凌 璐 陳雅倫 楊聰明

1.南瑞集團（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司；2.江蘇省專用通信局

0 引言

隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，國家電網(wǎng)有限公司提出“國際領(lǐng)先能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”的發(fā)展戰(zhàn)略，推動電網(wǎng)計量業(yè)務(wù)智能化升級，實現(xiàn)營銷計量體系數(shù)字化轉(zhuǎn)型。目前傳統(tǒng)的計量實驗室中，各設(shè)備間信息相互孤立，缺乏有效的連接，數(shù)據(jù)維護工作量大；實驗設(shè)備缺乏必要的身份驗證信息，設(shè)備使用情況以及定位信息無法掌握；實驗人員與設(shè)備缺乏聯(lián)動性。傳統(tǒng)計量實驗室已經(jīng)到了必須升級改造的階段，需要基于大數(shù)據(jù)、微服務(wù)、RFID等先進技術(shù)，立足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)發(fā)展背景，圍繞通信管理、數(shù)據(jù)存儲、計算分析、業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)共享等內(nèi)容，構(gòu)建互聯(lián)互通的智慧實驗室綜合管理平臺。

1 現(xiàn)有實驗室管理存在的問題

計量實驗室業(yè)務(wù)管理工作目前還處于手工處理階段，缺乏信息化、智能化的有效管理手段。

（1）計量實驗室檢測自動化程度低

標準量傳實驗室存在設(shè)備種類繁多，信息化程度各異的問題，造成實驗室檢測過程自動化程度低，試驗項目需要大量人工干預(yù)，測量結(jié)果不能自動采集、上傳。同時，檢測軟件與實驗室信息管理系統(tǒng)沒有建立有效的交互通道，不能實現(xiàn)試驗過程的場景感知。

（2）人員的檔案、資質(zhì)信息缺乏信息化統(tǒng)一管理

目前人員的檔案、資質(zhì)信息等沒有統(tǒng)一管理，部分試驗項目（如電磁兼容試驗）需要持有特殊資質(zhì)的人員才能開展，檢定檢測試驗人員信息管理缺少統(tǒng)一管理的平臺。計量實驗室的試驗樣品種類多、試驗項目多，在人員不足、試驗時間長的情況下，人工調(diào)配人員無法充分利用所有設(shè)備、人員，實驗方案、實驗計劃、任務(wù)安排完全手工操作，給實驗管理帶來繁重的工作負擔(dān)。

（3）實驗裝置、儀器儀表未統(tǒng)一建檔

實驗設(shè)備、儀器、儀表等沒有建立設(shè)備信息庫，以供查詢其基本信息及使用狀態(tài)，不利于對這些實驗設(shè)備的維護，且對儀器設(shè)備的領(lǐng)用、借用、修理、報廢、溯源信息、證書、期間核查等記錄的處理仍處于人工階段，處理過程繁瑣，試驗時容易出現(xiàn)使用的設(shè)備超期、損壞或丟失等現(xiàn)象。計量設(shè)備標準量傳線下管理效率低，計量資源難以高效均衡利用，量傳體系基礎(chǔ)薄弱。

（4）實驗設(shè)備種類繁多，通信協(xié)議和接口各不相同

各單位試驗室標準設(shè)備種類多，生產(chǎn)廠家多，沒有標準化的數(shù)據(jù)上傳協(xié)議。被檢設(shè)備品種繁多，部分是實物量具，除電能表、互感器外，多數(shù)指示儀表不具備通信接口，實現(xiàn)自動化檢定難度大?，F(xiàn)場檢測設(shè)備協(xié)議不統(tǒng)一，檢測數(shù)據(jù)自動采錄是難點。

（5）存在數(shù)據(jù)孤島，實驗分析工作缺乏一體化數(shù)據(jù)支撐

對實驗過程和結(jié)果分析沒有建立詳細的信息管理、過程管理和試驗記錄的數(shù)據(jù)庫，無法進行所有實驗的一體化數(shù)據(jù)比對、分析工作，不能充分積累實驗經(jīng)驗，更不能提供數(shù)據(jù)支撐。

2 架構(gòu)設(shè)計

智慧實驗室建設(shè)架構(gòu)如圖1所示，依據(jù)實驗室標準接口規(guī)范，向下連接實驗室各類儀器設(shè)備、檢定裝置、環(huán)境感知裝置、辦公輔助設(shè)備、移動設(shè)備等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理；向上面向智慧實驗室平臺各類應(yīng)用，實現(xiàn)實驗室數(shù)據(jù)匯總和上傳。

圖1 智慧實驗室架構(gòu)設(shè)計圖

數(shù)據(jù)互聯(lián)互通范圍包括試驗設(shè)備、智能設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備。試驗設(shè)備包括電能檢定裝置、互感器檢定裝置、質(zhì)檢檢定裝置、數(shù)字多用表等計量裝置；智能設(shè)備包括環(huán)境感知裝置（溫濕度、電源質(zhì)量、監(jiān)控）、人員感知裝置（人臉識別、指紋、帶國網(wǎng)ESAM芯片加密的工牌）、文件掃描儀等多種設(shè)備；現(xiàn)場設(shè)備包括電能表智能現(xiàn)校儀、互感器智能現(xiàn)校儀等計量器具。

