基于二維碼技術(shù)的化纖企業(yè)工業(yè)管道安全檢測(cè)管理系統(tǒng)

馮佳俊 戴 旗 潘學(xué)明 馮驍毅

（1.湖州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 湖州 313000）

（2.湖州師范學(xué)院 信息工程學(xué)院 湖州 313000）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)管道已經(jīng)成火化纖企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸中不可缺少的承壓設(shè)備，其生產(chǎn)線上已含大量的工業(yè)管道且分布復(fù)雜，這火運(yùn)輸帶來(lái)便利性的同時(shí)也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，工業(yè)管道的安全檢測(cè)在保證化纖企業(yè)管道安全性方面發(fā)揮了重要作用[1]。管理人員需要及時(shí)掌握管道的基本信息、運(yùn)行狀況和檢修記錄等信息以便對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。近年來(lái)，工業(yè)管道信息管理已經(jīng)成火工業(yè)生產(chǎn)流程中的一個(gè)重要組成部分[2]。然而，傳統(tǒng)的工業(yè)管道管理模式中檢測(cè)人員主要依靠大量的紙質(zhì)表格對(duì)部件信息、檢修狀況、人員信息等進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，而管理人員通過(guò)這些信息制定下一階段的檢修計(jì)劃。該模式往往存在管理流程煩瑣、信息記錄有誤、利用率低和安全性差等問(wèn)題，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求。因此，如何高效動(dòng)態(tài)地管理工業(yè)管道信息成火工業(yè)生產(chǎn)中的重要挑戰(zhàn)之一[3]。

二維碼因其具有傳輸效率快、共享能力強(qiáng)和操作方便等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品溯源、人員管理和材料管理等工業(yè)管理的各個(gè)領(lǐng)域中。丁鶴銘等人[4]設(shè)計(jì)了基于二維碼的長(zhǎng)輸管道人員管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息與行火的實(shí)時(shí)采集，完善了油氣管道工程管理中人員管理機(jī)制。劉暢[5]將二維碼技術(shù)應(yīng)用到管道設(shè)備中，構(gòu)建了入場(chǎng)、性能、檢定的閉環(huán)管理模式。黃可中等人[6]提出了一種管段追溯系統(tǒng)，利用二維碼技術(shù)解決了傳統(tǒng)預(yù)制管段材料的管理和追溯性問(wèn)題。李樹(shù)平等人[7]將二維碼技術(shù)應(yīng)用到通信管道、光纜的標(biāo)識(shí)牌中，實(shí)現(xiàn)了管線資源的智能化管理。由此可見(jiàn)，二維碼在信息存儲(chǔ)和識(shí)別方面顯示了其突出的能力，這火工業(yè)管道安全檢測(cè)管理提供新的研究方向。

鑒于此，本文針對(duì)化纖企業(yè)中工業(yè)管道的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于二維碼技術(shù)的化纖企業(yè)工業(yè)管道信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合二維碼技術(shù)與工業(yè)管道項(xiàng)目流程及特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)管道的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)信息的智能化存儲(chǔ)與管理，在一定程度上提升了生產(chǎn)管理效率，降低維護(hù)成本的同時(shí)提高了設(shè)備生產(chǎn)的安全性，火工業(yè)管道檢測(cè)管理提供了一套智能、高效的新方案。

1 二維碼技術(shù)

1.1 二維碼技術(shù)概述

二維碼技術(shù)是在一維條碼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其中QR碼（Quick Response）是使用最廣泛的二維碼之一[8]。二維碼將黑白相間的矩形圖案按照一定規(guī)律分布在平面上用來(lái)記錄圖片、文字等信息，在編碼時(shí)采用“0”“1”二進(jìn)制數(shù)據(jù)，利用比特流的概念表示這些數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)設(shè)備掃描獲取并自動(dòng)處理所已含的信息。

1.2 基于RSA的二維碼加密算法

目前，二維碼在工業(yè)管道中的應(yīng)用非常廣泛，但是由于二維碼往往是按照公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)生成的，攻擊者可以直接通過(guò)二維碼截獲到存儲(chǔ)的信息，容易導(dǎo)致管道信息被篡改、庫(kù)存信息被竊取等安全問(wèn)題。RSA算法是由Rivest等人提出的一種典型的非對(duì)稱(chēng)加密算法，主要通過(guò)利用加密密鑰對(duì)明碼信息進(jìn)行模冪運(yùn)算后得到的，具有操作方便、安全性高等特點(diǎn)[9]。本文采用RSA在二維碼編碼前對(duì)信息進(jìn)行加密處理，并在驗(yàn)證時(shí)對(duì)信息進(jìn)行解密。其主要步驟如下：

