藍(lán) 青 郭振宇 王慶凱 周 冶

(1.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.礦冶過程自動(dòng)控制技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100160；3.礦冶過程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100160)

由于選礦廠設(shè)備多、分布廣、流程長，在傳統(tǒng)的人工巡檢過程，點(diǎn)巡檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且發(fā)現(xiàn)問題無有效及時(shí)的處理手段，這樣會(huì)導(dǎo)致很多巡檢崗需設(shè)置專人專崗，每個(gè)人負(fù)責(zé)的區(qū)域非常有限，人力成本支出較大。此外，在傳統(tǒng)設(shè)備巡檢進(jìn)行過程中，一般采用紙質(zhì)填寫記錄方式，記錄工作量大，對記錄無有效的分析管理手段，無法挖掘出記錄數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，在數(shù)據(jù)記錄和巡檢上也很難保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性與真實(shí)性，靠制度無法進(jìn)行有效約束，易造成點(diǎn)巡檢工作流于形式。

RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)是一種非接觸式遠(yuǎn)距離的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可通過射頻信號(hào)識(shí)別標(biāo)簽并獲取預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，具有易讀取性、可加密編碼及抗干擾三大特點(diǎn)[1]，可滿足選礦廠的設(shè)備特點(diǎn)及巡檢環(huán)境要求。本文基于RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的巡檢管理軟件和移動(dòng)端應(yīng)用軟件，從技術(shù)上保證設(shè)備巡檢的及時(shí)性、規(guī)范性、真實(shí)有效性。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 RFID讀寫系統(tǒng)

為保證巡檢的有效性，確保巡檢人員到達(dá)巡檢點(diǎn)，在各巡檢設(shè)備及關(guān)鍵流程節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)可讀取的標(biāo)簽是移動(dòng)巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，目前常用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)有條形碼、IC卡、NFC及RFID等，其中條形碼容易復(fù)制且容易被車間粉塵覆蓋，而IC卡與NFC需近距離接觸式讀取，在巡檢時(shí)對標(biāo)簽的安裝位置要求較高。系統(tǒng)綜合考慮選礦廠應(yīng)用環(huán)境及巡檢讀取的要求，基于標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽，設(shè)計(jì)相應(yīng)的讀寫系統(tǒng)。系統(tǒng)包括物理層、中間層和應(yīng)用層[2]，物理層由標(biāo)簽、天線、讀寫器等硬件設(shè)備組成，本系統(tǒng)采用EPC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽，保證數(shù)據(jù)的報(bào)文格式一致，設(shè)備編碼存儲(chǔ)于標(biāo)簽EPC區(qū)，設(shè)備的基本信息及巡檢提示存儲(chǔ)于USER區(qū)。中間層設(shè)計(jì)有信息采集的中間件，包含系統(tǒng)的接口程序，負(fù)責(zé)巡檢軟件與讀寫器的協(xié)調(diào)控制、進(jìn)程管理、發(fā)送上電、休眠等指令，同時(shí)對讀取回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。讀寫器在收到接口程序指令后發(fā)出高頻能量，激活電子標(biāo)簽并為其提供能量，執(zhí)行從應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)送的指令，完成標(biāo)簽讀寫。應(yīng)用層為移動(dòng)端APP的重要功能模塊，負(fù)責(zé)應(yīng)用軟件與接口程序的雙向通信，在需要讀取設(shè)備信息時(shí)，下發(fā)讀取指令，同時(shí)將讀取的設(shè)備編碼及USER區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳。

1.2 巡檢系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)巡檢系統(tǒng)主要圍繞選礦廠設(shè)備的巡檢、報(bào)修操作設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行情況及相應(yīng)的數(shù)據(jù)推送，對設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢、記錄及上傳，系統(tǒng)除包含RFID標(biāo)簽，還配置有后臺(tái)服務(wù)器、智能移動(dòng)終端及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。RFID標(biāo)簽安裝于設(shè)備側(cè)，標(biāo)簽寫入設(shè)備編號(hào)及基本信息。巡檢服務(wù)器用于部署巡檢系統(tǒng)服務(wù)程序，提供巡檢服務(wù)并存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過OPC采集DCS數(shù)據(jù)[3，4]，以便巡檢時(shí)查看各生產(chǎn)數(shù)據(jù)，幫助判斷設(shè)備情況。智能移動(dòng)終端集成有RFID讀卡器，具備RFID讀寫功能，同時(shí)具備連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)的功能，用于現(xiàn)場設(shè)備巡檢記錄、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)查看、記錄查看[5，6]。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 巡檢系統(tǒng)的總體架構(gòu)

