基于物联网的承压特种设备管理系统设计与实现

宋勐翔　童壮根　王慧锋

摘 要：本文针对承压特种设备检验过程中手工记录繁琐、信息数据分散、文档资料易遗失等现状，设计并实现了基于物联网的承压特种设备管理系统。该系统采用Web技术构建基于B/S架构的数据管理系统，采用RFID（Radio Frequency Identification）与Android技术开发手持器终端，实现了信息的实时共享、文件的按需生成与导出以及现场检验的无纸化。该系统为承压特种设备的信息化管理提供了一种解决方案。

关键词：承压特种设备；Web技术；RFID；Android技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.096

0 引言

特种设备是国家经济建设的重要设施，随着我国整体经济的飞速发展，特种设备的使用量也随之迅猛增加[1]。国家质检总局在《“十二五”特种设备安全与节能发展规划》提出，要推动物联网技术在特种设备安全领域的应用，加强数据信息挖掘利用，为风险监控提供有效信息，应用物联网技术提升动态监管水平和效能[2]。国家对特种设备的监管要求日益提高，因此，建设特种设备信息化管理系统变得尤为重要。如何把物联网技术应用到特种设备检验管理系统中，并加以信息化系统设计，是一个值得研究的课题。

特种设备监督管理具有涉及的环节多、单位部门广、生命周期长等特点，目前存在各环节信息脱节、信息数据分散、文档资料遗失等问题，从而降低了各环节的工作效率，增加了人力、财力、时间等管理成本，不利于全面掌控特种设备的运行、检验、监管，不利于特种设备安全管理工作的开展[3][4]。

为此，本文采用Web技术设计数据管理平台，将承压特种设备的基础信息与相关环节信息实行集中式、透明式管理。同时引入RFID技术，采用Android技术设计手持器系统，提高工作效率。

1 承压特种设备管理平台整体方案设计

1.1 承压特种设备的环节及其信息分析

在承压特种设备生命周期内涉及的环节主要有生产（含设计、制造、安装、维修、改造）、使用、检验等[5]，其中使用环节是特种设备安全管理的重点所在，因为据统计，特种设备的事故80%发生在使用环节。在特种设备的使用环节，涉及到使用单位的使用管理和检验机构的定期检验，使用环节涉及到的信息包括与设备生产阶段相关的固有信息和与使用相关的动态信息[5]，前者在设备生命周期内基本不变，后者将随使用情况而发生变化。以压力容器为例对其各环节信息进行分析，提取在使用管理及检验中关注度高的信息，实际工作流程图1所示。

从特种设备的流程分析中看出，设备的信息产生于生命周期的不同阶段，每份报告的数据也来源于设备的不同生命阶段，传统的信息管理方式很容易出现纰漏，为了能够自动生成最终的报告，设备的信息录入必须覆盖整个生命流程。

1.2 系统整体架构的设计

为了实现数据共享的、使用方便的特种设备管理系统。设计系统整体结构如图2所示。通过手持器读取设备存储在RFID标签中的基本信息。为了使设备在各种条件下都能运行，手持器为离线系统，先将各种数据存储在本地，在到达网络通畅的环境时，通过手持器的WiFi模块连接到网络，将数据上传至服务器，完成数据传输，并在服务器端的数据库存储。

2 数据管理系统设计与实现

2.1 系统功能模块划分

根据承压特种设备管理的特点，将软件划分为如图2所示的功能模块。该功能模块图的树状结构中，每个节点就是一个很小的功能模块。每个功能模块要针对数据库中不同的表来进行操作。

本系统中将每个可以点击的链接都认为是一个权限，进行权限的精细化管理，只有拥有相应权限的工作人员才能操作相应的功能。设备管理方面，根据设备管理流程，分为基本信息添加，资料审核，业务执行与维护，问题记载这几个方面。文件管理模块用于自动生成某次检验的记录；到期提醒模块则包括人员证书到期提醒以及设备检验到期提醒。

2.2 设备管理的实现

设备管理包括容器和管道管理，根据设备的生命周期与检验人员的操作习惯，将设备的管理流程分为基本信息添加，资料审核，业务执行与维护，问题记载四部分。

基本信息指的是自安装完成后就基本不变的信息。基本信息出现在容器的各种检验报告中，但每次都需要耗费大量的时间重新整理，该部分信息由生成和使用单位添加与维护。

资料审查作为检验的起点，在接受检验任务后，首先对该设备使用单位的安全管理情况以及设备本身信息进行审查。使用单位特种设备安全管理制度及管理情况、设备的基本信息、使用情况信息事先由相关单位录入数据库，检验人员可在授权情况下进行审查，同时对审查企业特种设备作业人员的持证情况。

审核完成后，根据检验方案，分配检验具体项目，该部分数据可以由检验人员现场使用手持器录入，也可以直接在网站录入。

问题记载模块是一个统计模块。大多数情况下，用户更关心的检验的结果，本系统添加了这一模块，用于更方便的看到某个设备历次检验中出现过的问题。

2.3 文件管理的实现

自动生成报表是本系统的核心需求，文件管理模块需要将设备管理过程中的文本信息与图片进行整合并将其输出到文档中。

根据需求，生成的文档需要为Word文件。由于Word本身是基于Windows平台的，Java不能直接对Word进行读写操作。本系统使用Jacob技术间接操作Word，Jacob（Java-COM Bridge在Java与微软的COM组件之间构建一座桥梁，使用Jacob自带的DLL动态链接库，并通过JNI（Java Native Interface）的方式实现了在Java平台上对COM（组件对象模型）程序的调用[7]。

