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摘要：隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、移動辦公等技術的不斷深化應用，發(fā)電企業(yè)移動化、智能化已成為未來提升發(fā)電企業(yè)設備管理方式的必然趨勢。企業(yè)各級領導和設備維護管理人員希望通過上述技術提高日常工作和管理決策的及時性和有效性，通過移動終端的方式能夠實現(xiàn)智能化現(xiàn)場設備管理等。因此本研究試圖以發(fā)電企業(yè)設備為主體，以圖像智能識別、大數(shù)據(jù)分析為技術支撐，以移動應用為載體，建立一套企業(yè)設備智能健康管理系統(tǒng)，為設備精益管理提供有效支撐，降低設備不可修復性損壞的概率，減少備品備件的消耗，降低信息交流和設備維護成本。

關鍵詞：設備管理；設備健康；設備巡檢；圖像識別

Abstract:With the continuous deepening of the application of technologies such as artificial intelligence, big data,mobile office and other technologies, it has become an inevitable trend to improve the equipment management mode of power generation enterprises in the future. Leaders at all levels and equipment maintenance and management personnel hope to improve the timeliness and effectiveness of daily work and management decisions through the above-mentioned methods and technologies, and realize intelligent on-site equipment management by means of mobile terminals. Therefore, this research attempts to establish a set of enterprise equipment intelligent health management system with power generation enterprise equipment as the main body, image intelligent identification and big data analysis as the technical support, and mobile application as the carrier, to provide effective support for lean management of equipment. The probability of repairable damage reduces the probability of irreparable damage of equipment and reduces the cost of information exchange and equipment maintenance.

Key words: Equipment management; Equipment health; Equipment inspection; Image recognition

1　引言

近年來隨著物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能、圖像識別、移動辦公等新技術、新理念的發(fā)展與應用，發(fā)電企業(yè)移動化、智能化已成為未來提升發(fā)電企業(yè)物聯(lián)設備管理方式的必然趨勢。在這樣的時代背景下發(fā)電企業(yè)也在尋求著技術與理念的創(chuàng)新，使得管理質量得到提高、管理成本得以降低，以滿足時代發(fā)展的需求。利用大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術，將企業(yè)內現(xiàn)有的設備管理模式與內容整合提升，建設智能化、移動化、一站化的設備管理系統(tǒng)，可以更好地對設備管理以及相關檢修、運行調度等工作進行開展和管控，對設備相關的數(shù)據(jù)與工作進行有序地管理，盡可能避免人為造成的失誤。

2　設備健康管理研究主要內容

過去的設備管理系統(tǒng)往往是根據(jù)特定的需求進行建設，隨著需求的增加，逐漸出現(xiàn)多套互不關聯(lián)的系統(tǒng)參與管理，不利于設備管理的全局控制；同時部分工作未搭建線上系統(tǒng)，無法有效地進行后續(xù)的管理。如何將各類別下眾多數(shù)據(jù)系統(tǒng)性地進行管理與分析，同時整合各項工作流程，是未來智慧電廠的發(fā)展重點之一。

大數(shù)據(jù)技術對信息的統(tǒng)合分析有著很大的意義，于發(fā)電企業(yè)設備健康管理與相關工作流程展開有著明顯的提升作用。對于設備管理來說，整合各類相關信息并進行分析，同時將部分關鍵內容及時推送，使得工作人員能更好地把握設備的具體歷史信息以及實時狀態(tài)，從而使設備的檢修、啟停等工作能起到更好的決策輔助功能，使工作開展更高效、安全，提升設備管理的整體水平。

