基于标识解析体系的矿用设备关键运维系统

金树军

1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司；2.煤矿安全技术国家重点实验室

基于工业互联网标识解析体系，研究矿用设备标识编码规则，实现一物一码；基于工业互联网标识解析二级节点平台，研究开发标识解析鉴权接口，实现万物互联；根据煤矿设备点巡检、维修、保养等关键运维作业手工操作的落后现状，研究开发矿用设备关键运维系统，实现使用维护人员操作行为有记录，煤矿设备运维数据有分析，煤矿企业设备综合管理决策有依据。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中指出，打造自主可控的标识解析体系。2017—2021年，国务院或工信部每年都有关于工业互联网方面相关政策、指导意见、工作计划出台，引导我国工业互联网发展，加快标识解析体系应用，推动设备智能化进程[1]。2020年3月份，八部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，意见指出，以数字化、网络化、智能化为方向，探索建立国家级煤矿信息大数据分析与共享交换平台，同步推进网络安全和煤矿智能化发展，加快工业互联网和车联网、新一代通信技术、云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等现代信息技术在煤炭工业领域的推广应用。煤矿智能化的核心是煤矿装备的智能化，通过煤矿装备的智能化，带动煤矿装备管理的智能化，促进煤矿安全生产和提质降本增效。目前，煤矿在用的大部分装备均为非智能化装备，需要通过智能化手段，赋予这类装备智能化能力，以全部或部分达到智能化水平，或智能化管理水平。无论是智能化装备，还是非智能化装备，其智能化管理均存在编码规则不统一，信息互通存在壁垒，点巡检、维修、保养等关键运维作业手工操作缺陷。为此，本文研究了国家工业互联网标识解析二级节点编码规则，设计开发了自由编码功能模块[2]；研究了工业互联网标识解析二级节点接口协议，设计开发了不同企业、不同类型、不同设备鉴权接入接口；分析了矿用设备关键运维业务应用场景，研究了离线环境数据同步技术，设计开发了煤矿井下设备无纸化点巡检、维修、保养系统及App小程序。

1 矿用设备管理现状

通过对东北地区部分矿业集团、煤矿现场设备管理系统现状的调研，发现各矿业集团、煤矿在设备管理方面普遍存在着管理信息零散，缺乏长期完整的信息化管理手段等问题。仅在矿务局一级有设备管理台账，且完全靠人工录入，甚至不录入、不验货，到货后直接安排各矿运回。导致存在设备都去哪儿了，谁使用过，维修过哪些部件的跟踪难题；设备是在用还是已报废，是正常还是故障的查询难题；有多少设备在用，多少闲置，维护情况怎么样的统计难题；设备证书是否到期，维保工作何时进行的预警难题；设备的维修保养记录，备件耗材的使用记录，设备上的总花费无法追溯的追溯难题。这些难题在各矿业集团、煤矿设备管理方面普遍存在，一直无法得到根本解决。

另外，各煤矿设备管理部门管理着大量设备，每个设备及部件均有定期的检修和保养工作，计划的整理和安排消耗相关人员大量的时间，并且可能存在执行厌恶，无法保障设备达到最优使用率的现象；每个设备都有自己的特点，在设备维保、点检过程中如何根据设备制定规范，实施人员都是根据经验进行操作，人为因素影响过大；设备的维修效率不高，经验无法传承，维修不及时，且成本高，不能有效地集中管理。这些难题在各矿业集团、煤矿也一直没有得到很好地解决。尤其是井下设备的点巡检、维修、保养等工作，依然保留在纸质单据人工填写记录的操作手段层面。导致设备的点巡检、维修、保养是否及时、是否全面、是否到位无法得到保障，点巡检、维修、保养的数据无法保存、清洗、分析利用。

基于以上矿用设备管理现状，本文提出并研究设计了工业互联网标识解析二级节点平台的矿用设备关键运维系统，希望对各矿业集团、煤矿的设备管理提供参考[3]。

2 工业互联网标识解析体系研究

工业互联网标识解析体系是工业互联网网络体系的重组成部分，是支撑工业互联网互联互通的神经枢纽[4]。工业互联网标识解析体系由标识编码、标识载体、标识解析系统、标识数据服务等部分组成。

标识编码能够唯一识别物料、机器、产品等物理资源和工序、软件、模型、数据等虚拟资源的身份符号，类似于“身份证”[5]。标识编码通常存储在标识载体中，包括主动标识载体和被动标识载体。

标识解析系统能够根据标识编码查询目标对象网络位置或者相关信息的系统，对物理对象和虚拟对象进行唯一性的逻辑定位和信息查询，是实现全球供应链系统和企业生产系统精准对接、产品全生命周期管理和智能化服务的前提和基础[6]。

标识数据服务能够借助标识编码资源和标识解析系统开展工业标识数据管理和跨企业、跨行业、跨地区、跨国家的数据共享共用[7]。

根据工业互联网标识解析体系整体架构，本文基于工业互联网标识解析二级节点，研究开发了API接口，如图1所示。API接口采用HTTP REST协议，通过Bearer Token授权进行资源访问。API接口实现应用服务平台和二级节点之间按照数据模板进行数据交互，包括标识注册、标识解析、标识数据服务等交互[8]。