大量的文件放在同一个文件夹下会造成读写速度的降低，需要一种方式将文件打散。本系统采用哈希打散，通过文件名获得哈希值，将其转换为16进制数，取前两位，分别为一二层的目录名称。用哈希打散的方式将文件近似均匀的分到256个文件夹中。

本系统使用替换的方式生成Word文档。所谓替换的方式是指首先制作模板，在程序内读取这个模板，将模板中标定的特殊字符替换成它实际的内容。如图3所示为一份管道模板文件的部分截图和生成的文件的部分截图。可见，这种预先定义模板的方式可以很好的满足文档生成的要求。

系统为每个检验项目的子项目都制作了一个模板。如图4所示为管道全面检验文件目录，从图中可以看到，此次全面检验中，可以对子项目单独进行生成文档与下载文档的操作，在每一个子项目都生成之后，可以生成综合文档，综合文档是把子项目的文档结合起来生成一份总文档，这就是最后需要的文档。这种文件生成耗费一定的空间用来存储单个子项目的文件，但是提高了文件操作的灵活性。

3 基于Android的读写器软件设计与实现

3.1 软件功能模块设计

RFID手持器是检验人员、巡检人员进行设备巡查、检测使用的设备。为了满足在某些化工厂信号微弱或信号被屏蔽等情况，需要RFID手持器在完全离线状态下可以正常使用。

本系统手持器软件应用分为四个模块，分别为用户登录、管道管理、容器管理以及数据上传，如图5所示。用户登录提供了一个用户输入账号与密码的页面，由于该系统是离线的，所以身份校验延后至上传数据时进行。管道管理与容器管理为检验人员执行检验业务的模块，这些检验信息会暂时存储在手持器的本地数据库中[8]，在手持器连接网络后可以通过上传模块将检验信息上传。

3.2 设备管理模块

以容器管理为例，容器管理分为标签信息加载、基本信息、配置信息、定期检验、年度检验以及验收检验。

（1）标签信息加载：如图6所示，该模块用于读取标签中存放的基本信息，也可以获得设备编号后直接通过网络获取，将其加载到基本信息模块，方便巡检人员直接查看。在开始一次检验任务前，检验人员需要在这个模块输入任务编号，根据这个编号系统可以唯一的定位到一次检验中，之后进行的检验都属于该检验任务的子项目，需要更换任务时重新输入。

（2）基本信息：该模块用于查看标签中的信息以及向标签中写入信息。在手持器读取标签信息时会将其保存到内存中，进入基本信息界面的时候，系统将这部分数据展示在界面上。该模块还可以将界面数据填入对象中，然后将对象转换为JSON类型的字符串，最后将字符串写入到标签中。

（3）配置信息：某些检验信息需要根据情况来决定，比如在管道的测厚检测中监测点个数。检验人员根据检验方案，写入相应数据，如图7所示，信息配置实际上是为了将检验人员的监测计划记录下来，这样检验人员就可以很直观的判断检验的进度以及此项检验是否完成。

（4）各类检验：容器年度检验、定期检验以及验收检验都是业务的核心部分，这部分的数据结构与后台管理系统使用的数据结构是相同的。如图8所示，它会将所有属于容器各类检验的子项目全部罗列出来，展示在页签上，通过滑动界面，就可以切换到不同的检验子项目。

3.3 在线数据同步

为了将数据同步到远程数据库中，设计数据上传模块。每次将检验数据提交的时候，系统会根据所做检验的项目生成如图所示的上传模块，该模块中包含的检验人员所做检验的描述、该检验提交日期、检验的设备编号以及任务编号。检验人员可以点击上传按钮，它会将当前检验记录同步到远程数据库中，提交之后仍可以对这个检验做修改并再次提交，直到检验完成后，进行最后一次提交并删除记录。

4 总结

本文根据承压特种设备使用环节相关管理要求，尤其是检验流程，采用Web技术设计并实现了设备管理系统，实现了承压特种设备数字化管理与文档的自动化管理，采用RFID与Android技术设计了检验现场使用的信息记录装置，实现检验现场的无纸化。经测试后证实该管理流程符合当前承压特种设备检验流程，可以提高设备信息整合效率，降低文件信息的录入成本，对促进物联网在设备检验方面的应用具有一定意义。

参考文献：

[1]李娟，刘丽梅，郭新鹏.特种设备全生命周期物联网标准化研究[J].标准科学，2015（07）：54-58.

[2]本刊讯.国家质检总局特种设备局关于进一步做好高耗能特种设备节能工作的意见[J].中国特种设备安全，2013（08）：1-2.

[3]郭新鹏，刘丽梅，薛庆等.基于物联网的特种设备安全管理平台研发[J].工业安全与环保，2012，38（05）：70-73.

[4]张硕.特种设备安全管理在特种设备检验机构中的应用[J].中国管理信息化，2015（22）：58-58.

[5]倪浩，马宏波，王慧锋.基于RFID的型式试验样品管理系统的设计与实现[J].物联网技术，2015（01）.

[6]王万春.山东金质特种设备动态管理信息系统的需求分析[D]. 山东大学，2005.

[7]车晓波，闫旭琴，刘晓建.基于JACOB的WORD文档操作技术[J]. 科技创新导报， 2013（04）.

[8]庄儿.基于RFID技术的现代物流信息系统安全性研究[D].浙江工商大学，2009.

作者简介：宋勐翔（1991-），男，山西人，硕士研究生，研究方向：物联网、IPV6、仪器仪表。