本研究通過圖像識別技術自動采集設備KKS編碼、狀態(tài)、儀表讀數(shù)等數(shù)據(jù)，減輕設備巡查工作量；通過采集和整合ERP設備臺賬、電廠設備的測點實時變化速率與設備參數(shù)上下線報警數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)庫中存儲的設備運行數(shù)據(jù)與設備運行日志，以及設備巡檢與檢修記錄等數(shù)據(jù)，形成設備信息大數(shù)據(jù)；采用機器學習和大數(shù)據(jù)分析等技術，從設備信息大數(shù)據(jù)中自動生成設備健康檔案，實時掌握設備全生命周期信息；根據(jù)設備健康檔案，自動制定各個設備的個性化巡查計劃，對亞健康設備進行重點巡查和維護；通過整合與補充，將設備相關缺陷、隱患、工單等工作流程在系統(tǒng)中實現(xiàn)完整的管控功能。將設備以及相關的信息與工作展開有效整合與完善，提升設備管理相關工作的效率與質量。圖1是設備健康管理設計概念圖。

圖1 設計概念圖

3　設計思路與內容構成

設備健康的管理主要分為設備相關各項數(shù)據(jù)的整合分析與流程的統(tǒng)一管控兩大內容，在設計時也從這兩個方向對內容進行完善。

3.1　整合與分析

3.1.1　設備健康信息的構建系統(tǒng)

以設備作為健康檔案數(shù)據(jù)整合邏輯的主軸，通過關聯(lián)整合多個獨立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：ERP系統(tǒng)中設備臺賬、消缺情況記錄以及異動情況等數(shù)據(jù)；PI系統(tǒng)的歷史運行參數(shù)等運行數(shù)據(jù)；巡檢系統(tǒng)中的巡檢記錄；表計系統(tǒng)中表計更換使用時間等信息；設備責任人等不屬于任何已有系統(tǒng)的補充數(shù)據(jù)等。使用一定規(guī)則進行數(shù)據(jù)的分析管理，形成較為完善的設備信息大數(shù)據(jù)，以建立一套完整的設備健康檔案數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源

通過指定KKS碼、設備名，即可查詢設備相關的各系統(tǒng)中整合的數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析技術，根據(jù)具體需求生成個性化的設備健康檔案。

檔案整合了各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，內容全面詳細，可應用范圍廣，整合于手機端的形式也擴大了數(shù)據(jù)的適用場景。設備異常時可查詢健康檔案，即時獲取到設備的整套相關數(shù)據(jù)，可通過缺陷歷史、巡檢記錄以及生命周期等對發(fā)生異常的背景得到初步判斷，便于后續(xù)的分析。巡檢時可通過識別銘牌查詢設備檔案，獲取設備的各項參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)以及巡檢相關的記錄、所屬責任人等信息。進行設備維護時，也可以由檔案了解設備的相關參數(shù)與運行歷史，以輔助進行正確完善的維護工作。圖3是設備健康臺賬內容構成。

圖3 設備健康臺賬內容構成概覽

3.1.2　設備健康狀態(tài)評估

對設備信息大數(shù)據(jù)中的設備巡查記錄、運行日志、缺陷記錄、檢修記錄等非結構化數(shù)據(jù)進行分析，自動提取關鍵信息；對設備信息大數(shù)據(jù)，進行大數(shù)據(jù)分析與挖掘，自動生成設備運行健康檔案；通過手機、平板等移動設備，可隨時進行設備健康狀態(tài)的信息檢索。

3.1.3　設備狀態(tài)巡查

以設備健康檔案為依據(jù)，自動制定各個設備的個性化巡查計劃，對亞健康設備進行重點巡檢。設備品牌、性能、使用時間各不相同，導致設備維護無法按照現(xiàn)場實際運行情況到期執(zhí)行，容易造成過度維修。針對這些實際問題，系統(tǒng)通過對設備進行跟蹤，比對分析設備運行狀況，定制設備維護計劃。自動統(tǒng)計匯總，周期輪循，避免過度維修或因關鍵部件壽命周期完畢而引發(fā)故障。

3.2　流程管理

建立以設備為主軸，各流程間互相獨立的流程管理系統(tǒng)。部分流程現(xiàn)有運行良好的獨立的系統(tǒng)，可采取接入調用的方式通過該系統(tǒng)直接對其進行管理；部分系統(tǒng)落后、缺失的流程，對其進行重新設計與建立。

