工业维检修作业智能化探索

吴丙恒

（鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁 鞍山 114021）

设备维检修安全是企业永恒的主题，维检修过程数字化、信息化、网络化是实现安全维检修的必由之路。智能化维检修云平台（HSM）能有效融合维检修规程标准和规章制度，通过刚性流程与智能化服务，使维检修过程规范化、高效化。物联网技术能实现空间信息与物理信息的无缝对接，即能实现任何时间、任何地点、任何人、任何物、任何对象之间的互联互通（简称 5A），具备识别、定位、跟踪、监控以及管理功能，让自觉接受规范成为一种习惯；物联网技术能提供个性化服务平台，即把便捷的操作、理想的规则、必要的监管融入平台设计之中，所有的行为原则上按照流程约束实施，为刚性执行规范提供一种手段（考虑意外事件的容错机制，本文阐述了嵌套式结构和流程跨越三原则）。

1 HSM维检修云平台体系架构

HSM维检修云平台按照 “业务赋能，流程驱动”的原则建设，维检修业务单元被赋以物联网信息化功能，维检修业务流程被赋以矢量化功能，融合人与人、物与物、人与物之间的业务关联，嵌入自动提醒、自主监督、主动预警等管理功能。以数字化奠定基础，以网络化构造平台，以智能化展现能力，HSM维检修云平台架构见图1。

图1 HSM维检修云平台架构Fig.1 Framework of HSM Maintenance Cloud Platform

该平台具有以下几个特性：首先，是一种操作工具，如电子工单和电子牌票部分，服务对象包含所有端对端用户，如检修工、操作工、电工，可扩展对象为点检员（IaaS）；其次，是一种管理工具，如区域电子眼、开关柜电子锁和操作台电子联锁，经过授权才能进入或操作（PaaS）；另外，还是一种服务工具，如电子书等插件功能，电子化规程制度随用随查，GIS导航引领操作者准确操作（SaaS）。不仅能有效解决企业的安全痛点，消除人的不安全行为、物的不安全状态、监管的盲区等，也能提高企业的生产效率。

图2为HSM和非HSM维检修效率对比，统计数据得出，采用HSM办牌平均时间由38 min缩短到13 min。

图2 HSM和非HSM维检修效率对比Fig.2 Efficiency Comparison of Maintenance Work by HSM and Non-HSM

1.1 维检修作业信息化

1.1.1 人员信息数据库

该数据库分为常备人员数据库和临时人员数据库，包含岗位属性、特种作业资质等，支持数据扩展功能，满足各种管理需要。维检修人员信息表见表1。

表1 维检修人员信息Table 1 Maintenance Personnel Information

1.1.2 设备信息数据库

按产线、工序、机组、机台分层次建立设备数据库。例如鞍钢股份有限公司炼钢总厂5生产线连铸工序1流结晶器排除风机信息，以表格或树状结构形式均可录入。维检修设备拓扑图见图3，维检修设备信息见表2。

图3 维检修设备拓扑图Fig.3 Topological Diagram of Equipment in Maintenance

1.1.3 操作牌信息数据库

按照“设备信息数据库”建立操作牌数据库，包含停电牌及工作牌（见表2）。按设备维检修安全技术规程关联维检修内容与操作牌，使“停电才能作业”成为现实。

表2 维检修设备信息Table 2 Maintenance Equipment Information

1.2 维检修作业流程化

1.2.1 维检修作业操作过程

维检修业务流程见图4。维检修指挥者完成电子工单，维检修调度接收维检修指令，安排维检修带班人组建作业团队，办理相关手续，完成电子工单交代任务，带班人提交工单结束维检修业务。

图4 维检修业务流程Fig.4 Service Process of Maintenance Work

1.2.2 停送电作业操作过程

维检修停送电流程见图5。维检修带班人按维检修作业设备情况申请停电，工艺操作工审批停电申请，电工按停电牌指示停电，维检修人员持双牌（操作牌、工作牌）作业。维检修带班人确认作业结束后，提交双牌，工艺操作工收齐操作牌主副牌后，下达送电指令，电工按工作牌指示送电，工艺操作工持双牌（操作牌、停电牌）操作设备。

图5 维检修停送电流程Fig.5 Power-off and Power-on Process for Maintenance

1.2.3 流程跨越三原则

所有流程都可能面临异常状态，严格来说智能化属于弱智能范畴，在应对错综复杂的现实环境时有一定的局限性，因此，对以上2个流程采用嵌套式架构。维检修作业流程作为“父流程”，按步实施完成维检修作业任务；停送电操作流程作为“子流程”，可以被“跨越”，即“父流程”可以跨过“子流程”向下运行，这种跨过行为定义为“跨越”。为保证维检修作业的安全性，制定流程跨越三原则。原则一，被“跨越”的指令必须由授权人发出；原则二，被“跨越”的内容必须由资格人替代；原则三，所有的行为必须被记录。如特殊状态下的“不停电作业”，必须是现场第一指挥人批准，并配备合适的监控（互保）人员，指挥人、监控（互保）人记入大数据档案。

