基于物聯(lián)網(wǎng)技術的承壓類特種設備耐壓試驗遠程監(jiān)檢技術探討與展望

熊偉東 胡 昕 羅愛卿 陳海云 田 豐

（杭州市特種設備檢測研究院 杭州 310051）

在承壓類特種設備制造的監(jiān)檢過程中，對設備安全性能有較大影響的重點項目，在監(jiān)檢人員確認其符合規(guī)范要求后，制造企業(yè)方可繼續(xù)下一步工序，這些項目被稱之為A 類監(jiān)檢項目，如耐壓試驗監(jiān)檢等[1]。傳統(tǒng)的耐壓試驗監(jiān)檢，是監(jiān)檢員到現(xiàn)場見證耐壓試驗的全過程。這一方法沿用多年后，氣瓶率先做出了突破，在2021 年6 月1 日起實施的TSG 23—2021《氣瓶安全技術規(guī)程》中提出了檢驗機構可以采用對水壓試驗現(xiàn)場進行視頻監(jiān)檢、確認受檢單位上傳試驗記錄的方式實施現(xiàn)場見證[2]。而本文所探討的技術則更進一步，探討利用射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知設備感知獲取設備耐壓試驗的各類數(shù)據(jù)信息，通過5G 無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)信息實時、準確地傳送到遠程監(jiān)控平臺，再由平臺對數(shù)據(jù)信息進行分析、處理和判定，實現(xiàn)不限時間、不限地點和人機物互聯(lián)互通的監(jiān)檢確認技術。

1 分析

1.1 法理基礎

本技術的法理基礎，即各個安全規(guī)范對耐壓試驗監(jiān)檢環(huán)節(jié)的相應規(guī)定。如上所述，在TSG 23—2021中給出了可以進行遠程視頻監(jiān)檢的規(guī)定，那么本技術提出的基于5G＋物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)檢技術是符合該規(guī)定的，并且做出了更科學、更高效的升級。而在TSG 11—2020《鍋爐安全技術規(guī)程》和TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》中都沒有給出可以進行遠程視頻監(jiān)檢的規(guī)定，那么現(xiàn)階段對于鍋爐和壓力容器，本技術就只能定位為輔助和留證手段[1，3]。隨著全社會數(shù)字化改革深入和本技術的應用經(jīng)驗積累，希望在相應規(guī)范更新時，在本技術的應用數(shù)據(jù)和效果的支撐下，能推動這一數(shù)字化監(jiān)檢技術得到規(guī)范的支持。

1.2 必要性

近年來隨著我國承壓類特種設備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展和城市化進程日益加快，企業(yè)產(chǎn)量的逐年遞增導致檢驗機構的人均工作量日益增加，據(jù)調研在某些檢驗機構中，檢驗人員和每年待檢設備之間的比值達到了1:3 000；企業(yè)逐步搬遷至城郊和郊縣，導致監(jiān)檢人員消耗在路途上的時間越來越長，據(jù)調研在某些檢驗機構中的通勤時間達到了2 ～3 h。在人均工作量日益高企和通勤距離不斷加大的雙重矛盾作用下，監(jiān)檢工作中就出現(xiàn)了不能按時到崗履責的現(xiàn)象，工作質量有待加強，并因此發(fā)生了一些企業(yè)投訴和行政追責的案例。借助數(shù)字化技術實施遠程監(jiān)檢，首先是符合《中華人民共和國特種設備安全法》中對特種設備安全工作提出的“節(jié)能環(huán)?！痹瓌t[4]，其次還能給企業(yè)和檢驗機構帶來諸多益處：1）提高企業(yè)耐壓試驗的自檢合格率和檢驗機構的監(jiān)檢到位率、及時率，實際上就是提高了企業(yè)生產(chǎn)力；2）規(guī)范檢驗機構監(jiān)檢工作的程序性和過程性；3）為監(jiān)檢記錄的數(shù)字化自動填寫創(chuàng)造了先期條件；4）幫助檢驗機構在受到后續(xù)監(jiān)督抽查時能夠自證工作程序和質量到位。同時據(jù)搜狐網(wǎng)的相關報道，在國際同行業(yè)中，尤其是在全球發(fā)生新冠肺炎疫情之后，必維國際檢驗集團（BUREAU VERITAS）和英國勞氏船級社（LIoyd's Register）等大型國際檢測集團都已經(jīng)開始建立基于網(wǎng)絡的遠程檢驗系統(tǒng)。其中必維國際檢驗集團已經(jīng)在全球多個業(yè)務單元中部署了遠程檢驗服務，比如“Bureau Veritas ICE 數(shù)字化項目”就可以讓制造廠現(xiàn)場的客戶通過互聯(lián)網(wǎng)和智能設備與場外的檢驗團隊進行溝通，檢驗團隊對結果進行遠程分析，并通過數(shù)字方式發(fā)送給客戶。從實際運行效果看，這些遠程檢驗手段確保了業(yè)務的連續(xù)性，效率和效益同時獲得提升，獲得了所有利益相關者的認可。所以在國外和國內(nèi)數(shù)字化改革的趨勢下，研究基于5G 和物聯(lián)網(wǎng)技術的遠程監(jiān)檢技術是非常有必要的。