3.2.1　設備日常維護

（1）設備給油脂

滿足定期智能管理：加油脂、油質化驗、振動數(shù)據(jù)等管理技術要求。包括整個閉環(huán)流程與完成情況的記錄統(tǒng)計。由負責人預設給油脂的計劃任務，定期提醒指定人員，完成工作任務后在本系統(tǒng)中填寫相關情況并提交閉環(huán)。完成的情況可以根據(jù)類型、時間等條件分類查看，填補了給油脂管理線上系統(tǒng)的空缺。給油脂任務包含了油脂任務的周期、責任班組以及是否需要獲取相關PI點這三項和業(yè)務邏輯相關的內容，以及責任班組具體人員。通過每日定時任務檢測本日需推送的給油脂任務，通過責任班組關聯(lián)的具體人員，確定推送對象并發(fā)送待執(zhí)行的任務內容，包括設備名稱、給油脂部位、給油脂量、油脂品種等信息到App端的待執(zhí)行任務中，點擊詳情可查看該任務的全部信息。給油脂任務標準組成如圖4所示。

圖4 給油脂任務表

（2）定期任務

實現(xiàn)定期輪換工作的智能管理，結合現(xiàn)有的智能巡檢系統(tǒng)在手機App端可以方便地查詢設備的定期輪換記錄、上一次輪換后的運行時間，能夠定期推送超過輪換周期設備的信息，提醒運行人員及時輪換設備。定期任務生成標準組成如圖5所示。

圖5 定期任務表

3.2.2　工單流程管理

該流程以手機或電腦進行點檢工單的發(fā)起，填寫關于工單相關檢修工單基本信息，以及作業(yè)細節(jié)等詳細信息，發(fā)起后將對實施人進行消息推送提醒，實施完畢后可通過手機或電腦提交結果。實施過程中存在延期流程，涉及到多步審批，通過建立對應的權限角色對整個流程進行全面控制。相關人員對流程的進度可全程進行監(jiān)控。

點檢工單的執(zhí)行歷史保存在系統(tǒng)中，包含工單內容、所處流程狀態(tài)、流程中各步驟執(zhí)行時間與操作人，可通過設定限制條件篩選停送電單的歷史數(shù)據(jù)，生成報表。圖6為工單流程圖。

圖6 工單流程圖

3.2.3　缺陷流程管理

該流程目前在ERP系統(tǒng)上進行。缺陷流程會在巡檢的過程中即時發(fā)起，本模塊的設立旨在為缺陷管理提供一個便捷的移動端上報入口。

在移動端設置缺陷上報功能，巡檢人員填寫缺陷詳細內容，將信息傳輸至后臺服務器，后臺將錄入系統(tǒng)的缺陷票生成ERP系統(tǒng)可接受的標準文檔格式上報ERP系統(tǒng)，在將缺陷信息導入ERP系統(tǒng)后，后續(xù)流程可在ERP系統(tǒng)中正常完成，本系統(tǒng)可通過大數(shù)據(jù)的模式獲取ERP系統(tǒng)中該缺陷的流程狀態(tài)以進行實時監(jiān)控。

3.2.4　隱患流程管理

該流程目前在安健環(huán)系統(tǒng)上進行。隱患流程會在巡檢的過程中即時發(fā)起，需要提供一個即時上報以及審批、受理的全套流程閉環(huán)功能，本模塊為隱患管理提供便捷的流程處理入口。

通過制定對接接口，對接安健環(huán)系統(tǒng)流程控制以及進度查詢，在移動端設置隱患上報功能，巡檢人員填寫隱患詳細信息以及附件等內容，將文字信息與文件通過移動端直接傳輸至安健環(huán)平臺。流程的處理在安健環(huán)系統(tǒng)中執(zhí)行，本系統(tǒng)則通過前端提供流程審批的入口對該流程進行控制，流程的進度也可在本系統(tǒng)中進行實時的監(jiān)控。

圖7 隱患流程圖

3.2.5　生命周期管理

生命周期流程在計量系統(tǒng)上預設配置，定期發(fā)起周期性檢修任務。本系統(tǒng)對生命周期的流程不介入，只做提醒功能。通過對接數(shù)據(jù)庫的方式對設備計量系統(tǒng)周期檢修任務進行獲取與分析，檢修任務發(fā)起日在系統(tǒng)中進行任務的推送提醒。

