基于實物ID的資產普查與隱患排查系統研究

劉紅星，楊紅平，王民濤，馬玲玲，范天野

(1.國家電網內蒙古東部電力有限公司，內蒙古 呼和浩特 010011；2.國家電網內蒙古東部電力有限公司資產分公司，內蒙古 呼和浩特 010010)

0 引 言

深度融合物聯網技術、歷史運維數據深度分析技術、設備隱患指數預測技術等智慧電網支撐技術[1]，積極探索支撐技術疊加累積效應，突破電力資產分段籌算靜態瓶頸，構建電力資產全息數據全維度收集、全過程追蹤、全方位共享、全景主動預警機制，實現電網資產采購規劃、資產信息失衡癥結、運維查驗樞紐、財政撥款審計等完整生命周期內的靜態高效同享互存[2]。著眼全局協同電力設備全息數據便捷獲取與融合能力、電力資產普查臺賬實時更新能力、隱患排查數據的實時反饋與預警能力，構建具備電網實物資產統一編碼設計和調整策略、重要資產實時定位、與智慧供應鏈高度銜接、異常信息的實時反饋與預警屬性的全景可視資產普查與隱患排查平臺[3]，提出了一種基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統。引入電網實物資產統一身份編碼機制，實現電網主配網存量全息運維數據的一鍵式獲取，引入開放式數據共享接口與主配網存量設備隱患指數預測曲線，構建具備編碼自動分配與一致性校驗、隱患排查信息完整可追溯、跨系統貫通與平臺可移植、全息數據深度聚類分析與主動預警等功能的電力資產全局協同精準化管理架構[4]。以國家電網內蒙古東部電力有限公司某220 kV變電站為效能評價載體，從電網實物資產統一身份編碼系統研發、開放式數據共享接口架構設計、主配網存量設備隱患指數預測曲線算法設計等層面開發了資產普查與隱患排查原型系統并進行了綜合效能實證分析，一線運維驗證結果表明原型系統具備電力設備全息數據便捷獲取與融合、物料與設備實物ID自動生成、隱患排查數據的實時反饋與預警等全方位立體電力資產普查與隱患排查體系效能[5]，在主配網設備物料分類、增存量設備分類、資產普查分類、隱患排查分級預警等方面具備工程驗收質效，對構建電力資產全局協同精準化管理架構具有全局意義。

1 電力資產普查與隱患排查系統總體部署設計

基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統具備電力設備全息數據便捷獲取與融合、物料與設備實物ID自動生成、隱患排查數據的實時反饋與預警等全方位立體電力資產普查與隱患排查體系效能。實現電網主配網存量全息運維數據的一鍵式獲取，引入開放式數據共享接口與主配網存量設備隱患指數預測曲線，構建具備編碼自動分配與一致性校驗、隱患排查信息完整可追溯、跨系統貫通與平臺可移植、全息數據深度聚類分析與主動預警等功能的電力資產全局協同精準化管理架構。以實物ID業務協同為主索引[6]，貫通電網資產普查與隱患排查完整生命周期涉及的規劃設計、物資采購、工程建設、運行維護、退役處置、隱患預警等環節，提高基于實物ID業務協同和數據共享機制的電網資產全景管控精益化水平，為智慧電網的深入落地實施提供服務和支撐。

以國家電網公司SG-EA架構管控標準為設計指導，充分利用國家電網公司現存的信息化資源，遵循歸一化平臺、統一化系統、多場景應用、微應用擴展的信息化整體擴展規劃原則，如圖1所示，設計了電力資產普查與隱患排查系統總體部署邏輯圖，初步構建項目編碼、WBS編碼、物料編碼、設備資產分類與實物ID之間的物理映射關系，實現唯一且一一對應。鑒于國家電網內蒙古東部電力有限公司內網基于SG-UAP3.0開發平臺開發[7]，對于微應用擴展功能采用二級部署方式，以國家電網云平臺為依托，實現電力資產全局協同精準化管理，具備電網實物資產統一身份編碼規則查詢、增存量主配網設備實物ID碼生成與信息寫入、隱患排查數據的實時反饋與預警、資產普查與隱患排查數據治理及全景追溯、增存量運維數據一鍵共享等支撐功能。將電力資產普查與隱患排查系統總體部署劃分為外網微應用、移動終端(PC端)外網、內網微應用等，其中，外網微應用無需基于DMZ分區設置認證服務器，原始數據源接口配置為隔離裝置的配置信息，作為移動終端外網周期性進行實物ID信息采集數據暫存場所；移動終端(PC端)外網采用車載模式[8]，一線運維工人手持實物ID采集終端對增存量設備進行數采作業，通過無線局域網與車載并發請求負載均衡服務器進行數據交互；內網微應用依托國網統一認證服務器進行訪問合法性校驗，登陸成功觸發內網服務器隊列消息傳送機制，調用數據庫總線請求ERP系統存入或釋放數據，對實物ID信息采集數據進行多維深度分析，實時反饋隱患排查數據與預警信息給內網Web端。

