基于物聯網的機械設備安全管理系統研究

盧甜甜

（長春大學旅游學院，吉林 長春 130607）

為了保證機械設備的研發和使用的質量，需要進行設備的故障診斷以及故障分析，以保證機械設備在使用時的高效性和安全性。通過故障分析和診斷能夠及時發現設備的問題，并及時解決。隨著新興技術和科技的不斷發展，目前所使用機械設備系統更為精確并不斷向著智能化發展，更加準確高效的模式必然擁有復雜的結構，這給設備管理帶來了新的挑戰[1]。使用物聯網技術能夠有效提升機械設備安全管理系統的可靠性，保證設備的正常運行，為設備管理工作帶來便利。

1 研究背景

智能生產、智能制造是“中國制造2025”的核心，為了實現智能制造，推進工業智能化發展，需借助物聯網技術在工業中的應用，物聯網技術可應用在整個生產過程中，助力實現制造業數字化、智能化、網絡化。對機械設備的安全管理進行研究，主要目的是增強機械設備在實際生產應用中的安全系數，延長設備的壽命。在制造業中應用物聯網技術監測機械設備安全，可提高監管效率、降低監測成本、優化運營流程[2]。保障機械設備安全的同時也可以保障人員安全，避免事故發生。

如今，隨著科技的發展，人們對制造業的安全生產、生產效率方面有了越來越高的要求，需不斷發展智能化、自動化生產。對于機械設備智能化、自動化管理，不僅有助于保障人們在生產操作過程中的安全，也能夠提高生產效率，延長機械設備的壽命，降低成本。因此，發展智能化機械設備安全管理具有重要的意義。

目前，制造業設備管理存在如下幾個方面的問題：1）工業中大部分機械設備的安全管理并不能做到智能管理，在最初設計中缺少智能管理的理念。2）機械設備的安全監測更多是由人工進行逐一排查，對于一些安全隱患不能夠做到及時監測，應縮減響應時間，迅速解決問題。3）沒有做到實時監測，對一些重要的數據處理仍依靠人力，沒有集成化的設備對它進行統一化管理。

針對目前制造業設備管理存在的問題，筆者設計一種基于物聯網的機械設備安全管理系統，應用物聯網技術、網絡通信技術、大數據技術等實現機械設備安全智能化、信息化管理。

2 基于物聯網的機械設備安全管理系統的設計

2.1 設備管理系統設計

對機械設備有效監控是機械設備安全管理系統的核心，智能設備管理系統主要是由溫濕度傳感模塊、氣體濃度監測模塊、數據綜合處理模塊、視頻監測系統模塊、機械設備工作狀態監測模塊等構成，如圖1所示，各模塊之間運行都是緊密聯系的。在機械設備安全管理系統中，應用物聯網技術，并通過無線射頻通信模塊進行數據收發，實現智能化管理。除此之外，通過溫濕度傳感模塊監測機械設備所處環境，確保設備可在安全環境下工作。機械設備工作狀態檢測模塊，可對機械設備的工作狀態進行實時監測。因此，機械設備安全管理系統能夠實現機械設備的智能化管理，工作人員利用電子移動設備就可以隨時查到所需要查看的機械設備的信息，具有很高的靈活性和便利性[3]。

圖1 基于物聯網的機械設備安全管理系統功能模塊

2.2 設備管理系統功能

物聯網設備管理系統各模塊具有以下功能。

1）物聯網設備管理系統溫濕度傳感模塊主要包含的功能有：通過溫濕度傳感器對機械設備所在環境進行監測，當設備所在環境溫濕度超出預先設定的閾值，系統會報警顯示。主要應用的技術是通過控制芯片獲取溫濕度傳感器采集的數據，并將數據顯示在系統界面上。

2）氣體濃度監測模塊主要具有對生產過程中的有毒有害氣體進行監測的功能，通過氣體傳感器對機械設備所處環境進行氣體濃度的監測，如CO、乙醇等易燃、易爆、有毒的氣體。當設備所在環境氣體濃度超出預先設定的閾值，系統會報警顯示，主要應用的技術是通過控制芯片獲取相應氣體傳感器采集的數據，進行處理后可將數據顯示在人機交互界面上。

3）數據綜合處理模塊主要包含的功能有：一是設備檔案的管理，通過物聯網技術能夠將設備的各種信息清晰完整儲存下來。例如設備何時采購、何時進行過維修、維修具體情況、設備日常使用的頻次等信息。二是設備使用的管理，例如機械設備的使用、保養、維修等環節的具體過程。此項功能需要詳細記錄維修的經驗、教訓。三是設備的采購和庫存管理，通過對這些數據進行記錄，工作人員能夠在制定采購計劃時研究設備記錄的數據，制定更加科學合理的計劃并做到實時監控，本模塊主要應用的技術是物聯網的文件讀寫存儲功能、數據處理功能[4]。四是對歷史記錄進行查找，將歷史數據通過圖表的形式反映出來，例如機械設備出現故障的次數和原因、維修的頻率、折舊率等，便于工作人員對機械設備的數據進行系統化的管理。

4）視頻監測系統模塊具有對設備的實時遠程視頻監控功能，機械設備在進行工作時將會被視頻監測系統模塊完整記錄下來，工作人員能夠及時發現設備在運行過程中存在怎樣的問題，從而及時發現問題、解決問題，主要應用5G技術以及視頻監測技術[5]。

