基于二維碼的機電設備全生命周期管理技術研究與實踐

摘 要：以華南某國際機場為案例，深入探討了如何運用二維碼技術與信息管理平臺對大型公共建筑機電設備從設計、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、驗收到使用維護的全生命周期進行管理。通過整合機電系統(tǒng)的信息與資源，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享與資源優(yōu)化配置，為構建機電大數(shù)據(jù)平臺和推動數(shù)據(jù)驅動的決策提供了堅實的信息化基礎。

關鍵詞：QR碼；全生命周期管理；機電信息管理平臺；專有編碼機制

中圖分類號：TP391.44" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）23-0075-06

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.23.017

0" " 引言

隨著信息化社會的發(fā)展，機電設備信息化建設也在不斷深化。特別是在現(xiàn)代化大型公共建筑中，機電設備種類繁多、數(shù)量龐大，系統(tǒng)間關聯(lián)復雜，導致運營管理難度加大。為提升機電設備信息化管理水平，確保設備關聯(lián)清晰、維護便捷和運行可靠，迫切需要一個統(tǒng)一的機電信息管理平臺來整合設備設計、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、驗收及使用維護的全生命周期內(nèi)的信息，實現(xiàn)信息的一致性、全面性與準確性。鑒于此，本研究提出將二維碼技術的應用拓展至機電設備管理領域，從設計階段開始，為每臺設備賦予唯一資產(chǎn)編碼，并且在設備整個生命周期中以該編碼作為唯一標識，實現(xiàn)機電設備在生命周期內(nèi)的全程追蹤與管理。

本文選取華南某國際機場T2航站樓項目為實踐案例。作為一座旅客年吞吐量高達8 000萬人次、貨郵年吞吐量達250萬t的大型國際航空樞紐，該機場對機電設備的可靠性和效率要求極高。新近投運的東四、西四指廊以及正在建設中的T3航站樓均采納了先進的信息化管理理念，因此，構建一個基于二維碼技術的全生命周期機電信息管理平臺，對于加強航站樓內(nèi)機電設備的信息管理具有重要意義。

1" " 研究背景

華南某國際機場，作為我國三大樞紐機場之一，在T2航站樓建設之初便提出對其龐大的機電設備與機電用房進行信息化管理的需求。在此之前，機電各系統(tǒng)間“單打獨斗”運行，且依靠手工記錄機電設備的安裝、調(diào)試、維護、維修、故障處理等信息的方式已無法適應如此超大規(guī)模運營環(huán)境下設備的保障需求。為此，建設單位、使用單位、設計單位各方都迫切希望采用信息化手段來加強機電設備的信息管理，這不僅能夠保證航站樓內(nèi)重要機電設備信息的全面性與準確性，還為未來實現(xiàn)全面的設備資產(chǎn)管理奠定了基礎。因此，對于機電用房及機電設備的統(tǒng)一管理顯得尤為關鍵。

需要統(tǒng)一管理的機電用房及機電設備如表1所示。

2" " 基于二維碼的機電信息管理系統(tǒng)研究

2.1" " 建設目標

以往項目中，二維碼資產(chǎn)管理系統(tǒng)通常在運維期才開始投入，管理人員需手動錄入每個受管設備的詳細信息，這不僅消耗了大量人力資源，還存在數(shù)據(jù)錯誤率高的風險。為解決此問題，從設計階段開始，就需要明確設備資產(chǎn)的精細化管理要求，從設備生產(chǎn)階段入手，為每個設備編制設備資產(chǎn)唯一編碼，并圍繞以下目標來展開工作：

1）建立航站樓專有的編碼機制：全面實現(xiàn)重點機電設備的信息化管理，通過梳理重點設備信息，完善機場內(nèi)部機電設備的分類管理，統(tǒng)一編碼機制，為今后全面落實設備信息化管理打下堅實基礎。

