基于物聯(lián)網(wǎng)的工程設(shè)備管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

劉耀飛，周慶輝，李志香

（1.北京建筑大學(xué)，北京 100032；2.國(guó)家開(kāi)放大學(xué)，北京 100036）

大型工程機(jī)械行業(yè)是典型的傳統(tǒng)行業(yè)。隨著建筑施工技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)分工越來(lái)越細(xì)，大型機(jī)械的設(shè)備管理和施工任務(wù)逐步由專業(yè)租賃企業(yè)承擔(dān)。而這些企業(yè)的設(shè)備狀況和施工管理水平往往參差不齊，這對(duì)工程總承包企業(yè)的管理能力提出了更高的要求。尤其是對(duì)大型工程機(jī)械的需求越來(lái)越大，設(shè)備管理難度也越來(lái)越大。

1 傳統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀

利用現(xiàn)代科技研發(fā)適應(yīng)這種變化的管理系統(tǒng)，規(guī)范和加強(qiáng)大型工程機(jī)械的管理，尤其是作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管理，提高安全保障和作業(yè)效率，具有十分重要的意義。設(shè)備租賃行業(yè)是資產(chǎn)密集型行業(yè)，從某種意義上說(shuō)，設(shè)備租賃公司的主要經(jīng)營(yíng)任務(wù)就是對(duì)設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行管理和經(jīng)營(yíng)。提高資產(chǎn)管理水平，依靠新技術(shù)、新方法及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握資產(chǎn)狀況，并通過(guò)優(yōu)化資源配置提高資產(chǎn)產(chǎn)出率，提升公司的整體經(jīng)營(yíng)效益是設(shè)備租賃行業(yè)的發(fā)展方向。

然而，與飛速發(fā)展的市場(chǎng)現(xiàn)狀和公司資產(chǎn)規(guī)模比起來(lái)，傳統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)卻顯得有些力不從心，主要體現(xiàn)在：

1）管理粗放 現(xiàn)有系統(tǒng)僅能對(duì)設(shè)備臺(tái)賬進(jìn)行簡(jiǎn)單管理，沒(méi)有對(duì)設(shè)備、配件、輔料進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管，難以從采購(gòu)、使用、維護(hù)、報(bào)廢等環(huán)節(jié)對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行全生命周期管理。

2）信息采集全部為人工手段 現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入全部依靠手工錄入，容易出錯(cuò)，動(dòng)態(tài)性嚴(yán)重不足，實(shí)時(shí)性無(wú)法保障。

3）難以有效提供管理數(shù)據(jù)支撐 現(xiàn)有系統(tǒng)的先天不足難以及時(shí)提供管理數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)的設(shè)備、配件、輔料的區(qū)域分布數(shù)據(jù)，設(shè)備產(chǎn)出率數(shù)據(jù)等，在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上完成一次設(shè)備清查，也需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

2 新型設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

2.1 在生產(chǎn)管理中重新定位

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)定位為管理人員的輔助記憶系統(tǒng)，是一個(gè)事后登記系統(tǒng)。新系統(tǒng)定位為實(shí)時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)，是管理和生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，信息系統(tǒng)記錄的是生產(chǎn)、管理行為產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)全面、實(shí)時(shí)、翔實(shí)的記錄達(dá)到對(duì)設(shè)備、配件、輔料的全生命周期管理。

2.2 更新信息錄入方式

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)主要依靠人工錄入數(shù)據(jù)。新系統(tǒng)充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，最大限度地減少人工干預(yù)，確保數(shù)據(jù)來(lái)源真實(shí)可靠。在利用電子標(biāo)簽技術(shù)對(duì)設(shè)備、配件、輔料進(jìn)行全面標(biāo)志的基礎(chǔ)上，信息采集將主要依靠電子設(shè)備自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)接入服務(wù)器端。

2.3 成為管理和生產(chǎn)決策的核心支撐

通過(guò)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)夯實(shí)，新系統(tǒng)加大對(duì)數(shù)據(jù)分析和挖掘的力度，采用多種技術(shù)手段提高系統(tǒng)對(duì)管理決策支持的能力，使設(shè)備管理系統(tǒng)在資源調(diào)配、績(jī)效考核、計(jì)劃規(guī)劃等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中發(fā)揮決策的核心支撐作用。