圖1 電力資產普查與隱患排查系統總體部署邏輯示意圖

2 電力資產普查與隱患排查系統核心功能設計

實現電力設備全息數據便捷獲取與融合、主配網增存量運維數據便捷共享、資產普查與隱患排查數據治理及全景追溯是電力資產普查與隱患排查系統的內在需求，在對基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統進行工程化建設過程中，對國家電網內蒙古東部電力有限公司已列裝的ERP、PMS等進行適應性改造，進行面向電網實物資產統一身份編碼機制的微應用擴展?；陔娋W實物資產統一身份編碼貫通業務邏輯，電力資產普查與隱患排查系統核心功能涵蓋資產普查與隱患排查數據治理及全景追溯、主配網增存量運維數據便捷共享、隱患排查數據的實時反饋與預警等，分別引入電網實物資產統一身份編碼系統設計、開放式數據共享接口架構設計、基于隱患指數預測曲線的主配網存量設備隱患預警機制設計等進行效能實現。

2.1 電網實物資產統一身份編碼系統設計

根據國家電網公司企業標準《電網資產統一身份編碼技術規范》(編號：Q/GDW-11712-2017)相關技術規范，結合國家電網內蒙古東部電力有限公司增存量設備現狀，對電網實物資產統一身份編碼系統進行可行性方案設計。電網實物資產統一身份編碼統一劃分為四個子區，其中使用單位代碼子區采用3位十進制數組成，用于表征電網資產的歸屬二級單位，由國家電網公司統一編碼[9]，國網內蒙古東部電力有限公司的單位代碼子區為007；生成方式子區采用2位十進制數組成，用于表征編碼內含數據信息生成方式(01表征ERP生成，02表征PMS生成)，國網內蒙古東部電力有限公司采用ERP生成；流水號子區采用18位十進制數組成，按照數字序列依次自動生成，具有終身唯一性，用于唯一標識增存量設備；校驗碼子區采用1位十進制數組成，用于校驗編碼規則的合法性，采用多級加權算法得出，具有隨機性。電網實物資產統一身份編碼規則示意圖如圖2所示。

圖2 電網實物資產統一身份編碼規則示意圖

電網實物資產統一身份編碼涵蓋主配網設備物料分類、增存量設備分類、資產普查分類、隱患排查分級預警等多維信息數據，涉及提報增存量設備材料清冊、標準WBS與物料組對應關系、物料組與設備類型對應關系匹配、實物ID啟用配置表，物料設備終身唯一性映射關系的實物ID生成、供應商獲取實物ID編碼及標簽制作規范、物資技術參數維護管理、增存量設備隱患排查與主動預警參數維護等若干個功能點及微服務公共組件，通過對現有的ERP進行適應性擴充滿足電網實物資產統一身份編碼涵蓋信息需求[10]。電網實物資產統一身份編碼機制實現電力資產全息數據全維度收集、全過程追蹤、全方位共享，如圖3所示，涵蓋立項申請、項目立項、需求計劃管理，合同管理、收發貨管理、驗收轉資、設備臺賬管理、運行檢修管理、隱患排查與預警、退役報廢管理等基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統完整生命周期全鏈條進程。引入電網實物資產統一身份編碼系統大幅度改善現有標簽編碼一致性校驗通過率，實現集中批量高效率數據采集，為保證實物ID標簽入網準確率、提高電網資產實物ID信息追溯的一致性與完備性提供了高效準確的解決方案。

