石油石化企業(yè)智能巡檢機(jī)器人的使用現(xiàn)狀與對策

張曉軒

（大慶煉化公司信息中心，黑龍江 大慶 163411）

0 引言

石油石化企業(yè)主要從事石油化工方向的生產(chǎn)加工，其生產(chǎn)常常處于高溫高壓、易燃易爆以及有毒氣體的環(huán)境當(dāng)中，具有極高的危險性。同時，石油石化企業(yè)在生產(chǎn)過程中還會大量使用多樣化、大型化和復(fù)雜化的設(shè)備，因此，石油石化企業(yè)對生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性要求極高，在實際工作過程中，需要時刻確保各生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運行，所以設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)工作尤為重要。

石油石化企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備多且雜，并且檢測流程長，使得傳統(tǒng)人力巡檢模式耗費人力資源過大，生產(chǎn)成本難以得到有效控制，生產(chǎn)效率也不符合石油行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展需求。因此石油石化企業(yè)巡檢工作逐漸向著智能化、一體化的檢測方向進(jìn)行探索和發(fā)展，也因此催生了智能化的檢測技術(shù)。本文主要探討智能巡檢機(jī)器人的使用現(xiàn)狀和未來發(fā)展，為石油石化企業(yè)巡檢技術(shù)的進(jìn)步提供參考。

1 石油石化企業(yè)巡檢現(xiàn)狀分析

目前智能巡檢機(jī)器人尚未在石油石化企業(yè)當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用，企業(yè)主要還是采用傳統(tǒng)的巡檢方式，不過隨著技術(shù)的革新和市場環(huán)境的變化，石油石化企業(yè)的巡檢技術(shù)在不斷進(jìn)行更新?lián)Q代，巡檢方式也在不斷變化。

1.1 巡檢方式的變化

石油石化企業(yè)巡檢方式的變化大體分為三個階段：①人工巡檢階段，人工巡檢的主要工作內(nèi)容包括設(shè)備檢查、紙質(zhì)表格記錄和手動維護(hù)與保養(yǎng)設(shè)備，工作人員將巡檢結(jié)果帶回相應(yīng)的管理部門，由專業(yè)的技術(shù)人員判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，是否需要維修，從而保障企業(yè)的生產(chǎn)安全。②信息點巡檢階段，這一階段主要是建立信息點巡檢系統(tǒng)，對于各設(shè)備的關(guān)鍵部位做定時巡檢，將巡檢記錄在數(shù)據(jù)庫中，等待巡檢人員的查閱，搭配人工巡檢的方式，保證設(shè)備的各處細(xì)節(jié)都能夠得到檢查，為企業(yè)生產(chǎn)安全提供有力的保障。③智能巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用信息化巡檢方式，對檢測路線進(jìn)行智能排序，通過后臺計算幫助設(shè)計最優(yōu)巡檢路徑。巡檢路徑的設(shè)計基于整體設(shè)備在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的距離，以及各檢測數(shù)據(jù)的優(yōu)先順序，對噪聲、溫度、振動頻率等參數(shù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，使得整個檢測系統(tǒng)更加全面且高效。

1.2 各類巡檢方式存在的問題

1.2.1 人工巡檢的問題

①巡檢路線重疊。在人工巡檢的過程中，由于各部門的技術(shù)特點不同，所以對設(shè)備的關(guān)注度也不同，因此，各單位人員無法確保能夠統(tǒng)一行動，還會導(dǎo)致出現(xiàn)同一個設(shè)備經(jīng)常因為被多人檢測，反復(fù)開啟關(guān)閉的現(xiàn)象，管理人員在巡視的過程中需要統(tǒng)計常規(guī)巡查點、關(guān)鍵巡查點和特護(hù)巡查點，點位的巡查頻次和時間段都要精心設(shè)計，才能保證巡檢路線盡可能地精簡，這樣就會耗費大量人工成本。②巡檢內(nèi)容流于形式。人工巡檢的另一大問題就是因為設(shè)備存在復(fù)雜性高且數(shù)量大的特性，極易導(dǎo)致巡檢的任務(wù)過重，內(nèi)容過多，巡檢過程中還需要在確保各類記錄數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的前提下，記錄各項內(nèi)容，此過程極易出現(xiàn)人為失誤，進(jìn)而影響企業(yè)生產(chǎn)安全，久而久之，巡檢人員為了減少記錄錯誤的出現(xiàn)，巡檢工作往往只做表面工作，更加影響了生產(chǎn)安全。

