一種智能工器具管理裝置的研制與應用

陳 昊，黃吉超，陳展超，林奧林，林澤煒，林擎宇

（國網福建省電力有限公司福州供電公司，福建福州350000）

工器具管理是令變電檢修人員頭疼的關鍵問題，其在使用后很容易出現遺漏、丟失等，須要花費大量精力整理、收納。尤其是大、中型檢修作業時，檢修人員須要準備種類繁多的扳手、螺絲刀等工器具，并按照工作情況對所使用的工器具進行登記，形成列表清單。作業完成后，按照清單中的順序，逐一核對工器具是否完好放置。上述方式變相加大了檢修工作量，嚴重時甚至因工器具遺漏導致變電安全事故，須引起高度重視。

1 問題分析

從本單位變電檢修工器具管理現狀來看，人工操作耗時長、隨身攜帶難度大及功能單一收效低是影響其變電檢修安全性、可靠性和有效性的重要因素，即：

本單位變電檢修工器具管理制度中明確指出，使用工器具時應編制清單，交還時要逐項核對，確認清單無遺留后，將工器具及清單同時上交倉庫。在工作現場收工時，由于工器具數量多，往往要花費大量時間反復確認工器具是否都已收齊無遺留現場，必要時還須要現場查找，耗時耗力，有時甚至超過現場檢修時長。

本單位采用的變電檢修工器具管理裝置主要為層疊式工具箱，其收納方式簡單，只具備簡單的存放工具功能。這種裝置往往需要變電檢修人員手提攜帶，作業過程中較為笨重，如圖1所示。

圖1 層疊式手提工具箱

上述手提工具箱內部工器具放置混亂，只能夠單一收納工器具，并沒有實現精益管理，功能單一。且該過程中通過人工的方式進行工器具的收納確認就存在一定的隱患，可能出現摩擦損耗、氧化生銹等，進而影響工器具的精密度。

因此，本單位迫切須要研制一款能夠智能管理工器具的裝置，轉變現階段人工登記、收納及清點現狀，最大限度減輕變電檢修人員工作“負擔”。

2 設計方案

2.1 設計目標

按照變電檢修工器具管理中存在的3 項問題，本次智能工器具管理裝置設計時應保證：

精益化識管。可將重復性的紙質工器具清單列寫工作通過智能工器具管理裝置的手機App 軟件替代，實現出工所需工器具電子化清單創建。

要通過智能工具箱的設計，實時監控工器具情況。“開工”功能保證“出門不少帶”工器具，“收工”功能保證“回家不落帶”工器具，有效減輕出工人員的工作負擔，確保工作結束后現場無工器具遺留，保障工作的安全性及可靠性；

輕便易攜帶。智能工器具管理裝置采用便攜式設計，靈活輕巧方便出工人員攜帶；

多功能應用。智能工器具管理裝置集成定位、照明、電磁鎖等多種額外輔助功能，集多功能于一體。

2.2 技術方案

2.2.1 系統結構

本項目旨在通過設計一款智能工器具管理裝置，能夠實現工器具的智能管理，輔助出工人員輕松實現“出門不少帶、回家不落帶”工器具，其主體裝置由兩部分構成，如圖2所示。

圖2 智能工器具管理裝置的系統設計

手機App 軟件。為確保精益管理效果，利用手機App 軟件進行所需工器具的電子清單創建，創建過一次即可保存清單下次無須新建。同時，還能夠自動保存工器具使用記錄，生成歷史數據，省時省力。

智能工具箱。設計中智能工具箱為每一個工器具設置一個抽屜，初次使用時可根據用戶需求，通過手機App軟件定義每個抽屜所存放工器具的名稱，抽屜的定義具備后期修改功能。每個抽屜安裝一個傳感器感測該抽屜內是否已放置工器具，若有工器具則該抽屜對應指示燈為紅色，無則為綠色，且智能工具箱為便攜式設計，方便出工人員攜帶。

