安全地傳遞到平臺(tái)，同樣將平臺(tái)應(yīng)用軟件預(yù)定指令發(fā)送到各操作端和智能設(shè)備。

3.1 終端設(shè)備

3.1.1 點(diǎn)檢工操作端

點(diǎn)檢工操作端分為智能手機(jī)和辦公電腦，甚至延伸到智能點(diǎn)檢設(shè)備。智能手機(jī)可以使點(diǎn)檢工隨時(shí)、隨地發(fā)布維修任務(wù)，電腦端可以批量導(dǎo)入維修任務(wù)，智能點(diǎn)檢設(shè)備可以自動(dòng)生成維修任務(wù)。維修工單數(shù)字化，做到“作業(yè)事由要清”。

3.1.2 檢修工操作端

檢修工長(zhǎng)操作端分為智能手機(jī)和辦公電腦，智能手機(jī)可以使工長(zhǎng)隨時(shí)、隨地接收維修任務(wù)，及時(shí)安排搶修、日修等臨時(shí)性維檢修作業(yè)，并能全程監(jiān)控維檢修作業(yè)過(guò)程。電腦端可以批量安排維修作業(yè)，更適用于定修等多項(xiàng)目集中布置。檢修帶班人按照權(quán)限類似工長(zhǎng)操作，參加檢修人員可以通過(guò)手機(jī)終端了解作業(yè)內(nèi)容及作業(yè)進(jìn)展。維修指揮痕跡化，做到“監(jiān)管人員要清”。

3.1.3 操作工操作端

操作工操作端為觸控一體機(jī)，觸控一體機(jī)位于操作室內(nèi)，便于查詢檢修作業(yè)項(xiàng)目，了解檢修作業(yè)分布情況和進(jìn)展情況。操作工通過(guò)觸控一體機(jī)審批維檢修作業(yè)項(xiàng)目，發(fā)放操作牌、停電牌（停電指令），回收操作牌、工作牌，發(fā)送工作牌（送電指令），回收停電牌（解除操作聯(lián)鎖）。維修審批授權(quán)化，做到“操作人員要清”。

3.1.4 電工操作端

電工操作端包含觸控一體機(jī)、智能手機(jī)、電子鎖等設(shè)備。觸控一體機(jī)為電工班長(zhǎng)接收停送電指令（停電牌）、安排合適電工執(zhí)行停送電作業(yè)，可查詢所有作業(yè)信息及進(jìn)展情況。智能手機(jī)為停送電電工提供路線導(dǎo)航和操作確認(rèn)的設(shè)備，避免電工“誤操作”。電子鎖是開(kāi)關(guān)柜的“門禁”裝置，只有取得授權(quán)才能開(kāi)鎖進(jìn)行停送電操作。3個(gè)終端均能發(fā)送檢修作業(yè)允許信息（工作牌），電子鎖優(yōu)先，其次為智能手機(jī)，最后是觸控一體機(jī)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸及平臺(tái)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)傳輸采用有線無(wú)線融合模式，智能手機(jī)無(wú)線5G方式接入，隨時(shí)、隨地完成信息傳遞；電腦、觸控一體機(jī)、攝像頭（電子眼）有線以太網(wǎng)方式接入，穩(wěn)定、可靠；電子鎖無(wú)線AP方式接入，組建容易、維護(hù)簡(jiǎn)單。平臺(tái)設(shè)備除交換機(jī)外，主要包含超腦、防火墻、服務(wù)器等。超腦采用嵌入式設(shè)計(jì)，具有IPC（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）接入、存儲(chǔ)、管理、控制、智能分析等功能。可實(shí)現(xiàn)人臉?lè)治龊鸵曨l周界防范，提升監(jiān)控視頻價(jià)值。防火墻隔離本系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)和外網(wǎng)，不影響生產(chǎn)安全、不受外網(wǎng)侵襲。服務(wù)器提供文件、數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序等服務(wù)。