1.3 先進性

本技術選題新穎、走在業(yè)界前沿，在特種設備制造行業(yè)中的研究成果很少，可以說課題的選取是與時俱進的，順應特種設備監(jiān)管數(shù)字化改革的潮流，適應行業(yè)的發(fā)展需要?；谙嚓P數(shù)字信息技術的迅速發(fā)展和在其他行業(yè)中的豐富應用，探討建立“遠程監(jiān)檢”這樣一個新的工作模式，既可以借鑒其他行業(yè)的一些研究經(jīng)驗和成果，也有相當巨大的研究空間和方向。所以本技術把運籌學、信息科學和特種設備制造專業(yè)知識有機地融合在一起，通過物聯(lián)網(wǎng)技術的運用，可突破距離和時間的限制，將信息更有效的傳導、存儲和使用，是具有先進性的。

1.4 可行性

在全國范圍內(nèi)的檢驗機構，都普遍存在人機比低、效率不高的情況，數(shù)字化的檢驗技術將會給整個行業(yè)帶來整體智治、高效協(xié)同的局面，所以該技術的需求是有市場基礎的。筆者單位現(xiàn)監(jiān)管與服務的承壓類特種設備制造企業(yè)80 余家，每年出具監(jiān)督檢驗證書3 萬余份。企業(yè)中有行業(yè)頭部企業(yè)杭鍋集團、杭氧集團，自身管理水平良好，具備數(shù)字化監(jiān)檢的先試條件；還有特富集團、賽富特公司等年產(chǎn)臺數(shù)巨大的企業(yè)，有通過數(shù)字化監(jiān)檢提升監(jiān)檢效率和到位率的需求；還有美資企業(yè)Fulton 集團寧波制造基地、杭工鍋集團安吉基地、建德和德清等地的容器制造廠，有遠距離監(jiān)管的需求。這些企業(yè)資源和需求，就是數(shù)字化監(jiān)檢技術的研發(fā)、使用和推廣的市場基礎。筆者單位已經(jīng)采取綜合集成、迭代提升、量力而行的開發(fā)建設模式，結合其綜合檢驗系統(tǒng)“數(shù)字特監(jiān)”的二期建設，開始了本技術的研究和實施。

2 實施

2.1 系統(tǒng)構成

遵循現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構由底層網(wǎng)絡分布、匯聚網(wǎng)關接入、互聯(lián)網(wǎng)融合、終端用戶應用這4 個部分組成的理念，將物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)檢系統(tǒng)設計為由檢驗機構用的檢驗系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)平臺、移動終端（檢驗用App）和企業(yè)用的試驗機（含傳感設備）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、移動終端（企業(yè)App）組成[5]，見圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)檢系統(tǒng)構成

2.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)流程圖[6]如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

