金樹軍

1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系，研究礦用設(shè)備標(biāo)識編碼規(guī)則，實現(xiàn)一物一碼；基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點平臺，研究開發(fā)標(biāo)識解析鑒權(quán)接口，實現(xiàn)萬物互聯(lián)；根據(jù)煤礦設(shè)備點巡檢、維修、保養(yǎng)等關(guān)鍵運維作業(yè)手工操作的落后現(xiàn)狀，研究開發(fā)礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)，實現(xiàn)使用維護(hù)人員操作行為有記錄，煤礦設(shè)備運維數(shù)據(jù)有分析，煤礦企業(yè)設(shè)備綜合管理決策有依據(jù)。

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中指出，打造自主可控的標(biāo)識解析體系。2017—2021年，國務(wù)院或工信部每年都有關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面相關(guān)政策、指導(dǎo)意見、工作計劃出臺，引導(dǎo)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，加快標(biāo)識解析體系應(yīng)用，推動設(shè)備智能化進(jìn)程[1]。2020年3月份，八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，意見指出，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為方向，探索建立國家級煤礦信息大數(shù)據(jù)分析與共享交換平臺，同步推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全和煤礦智能化發(fā)展，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)、新一代通信技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)在煤炭工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。煤礦智能化的核心是煤礦裝備的智能化，通過煤礦裝備的智能化，帶動煤礦裝備管理的智能化，促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)和提質(zhì)降本增效。目前，煤礦在用的大部分裝備均為非智能化裝備，需要通過智能化手段，賦予這類裝備智能化能力，以全部或部分達(dá)到智能化水平，或智能化管理水平。無論是智能化裝備，還是非智能化裝備，其智能化管理均存在編碼規(guī)則不統(tǒng)一，信息互通存在壁壘，點巡檢、維修、保養(yǎng)等關(guān)鍵運維作業(yè)手工操作缺陷。為此，本文研究了國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點編碼規(guī)則，設(shè)計開發(fā)了自由編碼功能模塊[2]；研究了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點接口協(xié)議，設(shè)計開發(fā)了不同企業(yè)、不同類型、不同設(shè)備鑒權(quán)接入接口；分析了礦用設(shè)備關(guān)鍵運維業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，研究了離線環(huán)境數(shù)據(jù)同步技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了煤礦井下設(shè)備無紙化點巡檢、維修、保養(yǎng)系統(tǒng)及App小程序。

1 礦用設(shè)備管理現(xiàn)狀

通過對東北地區(qū)部分礦業(yè)集團(tuán)、煤礦現(xiàn)場設(shè)備管理系統(tǒng)現(xiàn)狀的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)各礦業(yè)集團(tuán)、煤礦在設(shè)備管理方面普遍存在著管理信息零散，缺乏長期完整的信息化管理手段等問題。僅在礦務(wù)局一級有設(shè)備管理臺賬，且完全靠人工錄入，甚至不錄入、不驗貨，到貨后直接安排各礦運回。導(dǎo)致存在設(shè)備都去哪兒了，誰使用過，維修過哪些部件的跟蹤難題；設(shè)備是在用還是已報廢，是正常還是故障的查詢難題；有多少設(shè)備在用，多少閑置，維護(hù)情況怎么樣的統(tǒng)計難題；設(shè)備證書是否到期，維保工作何時進(jìn)行的預(yù)警難題；設(shè)備的維修保養(yǎng)記錄，備件耗材的使用記錄，設(shè)備上的總花費無法追溯的追溯難題。這些難題在各礦業(yè)集團(tuán)、煤礦設(shè)備管理方面普遍存在，一直無法得到根本解決。

另外，各煤礦設(shè)備管理部門管理著大量設(shè)備，每個設(shè)備及部件均有定期的檢修和保養(yǎng)工作，計劃的整理和安排消耗相關(guān)人員大量的時間，并且可能存在執(zhí)行厭惡，無法保障設(shè)備達(dá)到最優(yōu)使用率的現(xiàn)象；每個設(shè)備都有自己的特點，在設(shè)備維保、點檢過程中如何根據(jù)設(shè)備制定規(guī)范，實施人員都是根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行操作，人為因素影響過大；設(shè)備的維修效率不高，經(jīng)驗無法傳承，維修不及時，且成本高，不能有效地集中管理。這些難題在各礦業(yè)集團(tuán)、煤礦也一直沒有得到很好地解決。尤其是井下設(shè)備的點巡檢、維修、保養(yǎng)等工作，依然保留在紙質(zhì)單據(jù)人工填寫記錄的操作手段層面。導(dǎo)致設(shè)備的點巡檢、維修、保養(yǎng)是否及時、是否全面、是否到位無法得到保障，點巡檢、維修、保養(yǎng)的數(shù)據(jù)無法保存、清洗、分析利用。