1.2.2 信息點巡檢系統(tǒng)的問題

信息點巡檢系統(tǒng)能夠定期檢測企業(yè)設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點的工作情況，在一定程度上解決了人工巡檢不到位和工作流于表面的情況，但是受技術(shù)特點限制，巡檢的質(zhì)量無法得到有效改善，因為信息點巡檢的方式忽略了人工巡檢過程中“聽、摸、看、聞”的工作，只能通過收集設(shè)備節(jié)點的數(shù)據(jù)來判斷，使得這種巡檢方式的誤差率也較高［1］。

1.2.3 智能巡檢系統(tǒng)的問題

智能巡檢系統(tǒng)是一種建立在信息點巡檢系統(tǒng)基礎(chǔ)上的智能化巡檢方式，結(jié)合各類傳感器的智能化控制優(yōu)勢，同時具備了人工巡檢和信息點巡檢的優(yōu)點，并且能夠解決人工巡檢和信息點巡檢系統(tǒng)運行存在的問題。但是智能巡檢系統(tǒng)也存在一定的缺陷，當(dāng)智能巡檢系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障時，依然要依靠技術(shù)人員來做維修和保養(yǎng)，工作人員的安全性依然很難得到有效保障，因此，如何有效降低巡檢方式危險性就成為當(dāng)前智能巡檢系統(tǒng)建設(shè)所關(guān)注的重要課題。

2 石油石化企業(yè)智能巡檢機(jī)器人的使用現(xiàn)狀

智能巡檢機(jī)器人是石油石化企業(yè)在巡檢工作中發(fā)展的一種集多種優(yōu)點于一身的巡檢技術(shù)，它不但能夠展開“聽、摸、看、聞”工作，也能夠?qū)⒍鄠€部門的檢測工作集于一身，還能夠自行設(shè)計巡檢路線，最重要的是能夠在一些保養(yǎng)和維修工作上替代人力，真正實現(xiàn)了精準(zhǔn)、高效、可靠和安全的巡檢。目前只有少數(shù)石油石化企業(yè)使用了智能巡檢機(jī)器人。

2.1 電力巡檢機(jī)器人

石油石化企業(yè)的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對電力的需求是非常高的，因此電力設(shè)備的順利工作是保障企業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前我國主要推廣電力巡檢機(jī)器人的使用，對企業(yè)工廠中的配電站、用電室做定期的檢測，巡檢機(jī)器人可以無視天氣的影響，也能夠幫助無人值班或少人值班的配電站完成定期的巡檢任務(wù)，在石油石化企業(yè)的人力成本控制、用電安全、生產(chǎn)穩(wěn)定性等方面發(fā)揮積極的作用。

2.2 油氣巡檢機(jī)器人

油氣巡檢機(jī)器人主要應(yīng)用在檢測易燃易爆有毒有害的物質(zhì)方面，巡檢任務(wù)難度較大。目前美國的國家機(jī)器人工程中心研發(fā)了一臺適用于油氣行業(yè)環(huán)境的機(jī)器人，該機(jī)器人有較高的防護(hù)能力，能夠在危險環(huán)境中連續(xù)工作6 個月以上不需檢修。油氣巡檢機(jī)器人的主要工作是檢測石油管道、閥門、泵和油氣設(shè)備的儀表（包含了溫度、壓力、振動頻率等數(shù)據(jù)），但是因為技術(shù)原因，該機(jī)器人并未達(dá)到完全智能化，現(xiàn)在仍然是半自動化控制。

2.3 石油石化設(shè)備巡檢機(jī)器人

石油石化設(shè)備巡檢機(jī)器人是目前最為先進(jìn)的機(jī)器人，將多種傳感器、攝像頭、報警器集于一體，能夠?qū)崟r檢測工廠設(shè)備的溫度、壓力和有毒氣體的存在情況，也能夠?qū)κ褪O(shè)備的閥門、儀器儀表、管道進(jìn)行檢查。為了方便機(jī)器人的行動，工廠道路上和設(shè)備旁創(chuàng)設(shè)了一條帶有磁條的檢查路線，以便于巡檢機(jī)器人沿著磁條線路前進(jìn)，并且按照自身設(shè)計的巡檢線路進(jìn)行導(dǎo)航。