2）二維碼管理技術的全面普及：在重點機電設備掛牌管理的基礎上，利用二維碼技術，擴充設備可查看信息，提高設備維護效率，滿足生產(chǎn)及安全要求；隨著應用深入，日后根據(jù)需要對其他設備逐步拓展普及。

3）設備生命周期全面掌控：通過設備信息化管理，實現(xiàn)設備從設計、生產(chǎn)、安裝到使用全過程的有效跟蹤及信息一致性，便于相關信息的跟蹤，提高設備的安全性和可維護性。

4）建立高效、穩(wěn)定、易擴展的統(tǒng)一信息管理平臺：信息管理平臺及數(shù)據(jù)庫與機場現(xiàn)行的能源管理平臺及設備管理平臺對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；系統(tǒng)具備高可靠的容錯機制及擴展性，為未來機電大數(shù)據(jù)的應用提供信息底座。

2.2" " 二維碼的應用

二維碼又稱二維條碼，是用特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面二維方向上分布的黑白相間的圖形，具有唯一性、信息容量大、范圍廣、容錯能力強[1]、譯碼可靠性高[2]、條碼保密性防偽性高等特點。其通過編碼技術將信息編碼為特有圖形，掃描解析后形成的信息與源信息高度一致，可保證不相同的源信息在經(jīng)過編碼與掃描解析這一互逆過程后不會發(fā)生差錯，利用這一特性，將二維碼應用到標識性的信息上可保證信息的唯一性。一個二維條碼可容納多達1 850個大寫字母或2 710個數(shù)字，或1 108個字節(jié)，或500多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。二維碼還可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等以數(shù)字化的信息進行編碼，用條碼表示出來。當二維條碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，依舊可以正確識讀，損毀面積達50%仍可恢復信息。二維碼誤碼率不超過0.001?，遠低于普通條碼錯誤率0.02?，并且成本低，易制作，持久耐用，條碼的符號形狀、尺寸大小比例可按需改變。

目前常見的二維碼有QR Code、Aztec Code、Data Matrix、Code 49、Code 16K、Code one、PDF417等，如圖1所示，本研究運用QR Code（以下簡稱“QR碼”）作為編碼技術。

從設備完整生命周期角度來看，設備相關信息分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息，如圖2所示。其中，靜態(tài)信息通常包括設備的固有屬性，如設備編碼、名稱、型號、參數(shù)、生產(chǎn)廠商和出廠日期等，這些信息在設備的整個生命周期中保持不變。在設備生產(chǎn)階段，廠家錄入設備信息并生成QR碼，該碼僅包含設備本身的靜態(tài)信息，無法對設備的全生命周期進行跟蹤管理。為了實現(xiàn)全面的設備管理，需要結合其他關聯(lián)系統(tǒng)自動或手動記錄設備的動態(tài)信息，例如設備的運行狀態(tài)、維護歷史、故障記錄等。設備動態(tài)信息可在系統(tǒng)客戶端中查看，也可以通過移動設備查詢得到。這樣QR碼技術就可以作為設備管理的一部分，與其他信息化系統(tǒng)相結合，形成一個更全面的設備全生命周期管理體系。

QR碼作為一種可包含大量復雜信息的編碼方式，在設備管理中，可將設備本身相關的信息進行編碼，生成QR碼圖形，并將其張貼在設備表面。設備維護人員在使用移動設備掃描QR碼圖形并解析[3]后，即可直接獲取碼中包含的信息，并在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下利用解析出來的信息進行檢索，從系統(tǒng)中查詢該設備其他相關信息。

2.3" " 專有編碼機制

為了能夠對機電設備實施精細化管理，系統(tǒng)需存儲設備信息和安裝位置信息，并針對機電設備及其對應的具體房間號和位置號進行編碼，如圖3所示。系統(tǒng)為每個受管設備信息及安裝位置進行唯一標識編碼。通過關聯(lián)設備編碼與位置編碼，管理者可以方便地記錄和掌握任何設備信息或位置的變動情況。