基于以上礦用設(shè)備管理現(xiàn)狀，本文提出并研究設(shè)計了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點平臺的礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)，希望對各礦業(yè)集團(tuán)、煤礦的設(shè)備管理提供參考[3]。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系研究

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系的重組成部分，是支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的神經(jīng)樞紐[4]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系由標(biāo)識編碼、標(biāo)識載體、標(biāo)識解析系統(tǒng)、標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)等部分組成。

標(biāo)識編碼能夠唯一識別物料、機(jī)器、產(chǎn)品等物理資源和工序、軟件、模型、數(shù)據(jù)等虛擬資源的身份符號，類似于“身份證”[5]。標(biāo)識編碼通常存儲在標(biāo)識載體中，包括主動標(biāo)識載體和被動標(biāo)識載體。

標(biāo)識解析系統(tǒng)能夠根據(jù)標(biāo)識編碼查詢目標(biāo)對象網(wǎng)絡(luò)位置或者相關(guān)信息的系統(tǒng)，對物理對象和虛擬對象進(jìn)行唯一性的邏輯定位和信息查詢，是實現(xiàn)全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)精準(zhǔn)對接、產(chǎn)品全生命周期管理和智能化服務(wù)的前提和基礎(chǔ)[6]。

標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)能夠借助標(biāo)識編碼資源和標(biāo)識解析系統(tǒng)開展工業(yè)標(biāo)識數(shù)據(jù)管理和跨企業(yè)、跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨國家的數(shù)據(jù)共享共用[7]。

根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系整體架構(gòu)，本文基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點，研究開發(fā)了API接口，如圖1所示。API接口采用HTTP REST協(xié)議，通過Bearer Token授權(quán)進(jìn)行資源訪問。API接口實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)平臺和二級節(jié)點之間按照數(shù)據(jù)模板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，包括標(biāo)識注冊、標(biāo)識解析、標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)等交互[8]。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點應(yīng)用架構(gòu)Fig.1 The application architecture of the second-level node for industrial Internet identification resolution

為了方便用戶使用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點的編碼規(guī)則，本文還研究設(shè)計了編碼模塊，如圖2所示。編碼模塊按照編碼規(guī)則進(jìn)行了靈活的軟件功能設(shè)計，用戶可以通過編碼元則管理功能菜單對編碼規(guī)則進(jìn)行新增、編輯、查看等操作。編碼規(guī)則模塊預(yù)置了編碼規(guī)則中的企業(yè)前綴、文本框、當(dāng)前年（四位數(shù)）、當(dāng)前月（兩位數(shù)）、當(dāng)前日在年中次序、當(dāng)前小時（24小時制）、當(dāng)前天在本周的次序、當(dāng)前年（后兩位）、流水號等，用戶可以按照自己意愿或?qū)嶋H需要選取規(guī)則中的一項或幾項，可以進(jìn)行前后順序調(diào)整，可以添加表示部門、業(yè)務(wù)等的文本，實現(xiàn)零代碼的編碼。

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點應(yīng)用服務(wù)平臺編碼模塊Fig.2 The coding module of the secondary node application service platform for industrial Internet identification analysis

3 礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)研究

具備了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點平臺及標(biāo)識編碼規(guī)則應(yīng)用模塊以后，礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)就具備了實現(xiàn)一物一碼，一碼到底的基礎(chǔ)[9]。在這個基礎(chǔ)之上，本文進(jìn)行了系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計、軟件主要應(yīng)用功能開發(fā)和App應(yīng)用功能開發(fā)。

3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

如圖3所示。礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)主要包括8大功能模塊，分別是設(shè)備臺賬管理、設(shè)備運行管理、設(shè)備養(yǎng)護(hù)計劃、設(shè)備購置管理、備品備件管理、統(tǒng)計分析管理、維修人員管理以及設(shè)備維修管理等。

圖3 礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.3 Overall architecture of key operation and maintenance systems for mining equipment

本文研究內(nèi)容和目標(biāo)同時考慮到本系統(tǒng)即可以和用戶現(xiàn)有設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行對接，解決期初數(shù)據(jù)同步，避免數(shù)據(jù)重復(fù)錄入問題，又可以獨立使用，通過設(shè)備購置管理、設(shè)備臺賬管理、備品備件管理、維修人員管理等功能模塊，實現(xiàn)應(yīng)用方面和設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的替代和銜接，保證設(shè)備管理系統(tǒng)全業(yè)務(wù)流程正常運轉(zhuǎn)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