4 智能管控維檢修作業(yè)業(yè)務(wù)（應(yīng)用層）

4.1 維檢修流程智能管控

該應(yīng)用主要服務(wù)于維檢修作業(yè)內(nèi)容，包含作業(yè)指令、作業(yè)承接、作業(yè)布置、作業(yè)實(shí)施（甚至作業(yè)評(píng)價(jià)）等環(huán)節(jié)。支持點(diǎn)檢人員、檢修人員、工藝人員在線操作，流程采用串接方式，按約定規(guī)則，上一步執(zhí)行完自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一步，在沒(méi)有特殊授權(quán)的情況下不可以人為干預(yù)。維檢修業(yè)務(wù)關(guān)系見(jiàn)圖10。

圖10 維檢修業(yè)務(wù)關(guān)系Fig.10 Maintenance Business Relationship

各方人員可以查詢自己的業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)掌握作業(yè)進(jìn)程；管理人員可以掌握作業(yè)分布、作業(yè)動(dòng)態(tài)、人員狀態(tài)等信息。

4.2 停送電流程智能管控

該應(yīng)用主要服務(wù)于維檢修安全停送電，避免“違章”操作。停電業(yè)務(wù)關(guān)系/送電業(yè)務(wù)關(guān)系見(jiàn)圖11，包含取牌申請(qǐng)、發(fā)牌審批、停電審批、自動(dòng)聯(lián)鎖、停電安排、停電確認(rèn)、停電操作、持牌作業(yè)、驗(yàn)收交牌、驗(yàn)牌送電、聯(lián)鎖解除、送電換牌、持牌操作等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)檢修工、操作工、電工端對(duì)端的操作，方便快捷。

圖11 停電業(yè)務(wù)關(guān)系/送電業(yè)務(wù)關(guān)系Fig.11 Power-off Business Relationship/Power-on Business Relationship

4.2.1 信息傳遞單元

授權(quán)指令發(fā)給電工，允許停、送電；停電信息發(fā)到所有客戶端，允許檢修作業(yè)、禁止操作設(shè)備；送電信息發(fā)送到所有客戶端，可以操作設(shè)備、禁止檢修作業(yè)。

4.2.2 操作指引單元

電子鎖觸摸屏設(shè)置標(biāo)示欄，顯示開(kāi)關(guān)名稱，供操作者辨識(shí)用；具備遠(yuǎn)程控制功能，接收操作授權(quán)指令后，待操作指示燈閃爍，操作者可快速、準(zhǔn)確確定操作位置。狀態(tài)顯示：顯示智能鎖開(kāi)閉狀態(tài)、顯示“停電”或“送電”指令、顯示 “已停電”或“已送電”狀態(tài)。

4.2.3 操作授權(quán)單元

通過(guò)指紋或用戶名+密碼的方式識(shí)別操作人員身份，對(duì)照電子工單授權(quán)信息，只有信息完全吻合才允許開(kāi)鎖操作。

4.2.4 操作服務(wù)單元

觸摸相應(yīng)按鈕，演示“停或送電”操作步驟、提示“停或送電”注意事項(xiàng),提供語(yǔ)音播報(bào)功能,讓服務(wù)更貼心。

4.2.5 監(jiān)控預(yù)警單元

開(kāi)關(guān)周圍適當(dāng)位置設(shè)置溫度、濕度、空氣潔凈度等傳感器，當(dāng)檢測(cè)的數(shù)值超過(guò)設(shè)定值范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

4.3 操作臺(tái)按鈕智能聯(lián)控

4.3.1 維檢修設(shè)備操控權(quán)限解除

運(yùn)維云平臺(tái)審批下發(fā)作業(yè)信息的同時(shí)，自動(dòng)發(fā)訊到操作臺(tái)按鈕上位PLC，在取牌到交牌的時(shí)間段自動(dòng)鎖閉操作按鈕，操作臺(tái)按鈕所有操作無(wú)效，可避免誤操作或違章操作。保證維檢修設(shè)備在檢修過(guò)程中始終處于停止?fàn)顟B(tài)，避免設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)傷害事件發(fā)生。

4.3.2 維檢修設(shè)備操控權(quán)限恢復(fù)