3.2.6　巡檢數(shù)據(jù)檢驗

該流程是對現(xiàn)有巡檢系統(tǒng)巡檢流程的補充。通過調取接口的方式對接獲取巡檢系統(tǒng)的巡檢數(shù)據(jù)，并確定每條巡檢記錄對應的巡檢設備。通過在本系統(tǒng)中預設設備的PI點，可將巡檢系統(tǒng)的人工巡檢結果與PI系統(tǒng)的測點自動檢測得到的數(shù)據(jù)進行比對分析生成報表，其中按照制定的規(guī)則將兩者檢測結果異常的測點進行提取并進行異常推送，更好地發(fā)揮了巡檢工作的價值，加強設備安全性的管理。巡檢數(shù)據(jù)檢驗流程如圖8所示。

圖8 巡檢數(shù)據(jù)檢驗流程圖

3.2.7　巡檢歷史軌跡

該流程是對巡檢系統(tǒng)巡檢流程的補充。通過調取巡檢系統(tǒng)提供的接口，結合物聯(lián)網技術將巡檢設備點的過程記錄；在本系統(tǒng)中配置巡檢場地模型，建立各設備的點位置，提供軌跡展示的基礎。將獲取的巡檢記錄配合模型生成歷史軌跡圖，以直觀的形式將巡檢的歷史進行展示，加強巡檢的管理。

4　系統(tǒng)構成的技術和方法

4.1　系統(tǒng)架構

整套系統(tǒng)采用分布式架構，硬件、軟件的設計為系統(tǒng)的安全性、可靠性、可維護性和可擴展性預留了空間，以滿足后期擴展的要求。其中：

（1）服務端

采用獨立建立的數(shù)據(jù)庫，同時對接其他現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；本系統(tǒng)包含用戶權限邏輯控制、流程控制模型、設備信息關聯(lián)邏輯模型等邏輯控制內容，具有大數(shù)據(jù)分析、智能識別分析等分析功能。

（2）網頁端

Vue+Bootstrap+Highcharts+EZUIKit等前端開發(fā)框架開發(fā)結合搭建。

（3）移動端

采用React Native移動端開發(fā)框架進行開發(fā)。總體技術架構如圖9所示。

圖9 基于微服務的系統(tǒng)架構

4.2　設備信息大數(shù)據(jù)的研究

研究多源設備信息的采集與融合技術。采集設備的運行日志、缺陷記錄、健康臺帳等信息，并對這些異構數(shù)據(jù)進行融合。

研究設備信息大數(shù)據(jù)的存貯與高效檢索技術。在數(shù)據(jù)庫中進行設備信息大數(shù)據(jù)的存貯，建立索引，以支持高效的檢索。

研究設備信息大數(shù)據(jù)的分析與挖掘技術。采用算法與模型進行分析，并進行可視化展現(xiàn)，更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值。

基于大數(shù)據(jù)分析的設備健康狀態(tài)評估模型的研究。研究設備健康狀態(tài)評估的模型。根據(jù)各類型屬性，指定健康閾值指標，多維度進行評估。研究非結構化數(shù)據(jù)的語義分析技術。從設備巡查記錄、運行日志、缺陷記錄、檢修記錄等非結構化數(shù)據(jù)中自動提取關鍵信息。通過物聯(lián)網信息采集和大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)設備隱患的提前預警，可以極大地降低事故發(fā)生率。

4.3　圖像智能識別

文字檢測與識別一直是計算機視覺以及圖像處理的重要研究方向，場景文字，即自然場景圖片中的文字，對其進行檢測與識別更是當下的研究熱點。采用faster R-CNN作為目標檢測系統(tǒng)，分別檢測現(xiàn)場設備。首先將待檢測的圖片輸入卷積神經網絡得到高維特征圖，然后利用區(qū)域提取網絡（Region ProposalNetwork，RPN）在特征圖上生成一系列可能包含目標的矩形框，通過SoftMax分類器將這些矩形框分為兩類（目標和背景），按照分類分數(shù)高低進行排列并選擇分值高的若干個矩形框記錄其在特征圖上的坐標；再一次經過卷積神經網絡提取特征后對這些矩形框進行細分類，分為采集信息和背景信息等，并對矩形框的位置進行回歸，完成檢測。圖像識別原理如圖10所示。

