甘波平

(安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司， 北京 100013)

0 引言

隨著社會的進步和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對涉及人身健康和財產(chǎn)安全的產(chǎn)品及裝備實施全過程物證溯源管控，在發(fā)達國家已得到快速發(fā)展和應(yīng)用。IECEx和歐盟ATEX認(rèn)證體系實現(xiàn)對認(rèn)證全過程可追溯，物證溯源手段不斷強化。法國BV強化工廠評審中的一致性核查和關(guān)鍵部件溯源，實現(xiàn)了對認(rèn)證全過程可追溯。

在國內(nèi)，近年來“低產(chǎn)量、高品質(zhì)、高價格”的有機產(chǎn)品時常被發(fā)現(xiàn)以次充好、隨意標(biāo)貼等情況[1-2]，《商務(wù)部、工業(yè)和信息化部、公安部、農(nóng)業(yè)部、質(zhì)檢總局、安全監(jiān)管總局、食品藥品監(jiān)管總局等七部委“關(guān)于推進重要產(chǎn)品信息化追溯體系建設(shè)的指導(dǎo)意見”》(商秩發(fā)〔2017〕53號)，要求將重要產(chǎn)品追溯管理納入現(xiàn)有強制性產(chǎn)品認(rèn)證等相關(guān)認(rèn)證制度[3]。國家認(rèn)監(jiān)委發(fā)布了《關(guān)于進一步加強國家有機產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)志管理的通知》，明確要求“鼓勵認(rèn)證機構(gòu)采取更為嚴(yán)格防偽、追溯技術(shù)手段，確保發(fā)放的每枚認(rèn)證標(biāo)志能夠從市場溯源到每張對應(yīng)的認(rèn)證證書、產(chǎn)品和生產(chǎn)企業(yè)”[4]。農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證溯源主要采用射頻識別、二維碼及條形碼技術(shù)，基本實現(xiàn)了“從農(nóng)田到餐桌”全過程追溯[5-7]。此外，地面特種設(shè)備,公安、消防等領(lǐng)域，也正在推廣應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)強化認(rèn)證全過程管控和溯源管理[8-11]。

國內(nèi)外的先進經(jīng)驗深刻影響著安全標(biāo)志準(zhǔn)入的改革探索和創(chuàng)新發(fā)展,“十二五”期間，在原國家安全監(jiān)管總局的明確要求和指導(dǎo)下，安標(biāo)國家中心構(gòu)建了煤礦重要設(shè)備物證溯源支撐服務(wù)系統(tǒng)，同時選取礦用提升機、架空乘人裝置等重點關(guān)鍵設(shè)備，在山西、河南部分煤礦進行了試點應(yīng)用，通過賦予提升機、架空乘人裝置及其重要零(元)部件唯一的電子身份標(biāo)識，采集和集成提升機、架空乘人裝置等設(shè)備從安全標(biāo)志審核發(fā)放,到設(shè)備生產(chǎn)制造,直至報廢的全生命周期信息?；谠O(shè)備電子身份標(biāo)識線索，采用礦用本質(zhì)安全型物聯(lián)網(wǎng)移動終端,實現(xiàn)對設(shè)備身份標(biāo)識的辨識和讀寫，實現(xiàn)設(shè)備的合法性驗證及生產(chǎn)制造過程、運行維護情況追溯，保證設(shè)備相關(guān)信息來源可查，去向可追。試點應(yīng)用取得了良好效果，得到安全監(jiān)管監(jiān)察機構(gòu)的支持和肯定，為安全生產(chǎn)物證溯源體系的建立,推動煤礦重要設(shè)備運維、監(jiān)管,促進服務(wù)向智能、安全、高效、主動方向發(fā)展奠定了初步基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)組成與架構(gòu)

煤礦重要設(shè)備物證溯源系統(tǒng)的核心思想是通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知手段，使設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)建立互聯(lián)互通的渠道，集成煤礦設(shè)備從安全標(biāo)志認(rèn)證、生產(chǎn)制造、運行維護、定期檢驗、監(jiān)管監(jiān)察直至報廢周期的數(shù)據(jù)信息。安全監(jiān)管監(jiān)察機構(gòu)、檢測檢驗機構(gòu)、裝備生產(chǎn)企業(yè)、裝備制造企業(yè)各應(yīng)用主體可即時感知設(shè)備全生命周期狀態(tài)和信息，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)可追溯。該系統(tǒng)的應(yīng)用是監(jiān)管監(jiān)察方法的創(chuàng)新[12],促進設(shè)備的管理與應(yīng)用更加科學(xué)、高效。

1.1 系統(tǒng)組成

物證溯源系統(tǒng)主要包括：

1) 設(shè)備身份標(biāo)識載體。包括煤礦井下用RFID電子標(biāo)簽、條形碼等。

2) 發(fā)卡設(shè)備。基于射頻通信技術(shù)，實現(xiàn)標(biāo)識載身份數(shù)據(jù)初始化與交互。

3) 本質(zhì)安全型讀寫感知設(shè)備。基于射頻通信技術(shù)，與標(biāo)識載體進行全生命周期各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)交互。

