基于物聯網的儀器儀表管理系統研究

郝韓兵 李冀 杜鵬 汪太平 劉鑫

(國網安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽合肥 230000)

0 引言

目前，電網企業設備管理中儀器儀表的種類和規模不斷擴大，成為日常管理中不可忽視的一個方面。以下屬某公司為例，前期在冊儀器儀表主要可分為金屬化學試驗、電氣試驗兩大類，并已對儀器儀表實行了賬、卡、物三合一管理，進行出入庫登記制度，但在管理上仍以人工方式為主，日常使用采用人工登記的方式，沒有形成信息化統一管理，導致在儀器儀表的定額、采購過程中難以形成基于數據的策略支持，可能造成儀器儀表的采購計劃、采購結果等和實際生產情況脫節，不能將儀器儀表的價值最大化。具體問題表現如下：

(1)無法了解企業儀器儀表的整體情況，如儀器儀表的構成情況、數量分布、類型分布、價值分布等。

(2)使用人員在領用、歸還、送檢、維修等環節中，沒有有效的技術手段，對儀器儀表的過程行為行成記錄和匯總，最終導致在對儀器儀表的各類分析中，無法提供日常的業務數據作為分析依據，對儀器儀表如出現損壞、丟失等情況時，無法明確到具體責任人。

(3)領用人員在領用儀器儀表的過程中，無法了解到儀器儀表的在庫情況，往往通過電話詢問或者庫房現場查看的方式，來獲取儀器儀表的在庫情況，這種方式會導致工作量和人工成本的增加。

(4)對儀器儀表的使用率、返修率等情況，無法做到知根知底，僅能通過人工主觀經驗作為分析依據，缺乏系統、準確的判斷。上級單位在批復儀器儀表采購和維修計劃的過程中，沒有數據依據作為支撐，可能導致出現需要的種類沒有采購，不需要采購或通過外委即可滿足需求的種類過度采購。

(5)對各類儀器儀表品牌的使用情況不能形成對比分析，可能導致采購的儀器儀表不是性價比最高的或最適合一線使用的品牌。

(6)儀器儀表在日常使用中，工作人員形成的使用經驗、維修方法或心得體會等，無法通過統一的溝通交流平臺進行及時、有效記錄、分享[1]。

1 設計思路

結合資產全壽命周期管理理念，針對儀器儀表管理現狀，搭建一套既科學合理、又滿足工作要求的信息系統和效益分析模型，達到如下目的：

(1)借助先進技術手段，對儀器儀表的日常行為數據進行自動采集，同時和相關業務系統通過接口等方式進行數據交互，在盡量不改變日常使用習慣的前提下，采集儀器儀表的行為數據。

(2)構建儀器儀表分析模型，結合指標構建和定性分析，從多維度對儀器儀表的產出效益進行科學、合理的分析。

(3)基于采集到的行為數據，從多維度對儀器儀表的使用情況進行分析，最終為后期儀器儀表的定額分配、采購計劃審批、采購品牌選擇等各個方面提供決策依據。

(4)實時反映庫存、在用情況，幫助一線使用人員快捷了解儀器儀表的在用情況，避免員工時間和成本的浪費。

(5)形成儀器儀表知識庫，為使用者、管理者提供一個溝通、交流、學習和分享的平臺。

2 實現方式

2.1 應用技術

(1)人臉識別技術。人臉識別技術是基于人的臉部特征，對于輸入的人臉圖像或者視頻流，首先判斷其是否存在人臉，如果存在人臉，則進一步辨別每個人臉的位置、大小和主要面部器官的位置信息。依據這些信息，進一步提取每個人臉中所蘊涵的身份特征，并將其與已知的人臉進行對比，從而識別每個人臉的身份[2]。

廣義的人臉識別實際包括構建人臉識別系統的一系列相關技術，包括人臉圖像采集、人臉定位、人臉識別預處理、身份確認以及身份查找等；而狹義的人臉識別特指通過人臉進行身份確認或者身份查找的技術或系統[2]。在本次系統設計中，人臉識別技術主要應用于生產管理中，通過數據采集和人臉識別的方式，對領用、送檢、維修、歸還操作人員進行識別和記錄。

(2)無線射頻技術(RFID)。無線射頻識別即射頻識別技術(RFID)，是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體(電子標簽或射頻卡)進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的，其被認為是21世紀最具發展潛力的信息技術之一[3]。

無線射頻識別技術通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術，通過無線通信結合數據訪問技術，然后連接數據庫系統，加以實現非接觸式的雙向通信，從而達到了識別的目的，用于數據交換，串聯起一個極其復雜的系統。在識別系統中，通過電磁波實現電子標簽的讀寫與通信，根據通信距離，可分為近場和遠場，為此讀/寫設備和電子標簽之間的數據交換方式也對應地被分為負載調制和反向散射調制[3]。

在本次項目中，RFID技術主要應用于記錄儀器儀表出庫和入庫的信息。結合人臉識別技術，用以明確儀器儀表由誰在什么時間領用出庫和歸還入庫的。

(3)物聯網。物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，IT行業又叫：泛互聯，意指物物相連，萬物萬聯。由此，“物聯網就是物物相連的互聯網”。這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信[4]。