3 新型設(shè)備管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)從標(biāo)志、感知、接入和應(yīng)用4 個(gè)環(huán)節(jié)入手，對(duì)傳統(tǒng)信息系統(tǒng)進(jìn)行改造，變“信息錄入”為“自動(dòng)采集”，從源頭上保證了數(shù)據(jù)來(lái)源的真實(shí)性和可靠性，將信息化數(shù)據(jù)和設(shè)備真實(shí)形態(tài)兩者緊密地貼合在一起，使信息系統(tǒng)在真實(shí)性和實(shí)時(shí)性上得到實(shí)質(zhì)性的提升。RFID 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石，基于RFID 技術(shù)，為每個(gè)設(shè)備或資產(chǎn)賦予獨(dú)一無(wú)二的電子身份標(biāo)簽，可以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。塔式起重機(jī)設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)件構(gòu)成，在標(biāo)志和感知的粒度建立上有先天的優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)化信息管理的優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，也是優(yōu)先發(fā)展方向。本課題試圖基于物聯(lián)網(wǎng)和RFID 技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)一種與設(shè)備及其配件、輔料真實(shí)形態(tài)絕對(duì)一致的、實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的物資管理系統(tǒng)，為公司的設(shè)備管理、調(diào)度乃至成本核算、績(jī)效考核提供詳實(shí)的管理數(shù)據(jù)支撐。

新型設(shè)備管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要任務(wù)如下。

1）充分梳理設(shè)備租賃企業(yè)的管理、生產(chǎn)流程，結(jié)合實(shí)際情況完成設(shè)備租賃企業(yè)設(shè)備管理系統(tǒng)的詳細(xì)需求設(shè)計(jì)。

2）充分研究系統(tǒng)涉及的設(shè)備、配件和輔料，確定電子標(biāo)簽的基本設(shè)計(jì)，完成編碼方案設(shè)計(jì)，同時(shí)確定采集設(shè)備的基本設(shè)計(jì)要求。

3）完成設(shè)備管理系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)志、識(shí)別、接入和應(yīng)用方案設(shè)計(jì)。

4）研究合適的數(shù)據(jù)挖掘、分析方案，使系統(tǒng)能夠提供管理決策過(guò)程中需要的全部支撐數(shù)據(jù)。

5）實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息系統(tǒng)的程序編碼和代碼測(cè)試。

6）完成系統(tǒng)的中試和最終上線運(yùn)行。

4 新型設(shè)備管理系統(tǒng)的主要功能

4.1 設(shè)備管理

1）設(shè)備使用計(jì)劃 本功能由項(xiàng)目部對(duì)設(shè)備使用計(jì)劃進(jìn)行登記，設(shè)備使用計(jì)劃關(guān)鍵信息包括計(jì)劃制定人、制定時(shí)間、計(jì)劃采購(gòu)設(shè)備信息、采購(gòu)方式等。

2）供應(yīng)商管理 本功能對(duì)設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行登記，包括供應(yīng)商資質(zhì)和主要設(shè)備資產(chǎn)登記。

3）設(shè)備證件管理 本功能對(duì)供應(yīng)商的設(shè)備證件進(jìn)行登記，設(shè)備證件信息包括證件類型、取證時(shí)間等信息。證件類型信息包括證件名稱、頒發(fā)單位、年檢周期等。

4）出場(chǎng)和入場(chǎng) 新工程需要使用機(jī)械設(shè)備，或者現(xiàn)場(chǎng)需要更多的設(shè)備配件（升節(jié)作業(yè)、附著作業(yè)）時(shí)，生產(chǎn)調(diào)度生成設(shè)備入場(chǎng)通知單。對(duì)工程需要使用的設(shè)備、配件、輔料進(jìn)行規(guī)劃和安排。供應(yīng)商收到入場(chǎng)通知單后，將設(shè)備或配件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，項(xiàng)目部使用手持式RFID 讀寫(xiě)器對(duì)出庫(kù)的設(shè)備配件、輔料進(jìn)行掃描，確認(rèn)無(wú)誤后在PC客戶端上打印設(shè)備接收單，確認(rèn)收到設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)完畢，生成出場(chǎng)通知單。供應(yīng)商拆除設(shè)備，項(xiàng)目部設(shè)備管理人員持手持式RFID 讀寫(xiě)器讀取出場(chǎng)設(shè)備，確認(rèn)設(shè)備出場(chǎng)，流程如圖1 所示。

圖1 出場(chǎng)和入場(chǎng)流程協(xié)作圖

4.2 設(shè)備維護(hù)

1）日常維護(hù) 供應(yīng)商進(jìn)行日常維護(hù)時(shí)通過(guò)本系統(tǒng)錄入維護(hù)記錄。其中設(shè)備和配件ID 通過(guò)手持式RFID 讀寫(xiě)器錄入，維護(hù)效果上傳照片作為附件。