圖10 圖像識別原理示意

5　實施內容和效果

本研究的預期目標是：基于圖像智能識別和移動技術，研究與開發(fā)一個電廠企業(yè)設備智能健康管理系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化、移動化的設備健康管理，提高工作效率，減少不必要的經濟損失，具有長期的安全效益和經濟效益。該系統(tǒng)具有以下特性：

通過圖像識別技術自動采集設備KKS編碼、狀態(tài)、儀表讀數(shù)等數(shù)據(jù)，減輕設備巡查工作量。通過采集和整合ERP設備臺賬、電廠設備的測點實時變化速率與設備參數(shù)上下線報警數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)庫中存儲的設備運行數(shù)據(jù)與設備運行日志，以及設備巡檢與檢修記錄等數(shù)據(jù)，形成設備信息大數(shù)據(jù)。

采用機器學習和數(shù)據(jù)分析等技術，從設備信息數(shù)據(jù)中自動生成設備健康檔案，實時掌握設備全生命周期信息。PC端的管理界面如圖11所示。

圖11 網頁端界面示意

根據(jù)設備健康檔案，自動制定各個設備的個性化巡查計劃，對亞健康設備進行重點巡查和維護。支持用戶采用手機或平板等移動設備，進行設備的管理。現(xiàn)場KKS編碼圖片識別查詢出的效果如圖12所示。

圖12 手機端界面示意

6　結語

實現(xiàn)設備管理的智能化、移動化、一站化，對于設備管理工作開展的效率，以及管理人員的信息獲取全面性有著顯著的提升。只有從安裝、使用、維護到各種管理都實現(xiàn)智能化，才能真正達到設備管理安全節(jié)能的目標[4]。

本研究對發(fā)電企業(yè)設備管理模式的創(chuàng)新有著重要的意義，將繁雜而孤立的各個設備管理系統(tǒng)、模塊進行科學化的統(tǒng)一調配，全面提升管理的效果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的挖掘與互通、工作開展以及歷史記錄的系統(tǒng)管理，對發(fā)電企業(yè)的管理發(fā)展有著積極的推進。

設備健康信息的整合管理與設備相關的流程管理是發(fā)電企業(yè)日常工作中的基礎。對設備為主軸的設備管理機制特性充分運用，對PI系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、計量系統(tǒng)等各系統(tǒng)以及其數(shù)據(jù)進行了充分運用與數(shù)據(jù)分析，使得工作的展開更加標準化，提高工作的質量和效率。

參考文獻：

[1] 王永利. 電廠儀表自動化的檢驗及其智能化管理[J]. 科技創(chuàng)新與應用, 2017, (1) : 170.

[2] 蘇超, 容爍. 特種設備安全監(jiān)管大數(shù)據(jù)平臺研究[J]. 物聯(lián)網技術, 2020, 10 (07) : 59 - 62.

[3] 溫佳林. 基于深度學習的場景文字檢測與識別[D]. 電子科技大學, 2020.

[4] 錢娟. 火力發(fā)電廠鍋爐運行優(yōu)化策略研究[J].中國設備工程, 2020, (15) : 248 - 249.

作者簡介：

何志瞧（1973- ），男，浙江蕭山人，高級工程師，碩士，現(xiàn)就職于浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，主要研究方向為金屬材料、技術監(jiān)督。

許五洲（1972- ），男，浙江天臺人，工程師，學士，現(xiàn)就職于浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，主要研究方向為發(fā)電企業(yè)管理。

胡凱波（1983- ），男，浙江金華人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，主要研究方向為電氣自動化。

摘自《自動化博覽》2020年11月刊