2 全面感知维检修作业内容（感知层）

2.1 电子工单

维检修电子工单是维检修作业的第一凭证，见图6，包含作业内容、作业过程等主要内容。通过网络通信单元感知作业机台、作业人员、作业地点、作业节点及节点时间。

图6 维检修电子工单Fig.6 Electronic Work Order for Maintenance

2.2 电子牌票

维检修电子牌票见图7。操作牌、停电牌、工作牌、工作票等是安全作业的第一保证，取牌、换牌、交牌、办票以及审批等过程全部在网络上完成。不仅省去 “行走时间”、“排队时间”、“签字时间”，而且信息联网，不办牌票不能开始作业，作业不完成不能交牌、消票，不收牌不能送电。

图7 维检修电子牌票Fig.7 Electronic Ticket for Maintenance

2.3 电子锁

电子锁是安装于电气柜面板上的专用设备，见图8。对电气柜进行锁控，确认授权后可开锁，扫描开关本体识别码，确认操作目标后进行操作。实现停送电开关的正确操作，避免违规操作、误操作。

图8 电子锁Fig.8 Electronic Lock

2.4 电子眼

合理布置摄像头可以全方位监控作业场所。特殊场所增加专用摄像头，通过超脑技术，设置电子围栏，进入围栏内需要作业授权，否则会自动报警。特定区域电子眼见图9。

图9 特定区域电子眼Fig.9 Electronic Eye in Specific Area

3 可靠传递维检修作业信息（网络层）

网络层将感知层感知到的信息实时、准确、安全地传递到平台，同样将平台应用软件预定指令发送到各操作端和智能设备。

3.1 终端设备

3.1.1 点检工操作端

点检工操作端分为智能手机和办公电脑，甚至延伸到智能点检设备。智能手机可以使点检工随时、随地发布维修任务，电脑端可以批量导入维修任务，智能点检设备可以自动生成维修任务。维修工单数字化，做到“作业事由要清”。

3.1.2 检修工操作端

检修工长操作端分为智能手机和办公电脑，智能手机可以使工长随时、随地接收维修任务，及时安排抢修、日修等临时性维检修作业，并能全程监控维检修作业过程。电脑端可以批量安排维修作业，更适用于定修等多项目集中布置。检修带班人按照权限类似工长操作，参加检修人员可以通过手机终端了解作业内容及作业进展。维修指挥痕迹化，做到“监管人员要清”。

3.1.3 操作工操作端

操作工操作端为触控一体机，触控一体机位于操作室内，便于查询检修作业项目，了解检修作业分布情况和进展情况。操作工通过触控一体机审批维检修作业项目，发放操作牌、停电牌（停电指令），回收操作牌、工作牌，发送工作牌（送电指令），回收停电牌（解除操作联锁）。维修审批授权化，做到“操作人员要清”。

3.1.4 电工操作端

电工操作端包含触控一体机、智能手机、电子锁等设备。触控一体机为电工班长接收停送电指令（停电牌）、安排合适电工执行停送电作业，可查询所有作业信息及进展情况。智能手机为停送电电工提供路线导航和操作确认的设备，避免电工“误操作”。电子锁是开关柜的“门禁”装置，只有取得授权才能开锁进行停送电操作。3个终端均能发送检修作业允许信息（工作牌），电子锁优先，其次为智能手机，最后是触控一体机。

3.2 网络传输及平台设备

网络传输采用有线无线融合模式，智能手机无线5G方式接入，随时、随地完成信息传递；电脑、触控一体机、摄像头（电子眼）有线以太网方式接入，稳定、可靠；电子锁无线AP方式接入，组建容易、维护简单。平台设备除交换机外，主要包含超脑、防火墙、服务器等。超脑采用嵌入式设计，具有IPC（网络摄像机）接入、存储、管理、控制、智能分析等功能。可实现人脸分析和视频周界防范，提升监控视频价值。防火墙隔离本系统与生产系统和外网，不影响生产安全、不受外网侵袭。服务器提供文件、数据和应用程序等服务。

4 智能管控维检修作业业务（应用层）

4.1 维检修流程智能管控

该应用主要服务于维检修作业内容，包含作业指令、作业承接、作业布置、作业实施（甚至作业评价）等环节。支持点检人员、检修人员、工艺人员在线操作，流程采用串接方式，按约定规则，上一步执行完自动转入下一步，在没有特殊授权的情况下不可以人为干预。维检修业务关系见图10。