大部分礦用設(shè)備都在煤礦井下，很多煤礦井下還未進(jìn)行WiFi、4G或5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，即使少部分煤礦井下建設(shè)了無線網(wǎng)絡(luò)，也未能實現(xiàn)全覆蓋。因此，利用本安型手機(jī)等移動終端在煤礦井下進(jìn)行掃碼點巡檢、維修、保養(yǎng)等操作時，存在無法進(jìn)行或者無法實時同步數(shù)據(jù)等難題[10]。因此，如何實現(xiàn)移動終端在離線、在線等不同狀態(tài)下多用戶數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)同步，是本文研究的重點。

（1）Data Ability存儲技術(shù)。研究Data Ability數(shù)據(jù)庫的運作機(jī)制、存儲機(jī)制，數(shù)據(jù)庫中連接池的最大數(shù)量、同一時間對數(shù)據(jù)操作的限制、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)等技術(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)自身和其他應(yīng)用存儲數(shù)據(jù)的訪問，既可用于同設(shè)備不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享，也支持跨設(shè)備不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享，滿足客戶更高的數(shù)據(jù)管理及存儲需求。

（2）在線狀態(tài)App信息增量同步技術(shù)。通過研究App數(shù)據(jù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)同步異常問題原因，研究后臺服務(wù)校驗技術(shù)，通過增量數(shù)據(jù)方法，保障數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的唯一性，避免冗余數(shù)據(jù)存在的同時，節(jié)省數(shù)據(jù)庫存儲空間，提升數(shù)據(jù)同步效率，緩解服務(wù)器壓力。

（3）離線狀態(tài)App應(yīng)用場景及功能實現(xiàn)技術(shù)。研究在有網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)下將從服務(wù)器獲取的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)緩存到本地，在調(diào)用網(wǎng)絡(luò)接口后自動緩存返回相關(guān)格式數(shù)據(jù)，在斷網(wǎng)或弱網(wǎng)的狀態(tài)下啟動App時讀取本地緩存數(shù)據(jù)顯示在界面上，如果搜索到網(wǎng)絡(luò)，則自動上傳數(shù)據(jù)，避免傳輸失敗后數(shù)據(jù)的丟失。

3.3 關(guān)鍵功能

針對用戶現(xiàn)有設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)使用中存在的缺陷和不足，本文研究的設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)用功能主要體現(xiàn)在點巡檢、維修、保養(yǎng)上，具體開發(fā)思路如下[11]。

（1）可根據(jù)不同設(shè)備類型配置設(shè)備點巡檢、保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。包括點巡檢和保養(yǎng)名稱、使用的工具、設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，以及點巡檢和保養(yǎng)項目等。點巡檢和保養(yǎng)項目編輯靈

…………活方便。一方面，可自由增減點巡檢、保養(yǎng)項目數(shù)量；另一方面，可自由配置每個點巡檢、保養(yǎng)項目的內(nèi)容和方式。比如可自由配置為文本方式或者數(shù)值方式，且若為文本方式，系統(tǒng)會默認(rèn)為合格，若為數(shù)值方式，系統(tǒng)會提供數(shù)值區(qū)間及默認(rèn)值配置。在配置好后，用App掃碼點巡檢、保養(yǎng)時，若設(shè)備沒有出現(xiàn)異常，操作人員只需提交即可完成點巡檢、保養(yǎng)工作。

（2）可根據(jù)不同設(shè)備類型配置設(shè)備點巡檢和保養(yǎng)計劃。包括計劃名稱、所屬部門、點巡檢和保養(yǎng)時間、周期、提醒時間、點巡檢和保養(yǎng)人員等。計劃的通知即可以在服務(wù)器端，也可以在App端，即可以按照制定的計劃自動提醒，也可以按照實際需要，由管理人員手動發(fā)起。

（3）可對設(shè)備、備品備件、維修班組以及維修人員進(jìn)行綁定，針對不同設(shè)備類型、不同故障類型，進(jìn)行定向引導(dǎo)指派維修，詳細(xì)記錄故障類型、級別，更換部件類型和數(shù)量，提高維修效率和效果。

4 結(jié)語

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系為基礎(chǔ)，設(shè)計和開發(fā)的礦用設(shè)備關(guān)鍵運維系統(tǒng)，實現(xiàn)了和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點對接，為用戶提供了通用標(biāo)識編碼規(guī)則、技術(shù)和應(yīng)用；彌補(bǔ)了煤礦用戶使用設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)在煤礦井下進(jìn)行點巡檢、維修、保養(yǎng)等人工操作的不足，為煤礦智能化建設(shè)的設(shè)備管理提供了必要的技術(shù)手段，達(dá)到了礦用設(shè)備全信息化管理的目的。

引用

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