圖3 電網實物資產統一身份編碼涵蓋信息邏輯演化示意圖

引入射頻識別標簽入網檢測技術，借鑒國網電力科學研究院開發的電力資產信息全維度采集技術，融入智能圖像處理技術、長串數字編碼識別自動識別技術、多維信息二維碼自動生成技術等，構建電網增存量設備實物ID標簽芯片編碼、標簽附著二維碼、標簽附著二維碼數據編碼等多碼一體化校驗機制。二維碼編碼規則基于QR碼，自動識別糾錯級別采用30%級別(國網標準H級)，根據面向應用設備的差異性，QR二維碼編碼格式采用純數字連續編碼格式，清晰標注版本號[11]，內置容量不小于272位。如圖4所示，標簽可以依據設備體積分為120 mm、90 mm、60 mm三種規格，標簽內置信息具有終身唯一性，原則上只存放實物ID相關信息，單個實物ID標簽檢測響應時間應小于1.2 s，每個作業人員單日標簽數據采集量不小于3 000支，標簽制作采用激光加工或硫酸蝕刻工藝，二維碼圖形深度應不低于0.3 mm并選用抗紫外線油墨填充，標簽表面應采用丙烯酸清漆封裝，清漆厚度應不低于100 μm。采用激光加工工藝時，加工設備的功率應不低于20 W；采取硫酸蝕刻工藝時，應選用耐候性油墨制作二維碼標簽，標簽連續戶外環境下的有效時間應不低于10年。

圖4 電網實物資產統一身份編碼系統生成二維碼效果圖

2.2 開放式數據共享接口架構設計

加強國家電網公司各二級電力公司之間的數據交互是構建電網全國大數據池的關鍵舉措，也是國家電網公司開展大數據深度分析的數據源頭，對智慧電網的順利開展具有積極意義?；趯嵨颕D業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統具有電力資產全息數據全維度收集、全過程追蹤、全方位共享、全景主動預警等屬性，實現電網資產采購規劃、資產信息失衡癥結、運維查驗樞紐、財政撥款審計等完整生命周期內的靜態高效同享互存，是進行電網資產全景數據采集的重要手段[12]，是國家電公司電網運行大數據池重要數據源頭，對基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統采用開放式數據共享接口架構設計是內在驅動需求。構建基于實物ID的多維集成應用，實現基于系統全業務的統一數據中心共享接口機制，結合國家電網內蒙古東部電力有限公司現役系統及信息支持插件，基于開放式服務總線，融入具有共享數據接口的消息中間件，利用現役ERP系統統一數據訪問機制實現實物ID數據庫的共享式訪問[13]。如圖5所示，設計了基于實物ID集成應用的開放式數據共享接口架構，集成多項系統內共存的業務數據庫信息，通過具有開放式服務總線、融合數據共享接口的消息中間件、現役ERP系統統一數據訪問機制等與基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統多位微應用服務進行數據交互，實現國家電網內蒙古東部電力有限公司內部數據的共享交互，通過基于實物ID的集成應用，通過Web內網服務器集群把相關數據傳送至國網數據中心池。

圖5 基于實物ID集成應用的開放式數據共享接口架構示意圖

2.3 基于隱患指數預測曲線的主配網增存量設備隱患預警機制設計

面向電力主配網存量設備隱患預警系統屬于數據開放共享性較強的、實時動態變化的、與電網實物資產統一身份編碼機制高度契合的，具備電網實物資產統一編碼設計和調整策略、重要資產實時定位、與智慧供應鏈高度銜接、異常信息的實時反饋與預警內在要求的非線性高維度復雜系統閉環反饋控制系統，引入隱患指數預測曲線構建主配網存量設備隱患預警模型進行量化分析。如圖6所示，引入指數平滑函數，利用連續時間序列下的系統態勢具有穩定性和規則性，對連續時間序列進行一定規則下的合理順延，規則的制定以來過去的態勢，引入權值預測未來態勢；通過賦予過去系統態勢差異化的觀測值，構建過去時間間距與權值之間的負相關映射，利用三次指數平滑法生成面向電網設備的隱患指數預測曲線[14]，設定新預測值中新數據和原預測值所占的比例系數，結合歷史運維數據對主配網存量設備狀態進行預測并給出預警提示。對上述模型進行公式化處理并編程實現，基于Matlab2016b仿真驗證環境，采用主配網存量設備時間隱患數據為對照數據組，利用國家電網內蒙古東部電力有限公司某220 kV變電站2016年06月～2019年02月某型號主變壓器轉軸隱患數據為仿真數據載體，對基于隱患指數預測曲線的主配網存量設備隱患預警模型進行了仿真驗證，具體如圖7所示。