設備編碼生成包括確定編碼規(guī)則和實施編碼：

1）設備編碼規(guī)則的確定：通常由信息管理系統(tǒng)軟件提供商根據(jù)設計圖紙和相關規(guī)范[4]來完成。編碼規(guī)則需要考慮到設備的分類、功能、位置等多方面因素，以確保編碼的唯一性和可追溯性。確定編碼規(guī)則后，這些規(guī)則會被轉交給設備生產(chǎn)廠家。

2）設備編碼的實施：廠家根據(jù)提供的編碼規(guī)則，為每個設備確定一個唯一的流水號部分編碼值。流水號與編碼規(guī)則的其他部分結合，形成設備的最終唯一編碼。設備的唯一編碼可以以二維碼的形式貼在設備上，方便現(xiàn)場工作人員通過掃描二維碼快速獲取設備信息。

通過這種編碼機制，設備從生產(chǎn)到安裝再到維護的整個生命周期都可以被有效追蹤和管理。這種系統(tǒng)不僅可以提高設備管理的效率，還可以減少人為錯誤，提高數(shù)據(jù)準確性。此外，這種編碼機制還為機電大數(shù)據(jù)的未來擴展和升級提供了可能性，使得設備管理系統(tǒng)能夠適應不斷變化的需求和技術發(fā)展。

2.4" " 機電信息管理平臺

為實現(xiàn)高效、可靠、易擴展的管理體系，為機場建立一套基于二維碼的機電信息管理平臺[5]尤為重要，如圖4所示，平臺初期只包含設備的靜態(tài)信息，后期運行中設備的動態(tài)信息包括設備在各個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息都會通過設備編碼與相關設備一一對應，這些數(shù)據(jù)信息被錄入到平臺中，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理及全面統(tǒng)計分析。

平臺的建設通常包括以下幾個階段：

1）初期建設：初期平臺主要包含設備的靜態(tài)信息，如設備編碼、名稱、型號等。專業(yè)軟件廠商根據(jù)項目的需求，設計并開發(fā)一個能夠滿足當前和未來需求的系統(tǒng)。

2）數(shù)據(jù)錄入和整合：設備的動態(tài)信息，如運行數(shù)據(jù)、檢修記錄、能耗數(shù)據(jù)等，會在設備使用過程中逐漸產(chǎn)生。動態(tài)信息通過設備編碼與特定設備關聯(lián)，并被錄入到信息管理平臺中。

3）數(shù)據(jù)管理和分析：平臺能夠實現(xiàn)對設備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，確保數(shù)據(jù)的一致性和準確性。通過對數(shù)據(jù)的全面統(tǒng)計分析，可以更好地理解設備的性能，預測潛在的故障，并優(yōu)化維護計劃。

4）平臺的功能擴展：隨著技術的發(fā)展和需求的變化，平臺應具備易擴展性，能夠集成新的功能和數(shù)據(jù)源；可以集成物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備，實時監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，或者利用大數(shù)據(jù)分析工具進行更深入的數(shù)據(jù)挖掘。

設備管理人員通過這樣的平臺可以更有效地監(jiān)控設備的狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，減少突發(fā)故障，提高設備的可靠性和機場的運營效率。同時，數(shù)據(jù)的全面統(tǒng)計分析還為管理層提供了決策支持，幫助他們更好地規(guī)劃資源，優(yōu)化運營策略。

2.5" " 移動終端應用

機場設備維護人員通過手機、PDA等移動設備安裝機電信息管理平臺App，掃描并解析設備上的QR碼，讀取其中的靜態(tài)和動態(tài)信息，并將維護運維數(shù)據(jù)回傳機電信息管理平臺，實現(xiàn)無紙化的智能巡檢，如圖5所示。

移動終端應用在設備維護中的具體流程如下：

1）安裝和訪問：設備維護人員在其移動設備（如智能手機）上安裝機電設備信息管理平臺的App。通過App，維護人員可以輕松訪問和管理設備信息。

2）二維碼掃描與解析：在日常維護過程中，維護人員使用移動設備掃描設備上的二維碼。掃描后，App會解析二維碼中存儲的文本信息，這些信息通常是設備的靜態(tài)信息。