2.2.2 硬件設計

本次設計的智能工器具管理裝置中智能工具箱上安裝主控制器、UHF 讀卡器、UHF 天線、Wi-Fi模塊、藍牙模塊、聲光報警器等，其各工具抽屜均可更換UHF標簽，如圖3所示。

圖3 智能工器具管理裝置的硬件接線

其中，1通過串口與2、11、12連接；1通過ⅠO輸出模塊與13 連接；2 通過同軸電纜形式與3、4、5、6 連接。該裝置整體通過Wi-Fi 模塊接收手機App 軟件發送的采集指令，同時，將識別數據、狀態信息等上傳到手機App中，用于精益化管理。

2.2.3 軟件功能

本次設計過程中采用Altium 軟件進行編程，按照本單位變電檢修過程中工器具的管理需求，功能邏輯應做到：

打開電源后啟動初始化程序，對系統進行初始化；

啟動Wi-Fi 或藍牙，判斷是否連接成功。若存在問題，則向手機App發送Wi-Fi或藍牙異常報警；

若成功后顯示通過藍牙或網絡連接，出工人員僅須提前通過手機App 列好工器具清單，出工前進入倉庫點擊App上的“開工”。此時，主控制器逐次啟動UHF1 天線1，讀取UHF 數據，判斷工具是否錯放、丟失。若錯放智能工具箱上對應所需工器具的抽屜指示燈即會亮起，僅須將亮綠燈的抽屜對應的工器具補入即可。

現場工作結束后，將工器具依次放入對應抽屜中。此時，點擊App 上的“收工”，發送采集指令，重新按照上述邏輯判斷流程進行工器具自檢，檢查工具箱內工器具與清單是否相符，若有缺少即報警提示出工人員。

此外，智能工器具管理裝置集成定位、照明、電磁鎖等多種額外輔助功能，可通過手機App 進行控制或直接通過智能工具箱本體開啟。

3 效益評估

3.1 應用分析

將智能工器具管理裝置投入使用后，本單位變電檢修工作中的工器具管理平均耗時從原來的17 min左右縮短到2 min，其工器具管理時間降幅非常顯著。同時，采用智能工器具管理裝置后，本時間段內的工器具均正常盤點，未出現1 次工器具丟失、錯放，其具體，如表1所示。

表1 智能工器具管理裝置投入使用前后對比 min

3.2 實用價值

從使用效果角度來看，本次智能工器具管理裝置中手機App 軟件的設計，將重復性的工器具紙質清單轉化為電子清單，有效減輕人員工作量；智能工具箱裝置的設計，有效減輕出工人員的工作負擔，確保工作結束后現場無工器具遺留；可根據用戶自身需求，通過手機App 軟件對智能工具箱的抽屜進行定義，使得裝置具有極強的普適性。這些均實現了變電檢修工作中工器具管理的智能化、高效化設計，具有非常高的實用價值。

從經濟效益角度來看，本次智能工器具實現了智能技術下的資源全面整合，減少了人工成本投入，利用簡單的自動檢測與識別裝置，配合移動終端App，就實現了工器具使用盤點、登記等任務，且集成定位、照明、電磁鎖等多種輔助功能，其工作效益非常顯著。上述智能工器具管理裝置采用便攜式設計，靈活輕巧方便出工人員攜帶，值得在今后工作中進一步推廣和優化。

4 結束語

隨著數字化技術、無線通信技術等的不斷發展和完善，變電檢修中的工器具管理必將越來越趨向于集成化、智能化、高效化。在該過程中必須利用好智能裝置，通過分析本地區變電檢修工器具管理工作實際，研究其裝置設計中的重點，確定輔助功能設置時的方向。要進一步優化工器具管理裝置的系統結構、硬件設計和軟件功能，不斷升級，這樣才能夠使上述裝置符合檢修人員的各項需求，實現工器具管理裝置應用效益的最大化。