图1 工业互联网标识解析二级节点应用架构Fig.1 The application architecture of the second-level node for industrial Internet identification resolution

为了方便用户使用工业互联网标识解析二级节点的编码规则，本文还研究设计了编码模块，如图2所示。编码模块按照编码规则进行了灵活的软件功能设计，用户可以通过编码元则管理功能菜单对编码规则进行新增、编辑、查看等操作。编码规则模块预置了编码规则中的企业前缀、文本框、当前年（四位数）、当前月（两位数）、当前日在年中次序、当前小时（24小时制）、当前天在本周的次序、当前年（后两位）、流水号等，用户可以按照自己意愿或实际需要选取规则中的一项或几项，可以进行前后顺序调整，可以添加表示部门、业务等的文本，实现零代码的编码。

图2 工业互联网标识解析二级节点应用服务平台编码模块Fig.2 The coding module of the secondary node application service platform for industrial Internet identification analysis

3 矿用设备关键运维系统研究

具备了工业互联网标识解析二级节点平台及标识编码规则应用模块以后，矿用设备关键运维系统就具备了实现一物一码，一码到底的基础[9]。在这个基础之上，本文进行了系统整体架构设计、软件主要应用功能开发和App应用功能开发。

3.1 系统整体架构

如图3所示。矿用设备关键运维系统主要包括8大功能模块，分别是设备台账管理、设备运行管理、设备养护计划、设备购置管理、备品备件管理、统计分析管理、维修人员管理以及设备维修管理等。

图3 矿用设备关键运维系统整体架构Fig.3 Overall architecture of key operation and maintenance systems for mining equipment

本文研究内容和目标同时考虑到本系统即可以和用户现有设备资产管理系统进行对接，解决期初数据同步，避免数据重复录入问题，又可以独立使用，通过设备购置管理、设备台账管理、备品备件管理、维修人员管理等功能模块，实现应用方面和设备资产管理系统的替代和衔接，保证设备管理系统全业务流程正常运转。

3.2 关键技术

大部分矿用设备都在煤矿井下，很多煤矿井下还未进行WiFi、4G或5G无线网络建设，即使少部分煤矿井下建设了无线网络，也未能实现全覆盖。因此，利用本安型手机等移动终端在煤矿井下进行扫码点巡检、维修、保养等操作时，存在无法进行或者无法实时同步数据等难题[10]。因此，如何实现移动终端在离线、在线等不同状态下多用户数据库和数据同步，是本文研究的重点。

（1）Data Ability存储技术。研究Data Ability数据库的运作机制、存储机制，数据库中连接池的最大数量、同一时间对数据操作的限制、数据备份与恢复等技术，实现了系统自身和其他应用存储数据的访问，既可用于同设备不同应用的数据共享，也支持跨设备不同应用的数据共享，满足客户更高的数据管理及存储需求。

（2）在线状态App信息增量同步技术。通过研究App数据与服务器数据同步异常问题原因，研究后台服务校验技术，通过增量数据方法，保障数据在数据库中的唯一性，避免冗余数据存在的同时，节省数据库存储空间，提升数据同步效率，缓解服务器压力。

（3）离线状态App应用场景及功能实现技术。研究在有网络的状态下将从服务器获取的网络数据缓存到本地，在调用网络接口后自动缓存返回相关格式数据，在断网或弱网的状态下启动App时读取本地缓存数据显示在界面上，如果搜索到网络，则自动上传数据，避免传输失败后数据的丢失。

3.3 关键功能

针对用户现有设备资产管理系统使用中存在的缺陷和不足，本文研究的设备管理系统应用功能主要体现在点巡检、维修、保养上，具体开发思路如下[11]。

（1）可根据不同设备类型配置设备点巡检、保养标准。包括点巡检和保养名称、使用的工具、设备当前状态，以及点巡检和保养项目等。点巡检和保养项目编辑灵

…………活方便。一方面，可自由增减点巡检、保养项目数量；另一方面，可自由配置每个点巡检、保养项目的内容和方式。比如可自由配置为文本方式或者数值方式，且若为文本方式，系统会默认为合格，若为数值方式，系统会提供数值区间及默认值配置。在配置好后，用App扫码点巡检、保养时，若设备没有出现异常，操作人员只需提交即可完成点巡检、保养工作。

（2）可根据不同设备类型配置设备点巡检和保养计划。包括计划名称、所属部门、点巡检和保养时间、周期、提醒时间、点巡检和保养人员等。计划的通知即可以在服务器端，也可以在App端，即可以按照制定的计划自动提醒，也可以按照实际需要，由管理人员手动发起。

（3）可对设备、备品备件、维修班组以及维修人员进行绑定，针对不同设备类型、不同故障类型，进行定向引导指派维修，详细记录故障类型、级别，更换部件类型和数量，提高维修效率和效果。

4 结语

以工业互联网标识解析体系为基础，设计和开发的矿用设备关键运维系统，实现了和工业互联网标识解析二级节点对接，为用户提供了通用标识编码规则、技术和应用；弥补了煤矿用户使用设备资产管理系统在煤矿井下进行点巡检、维修、保养等人工操作的不足，为煤矿智能化建设的设备管理提供了必要的技术手段，达到了矿用设备全信息化管理的目的。

引用

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