對于符合接口規(guī)范或者標準的設(shè)備，可按照規(guī)范進行互聯(lián)互通管理；對于某些不符合接口管理系列規(guī)范或者相關(guān)標準，設(shè)備本身可通過有線或無線方式連接智能邊緣代理感知設(shè)備。智能邊緣物聯(lián)代理感知設(shè)備管理模塊可對智能邊緣代理感知設(shè)備進行軟件管理，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備、實驗室設(shè)備互聯(lián)互通。

綜合采用軟件、硬件采錄方式，將試驗數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)、定位信息、故障告警等數(shù)據(jù)匯集，通過電力有線專網(wǎng)、電力無線專網(wǎng)等數(shù)據(jù)通道上傳至智慧實驗室管理平臺；智慧實驗室管理平臺將試驗方案、執(zhí)行反饋、預(yù)告警處理等信息，下發(fā)至實驗室各類設(shè)備或臺體軟件。

3 功能實現(xiàn)

計量實驗室的要素包括：人、機、料、法、環(huán)，是計量體系管理的重要工作，分別對應(yīng)人員管理、計量設(shè)備管理、電子身份認證管理、規(guī)程規(guī)范查新、實驗室管理等要素管理，并使用其他功能輔助完成對要素的管理工作。智慧實驗室管理平臺的主要功能如圖2所示，分為7個部分：電子身份認證管理、智能接入管理、人員數(shù)字化管理、實驗室在線管理、計量設(shè)備數(shù)字化管控、計量標準數(shù)字化管理和綜合展示。

圖2 智慧實驗室功能實現(xiàn)

3.1 電子身份認證管理

電子身份標識主要分為計量器具標簽、抗金屬電子標簽、定位與感知標簽三大類，代碼為24位十進制數(shù)據(jù)組成，由公司代碼段、識別碼、流水號和校驗碼四部分構(gòu)成。計量器具標簽主要貼在普通資產(chǎn)類設(shè)備上，利用電子身份認證標簽的中短距離批量掃描特性，使用移動終端，快速識別設(shè)備信息；抗金屬電子標簽主要貼在移動設(shè)備、現(xiàn)場校驗設(shè)備上，能適應(yīng)戶外各種場景，具備耐高低溫、防水防潮、耐輻射等各種惡劣環(huán)境，同時又具有北斗定位等功能；定位與感知標簽主要貼在檢定臺體、實驗室智能設(shè)備上，動態(tài)記錄更新設(shè)備的保管人員、質(zhì)檢、檢定、維修、位置等信息，建立計量設(shè)備“人-財-物-時-空”五位一體管理機制。

通過電子身份認證標識RFID的獲取、安裝、監(jiān)控等環(huán)節(jié)管控，實現(xiàn)計量設(shè)備的全生命周期管理，實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通的規(guī)范化。對公司各級（國網(wǎng)、網(wǎng)省、地市）計量機構(gòu)所使用的計量設(shè)備進行規(guī)范化管理，包括標準設(shè)備的準入、使用維護、定期審查、退出運行的全過程管理，便于各級機構(gòu)能夠自上而下實時監(jiān)控轄區(qū)內(nèi)計量設(shè)備的總體分布、設(shè)備狀態(tài)、計劃執(zhí)行等情況。

3.2 智能接入管理

實驗室設(shè)備按照其分類、特性、數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式、設(shè)備通訊協(xié)議等方面進行分析和分類，確定設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集方法，針對不同類型方法，開發(fā)對應(yīng)的控制和數(shù)據(jù)采集軟件程序與硬件設(shè)備，。主要分為三類：

（1）試驗設(shè)備

根據(jù)不同試驗過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)表征形式的不同，制定了三種不同的信息采錄方式：（1）具備系統(tǒng)的可結(jié)構(gòu)化信息采集，具備上位機的設(shè)備，通過組態(tài)軟件接口進行數(shù)據(jù)采集，包括Web Service、數(shù)據(jù)庫連接等方式；（2）不具備上位機或開放接口的設(shè)備，以及在試驗過程中需要數(shù)據(jù)采集的被測設(shè)備，可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換方式將不同協(xié)議轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一協(xié)議，再通過數(shù)據(jù)采集程序或采集設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集；（3）不具備系統(tǒng)的不可實時采錄信息采集的設(shè)備，叫做“啞設(shè)備”，可通過圖像分析與識別技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取。

（2）智能設(shè)備

智能設(shè)備通過智能邊緣物聯(lián)代理感知設(shè)備接入，對環(huán)境、人員、安全信息數(shù)據(jù)進行采集，對室內(nèi)檢定參考條件做合格化判定，在室內(nèi)檢定標準化作業(yè)和試驗安全管控方面能夠發(fā)揮關(guān)鍵作用。當采集到的數(shù)據(jù)有違規(guī)時及時預(yù)警，向管理員推送預(yù)警消息，同時將預(yù)警數(shù)據(jù)上傳至智慧實驗室管理平臺；具有實時控制能力，必要時可采取自動切斷電源等安全措施。