3 石油石化企業(yè)智能巡檢機(jī)器人的未來發(fā)展

從目前石油石化企業(yè)智能巡檢機(jī)器人的使用情況來看，機(jī)器人需要克服多種使用困難，并且提供多種檢測功能，才能保證優(yōu)于其他的傳統(tǒng)巡檢方式，才能夠最大限度減少企業(yè)成本，減少人身傷害風(fēng)險。

未來石油石化企業(yè)智能巡檢機(jī)器人的發(fā)展方向是具備自動或半自動移動能力，對設(shè)備的各項數(shù)據(jù)檢測有很高的敏感性，智能識別設(shè)備數(shù)據(jù)情況，將檢測結(jié)果實時傳到后臺，加強(qiáng)自身的防護(hù)能力。按照以上要求設(shè)計出來的智能巡檢機(jī)器人的組成模塊如圖1 所示。

圖1 智能巡檢機(jī)器人組成模塊

3.1 自主導(dǎo)航控制

自主導(dǎo)航控制模塊是智能巡檢機(jī)器人的構(gòu)成基礎(chǔ)，為了保證機(jī)器人能夠代替人工巡檢，自主移動技術(shù)的解決尤為關(guān)鍵。自主導(dǎo)航控制不同于無人駕駛汽車，雖然二者都是自己移動，但是無人駕駛汽車的路況檢測更為煩瑣，所以很難實現(xiàn)，而機(jī)器人的移動環(huán)境更加簡單，所以目前有可供參考的解決方案：自主導(dǎo)航控制模塊可以利用地圖識別做定位，利用激光雷達(dá)做距離判斷，利用移動平臺和路徑規(guī)劃做自主移動，最后利用伺服系統(tǒng)來控制機(jī)器人的啟動停止加減速和轉(zhuǎn)向［2］。機(jī)器人還配備了機(jī)械臂等輔助器件，當(dāng)其移動到不規(guī)則的設(shè)備旁時，可以利用機(jī)械臂的伸展來達(dá)到巡檢的目的，機(jī)械臂擴(kuò)大了機(jī)器人的巡檢空間，使得機(jī)器人可以在移動的過程中存在一定范圍內(nèi)的位置誤差，在一定程度上降低了實現(xiàn)精準(zhǔn)移動的難度。

3.2 高性能檢測傳感

高性能檢測傳感模塊是智能巡檢機(jī)器人實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)，智能巡檢機(jī)器人需要同時收集設(shè)備的溫度情況、壓力情況、有毒氣體泄露情況和工作振動情況，因此自身需要攜帶紅外攝像頭、可視攝像頭、噪聲傳感器、振動傳感器、硫化氫監(jiān)測器、超聲檢測器等設(shè)備，為了實現(xiàn)機(jī)器人的夜間工作，還需要裝備夜視系統(tǒng)。隨著石油石化企業(yè)對機(jī)器人使用的熟練度增加，技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要增加或減少機(jī)器人的傳感器配置，減少機(jī)器人的負(fù)荷，讓機(jī)器人更加高效精準(zhǔn)地工作。

3.3 智能識別

智能識別模塊是智能巡檢機(jī)器人的大腦，上一步通過各種傳感器傳遞過來的數(shù)據(jù)需要通過智能識別模塊來做進(jìn)一步的甄別，每個數(shù)據(jù)都有獨自的子識別模塊，方便機(jī)器人能夠?qū)崟r診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。泄露識別主要用于分辨氣體和液體的泄漏情況，氣體識別可以通過高光譜紅外識別熱像儀來判斷，不但能夠測出氣體的濃度，還能夠準(zhǔn)確定位泄漏位置；液體識別則可以根據(jù)地面上液體的顏色、流速、泄漏面積等因素綜合判斷，再通過大數(shù)據(jù)的計算得出泄漏情況。溫度識別、閥門狀態(tài)、數(shù)字儀表等子識別模塊的實現(xiàn)更為簡單，只需在程序中輸入各個預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，再相比較即可。語音識別則是可以結(jié)合人工智能自然語言處理技術(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)幫助機(jī)器人更好地理解后臺工作人員傳達(dá)的語音指令，從而提高機(jī)器人的工作適應(yīng)性［3］。

