熊偉東 胡 昕 羅愛卿 陳海云 田 豐

（杭州市特種設(shè)備檢測研究院 杭州 310051）

在承壓類特種設(shè)備制造的監(jiān)檢過程中，對設(shè)備安全性能有較大影響的重點項目，在監(jiān)檢人員確認(rèn)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(shù)規(guī)程》中提出了檢驗機構(gòu)可以采用對水壓試驗現(xiàn)場進行視頻監(jiān)檢、確認(rèn)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(shù)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(shè)備感知獲取設(shè)備耐壓試驗的各類數(shù)據(jù)信息，通過5G 無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息實時、準(zhǔn)確地傳送到遠(yuǎn)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(rèn)技術(shù)。

1 分析

1.1 法理基礎(chǔ)

本技術(shù)的法理基礎(chǔ)，即各個安全規(guī)范對耐壓試驗監(jiān)檢環(huán)節(jié)的相應(yīng)規(guī)定。如上所述，在TSG 23—2021中給出了可以進行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)檢的規(guī)定，那么本技術(shù)提出的基于5G＋物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)檢技術(shù)是符合該規(guī)定的，并且做出了更科學(xué)、更高效的升級。而在TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》和TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中都沒有給出可以進行遠(yuǎn)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(shù)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(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗積累，希望在相應(yīng)規(guī)范更新時，在本技術(shù)的應(yīng)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(shù)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(shè)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(dǎo)致檢驗機構(gòu)的人均工作量日益增加，據(jù)調(diào)研在某些檢驗機構(gòu)中，檢驗人員和每年待檢設(shè)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(dǎo)致監(jiān)檢人員消耗在路途上的時間越來越長，據(jù)調(diào)研在某些檢驗機構(gòu)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(zé)的現(xiàn)象，工作質(zhì)量有待加強，并因此發(fā)生了一些企業(yè)投訴和行政追責(zé)的案例。借助數(shù)字化技術(shù)實施遠(yuǎn)程監(jiān)檢，首先是符合《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》中對特種設(shè)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)在受到后續(xù)監(jiān)督抽查時能夠自證工作程序和質(zhì)量到位。同時據(jù)搜狐網(wǎng)的相關(guān)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(luò)的遠(yuǎn)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(wù)單元中部署了遠(yuǎn)程檢驗服務(wù)，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(shè)備與場外的檢驗團隊進行溝通，檢驗團隊對結(jié)果進行遠(yuǎn)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(yuǎn)程檢驗手段確保了業(yè)務(wù)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(guān)者的認(rèn)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(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)檢技術(shù)是非常有必要的。

1.3 先進性

本技術(shù)選題新穎、走在業(yè)界前沿，在特種設(shè)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(yīng)特種設(shè)備監(jiān)管數(shù)字化改革的潮流，適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展需要。基于相關(guān)數(shù)字信息技術(shù)的迅速發(fā)展和在其他行業(yè)中的豐富應(yīng)用，探討建立“遠(yuǎn)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(dāng)巨大的研究空間和方向。所以本技術(shù)把運籌學(xué)、信息科學(xué)和特種設(shè)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(shù)的運用，可突破距離和時間的限制，將信息更有效的傳導(dǎo)、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(gòu)，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(shù)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(shù)的需求是有市場基礎(chǔ)的。筆者單位現(xiàn)監(jiān)管與服務(wù)的承壓類特種設(shè)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(yuǎn)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(shù)的研發(fā)、使用和推廣的市場基礎(chǔ)。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(shè)模式，結(jié)合其綜合檢驗系統(tǒng)“數(shù)字特監(jiān)”的二期建設(shè)，開始了本技術(shù)的研究和實施。

2 實施

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

遵循現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)由底層網(wǎng)絡(luò)分布、匯聚網(wǎng)關(guān)接入、互聯(lián)網(wǎng)融合、終端用戶應(yīng)用這4 個部分組成的理念，將物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)檢系統(tǒng)設(shè)計為由檢驗機構(gòu)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(shè)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(yuǎn)程監(jiān)檢系統(tǒng)構(gòu)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(shù)要求

1）對于氣瓶中可以在智能型轉(zhuǎn)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(yù)留的相關(guān)接口，讀取相關(guān)數(shù)據(jù)和耐壓試驗實時自動記錄上傳至平臺并轉(zhuǎn)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(shè)備＋試驗機＋物聯(lián)網(wǎng)平臺的方式進行遠(yuǎn)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(zhì)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(yuǎn)程設(shè)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(biāo)簽或掃描其二維碼等數(shù)字方式確認(rèn)試壓設(shè)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(dāng)前環(huán)境溫度、介質(zhì)溫度以及起始時間和當(dāng)前壓力；

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

④保壓結(jié)束后，現(xiàn)場人員在試驗機上點擊結(jié)束，物聯(lián)網(wǎng)平臺記錄設(shè)備當(dāng)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(yuǎn)程指揮試驗現(xiàn)場的檢驗人員（配備可穿戴設(shè)備），按TSG 11—2020 要求進行設(shè)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(gòu)調(diào)取查閱。設(shè)想的耐壓試驗報告見圖3。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程耐壓試驗報告

3 數(shù)字化檢驗技術(shù)向三個維度的立體展望

在本技術(shù)成功運用的基礎(chǔ)上，可以將數(shù)字化檢驗技術(shù)向特種設(shè)備檢驗全域進行拓展。第一步是縱向挖掘本技術(shù)的數(shù)字化應(yīng)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(shè)備、各種檢驗類型并向“機器換人”的終極目標(biāo)發(fā)展，整體是一個三維體拓展的結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。

圖4 數(shù)字化檢驗技術(shù)的三維拓展

4 結(jié)束語

根據(jù)筆者在特種設(shè)備檢驗領(lǐng)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(shù)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(yīng)該清楚地認(rèn)識到，特種設(shè)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(zhì)量的轉(zhuǎn)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(yīng)該借助數(shù)字改革的東風(fēng)，堅持把創(chuàng)新作為驅(qū)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(shù)的融合發(fā)展，實現(xiàn)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，不斷提升檢驗服務(wù)的智能化水平，從而提高全社會特種設(shè)備的安全、節(jié)能和環(huán)保水平。