安全運(yùn)維云平臺(tái)收齊操作牌正副牌后，自動(dòng)發(fā)訊到操作臺(tái)按鈕上位PLC，自動(dòng)解除操作臺(tái)按鈕鎖閉功能，即維檢修人員已經(jīng)撤離檢修區(qū)域，操作者可以操作設(shè)備。

4.4 維檢修區(qū)域智能預(yù)警

4.4.1 人臉抓拍系統(tǒng)

人臉抓拍攝像機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的人員進(jìn)行人臉識(shí)別，與人員數(shù)據(jù)庫(kù)信息比對(duì)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)布控報(bào)警。陌生人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)立即啟動(dòng)預(yù)警，根據(jù)預(yù)置方案通知到相關(guān)人員及部門。如果設(shè)置聲光報(bào)警設(shè)備，可以自動(dòng)對(duì)陌生人進(jìn)行警告并驅(qū)離。

4.4.2 周界防范系統(tǒng)

周界防范攝像機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)“入侵”行為主動(dòng)報(bào)警、聲光驅(qū)離。首先，設(shè)備未停機(jī)的情況下，任何人或車輛等進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域會(huì)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)；其次，設(shè)備停機(jī)檢修的情況下，任何生產(chǎn)設(shè)備或車輛等進(jìn)入檢修區(qū)域同樣會(huì)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)。

4.4.3 火情預(yù)警系統(tǒng)

智能攝像機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)“動(dòng)火”行為主動(dòng)識(shí)別、語(yǔ)音提示。首先，無(wú)人員有火焰的情況視為火災(zāi)，主動(dòng)報(bào)警；其次，有人員有火焰時(shí)，與動(dòng)火審批數(shù)據(jù)庫(kù)信息比對(duì)，對(duì)違章動(dòng)火警示驅(qū)離。

4.5 維檢修作業(yè)智能服務(wù)

4.5.1 規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)電子書(shū)

將設(shè)備四項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（技術(shù)、點(diǎn)檢、給油脂、維修）、安全技術(shù)規(guī)程及生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程等內(nèi)容電子化，以插件形式嵌入智能化平臺(tái)，授權(quán)用戶可根據(jù)關(guān)鍵詞或工單超鏈接等方式查詢相關(guān)內(nèi)容。把不便隨身攜帶的資料變成“口袋書(shū)”，可隨時(shí)查閱。

4.5.2 智能導(dǎo)航小助手

將區(qū)域內(nèi)的設(shè)備及其停送電開(kāi)關(guān)等維檢修信息進(jìn)行地理定位（GIS），智能終端通過(guò)有線5G和無(wú)線AP混合網(wǎng)直接獲得工單內(nèi)停送電開(kāi)關(guān)與維檢修設(shè)備的位置，并配以類似地圖軟件的導(dǎo)航功能，智能引領(lǐng)操作者以安全且最短的路徑到達(dá)操作位置?？梢蚤_(kāi)發(fā)“周邊情況”、“危險(xiǎn)因素”等更多工具類插件。

4.5.3 危險(xiǎn)區(qū)域智慧屏

易燃易爆、受限空間等特殊場(chǎng)所設(shè)置大屏幕，自作業(yè)開(kāi)始到作業(yè)結(jié)束，滾動(dòng)播放作業(yè)前需要確認(rèn)的內(nèi)容、作業(yè)中需要注意的事項(xiàng)、作業(yè)后需要恢復(fù)的設(shè)施等。這種特殊場(chǎng)合均應(yīng)建設(shè)智能監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)布置周界防范系統(tǒng)和人臉抓拍系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

智能化維檢修云平臺(tái) （HSM）采用 “疏+堵”（D&P）結(jié)合的方式搭建，以信息化疏通要素節(jié)點(diǎn)，以流程化堵塞節(jié)外生枝。信息化為操作者提供了方便快捷的操作工具，流程化為管理者提供了可控可視的管理工具，能從根本上消除人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行后，會(huì)自動(dòng)收集維檢修大數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析、模型計(jì)算以及深度學(xué)習(xí)，可以開(kāi)發(fā)維檢修智慧調(diào)度、操檢修一體化等系統(tǒng)，助力鋼廠全面智慧化建設(shè)。