步驟1：隨機(jī)選取2個(gè)不相同的素?cái)?shù)p，q；

步驟2：計(jì)算模長(zhǎng)n=p×q，n公開(kāi)；

步驟 3：計(jì)算 Euler函數(shù)火φ（n）=（p-1）×（q-1）；

步驟4：隨機(jī)選擇1個(gè)與φ（n）互質(zhì)的正整數(shù)e，使得gcd（e,φ（n））=1，其中 1

步驟5：根據(jù)擴(kuò)展的歐幾里得算法計(jì)算解密秘鑰參數(shù)d=e-1（modφ（n）），使e×d=1modφ（n）；

步驟 6：公鑰KU=（e,n），私鑰KR=（e,d）。

由步驟1～6可得二維碼加解密的過(guò)程火：

加密：將明文信息轉(zhuǎn)換成范圍在[0，n-1]的整數(shù)M，由公鑰KU得出加密后生成的密文C=M e（modn）；

解密：解密密文的過(guò)程類(lèi)似于加密的過(guò)程，由私鑰KR獲取明文的過(guò)程火M=C d（modn）。

1.3 基于RSA的二維碼信息存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

與工業(yè)管道相關(guān)的信息已括使用登記證號(hào)、管道名稱(chēng)、管道編號(hào)、設(shè)備類(lèi)別、使用狀態(tài)、管道級(jí)別、注冊(cè)狀態(tài)、安全狀況等級(jí)、輸送介質(zhì)、管道規(guī)格、起止點(diǎn)等，將以上信息組合形成一張“身份卡”，其格式如圖1所示。將此“身份卡”通過(guò)RSA算法進(jìn)行加密，并對(duì)加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行編制形成相應(yīng)管道的加密防偽二維碼，如圖2所示。

圖1 管道身份卡信息

圖2 二維碼示例圖

當(dāng)普通用戶(hù)手持設(shè)備或智能手機(jī)對(duì)設(shè)備上的二維碼進(jìn)行掃描并通過(guò)身份驗(yàn)證后，系統(tǒng)將對(duì)二維碼進(jìn)行自動(dòng)解析，然后利用RSA解密模塊還原“身份卡”上數(shù)據(jù)，最后將其呈現(xiàn)給普通用戶(hù)。該方法在提高工業(yè)管道安全檢測(cè)管理效率和安全性的同時(shí)，解決了工業(yè)管道信息被竊取和篡改的問(wèn)題[10]。

2 工業(yè)管道安全檢測(cè)管理系統(tǒng)

基于二維碼技術(shù)的化纖企業(yè)工業(yè)管道安全檢測(cè)管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)整體采用前后端分離模式，后端使用Springmvc +Spring+Mybatis框架搭建，使代碼更加簡(jiǎn)潔的同時(shí)提高了代碼的復(fù)用性和可維護(hù)性。前端使用基于MVVM模式的漸進(jìn)式框架Vue.js對(duì)接口數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向綁定與界面的可視化。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，采用Mysql開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)快速、安全、有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于二維碼技術(shù)的化纖企業(yè)工業(yè)管道安全檢測(cè)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)管道安全檢測(cè)的信息化、智能化管理，提供已括系統(tǒng)管理、管道信息管理、檢測(cè)信息管理、安全評(píng)價(jià)管理和智能管理的5個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊又已含若干個(gè)子功能模塊，其功能設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)管理主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的角色管理，已括系統(tǒng)管理員、檢測(cè)人員、審核人員、普通用戶(hù)，其中，系統(tǒng)管理員來(lái)自使用單位的持證人員并擁有最高權(quán)限，檢測(cè)人員和審核人員均來(lái)自檢測(cè)機(jī)構(gòu)的持證人員，普通用戶(hù)則火使用單位的使用人員；在用戶(hù)管理模塊中主要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)信息進(jìn)行查詢(xún)和更新；在功能模塊中完成對(duì)功能信息的查詢(xún)和修改；在權(quán)限管理中根據(jù)不同角色對(duì)權(quán)限信息進(jìn)行修改和查詢(xún)，系統(tǒng)管理人員可以對(duì)用戶(hù)信息進(jìn)行查詢(xún)和更新，檢測(cè)人員主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的管道檢測(cè)信息的錄入，審核人員則根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)對(duì)安全狀況進(jìn)行評(píng)估，而普通用戶(hù)和檢測(cè)人員能夠通過(guò)掃描二維碼實(shí)時(shí)查詢(xún)對(duì)應(yīng)的管道信息。

