基于物联网技术的承压类特种设备耐压试验远程监检技术探讨与展望

熊伟东 胡 昕 罗爱卿 陈海云 田 丰

（杭州市特种设备检测研究院 杭州 310051）

在承压类特种设备制造的监检过程中，对设备安全性能有较大影响的重点项目，在监检人员确认其符合规范要求后，制造企业方可继续下一步工序，这些项目被称之为A 类监检项目，如耐压试验监检等[1]。传统的耐压试验监检，是监检员到现场见证耐压试验的全过程。这一方法沿用多年后，气瓶率先做出了突破，在2021 年6 月1 日起实施的TSG 23—2021《气瓶安全技术规程》中提出了检验机构可以采用对水压试验现场进行视频监检、确认受检单位上传试验记录的方式实施现场见证[2]。而本文所探讨的技术则更进一步，探讨利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取设备耐压试验的各类数据信息，通过5G 无线网络将数据信息实时、准确地传送到远程监控平台，再由平台对数据信息进行分析、处理和判定，实现不限时间、不限地点和人机物互联互通的监检确认技术。

1 分析

1.1 法理基础

本技术的法理基础，即各个安全规范对耐压试验监检环节的相应规定。如上所述，在TSG 23—2021中给出了可以进行远程视频监检的规定，那么本技术提出的基于5G＋物联网的远程监检技术是符合该规定的，并且做出了更科学、更高效的升级。而在TSG 11—2020《锅炉安全技术规程》和TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中都没有给出可以进行远程视频监检的规定，那么现阶段对于锅炉和压力容器，本技术就只能定位为辅助和留证手段[1，3]。随着全社会数字化改革深入和本技术的应用经验积累，希望在相应规范更新时，在本技术的应用数据和效果的支撑下，能推动这一数字化监检技术得到规范的支持。

1.2 必要性

近年来随着我国承压类特种设备制造业的蓬勃发展和城市化进程日益加快，企业产量的逐年递增导致检验机构的人均工作量日益增加，据调研在某些检验机构中，检验人员和每年待检设备之间的比值达到了1:3 000；企业逐步搬迁至城郊和郊县，导致监检人员消耗在路途上的时间越来越长，据调研在某些检验机构中的通勤时间达到了2 ～3 h。在人均工作量日益高企和通勤距离不断加大的双重矛盾作用下，监检工作中就出现了不能按时到岗履责的现象，工作质量有待加强，并因此发生了一些企业投诉和行政追责的案例。借助数字化技术实施远程监检，首先是符合《中华人民共和国特种设备安全法》中对特种设备安全工作提出的“节能环保”原则[4]，其次还能给企业和检验机构带来诸多益处：1）提高企业耐压试验的自检合格率和检验机构的监检到位率、及时率，实际上就是提高了企业生产力；2）规范检验机构监检工作的程序性和过程性；3）为监检记录的数字化自动填写创造了先期条件；4）帮助检验机构在受到后续监督抽查时能够自证工作程序和质量到位。同时据搜狐网的相关报道，在国际同行业中，尤其是在全球发生新冠肺炎疫情之后，必维国际检验集团（BUREAU VERITAS）和英国劳氏船级社（LIoyd's Register）等大型国际检测集团都已经开始建立基于网络的远程检验系统。其中必维国际检验集团已经在全球多个业务单元中部署了远程检验服务，比如“Bureau Veritas ICE 数字化项目”就可以让制造厂现场的客户通过互联网和智能设备与场外的检验团队进行沟通，检验团队对结果进行远程分析，并通过数字方式发送给客户。从实际运行效果看，这些远程检验手段确保了业务的连续性，效率和效益同时获得提升，获得了所有利益相关者的认可。所以在国外和国内数字化改革的趋势下，研究基于5G 和物联网技术的远程监检技术是非常有必要的。

1.3 先进性

本技术选题新颖、走在业界前沿，在特种设备制造行业中的研究成果很少，可以说课题的选取是与时俱进的，顺应特种设备监管数字化改革的潮流，适应行业的发展需要。基于相关数字信息技术的迅速发展和在其他行业中的丰富应用，探讨建立“远程监检”这样一个新的工作模式，既可以借鉴其他行业的一些研究经验和成果，也有相当巨大的研究空间和方向。所以本技术把运筹学、信息科学和特种设备制造专业知识有机地融合在一起，通过物联网技术的运用，可突破距离和时间的限制，将信息更有效的传导、存储和使用，是具有先进性的。