3）獲取更全面的設備信息：在解析二維碼的基礎上，App會根據(jù)設備編碼從后臺的設備基礎信息管理系統(tǒng)中獲取更全面的設備信息。維護人員可以快速了解設備的所有相關信息，包括歷史維護記錄、性能參數(shù)等。

4）接收和執(zhí)行維護任務：當有運營維護任務時，任務會從系統(tǒng)客戶端下達到移動設備App上。維護人員根據(jù)設備唯一編碼前往指定的設備進行維護工作。

5）記錄和上傳維護數(shù)據(jù)：維護過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會存儲在移動設備上。數(shù)據(jù)通過設備唯一編碼與相關設備對應，并自動通過網(wǎng)絡傳回設備信息管理平臺。

通過這種方式，設備的維護工作變得更加實時和透明，維護人員可以更有效地執(zhí)行任務，管理層也可以實時監(jiān)控設備的維護狀態(tài)和歷史。

3" " 全生命周期管理實施

全生命周期管理源于現(xiàn)代企業(yè)對產(chǎn)品信息管理效率和質(zhì)量要求的不斷提升，科技的發(fā)展和市場競爭的加劇使得企業(yè)需要更加高效、準確的方式來追蹤和管理產(chǎn)品的整個生命周期。隨著信息化時代的到來，企業(yè)越來越多地依賴數(shù)字技術來提高工作效率和決策質(zhì)量。

二維碼全生命周期管理是指利用二維碼技術對機電設備從設計、生產(chǎn)、流通、銷售到最終報廢的整個生命周期進行有效管理。這種管理方式可以提高工作效率，降低成本，增強數(shù)據(jù)準確性，實現(xiàn)產(chǎn)品信息的快速追蹤和查詢。

系統(tǒng)的具體實施首先需要明確運用二維碼全生命周期管理的目標和需求，根據(jù)設備的特性和企業(yè)的實際情況，規(guī)劃二維碼管理的范圍和內(nèi)容。設計適合企業(yè)需求的編碼體系，需要能夠反映設備的各種屬性，簡潔明了，便于理解和操作，同時要具有一定的擴展性，以適應未來可能的變化。然后根據(jù)編碼體系，為每個設備生成唯一的二維碼，將二維碼打印并粘貼在設備外殼上，確保二維碼清晰可讀。在設備的生產(chǎn)、流通、使用等各個環(huán)節(jié)，通過掃描二維碼，將相關信息錄入系統(tǒng)。當設備信息發(fā)生變化時，及時更新系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

企業(yè)能夠通過掃描設備外殼上的二維碼，快速查詢該設備的相關信息，如生產(chǎn)日期、制造商、質(zhì)量檢測報告等；并通過管理系統(tǒng)，對設備信息進行統(tǒng)計、分析，為決策提供數(shù)據(jù)支持。當設備出現(xiàn)質(zhì)量問題時，可以通過二維碼追溯到生產(chǎn)、調(diào)試等環(huán)節(jié)，找出問題原因，并根據(jù)追溯到的結果采取相應的措施，如召回產(chǎn)品、改進生產(chǎn)工藝等。最后，當設備達到報廢條件時，通過掃描二維碼，將報廢信息錄入系統(tǒng)。企業(yè)可以根據(jù)報廢信息，對相應產(chǎn)品進行回收和處理，實現(xiàn)設備全生命周期的有效管理。

二維碼機電信息管理系統(tǒng)主要由設備編碼體系、遠程數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)、信息管理平臺以及移動設備端四部分組成，實現(xiàn)機電設備全生命周期管理，如圖6所示，具體實施步驟如下：