图10 维检修业务关系Fig.10 Maintenance Business Relationship

各方人员可以查询自己的业务，实时掌握作业进程；管理人员可以掌握作业分布、作业动态、人员状态等信息。

4.2 停送电流程智能管控

该应用主要服务于维检修安全停送电，避免“违章”操作。停电业务关系/送电业务关系见图11，包含取牌申请、发牌审批、停电审批、自动联锁、停电安排、停电确认、停电操作、持牌作业、验收交牌、验牌送电、联锁解除、送电换牌、持牌操作等环节，实现检修工、操作工、电工端对端的操作，方便快捷。

图11 停电业务关系/送电业务关系Fig.11 Power-off Business Relationship/Power-on Business Relationship

4.2.1 信息传递单元

授权指令发给电工，允许停、送电；停电信息发到所有客户端，允许检修作业、禁止操作设备；送电信息发送到所有客户端，可以操作设备、禁止检修作业。

4.2.2 操作指引单元

电子锁触摸屏设置标示栏，显示开关名称，供操作者辨识用；具备远程控制功能，接收操作授权指令后，待操作指示灯闪烁，操作者可快速、准确确定操作位置。状态显示：显示智能锁开闭状态、显示“停电”或“送电”指令、显示 “已停电”或“已送电”状态。

4.2.3 操作授权单元

通过指纹或用户名+密码的方式识别操作人员身份，对照电子工单授权信息，只有信息完全吻合才允许开锁操作。

4.2.4 操作服务单元

触摸相应按钮，演示“停或送电”操作步骤、提示“停或送电”注意事项,提供语音播报功能,让服务更贴心。

4.2.5 监控预警单元

开关周围适当位置设置温度、湿度、空气洁净度等传感器，当检测的数值超过设定值范围时自动报警。

4.3 操作台按钮智能联控

4.3.1 维检修设备操控权限解除

运维云平台审批下发作业信息的同时，自动发讯到操作台按钮上位PLC，在取牌到交牌的时间段自动锁闭操作按钮，操作台按钮所有操作无效，可避免误操作或违章操作。保证维检修设备在检修过程中始终处于停止状态，避免设备运转伤害事件发生。

4.3.2 维检修设备操控权限恢复

安全运维云平台收齐操作牌正副牌后，自动发讯到操作台按钮上位PLC，自动解除操作台按钮锁闭功能，即维检修人员已经撤离检修区域，操作者可以操作设备。

4.4 维检修区域智能预警

4.4.1 人脸抓拍系统

人脸抓拍摄像机实时对进入现场的人员进行人脸识别，与人员数据库信息比对，实现常规布控报警。陌生人进入现场立即启动预警，根据预置方案通知到相关人员及部门。如果设置声光报警设备，可以自动对陌生人进行警告并驱离。

4.4.2 周界防范系统

周界防范摄像机实时对特定区域进行监控，发现“入侵”行为主动报警、声光驱离。首先，设备未停机的情况下，任何人或车辆等进入生产区域会触发警报系统；其次，设备停机检修的情况下，任何生产设备或车辆等进入检修区域同样会触发警报系统。

4.4.3 火情预警系统

智能摄像机实时对特定区域进行监控，发现“动火”行为主动识别、语音提示。首先，无人员有火焰的情况视为火灾，主动报警；其次，有人员有火焰时，与动火审批数据库信息比对，对违章动火警示驱离。

4.5 维检修作业智能服务

4.5.1 规程标准电子书

将设备四项标准（技术、点检、给油脂、维修）、安全技术规程及生产技术规程等内容电子化，以插件形式嵌入智能化平台，授权用户可根据关键词或工单超链接等方式查询相关内容。把不便随身携带的资料变成“口袋书”，可随时查阅。

4.5.2 智能导航小助手

将区域内的设备及其停送电开关等维检修信息进行地理定位（GIS），智能终端通过有线5G和无线AP混合网直接获得工单内停送电开关与维检修设备的位置，并配以类似地图软件的导航功能，智能引领操作者以安全且最短的路径到达操作位置。可以开发“周边情况”、“危险因素”等更多工具类插件。

4.5.3 危险区域智慧屏

易燃易爆、受限空间等特殊场所设置大屏幕，自作业开始到作业结束，滚动播放作业前需要确认的内容、作业中需要注意的事项、作业后需要恢复的设施等。这种特殊场合均应建设智能监控系统，同时布置周界防范系统和人脸抓拍系统。

5 结语

智能化维检修云平台 （HSM）采用 “疏+堵”（D&P）结合的方式搭建，以信息化疏通要素节点，以流程化堵塞节外生枝。信息化为操作者提供了方便快捷的操作工具，流程化为管理者提供了可控可视的管理工具，能从根本上消除人的不安全行为和物的不安全状态。系统运行后，会自动收集维检修大数据，经过数据分析、模型计算以及深度学习，可以开发维检修智慧调度、操检修一体化等系统，助力钢厂全面智慧化建设。