1.4 可行性

在全国范围内的检验机构，都普遍存在人机比低、效率不高的情况，数字化的检验技术将会给整个行业带来整体智治、高效协同的局面，所以该技术的需求是有市场基础的。笔者单位现监管与服务的承压类特种设备制造企业80 余家，每年出具监督检验证书3 万余份。企业中有行业头部企业杭锅集团、杭氧集团，自身管理水平良好，具备数字化监检的先试条件；还有特富集团、赛富特公司等年产台数巨大的企业，有通过数字化监检提升监检效率和到位率的需求；还有美资企业Fulton 集团宁波制造基地、杭工锅集团安吉基地、建德和德清等地的容器制造厂，有远距离监管的需求。这些企业资源和需求，就是数字化监检技术的研发、使用和推广的市场基础。笔者单位已经采取综合集成、迭代提升、量力而行的开发建设模式，结合其综合检验系统“数字特监”的二期建设，开始了本技术的研究和实施。

2 实施

2.1 系统构成

遵循现代物联网系统架构由底层网络分布、汇聚网关接入、互联网融合、终端用户应用这4 个部分组成的理念，将物联网远程监检系统设计为由检验机构用的检验系统、物联网平台、移动终端（检验用App）和企业用的试验机（含传感设备）、视频监控系统、移动终端（企业App）组成[5]，见图1。

图1 物联网远程监检系统构成

2.2 系统流程

系统流程图[6]如图2 所示。

图2 系统流程图

2.3 系统技术要求

1）对于气瓶中可以在智能型转盘式钢瓶水压试验快速检测线上进行耐压试验的中等规格产品，物联网平台可直接接入的检测线系统预留的相关接口，读取相关数据和耐压试验实时自动记录上传至平台并转存至检验系统，满足TSG 23—2021 的要求。

2）对于锅炉、容器和小部分无法上检测线的气瓶（小规格和大规格），将通过传感器＋可穿戴设备＋试验机＋物联网平台的方式进行远程监检，具体如下：

（1）数据采集方式：温度以及压力模拟量信号通过DTU 向物联网平台发送数据；

（2）数据采集类型：环境温度、介质温度、起始时间、起始压力、停止时间、停止压力，现场视频；

（3）采集频率：采集频率在2 ～60 s 之间，可远程设置；

（4）系统计算值：起始和停止时刻的压力差，保压时间；

（5）操作流程：

①通过射频识别产品上的RFID 标签或扫描其二维码等数字方式确认试压设备的产品编号[7]；

②到达试验压力后，检验人员在试验机上点击开始，平台记录当前环境温度、介质温度以及起始时间和当前压力；

③物联网平台按照设置频率自动记录测试过程中的压力变化；

④保压结束后，现场人员在试验机上点击结束，物联网平台记录设备当前压力和时间，平台计算起止压力差和保压时间；

⑤监检人员远程指挥试验现场的检验人员（配备可穿戴设备），按TSG 11—2020 要求进行设备的目视检查；

⑥物联网平台根据产品编号自动生成一个完整的过程文档，含耐压试验报告、自动试压记录和现场视频，供检验机构调取查阅。设想的耐压试验报告见图3。

图3 物联网远程耐压试验报告

3 数字化检验技术向三个维度的立体展望

在本技术成功运用的基础上，可以将数字化检验技术向特种设备检验全域进行拓展。第一步是纵向挖掘本技术的数字化应用深度，第二步是横向拓展到产品制造监检的全过程，第三步是立体向上覆盖两类特种设备、各种检验类型并向“机器换人”的终极目标发展，整体是一个三维体拓展的结构，如图4 所示。

图4 数字化检验技术的三维拓展

4 结束语

根据笔者在特种设备检验领域多年从业经验，随着制造企业的产品丰富、产能扩大和场地拓展和搬迁，给监检工作带来了巨大挑战，利用物联网等数字化技术来辅助监督检验是大势所趋。目前，无论是政府层面、社会层面和行业层面，都提出了数字化改革的要求。应该清楚地认识到，特种设备检验的数字化改革就是在贯彻新发展理念，就是在实践从高速度向高质量的转变，就是在借助数字化改革来提高全行业的管理水平。所以，应该借助数字改革的东风，坚持把创新作为驱动检验发展的第一动力，推动检验与互联网、人工智能、大数据、区块链和量子传感等技术的融合发展，实现行业数字化转型升级，不断提升检验服务的智能化水平，从而提高全社会特种设备的安全、节能和环保水平。