5）機械設備工作狀態監測模塊主要具備的功能是實時反映機械設備是否正常運行，主要應用的技術為通過CAN總線通信對工作狀態進行實時監測，如果沒有正常工作會第一時間提示管理人員[6]。

2.3 傳感器數據感知預警功能設計

基于物聯網的機械設備安全管理系統需具備數據感知以及預警功能，系統可對傳感器采集的信息進行判斷，通過傳感器采集設備所在環境溫濕度、氣體濃度數據信息，通過算法實現對數據的處理并且能夠分析數據是否達到安全閾值。機械設備安全管理系統數據監測以及預警的具體步驟如下。

步驟1：傳感器感知溫濕度、氣體濃度數據信息，系統對感知的數據信息進行解析。

步驟2：系統對解析后的數據進行可視化分析，將傳感器感知獲取的數據信息與三維場景融合。

步驟3：系統將傳感器獲取的數據與安全閾值進行對比，如果傳感器獲取的數據沒有超過安全閾值，安全管理系統不會提醒用戶；如果傳感器獲取的數據超出安全閾值，安全管理系統將定位傳感器的相關位置，并且發出預警信息，及時告知機械設備管理者應盡快采取相關的安全措施，系統預警信息可通過聲音、光電信息等方式傳播，以告知機械設備管理者。

2.4 設備管理數據庫設計

數據庫是設備管理系統的重要組成部分，數據庫主要作用是存放設備管理系統的數據，例如，機械設備檔案管理、設備運行記錄、設備維修記錄、設備保養記錄等等。根據主題的不同將機械設備安全管理系統的信息劃分為不同的表，不同的表代表不同實體的數據集合。其中包含：1）設備檔案管理表，用于記錄并儲存企業機械設備的基本信息、重要參數數據。2）機械設備運行記錄表，用于記錄并儲存與機械設備啟動運行狀態相關的數據信息，有效體現機械設備當前的工作狀態。3）設備維修記錄表，用于對機械設備維修狀況進行記錄與統計，便于月度、季度、年度檢查過程中查閱各階段維修情況。4）機械設備保養記錄表，用于記錄機械設備的保養計劃數據信息，便于月度、季度、年度檢查過程中查閱機械設備保養計劃的實施情況。

2.5 二維碼在設備管理系統中的應用

二維碼具有很強的新型應用技術的特點，相比較一維碼而言具有更高的信息容量。二維碼以編碼的形式能夠將圖片、文字、音頻等形式的信息進行處理，功能十分強大。并且二維碼在部分被破壞的情況下仍然能夠被正常識別。因此，在進行機械設備安全管理時可以使用智能手機來作為移動終端，將二維碼貼在需要進行管理的機械設備上[7]。在工作時，工作人員通過智能手機對二維碼進行掃描就可以對設備的相關信息進行詳細的了解和系統管理。

基于物聯網的機械設備安全管理系統的設計具有效率高、穩定性良好、消耗較低、靈活化、網絡化等優點。

3 設備管理系統的構成

設備管理系統是由控制芯片、移動終端、智能終端構成的，機械設備安全管理系統網絡通信模塊包含外網、內網。設備管理系統在設置時，往往在外網和內網之間設置防火墻。移動終端主要指的是移動電子設備，例如智能手機等，主要是用于二維碼的識別以及錄入和查詢信息。當相關人員發現設備問題時，可通過手機終端上傳問題，并可快速聯系到設備負責人解決問題，確保設備盡快恢復正常工作。

4 基于物聯網的機械設備安全管理系統實現路徑

基于物聯網的機械設備安全管理系統對于制造業安全運行可起到積極重要的作用，如何將設計方案應用于實際生產過程中是目前需研究的問題。

1）在機械設備安全管理中應用物聯網技術，可推進制造業智能化的發展，需要以智能化管理平臺為專項來進行設計，部分數據可由相關部門統一進行安全管理。相關部門亦可給予政策支持，實現數據信息的融合，加強對機械設備安全的管理[8]。

2）為了發展智能化制造業，實現物聯網的機械設備安全管理系統在實際生產中的應用，需要培養具有一定專業素養的高科技人才，不僅需要學習物聯網的技術，還需要學習物聯網技術應用行業的相關知識，如汽車、船舶、航空、鐵路等領域，做到理論與實踐的結合，提高人才綜合素質[9]。

3）可加大科學技術研發支持的力度，對一些前沿技術研究的項目上可給予立項支持，如芯片制造、傳感器研發等方面。

5 結語

綜上所述，物聯網技術應用于機械設備安全管理系統中，可改變傳統的機械設備管理方法。筆者從物聯網技術出發，對機械設備安全管理系統進行研究，提升機械設備在使用過程中的可靠性，延長設備使用壽命，保障設備維護、使用人員安全，讓物聯網技術在設備維護中發揮更大的作用，使得設備管理工作變得更加便捷、高效。人工智能時代背景下，物聯網技術在科技高速發展的社會中會得到更加廣泛的應用，機械設備的安全管理系統仍有較大的研究空間，應不斷地研究更加安全、高效的設備管理方法，不斷向著智能化、智慧化方向發展。