3.4 實時通信

實時通信模塊是智能巡檢機(jī)器人與后臺控制室的交互媒介，在特殊巡檢情況下，智能機(jī)器人需要配合技術(shù)人員一同做巡檢工作，為了減少人身傷害的風(fēng)險，技術(shù)人員可以坐在后臺控制室內(nèi)，利用實時通信模塊與機(jī)器人交互。實際工作中，技術(shù)人員可以利用GPS 定位來判斷與自己交互的機(jī)器人位置，利用5G 網(wǎng)絡(luò)加快信息傳輸速度，通過云平臺的高效計算，實時響應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)論，為技術(shù)人員的判斷提供參考，幫助其第一時間操控機(jī)器人做巡檢工作。

3.5 自身防護(hù)

自身安全防護(hù)是智能巡檢機(jī)器人順利工作的保障，石油石化企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境是非常危險的：從空中來看，氣體中充斥著大量的粉塵，很容易附著于機(jī)器人的表面，影響傳感器的工作，也有可能造成金屬腐蝕；從地面上看，工廠設(shè)備大小不一，擺放位置也很難規(guī)律，地面也有可能存在路檻，使得機(jī)器人出現(xiàn)碰撞、跌倒的情況；從設(shè)備自身來看，當(dāng)出現(xiàn)高壓爆炸、液體泄漏的情況時，機(jī)器人也會受到相應(yīng)的沖擊和腐蝕。所以自身安全防護(hù)對于機(jī)器人的設(shè)計非常關(guān)鍵，機(jī)器人要能夠防爆、防撞、防水、防塵，在行動的過程中也要能夠智能判斷是否要急停、避讓、轉(zhuǎn)向、防跌，必要時可以及時報警來減少企業(yè)的損失。

4 石油石化企業(yè)智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用的技術(shù)難點

智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用在石油石化企業(yè)的優(yōu)點繁多，但是想要真正實現(xiàn)所有的功能仍然面臨著一些技術(shù)問題：首先是場地問題，一些大型企業(yè)的工廠布置不僅限于地面，還有一些設(shè)備存放在空間位置，人工巡檢可以通過攀爬扶梯、經(jīng)過懸空走廊到達(dá)巡檢位置，但是機(jī)器人很難做到；其次是由于石油石化企業(yè)占地面積大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋強(qiáng)度不高，機(jī)器人在巡檢的過程中很有可能受到不明電磁信號的干擾，或是網(wǎng)絡(luò)信號被屏蔽，導(dǎo)致工作無法順利進(jìn)行；最后是液體泄漏的識別問題，現(xiàn)有的技術(shù)無法實現(xiàn)識別大多數(shù)液體，因為大數(shù)據(jù)需要根據(jù)液體的顏色、流速、滲漏面積等綜合數(shù)據(jù)才能完成識別工作，準(zhǔn)確率無法達(dá)到百分之百，更復(fù)雜的是現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)泄漏時，液體的影像往往會受到環(huán)境光線、地面傾斜角度等因素影響，導(dǎo)致人工智能識別液體的難度急劇上升。

5 結(jié)語

智能巡檢機(jī)器人的研發(fā)應(yīng)用是石油石化企業(yè)未來實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。智能巡檢機(jī)器人在代替人工進(jìn)行巡檢工作方面具有較為明顯的優(yōu)勢，可以有效降低巡檢人員的勞動強(qiáng)度和安全風(fēng)險，極大程度上保證了石油石化企業(yè)的安全生產(chǎn)，同時實現(xiàn)人力資源管理成本的有效控制；智能巡檢機(jī)器人可以通過應(yīng)用自身裝配的多種智能傳感器實現(xiàn)原本多人合作才能完成的巡檢任務(wù)，還能夠切實提升巡檢工作的質(zhì)量與效率，同時確保檢測精度不低于人工巡檢模式。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠有效幫助智能巡檢機(jī)器人不斷完善巡檢功能，進(jìn)而實現(xiàn)巡檢工作的革命性變化。