4) 信息處理及物證溯源軟件。實現(xiàn)設(shè)備標(biāo)識與設(shè)備全生命周期信息的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、信息處理與溯源應(yīng)用。

1.2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

系統(tǒng)主要由物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐服務(wù)層、應(yīng)用層部分組成，如圖1所示。

圖1 物證溯源系統(tǒng)體系架構(gòu)

1) 感知層。感知層相當(dāng)于動物的感官系統(tǒng)[13]，由各種傳感器及網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括各類設(shè)備運行狀態(tài)傳感器、設(shè)備身份標(biāo)識、二維碼、感知終端、攝像頭、GPS等，主要功能是識別設(shè)備、采集信息。

2) 網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、私有網(wǎng)絡(luò)、無線和有線通信網(wǎng)、企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)等組成，相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)中樞，主要負(fù)責(zé)處理和傳輸感知層獲取的信息。

3) 支撐服務(wù)層。支撐服務(wù)層是系統(tǒng)平臺架構(gòu)物理底層，主要提供云計算、云存儲服務(wù)、安全保障服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施服務(wù)，以及與監(jiān)管監(jiān)察機構(gòu)、行業(yè)其他信息平臺數(shù)據(jù)交換、共享接口服務(wù)。

4) 應(yīng)用層。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與煤礦行業(yè)需求及專業(yè)技術(shù)深度融合，搭建電子標(biāo)簽授權(quán)管控、物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)控、設(shè)備全生命周期核查驗證等多個子系統(tǒng)，實現(xiàn)對煤礦重要裝備物證溯源系統(tǒng)全生命周期大數(shù)據(jù)整合集成、深度挖掘與分析，實現(xiàn)智能化服務(wù)應(yīng)用，從而實現(xiàn)煤礦重要裝備的物證溯源，為各級安全監(jiān)管監(jiān)察部門進行有效決策提供技術(shù)支撐。

2 設(shè)備統(tǒng)一標(biāo)識編碼與解析

為保障每一臺礦用設(shè)備及其重要零(元)部件具備唯一身份標(biāo)識，避免不同設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)自行標(biāo)識及編碼造成標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、彼此不兼容、適用范圍有限等問題，通過研究,確定了設(shè)備電子身份標(biāo)識方案，研發(fā)煤礦井下用特種RFID電子標(biāo)簽作為設(shè)備統(tǒng)一身份標(biāo)識，標(biāo)簽通信頻率確定為860～960 MHz超高頻[14]。同時，對標(biāo)簽與安全標(biāo)志MA標(biāo)識結(jié)合的封裝方式進行比對研究，采用RFID電子標(biāo)簽與MA標(biāo)識標(biāo)牌嵌入式封裝，通過鉚接或粘貼等方式固定在設(shè)備上，以適應(yīng)煤礦井下高濕度、高粉塵、復(fù)雜電磁及潛在爆炸危險環(huán)境下的通信及使用要求。

考慮到標(biāo)簽與讀卡器的兼容性，RFID電子標(biāo)簽采用EPC global標(biāo)準(zhǔn)編碼體系作為信息編碼格式,如圖2所示。電子標(biāo)簽芯片本身具備全球唯一序列號，標(biāo)簽標(biāo)識編碼標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計依據(jù)《礦用產(chǎn)品電子標(biāo)簽統(tǒng)一編碼規(guī)則設(shè)計》要求，由電子標(biāo)簽授權(quán)管控子系統(tǒng)自動生成設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)識編碼(共30位)，并在電子標(biāo)簽初始化時對芯片存儲區(qū)一次性寫入且不可篡改。

通過具有統(tǒng)一標(biāo)識編碼的RFID電子標(biāo)簽，賦予每一臺提升機、架空乘人裝置及其關(guān)鍵零(元)部件唯一“身份證”，從而從安全標(biāo)志審核發(fā)放的源頭，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對設(shè)備的唯一編碼，在每臺設(shè)備的全生命周期過程中，RFID電子標(biāo)簽是設(shè)備唯一的辨識依據(jù)。通過標(biāo)識解析體系對該唯一編碼的辨識，實現(xiàn)全網(wǎng)煤礦設(shè)備資源的靈活區(qū)分和管理，以及跨系統(tǒng)、跨平臺、跨地域的信息交互，異構(gòu)系統(tǒng)之間的協(xié)同、信息共享，從而實現(xiàn)每臺煤礦重要設(shè)備的物證溯源。

圖2 RFID電子標(biāo)簽統(tǒng)一編碼規(guī)則

3 數(shù)據(jù)采集

煤礦重要設(shè)備物證溯源系統(tǒng)應(yīng)用主體主要包括6個部分：安全標(biāo)志管理機構(gòu)、礦用裝備生產(chǎn)企業(yè)、礦用裝備使用企業(yè)、安全生產(chǎn)監(jiān)管機構(gòu)、煤礦安全監(jiān)察機構(gòu)、技術(shù)支撐服務(wù)機構(gòu)。系統(tǒng)針對試點應(yīng)用各相關(guān)方信息化管理實際情況，分別研究并提出了數(shù)據(jù)庫接口、前置交換、Web Service、終端采集等多種數(shù)據(jù)采集解決方案，對以上主體涉及到設(shè)備全生命周期的信息進行采集，并對采集到的數(shù)據(jù)信息進行清洗與整合，形成以電子標(biāo)簽為主線，提升機、架空乘人裝置全生命周期物證溯源綜合信息鏈。數(shù)據(jù)采集流程示意圖如圖3所示。