（3）移動設(shè)備

移動設(shè)備主要指現(xiàn)場校驗裝置，采用國網(wǎng)公司的W-ESAM加密模塊，實現(xiàn)與現(xiàn)場移動作業(yè)終端的身份認證、數(shù)據(jù)加密、無線傳輸；現(xiàn)場移動作業(yè)終端支持移動、聯(lián)通、電信全網(wǎng)通無線網(wǎng)絡(luò)通訊，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)交換；現(xiàn)場移動作業(yè)終端在無通訊網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時，支持測試過程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)暫存功能，在具備通信條件時，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

通過統(tǒng)一的接入交互標準，實現(xiàn)實驗室各類設(shè)備接入。通過對接入設(shè)備進行狀態(tài)分析、故障監(jiān)控達到實時管控、及時發(fā)現(xiàn)問題的目的，精準定位故障，減少由于接入設(shè)備的問題影響相應(yīng)業(yè)務(wù)工作。

3.3 人員數(shù)字化管理

計量人員數(shù)字化管理是對計量管理人員和計量技術(shù)人員的基本信息、崗位信息、授權(quán)信息、能力信息、教育和專業(yè)資格信息、專業(yè)技能和經(jīng)驗信息、培訓(xùn)學(xué)習(xí)等信息進行管理。

通過人員資質(zhì)管理、變更管理、培訓(xùn)管理，有效地管控計量體系人員，保存到計量人員臺賬中，實現(xiàn)計量體系人員的準確、精細管控。

3.4 實驗室在線管理

實驗室在線管理是指對計量檢定機構(gòu)獲得計量授權(quán)、中國合格評定國家認可委員會（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，CNAS）、中國計量認證（China Inspection Body and Laboratory Mandatory Approval，CMA）的考核過程中產(chǎn)生的申請書、行政許可決定書、授權(quán)證書以及相關(guān)信息進行維護管理，以及實驗室比對、實施內(nèi)審流程全過程線上管控并記錄。

通過實驗室的機構(gòu)考核、實驗室比對、實驗室內(nèi)審等管理，明晰實驗室資質(zhì)及狀態(tài)、促使實驗室管理工作準確、高效完成。

3.5 計量設(shè)備數(shù)字化管控

計量標準數(shù)字化管控，建立電能、電測及高壓計量標準器、計量標準裝置及計量測試設(shè)備的臺帳，并對其量值溯源、期間核查、停用、啟用、維護故障維修、報廢等環(huán)節(jié)全流程管理，全過程采用電子身份RFID認證并統(tǒng)一關(guān)聯(lián)，對報告生成環(huán)節(jié)、校核環(huán)節(jié)、審批環(huán)節(jié)采用電子簽章技術(shù)。

通過對設(shè)備精準管控，對計量設(shè)備的各項工作不漏項、不誤用。同時計量設(shè)備量值溯源等工作為計量標準考核提供考核資料依據(jù)。

3.6 計量標準數(shù)字化管理

計量標準數(shù)字化管理，省、地、縣建立電能、電測及高壓計量標準臺帳，并對其新建/復(fù)查考核、穩(wěn)定性考核、重復(fù)性試驗等環(huán)節(jié)全流程管理，確保對計量標準的及時準確管控，同時將計量標準的各類文檔數(shù)字化存儲。

3.7 綜合展示

通過計量體系消息看板、試驗誤差分析、標準規(guī)范在線查新、設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督等一系列大數(shù)據(jù)分析手段，對計量體系的各項工作進行統(tǒng)計和分析。計量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進一步深化應(yīng)用，為后續(xù)工作的優(yōu)化改進提供支撐。

4 結(jié)束語

智慧實驗室的應(yīng)用建設(shè)，實現(xiàn)了設(shè)備“一物一碼、自主識別”，檔案“一次錄入、全網(wǎng)通用”，計劃“自動生成、實時推送”，委托“線上受理、智能排期”，試驗“自動采錄、多端校驗”，證書“線上審批、安全高效”，環(huán)境“全面感知、協(xié)同聯(lián)動”，質(zhì)量“動態(tài)監(jiān)督、實時預(yù)警”，數(shù)據(jù)“渠道暢通、嚴謹可控”，異?！翱茖W(xué)預(yù)測、智能研判”等一系列功能，達到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的要求。

國網(wǎng)公司計量設(shè)備互聯(lián)互通，實時掌控設(shè)備運行、實驗室資質(zhì)、試驗人員、受控文件、試驗任務(wù)等狀況，嚴控計量業(yè)務(wù)活動操作合法性，實現(xiàn)計量業(yè)務(wù)、質(zhì)量體系全面線上處理與數(shù)據(jù)聯(lián)動，高效提升計量活動執(zhí)行效率、質(zhì)量和智能化程度，進一步開展試驗數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化研究，挖掘海量試驗數(shù)據(jù)價值。