2.3 系統(tǒng)技術要求

1）對于氣瓶中可以在智能型轉盤式鋼瓶水壓試驗快速檢測線上進行耐壓試驗的中等規(guī)格產(chǎn)品，物聯(lián)網(wǎng)平臺可直接接入的檢測線系統(tǒng)預留的相關接口，讀取相關數(shù)據(jù)和耐壓試驗實時自動記錄上傳至平臺并轉存至檢驗系統(tǒng)，滿足TSG 23—2021 的要求。

2）對于鍋爐、容器和小部分無法上檢測線的氣瓶（小規(guī)格和大規(guī)格），將通過傳感器＋可穿戴設備＋試驗機＋物聯(lián)網(wǎng)平臺的方式進行遠程監(jiān)檢，具體如下：

（1）數(shù)據(jù)采集方式：溫度以及壓力模擬量信號通過DTU 向物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)送數(shù)據(jù)；

（2）數(shù)據(jù)采集類型：環(huán)境溫度、介質溫度、起始時間、起始壓力、停止時間、停止壓力，現(xiàn)場視頻；

（3）采集頻率：采集頻率在2 ～60 s 之間，可遠程設置；

（4）系統(tǒng)計算值：起始和停止時刻的壓力差，保壓時間；

（5）操作流程：

①通過射頻識別產(chǎn)品上的RFID 標簽或掃描其二維碼等數(shù)字方式確認試壓設備的產(chǎn)品編號[7]；

②到達試驗壓力后，檢驗人員在試驗機上點擊開始，平臺記錄當前環(huán)境溫度、介質溫度以及起始時間和當前壓力；

③物聯(lián)網(wǎng)平臺按照設置頻率自動記錄測試過程中的壓力變化；

④保壓結束后，現(xiàn)場人員在試驗機上點擊結束，物聯(lián)網(wǎng)平臺記錄設備當前壓力和時間，平臺計算起止壓力差和保壓時間；

⑤監(jiān)檢人員遠程指揮試驗現(xiàn)場的檢驗人員（配備可穿戴設備），按TSG 11—2020 要求進行設備的目視檢查；

⑥物聯(lián)網(wǎng)平臺根據(jù)產(chǎn)品編號自動生成一個完整的過程文檔，含耐壓試驗報告、自動試壓記錄和現(xiàn)場視頻，供檢驗機構調取查閱。設想的耐壓試驗報告見圖3。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)遠程耐壓試驗報告

3 數(shù)字化檢驗技術向三個維度的立體展望

在本技術成功運用的基礎上，可以將數(shù)字化檢驗技術向特種設備檢驗全域進行拓展。第一步是縱向挖掘本技術的數(shù)字化應用深度，第二步是橫向拓展到產(chǎn)品制造監(jiān)檢的全過程，第三步是立體向上覆蓋兩類特種設備、各種檢驗類型并向“機器換人”的終極目標發(fā)展，整體是一個三維體拓展的結構，如圖4 所示。

圖4 數(shù)字化檢驗技術的三維拓展

4 結束語

根據(jù)筆者在特種設備檢驗領域多年從業(yè)經(jīng)驗，隨著制造企業(yè)的產(chǎn)品豐富、產(chǎn)能擴大和場地拓展和搬遷，給監(jiān)檢工作帶來了巨大挑戰(zhàn)，利用物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術來輔助監(jiān)督檢驗是大勢所趨。目前，無論是政府層面、社會層面和行業(yè)層面，都提出了數(shù)字化改革的要求。應該清楚地認識到，特種設備檢驗的數(shù)字化改革就是在貫徹新發(fā)展理念，就是在實踐從高速度向高質量的轉變，就是在借助數(shù)字化改革來提高全行業(yè)的管理水平。所以，應該借助數(shù)字改革的東風，堅持把創(chuàng)新作為驅動檢驗發(fā)展的第一動力，推動檢驗與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和量子傳感等技術的融合發(fā)展，實現(xiàn)行業(yè)數(shù)字化轉型升級，不斷提升檢驗服務的智能化水平，從而提高全社會特種設備的安全、節(jié)能和環(huán)保水平。