2 巡檢系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)巡檢系統(tǒng)使用人員包含巡檢人員、維修人員、生產(chǎn)管理人員及技術(shù)管理員。系統(tǒng)使用時(shí)，由技術(shù)管理員按現(xiàn)場需求，先進(jìn)行RFID卡、巡檢設(shè)備、路線等的配置，巡檢人員使用專用巡檢終端進(jìn)行巡檢及報(bào)修，維修人員在接到維修任務(wù)后進(jìn)行維修及情況反饋，各級(jí)管理人員在巡檢及報(bào)修的過程中對巡檢報(bào)修任務(wù)進(jìn)行審批?；诟鹘巧獙?shí)現(xiàn)的功能要求，系統(tǒng)軟件采用B/S與C/S雙架構(gòu)設(shè)計(jì)[7]，技術(shù)管理員通過B/S架構(gòu)中前端網(wǎng)頁進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)管理，可以靈活地進(jìn)行賬戶、巡檢任務(wù)及系統(tǒng)配置進(jìn)行管理。巡檢專用手持終端與服務(wù)器的通信采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)相應(yīng)的移動(dòng)端APP，其它使用人員通過APP進(jìn)行巡檢、報(bào)修、流程審批及記錄查看等操作。

針對系統(tǒng)，采用三端交互形式，服務(wù)端基于SpringBoot框架進(jìn)行開發(fā)[8]，管理前端采用VUE.js前端框架，移動(dòng)端采用Android原生開發(fā)[9]。巡檢系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 巡檢系統(tǒng)軟件架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

完成架構(gòu)設(shè)計(jì)后，根據(jù)需求分析對各功能模塊進(jìn)行功能設(shè)計(jì)?？傮w上，系統(tǒng)分為管理員使用的Web端管理系統(tǒng)及普通用戶使用的移動(dòng)端APP。后端管理系統(tǒng)包含賬號(hào)管理、審批管理、巡檢管理、報(bào)修管理及系統(tǒng)設(shè)置。具體各模塊實(shí)現(xiàn)功能如圖3所示。

圖3 后臺(tái)管理系統(tǒng)功能模塊Fig.3 The function module managment system

移動(dòng)端APP主要實(shí)現(xiàn)用戶登錄、設(shè)備巡檢、設(shè)備檢修、記錄查看及系統(tǒng)設(shè)置功能，各模塊具體功能如圖4所示。

圖4 移動(dòng)端APP功能模塊Fig.4 The function module mobile APP

2.2.1 賬戶操作及審批管理功能

為適應(yīng)不同選礦廠的不同管理形式，首先設(shè)計(jì)組織架構(gòu)配置功能，在賬號(hào)注冊時(shí)可進(jìn)行架構(gòu)關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)流程審批的可配置。普通用戶在移動(dòng)端進(jìn)行賬號(hào)注冊，填寫用戶名、密碼等，選擇在組織架構(gòu)中已配置好的所屬班組、角色，前端會(huì)進(jìn)行基本信息校驗(yàn)，注冊信息提交后，管理員后臺(tái)審核通過后賬號(hào)生效。具體流程如圖5所示。

圖5 賬戶及審批管理流程Fig.5 Flow for account and approval management

2.2.2 設(shè)備巡檢與檢修功能

設(shè)備巡檢與檢修功能是移動(dòng)巡檢系統(tǒng)的核心功能，主要分為巡檢配置和設(shè)備巡檢報(bào)修、檢修反饋四大部分[10]。

1)巡檢配置。巡檢配置由管理員在Web端完成，包含巡檢點(diǎn)配置、巡檢設(shè)備配置、巡檢路線配置，管理員將巡檢內(nèi)容增加至巡檢點(diǎn)庫，按實(shí)際RFID標(biāo)簽安裝情況配置設(shè)備RFID編碼、設(shè)備名稱、所屬車間等，之后，從巡檢庫中進(jìn)行巡檢點(diǎn)關(guān)聯(lián)，在完成設(shè)備配置后，設(shè)置巡檢時(shí)間、周期、順序，生成巡檢路線。