在本次項目中，此技術主要應用方式為在庫房安裝模擬傳感器，通過傳感器的感應選擇，明確儀器儀表的出入庫屬性，進而結合人臉識別技術、RFID技術，綜合確定儀器儀表是由誰在什么時間進行了出庫或入庫、存放位置以及業務管理所需的行為方式記錄。

2.2 設計應用場景

(1)儀器儀表領用。使用人員通過系統或移動端“儀器儀表庫存情況查詢”模塊，查詢儀器儀表的在庫情況，如明確儀器儀表在庫，則可到庫房進行領用；如發現儀器儀表當前不在庫，則可進一步通過“儀器儀表出庫臺賬表”查詢儀器儀表的出庫情況。

使用人員到庫房后，會自動被庫房的人臉識別設備識別，記錄該人員進入庫房的時間。

使用人員領用儀器儀表后，離開庫房前，在庫房門口電子設備或移動端手工選擇儀器儀表本次的出庫類型，如領用、送檢、維修、報廢。

使用人員離開庫房，會自動被庫房的RFID設備讀取到儀器儀表的出庫信息。并結合面部識別和手工選擇的出庫類型數據，自動形成儀器儀表的出庫登記信息。

(2)儀器儀表送檢。方式同上述“儀器儀表領用”。

(3)儀器儀表維修。方式同上述“儀器儀表領用”。

(4)儀器儀表歸還。使用人員攜帶儀器儀表到達庫房后，會自動被庫房的人臉識別設備識別，記錄該人員進入庫房時間。

使用的儀器儀表，會自動被庫房的RFID設備讀取到設備的入庫信息，自動形成儀器儀表的入庫登記信息。

2.3 系統功能設計

(1)基礎檔案模塊。記錄儀器儀表的基本信息，包括儀器儀表編號、名稱、類型、所屬班組、存放庫房、采購時間、采購金額、預計使用壽命、單次使用產生收入(估算)、RFID識別碼等信息。基本信息主要從企業生產管理系統同步，目前個別信息需要由管理人員在同步的基礎上手工增加。

(2)庫存管理模塊。

出入庫登記：根據面部識別數據、RFID數據、物聯網數據匯總，結合系統算法，自動生成儀器儀表的出入庫信息。

出入庫臺賬：結合出入庫信息，匯總生成儀器儀表的出入庫臺賬信息。

庫存情況查詢：以名稱、編號、所屬班組、存放庫房等信息作為查詢條件，查詢儀器儀表是否在庫。

(3)效益分析模塊。

分析指標庫：構建效益分析模型，設置指標名稱、指標類型、取值范圍、計算方式等。

分析量表：選擇分析對象，確定分析期間，設置分析對象的分析量表，包括從指標庫中引用的分析指標、指標權重等信息。

效益分析(定量指標)：對分析量表中的定量指標實現自動取數，根據指標計算方式，結合庫存管理模塊的出入庫信息，自動計算指標得分。

效益分析(定性指標)：對分析量表中的定性指標進行人工評分。

(4)統計分析模塊。

使用率分析：借助圖形、報表，分析儀器儀表在某一個期間內的使用率。

返修率分析：借助圖形、報表，分析儀器儀表在某一個期間內的返修率。

效益分析結果匯總：結合效益分析模塊多個維度的評分情況，統計儀器儀表在某一期間內的整體評分情況，并根據評分結果自動評級。

品牌對比分析：對比不同品牌在使用率、返修率、綜合效益等多個維度的綜合對比。

(5)知識分享模塊。

使用心得：員工可以通過此功能模塊上傳儀器儀表的使用心得、實踐經驗等，并可設置查看權限。

操作手冊：由維護人員定期上傳各類儀器儀表的操作手冊、使用說明等，并可設置允許查看的范圍。

學習互動：通過交流論壇方式，所有用戶可以針對儀器儀表的使用、維護、檢修等進行在線的互動和討論，并能上傳相關附件、圖片、視頻等信息。

3 改進方向

目前，系統應用所依托的技術和設備相對較為完善，但跨系統數據的集成和歷史信息的缺乏，導致數據系統性不足，給應用分析工作造成一定影響，特別是效益分析模型的建立，目前還較為簡單，需要歷史數據的不斷積累進而完善，最終實現對儀器儀表全壽命管理、全過程記錄、精準化分析。基于此，主要從以下方面推動相關改進工作。

(1)擴展數據分析和應用的深度。借鑒先進單位管理經驗，完善信息系統數據接入、采集方式，拓展儀器儀表種類的應用范圍，減少人力資源投入，提高工作效率。

(2)優化效益分析模型，構建從采購到應用支出、收益的精細化統計，通過對歷史數據的不斷積累和不同設備管理經驗的相互借鑒，實現對決策管理的精準化支撐。

(3)通過系統的設計、建設，最終實現跨系統數據集成和現場使用信息全自動采集，取消部分人工參與數據錄入的過程，提高分析數據的真實性和準確性。

4 結語

基于資產全壽命周期管理理念，設計、建立電網企業儀器儀表管理系統，運用新技術和大數據分析，能夠實現科學、高效的管理設備，提高資產使用效率，同時通過建立儀器儀表效益分析模型，可為儀器儀表的定額分配、采購品牌選擇等方面提供決策依據。隨著歷史數據的不斷積累，數據資產的價值將愈加顯著，對設備的精益化管理水平也將不斷提高。