2）設(shè)備維修 設(shè)備維修流程的發(fā)起分兩種情況：一種是現(xiàn)場(chǎng)管理人員、安全檢查人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)終端或其他客戶端填寫(xiě)維修申請(qǐng)；另一種情況是設(shè)備管理人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障，需要維修，發(fā)起維修流程。

3）設(shè)備改造 設(shè)備的性能下降，或者設(shè)備不能滿足作業(yè)生產(chǎn)的需要，通過(guò)改造能夠提高設(shè)備性能時(shí)，可以啟動(dòng)設(shè)備改造流程申請(qǐng)。設(shè)備改造申請(qǐng)可以由現(xiàn)場(chǎng)管理人員和設(shè)備管理人員、技術(shù)管理人員、安全管理人員發(fā)起。上述人員填寫(xiě)技術(shù)改造任務(wù)單，包括設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)、改造原因、改造技術(shù)方案描述等?？梢陨蟼鞲郊敿?xì)描述技術(shù)方案。改造完成后，作業(yè)負(fù)責(zé)人向平臺(tái)提交改造作業(yè)信息，包括改造完成時(shí)間、改造效果等信息，可以上傳圖片、文檔等信息詳細(xì)介紹相關(guān)情況。

4.3 設(shè)備臺(tái)賬

1）設(shè)備總賬 設(shè)備總臺(tái)賬是各種分類賬的匯總，綜合反映各項(xiàng)目部的機(jī)械設(shè)備的價(jià)值、使用、維護(hù)、維修等情況。

2）設(shè)備分布臺(tái)賬 設(shè)備分布臺(tái)賬反應(yīng)臺(tái)賬周期內(nèi)集團(tuán)各個(gè)工地的機(jī)械設(shè)備分布情況，便于企業(yè)管理人員從宏觀上把握設(shè)備分布結(jié)果，對(duì)企業(yè)后續(xù)生產(chǎn)進(jìn)行規(guī)劃。

3）設(shè)備維護(hù)臺(tái)賬 設(shè)備維護(hù)臺(tái)賬反映臺(tái)賬周期內(nèi)設(shè)備的維護(hù)、維修、改造情況。通過(guò)設(shè)備維護(hù)臺(tái)賬，管理人員能夠掌握設(shè)備的性能現(xiàn)狀。

4）設(shè)備使用臺(tái)賬 設(shè)備使用臺(tái)賬反映臺(tái)賬周期內(nèi)設(shè)備的使用情況，數(shù)據(jù)來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)產(chǎn)生的記錄。通過(guò)設(shè)備使用臺(tái)賬，管理人員能夠掌握設(shè)備對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和效益的貢獻(xiàn)情況。

4.4 作業(yè)管理

1）安裝作業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)一切準(zhǔn)備就緒，提交安裝任務(wù)單，安裝操作人員按調(diào)度命令到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，完成安裝工作，在平臺(tái)錄入安裝作業(yè)情況。

2）升節(jié)作業(yè) 升節(jié)作業(yè)人員按調(diào)度命令到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，完成升節(jié)工作，在平臺(tái)錄入升節(jié)作業(yè)情況。

3）附著作業(yè) 附著作業(yè)人員按調(diào)度命令到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，完成附著工作，在平臺(tái)錄入升節(jié)作業(yè)情況。

4）改變倍率作業(yè) 改變倍率作業(yè)人員按調(diào)度命令到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，完成改變倍率工作，在平臺(tái)錄入改變倍率作業(yè)情況。

5）維修作業(yè) 維修人員按調(diào)度命令到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，完成維修工作，在平臺(tái)錄入維修作業(yè)情況。

6）拆除作業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)結(jié)束，拆除操作人員按調(diào)度命令到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，完成拆塔工作，在平臺(tái)錄入拆除作業(yè)情況。

5 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的軟件工程問(wèn)題

本項(xiàng)目包括軟件和嵌入式開(kāi)發(fā)兩部分。在軟件工程上，采用螺旋模型，即在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持從核心功能開(kāi)發(fā)，逐步覆蓋全部需求的方式。在工程組織上，從文檔和測(cè)試兩個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量控制，確保開(kāi)發(fā)效果。

課題開(kāi)發(fā)組織包括技術(shù)委員會(huì)、技術(shù)總監(jiān)和項(xiàng)目部。技術(shù)委員會(huì)的主要職責(zé)是確認(rèn)需求和概要設(shè)計(jì)。技術(shù)總監(jiān)是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)負(fù)責(zé)人，對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程和質(zhì)量全面負(fù)責(zé)。項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)過(guò)程的日常管理，包括工作量考核、質(zhì)量測(cè)評(píng)和文檔管理。