1）設備編碼體系制作：由機電信息管理平臺軟件提供商根據(jù)項目情況與設計成果，如設備設計安裝資料以及設備信息等，設計編制設備資產(chǎn)編碼體系。

2）設備信息整理與QR碼制作：設備制造廠商根據(jù)該設備編碼體系，在完成設備制造后，將設備信息與設備編碼錄入軟件系統(tǒng)，打印制作設備QR碼，并將其采用激光打標或絲印、張貼等方式固定在設備上。

3）設備安裝/調(diào)試：設備制造廠商將設備運送到施工現(xiàn)場，并將數(shù)據(jù)導入機電信息管理平臺。

4）機電安裝單位按照設計要求將設備安裝到指定位置后，通過機電信息管理平臺將設備安裝位置、系統(tǒng)屬性、前后設備情況等與設備編碼關聯(lián)。

5）系統(tǒng)調(diào)試：集成商或系統(tǒng)提供商在系統(tǒng)調(diào)試前，登錄機電信息管理平臺，下載相關設備信息至其他關聯(lián)系統(tǒng)中，進行設備的命名、編號、參數(shù)設定等原始數(shù)據(jù)的錄入，并導入機電信息管理平臺，簡化錄入工作量，并提高準確性。

6）驗收與試運行：機電安裝單位完成機電設備安裝后，向監(jiān)理單位申請驗收與試運行，監(jiān)理單位組織業(yè)主、機電安裝單位、設計院等現(xiàn)場檢查設備安裝完成且合格后，使用移動終端App掃描QR碼查詢設備信息，核對各類信息的正確性，避免帶大量圖紙到現(xiàn)場核對的麻煩，同時提高驗收效率。

7）現(xiàn)場設備信息查詢：機場設備維護人員在日常維護過程中，使用移動設備掃描設備上的QR碼，解析及調(diào)取其中的靜態(tài)信息，同時，移動設備通過4G/5G、Wi-Fi網(wǎng)絡，從設備信息管理系統(tǒng)后臺獲取設備動態(tài)信息，如可下載該設備的技術手冊、維護手冊等各項技術文件。當移動設備不能聯(lián)網(wǎng)時，只能通過掃碼獲取設備靜態(tài)信息。

8）維保與檢修：設備日常維護、保養(yǎng)、檢修、更換等信息均通過機電信息管理平臺記錄保存，設備維護人員現(xiàn)場掃描QR碼，隨時可獲取設備完整的維修記錄，包括操作時間、人員、故障問題、更換配件型號等。

9）設備報廢：當設備走到其生命的盡頭，機電信息管理平臺記錄報廢信息，并封存其QR碼，該設備的動態(tài)信息由其替代設備繼承或關聯(lián)。

4" " 結束語

通過構建基于設備編碼的機電信息管理平臺，本文的研究與實踐工作不僅為機電設備全生命周期信息化管理提供了極大的便利，還為運維人員提供了高效的管理工具。這一平臺的實現(xiàn)，極大地簡化了各種機電設備的運維工作，顯著提高了管理效率和準確性。此外，該信息管理平臺能夠與能源管理平臺、樓宇自控等其他平臺數(shù)據(jù)無縫對接，展示了向機電大數(shù)據(jù)發(fā)展的潛力。通過對設備利用率、老化程度的分析及設備碳排放量的測算，該平臺為實現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅動的智慧運維決策奠定了基礎。

隨著二維碼機電信息管理平臺在該機場機電系統(tǒng)應用的深入，技術的成功實施和顯著效果預示了其廣闊的應用前景。未來，該平臺不僅可橫向推廣至建筑結構資產(chǎn)、企業(yè)固定資產(chǎn)的管理領域[6]，還能縱向擴展，整合人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術，進而建設成一個高效、多元、統(tǒng)一的資產(chǎn)信息管理平臺。這種跨領域的技術融合和應用，將極大地推動資產(chǎn)管理的智能化和現(xiàn)代化進程，為相關行業(yè)帶來革命性的變革。

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收稿日期：2024-09-03

作者簡介：趙驥（1985—），男，山西晉城人，高級工程師，長期從事建筑智能化設計與研究工作。