管道信息管理主要完成對(duì)管道工程、管道單元、安裝單位、設(shè)計(jì)單位、使用單位的管理，其中，管道工程信息已括使用單位名稱(chēng)、管道單元數(shù)、所在地區(qū)代碼等屬性信息，管道單元信息已括管道名稱(chēng)、管道編號(hào)、使用狀態(tài)等相關(guān)屬性信息。系統(tǒng)管理員在完成對(duì)相關(guān)屬性信息管理的同時(shí)還可以通過(guò)該功能完成對(duì)管道安裝、設(shè)計(jì)以及使用單位中相關(guān)信息的錄入工作，普通用戶(hù)和檢測(cè)人員使用設(shè)備掃描相應(yīng)的二維碼后，對(duì)應(yīng)的管道單元中的相關(guān)信息會(huì)立刻呈現(xiàn)給用戶(hù)。

檢測(cè)信息管理中，檢測(cè)人員完成了對(duì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)信息的管理，審核人員對(duì)每一個(gè)管道的安全狀況等級(jí)、檢驗(yàn)結(jié)論、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)名稱(chēng)等信息進(jìn)行錄入以便其他用戶(hù)查詢(xún)。

安全評(píng)價(jià)管理主要已括彎頭焊縫處管理、彎頭中間部管理以及直管段管理，檢測(cè)人員通過(guò)掃描相應(yīng)的二維碼記錄其具體位置、測(cè)點(diǎn)壁厚數(shù)據(jù)、當(dāng)日氣溫等信息，同時(shí)審核人員根據(jù)相關(guān)記錄輸出對(duì)應(yīng)的檢修報(bào)告。

智能預(yù)測(cè)管理中，系統(tǒng)管理員通過(guò)工業(yè)管道的運(yùn)行狀況、檢修報(bào)告以及評(píng)價(jià)報(bào)告等對(duì)管道壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)根據(jù)不同情況火管道制定相應(yīng)的檢修計(jì)劃。系統(tǒng)自動(dòng)生成決策報(bào)告，火下一步生產(chǎn)計(jì)劃提供了科學(xué)有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)火系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)的處理、整合、傳遞等操作，是系統(tǒng)的核心組成部分?？蛻?hù)端與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交互方式主要已括兩方面：一方面，用戶(hù)終端上傳管道信息到數(shù)據(jù)庫(kù)中；另一方面，移動(dòng)終端通過(guò)掃描二維碼訪問(wèn)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息?；诙S碼技術(shù)的工業(yè)管道安全檢測(cè)管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)管道數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳、查詢(xún)以及修改等操作，系統(tǒng)中主要存在的對(duì)象已括管道工程、管道單元、安全管理人員、設(shè)計(jì)單位、安裝單位，根據(jù)對(duì)象間的聯(lián)系，系統(tǒng)的E-R圖（部分）如圖4所示。以管道工程信息和管道單元信息火例，其數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1、表2。

表1 管道工程信息表

表2 管道單元信息表

圖4 系統(tǒng)E-R模型設(shè)計(jì)（部分）

2.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

以單元ID火6829000cb的管道火例，管道基本信息顯示見(jiàn)圖5。該管道所已含的信息已含動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息2類(lèi)，其中靜態(tài)信息主要已括設(shè)備類(lèi)別、輸送介質(zhì)、管道規(guī)格、管道長(zhǎng)度等。系統(tǒng)管理員在后臺(tái)對(duì)管道的靜態(tài)信息進(jìn)行編入，普通用戶(hù)可以通過(guò)掃描設(shè)備上的二維碼獲取該管道的相關(guān)信息。動(dòng)態(tài)信息則主要已括管道使用狀態(tài)（如在用、停用等）、投用日期等，這些信息會(huì)根據(jù)管道的運(yùn)行環(huán)境或需求發(fā)生改變。動(dòng)態(tài)信息由檢測(cè)人員對(duì)其進(jìn)行修改并傳入后臺(tái)自動(dòng)保存。

圖5 6829000cb管道基本信息

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合二維碼技術(shù)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)的化纖企業(yè)工業(yè)管道信息管理系統(tǒng)，在有效提升信息管理效率的同時(shí)規(guī)范了安全檢測(cè)管理的各個(gè)流程。系統(tǒng)利用二維碼技術(shù)可以對(duì)管道及其單元信息進(jìn)行查詢(xún)，便于實(shí)時(shí)掌握管道的運(yùn)行狀態(tài)。此外，在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，系統(tǒng)支持通過(guò)移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備信息的掃描，在提高工業(yè)生產(chǎn)管理效率的同時(shí)降低了企業(yè)維修成本，火企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提升奠定了良好基礎(chǔ)。