5.1 文檔管理

軟件的開(kāi)發(fā)文檔包括需求說(shuō)明書(shū)、概要設(shè)計(jì)文檔、詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔、開(kāi)發(fā)進(jìn)度規(guī)劃、源代碼。要求每個(gè)環(huán)節(jié)必須提供詳細(xì)的文檔，并通過(guò)先進(jìn)的文檔版本管理工具Svn 進(jìn)行管理和控制。

5.2 每日集成

在開(kāi)發(fā)進(jìn)入代碼編寫(xiě)階段時(shí)，為了控制軟件的進(jìn)度，項(xiàng)目成立Building Daily（每日集成）小組，負(fù)責(zé)每天集成開(kāi)發(fā)小組的代碼，發(fā)布到內(nèi)網(wǎng)上，供測(cè)試組測(cè)試。

5.3 開(kāi)發(fā)質(zhì)量控制

軟件的開(kāi)發(fā)質(zhì)量控制包括測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、集成測(cè)試、典型使用3 個(gè)環(huán)節(jié)。

5.3.1 測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)是指在開(kāi)發(fā)的所有環(huán)節(jié)首先考慮可測(cè)試問(wèn)題。只有能測(cè)試的模塊，才是可靠的模塊。在需求整理階段，在整理用戶需求用例的同時(shí)，整理測(cè)試用例。在設(shè)計(jì)階段，要求每個(gè)模塊必須有對(duì)應(yīng)的測(cè)試模塊設(shè)計(jì)。在代碼編寫(xiě)階段，要求程序員必須首先編寫(xiě)測(cè)試代碼，再編寫(xiě)軟件功能代碼。功能代碼完成后，必須運(yùn)行測(cè)試代碼驗(yàn)證無(wú)誤后才能提交小組合并。

5.3.2 集成測(cè)試

進(jìn)入Building Daily 階段后，集成測(cè)試每天進(jìn)行。集成測(cè)試組成員熟悉需求和客戶情況，能夠站在客戶的角度審視產(chǎn)品質(zhì)量。集成測(cè)試質(zhì)量的好壞，決定了將來(lái)客戶服務(wù)工作量的大小。

5.3.3 典型使用

產(chǎn)品完成集成測(cè)試后，在進(jìn)入大規(guī)模全面部署之前，還要組織典型用戶小范圍使用系統(tǒng)。典型使用環(huán)節(jié)除了繼續(xù)測(cè)試軟件質(zhì)量外，主要驗(yàn)證用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理、產(chǎn)品在大規(guī)模并發(fā)條件下能否適應(yīng)等指標(biāo)。

典型使用結(jié)束后，使用客戶將應(yīng)開(kāi)發(fā)組之邀對(duì)典型使用效果出具典型使用評(píng)估報(bào)告，對(duì)典型使用的情況進(jìn)行評(píng)估。對(duì)該報(bào)告提出的整改意見(jiàn)加以完善，必要的話可以組織需求變更和新的集成測(cè)試。完全通過(guò)后，產(chǎn)品才能進(jìn)入大規(guī)模部署階段。

6 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的設(shè)備管理系統(tǒng)完成了設(shè)備信息的計(jì)算機(jī)管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備基本信息錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)等自動(dòng)化管理，一定程度上減輕了管理者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備信息管理的便捷性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性。但其信息采集主要采用人工錄入方式，存在時(shí)間滯后和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以核實(shí)的先天缺陷，形成了信息化數(shù)據(jù)與設(shè)備的真實(shí)形態(tài)割裂開(kāi)來(lái)的不利局面。物聯(lián)網(wǎng)從標(biāo)志、感知、接入和應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)入手，對(duì)傳統(tǒng)信息系統(tǒng)進(jìn)行改造，變“信息錄入”為“自動(dòng)采集”，從源頭上保證了數(shù)據(jù)來(lái)源的真實(shí)性和可靠性，使信息系統(tǒng)在真實(shí)性和實(shí)時(shí)性上得到實(shí)質(zhì)性的提升。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型設(shè)備管理系統(tǒng)從核心模塊開(kāi)始研發(fā)，邊研發(fā)邊投入使用，使得系統(tǒng)不斷完善，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。選定的目標(biāo)客戶，已使用該系統(tǒng)近一年時(shí)間。與傳統(tǒng)的設(shè)備管理系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)與實(shí)際工作更貼近，更能反映設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，提高了工作效率，許多一手資料為決策提供了必要的依據(jù)。

當(dāng)然，新系統(tǒng)還有許多需要完善和優(yōu)化的地方，我們將在使用過(guò)程中不斷升級(jí)，最終打造一個(gè)適用于現(xiàn)代租賃企業(yè)的完善實(shí)用的設(shè)備管理系統(tǒng)。