圖6 基于隱患指數預測曲線的主配網增存量設備隱患預警機制邏輯示意圖

圖7 基于隱患指數預測曲線的主配網存量設備隱患預警機制仿真效能圖

基于圖7可知，引入基于隱患指數預測曲線的主配網存量設備隱患預警模型后可以有效對主配網存量設備隱患進行預測并給出預警提示，通過適度調整新預測值中新數據和原預測值所占的比例系數可以對預測精度進行調整，對連續時間內的不同階段數據具有較好的非等權擬合性，具有自適應性，可以針對預測設備的差異性進行自動識別數據模式的調整，實現了電網增存量設備隱患排查數據的實時反饋與預警。

3 電力資產普查與隱患排查原型系統設計

采用微應用擴展的模式對國家電網內蒙古東部電力有限公司現役的ERP系統進行適應性改造，增加電力設備全息數據便捷獲取與融合、物料與設備實物ID自動生成、隱患排查數據的實時反饋與預警等軟件處理進程，分配單獨的內存資源，定期進行業務數據內網交互，實現數據全景共享。選取國家電網內蒙古東部電力有限公司某220 kV變電站為原型系統應用載體，針對變電站下屬的某10 kV戶外環網柜進行電網實物ID標簽制作，涵蓋立項申請、項目立項、需求計劃管理，合同管理、收發貨管理、驗收轉資、設備臺賬管理、運行檢修管理、隱患排查與預警、退役報廢管理等信息，遵循國家電網公司規范，顯性給出設備基本運維數據，其余數據通過專用移動終端掃描實物ID碼獲取，則電網實物資產統一身份編碼工程化標簽示意圖如圖8所示。

圖8 電網實物資產統一身份編碼工程化標簽示意圖

國家電網內蒙古東部電力有限公司在完成了53項ERP系統功能點適應性改造，12項功能接口數據共享協議嵌入式替換，4個微應用附屬擴展、2項微服務實際部署的基礎上開展電網增存量設備賦碼與標識安裝工作。以國家電網內蒙古東部電力有限公司某220 kV變電站為載體，涉及主變壓器、封閉式組合電器、隔離開關、電抗器、電力電容器等共5大類40余種電網增存量設備，實物ID標簽根據設備體積差異選用120 mm到60 mm的對應規格[15]，采取屬地管理、周期維護，保證實物ID編碼正常工作?；趯嵨颕D業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統的實際落地應用為構建電網資產精細化管控架構，實現電力資產全息數據全維度收集、全過程追蹤、全方位共享提供有力支撐。圖9給出了作業人員對電網實物資產統一身份編碼工程化標簽進行數據采集的工作場景。

圖9 作業人員進行電網實物資產統一身份編碼

4 結束語

針對國家電網內蒙古東部電力有限公司關于電網實物資產統一身份編碼建設相關需求，著力解決傳統電力資產普查與隱患排查機制存在設備全生命周期成本核算數據歸集困難、運維資產臺賬資料管理粗放、主配網存量運維數據共享機制缺失、資產普查與隱患排查數據治理及全景追溯具有滯后性等固有弊端，構建電力資產全息數據全維度收集、全過程追蹤、全方位共享機制，提出了一種基于實物ID業務協同和數據共享機制的資產普查與隱患排查系統。引入電網實物資產統一身份編碼機制，實現電網主配網存量全息運維數據的一鍵式獲取，引入開放式數據共享接口與主配網存量設備隱患指數預測曲線，構建具備編碼自動分配與一致性校驗、隱患排查信息完整可追溯、跨系統貫通與平臺可移植、全息數據深度聚類分析與主動預警等功能的電力資產全局協同精準化管理架構。以國家電網內蒙古東部電力有限公司某220 kV變電站為效能評價載體，從電網實物資產統一身份編碼系統研發、開放式數據共享接口架構設計、主配網存量設備隱患指數預測曲線算法設計等層面開發了資產普查與隱患排查原型系統并進行了綜合效能實證分析，一線運維驗證結果表明原型系統具備電力設備全息數據便捷獲取與融合、物料與設備實物ID自動生成、隱患排查數據的實時反饋與預警等全方位立體電力資產普查與隱患排查體系效能，為國家電網內蒙古東部電力有限公司電網實物資產統一身份編碼建設后續工作的開展奠定堅實的基礎。