4 安全保障

系統(tǒng)采用在煤礦現(xiàn)場部署前置機的方式，基于SNMP協(xié)議、FTP協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)遠程設(shè)備運行情況參數(shù)及配置數(shù)據(jù)封裝、共享，數(shù)據(jù)傳輸采用VPN安全通道，基于SSL 3.0協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)通信提供安全加密及數(shù)據(jù)完整性保障， 基于視頻采集設(shè)備SDK包進行二次開發(fā)，以瀏覽器OCX控件模式實時調(diào)用前端視頻流數(shù)據(jù)。

RFID讀寫模塊與電子標(biāo)簽?zāi)K間的通信采用數(shù)據(jù)加密傳輸及存儲，通信過程中，采用對電子標(biāo)簽、讀卡器的雙向認(rèn)證授權(quán)模式。鑒于RFID本身硬件資源極端受限的環(huán)境，使用輕量級加密算法[15]，敏感數(shù)據(jù)采用國密算法SM4實現(xiàn)電子標(biāo)簽、讀卡器全通信過程明文到密文的數(shù)據(jù)加密，以避免標(biāo)簽信息以明文傳輸造成的隱私信息暴露，從而保障數(shù)據(jù)信息安全。

系統(tǒng)軟件平臺基于數(shù)據(jù)交換共享平臺、配置管理平臺、應(yīng)用支撐平臺、BI、地理信息平臺(GIS)等基礎(chǔ)支撐平臺運行，服務(wù)器端通過配置CA信任證書，實現(xiàn)WEB瀏覽器與服務(wù)器之間的身份認(rèn)證和加密數(shù)據(jù)傳輸功能，瀏覽器客戶端通過統(tǒng)一的用戶認(rèn)證和授權(quán)管理，滿足系統(tǒng)安全服務(wù)和各類用戶的安全訪問。

圖3 數(shù)據(jù)采集流程示意圖

5 物證溯源系統(tǒng)推廣應(yīng)用面臨的問題

設(shè)備安全是安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持監(jiān)管監(jiān)察、實現(xiàn)煤礦設(shè)備物證溯源是未來發(fā)展的必然方向。安標(biāo)國家中心基于提升機、架空乘人裝置等重點設(shè)備的探索研究，取得了積極的成效，但是距離建立一套滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國制造2025”要求的煤礦重要裝備物證溯源體系仍面臨較多問題亟待解決,主要表現(xiàn)在以下幾點。

1) 頂層設(shè)計尚待完善。國家雖然鼓勵開展物證溯源體系建設(shè)，但目前尚存在統(tǒng)籌規(guī)劃滯后、制度標(biāo)準(zhǔn)不健全、推進機制不完善等問題，適應(yīng)煤礦設(shè)備特點的物證溯源體系框架尚未建立，以政府及監(jiān)管機構(gòu)為主導(dǎo)的頂層設(shè)計尚待進一步完善。

2) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一。試點過程中,選取提升機、架空乘人裝置這兩種易涉及群死群傷事故的煤礦重點設(shè)備,在部分煤礦進行了探索應(yīng)用，然而，針對煤礦設(shè)備多樣性、復(fù)雜性特點，覆蓋煤礦行業(yè)各相關(guān)方需求的設(shè)備信息采集、數(shù)據(jù)融合、異構(gòu)數(shù)據(jù)整合等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)亟待統(tǒng)一。

3) 數(shù)據(jù)壁壘有待打破。各相關(guān)方信息化建設(shè)條塊化明顯，信息開放積極性不高，數(shù)據(jù)私有化嚴(yán)重，溯源各關(guān)鍵環(huán)節(jié)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容與協(xié)同不夠，缺乏有效的開放管理協(xié)作機制，未在最大程度上實現(xiàn)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)壁壘有待打破。

6 結(jié)論

實施認(rèn)證全過程管控和溯源管理是保障礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志認(rèn)證有效性的關(guān)鍵，基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦重要設(shè)備物證溯源系統(tǒng)經(jīng)過在河南、山西等地的試點應(yīng)用探索，較好地滿足了目前安全監(jiān)管監(jiān)察機構(gòu)對于重要礦用產(chǎn)品實施全生命周期的全過程監(jiān)管，防止假冒偽劣和不具備安全保障的產(chǎn)品入井，強化安標(biāo)準(zhǔn)入管理，為礦山事故調(diào)查及物證溯源提供技術(shù)支撐，降低認(rèn)證機構(gòu)認(rèn)證風(fēng)險等方面的要求。但要在煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域全面建立設(shè)備全過程管控及物證可追溯標(biāo)準(zhǔn)體系，還需重點解決頂層設(shè)計、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)壁壘等幾個關(guān)鍵性問題。