2)設(shè)備巡檢。系統(tǒng)按巡檢路線中的預(yù)設(shè)周期進(jìn)行任務(wù)生成，巡檢人員攜帶智能巡檢終端到指定巡檢區(qū)域進(jìn)行掃卡巡檢，在巡檢過程中，實(shí)時(shí)與后臺(tái)巡檢服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，讀取巡檢路線、巡檢項(xiàng)內(nèi)容，并將巡檢記錄實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于服務(wù)器。巡檢完成后，提交下一級(jí)審核，形成本次巡檢簡報(bào)，由系統(tǒng)分發(fā)給相應(yīng)人員，若巡檢不合格，上級(jí)審核人員可要求進(jìn)行重新巡檢。

3)巡檢報(bào)修。巡檢人員在巡檢時(shí)，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及巡檢人員現(xiàn)場判斷情況，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備有故障，對故障進(jìn)行記錄后提交報(bào)修，報(bào)修提交后按故障等級(jí)發(fā)送不同的審核人員，審核完成進(jìn)行維修派單，所派單的維修人員會(huì)收到該工單的推送。

4)檢修反饋。維修人員接到工單后進(jìn)行維修，處理完成后，上傳相關(guān)報(bào)告，反饋維修情況，最后辦結(jié)任務(wù)。設(shè)備巡檢及檢修的流程如圖6所示。

圖6 設(shè)備巡檢及報(bào)修流程圖Fig.6 The flow chart of equipment inspection and repair

2.2.3 記錄查看與統(tǒng)計(jì)分析功能

記錄查看與統(tǒng)計(jì)分析功能主要是實(shí)現(xiàn)巡檢維修記錄與統(tǒng)計(jì)分析。其中，記錄查看實(shí)現(xiàn)對本賬號(hào)自己巡檢記錄進(jìn)行查看，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的頁面按日期查詢歷史記錄；統(tǒng)計(jì)分析實(shí)現(xiàn)對人員及設(shè)備分類進(jìn)行巡檢、報(bào)修統(tǒng)計(jì)，以向管理人員提供考核依據(jù)。對故障以時(shí)間及設(shè)備類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的健康進(jìn)行評估，促進(jìn)設(shè)備管理的數(shù)字化、智能化。

3 巡檢系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

系統(tǒng)開發(fā)完成后，在江鎢集團(tuán)某選礦廠進(jìn)行了部署應(yīng)用。該選礦廠包含破碎、磨浮、尾礦三個(gè)生產(chǎn)流程236臺(tái)巡檢設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的重要性及位置，按區(qū)域共安裝RFID標(biāo)簽130個(gè)，規(guī)劃12條巡檢路線，每日24次巡檢任務(wù)。移動(dòng)巡檢系統(tǒng)投用后，全面采用移動(dòng)巡檢系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備巡檢及報(bào)修，實(shí)現(xiàn)了對選礦廠設(shè)備的數(shù)字化、智能化巡檢，從技術(shù)上保證了設(shè)備巡檢、檢修的及時(shí)性，解決了該選礦廠傳統(tǒng)巡檢方式人為因素多、信息不及時(shí)、管理效率低、無法有效統(tǒng)計(jì)分析等問題。

4 結(jié)論

1)將RFID技術(shù)用于選礦設(shè)備巡檢系統(tǒng)，可充分利用其編碼唯一和可加密的特點(diǎn)，確保人員到達(dá)巡檢點(diǎn)，徹底消除了漏檢現(xiàn)象，提高提升選礦廠巡檢的有效性。

2)通過對巡檢、報(bào)修流程的合理化設(shè)計(jì)，規(guī)范巡檢路線、巡檢內(nèi)容，可解決巡檢標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、責(zé)任不明確等問題。通過審批流程的加入，選礦廠管理人員可實(shí)時(shí)查看巡檢情況，實(shí)現(xiàn)巡檢、報(bào)修的全方位跟蹤，為設(shè)備的數(shù)字化管理打下基礎(chǔ)。

3)與原有的基于紙質(zhì)記錄的巡檢方式相比，基于RFID技術(shù)的選礦廠設(shè)備移動(dòng)巡檢系統(tǒng)人機(jī)交互性更強(qiáng)，巡檢時(shí)可查看上下游設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使巡檢效率得到大幅度提升。在記錄方式上，除傳統(tǒng)的文字記錄外，加入聲音、照片及視頻，極大豐富了故障記錄形式，可為后續(xù)判斷設(shè)備故障、檢修提供更可靠的依據(jù)，對選礦廠的設(shè)備管理有較大的提升，系統(tǒng)中巡檢報(bào)修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能也可為選礦廠后續(xù)進(jìn)行設(shè)備的健康管理提供扎實(shí)的數(shù)據(jù)源。