基于二维码的机电设备全生命周期管理技术研究与实践

0引言

随着信息化社会的发展,机电设备信息化建设也在不断深化。特别是在现代化大型公共建筑中,机电设备种类繁多、数量庞大,系统间关联复杂,导致运营管理难度加大。为提升机电设备信息化管理水平,确保设备关联清晰、维护便捷和运行可靠,迫切需要一个统一的机电信息管理平台来整合设备设计、生产、安装、调试、验收及使用维护的全生命周期内的信息,实现信息的一致性、全面性与准确性。鉴于此,本研究提出将二维码技术的应用拓展至机电设备管理领域,从设计阶段开始,为每台设备赋予唯一资产编码,并且在设备整个生命周期中以该编码作为唯一标识,实现机电设备在生命周期内的全程追踪与管理。

本文选取华南某国际机场T2航站楼项目为实践案例。作为一座旅客年吞吐量高达8 000万人次、货邮年吞吐量达250万t的大型国际航空枢纽,该机场对机电设备的可靠性和效率要求极高。新近投运的东四、西四指廊以及正在建设中的T3航站楼均采纳了先进的信息化管理理念,因此,构建一个基于二维码技术的全生命周期机电信息管理平台,对于加强航站楼内机电设备的信息管理具有重要意义。

1研究背景

华南某国际机场,作为我国三大枢纽机场之一,在T2航站楼建设之初便提出对其庞大的机电设备与机电用房进行信息化管理的需求。在此之前,机电各系统间“单打独斗”运行,且依靠手工记录机电设备的安装、调试、维护、维修、故障处理等信息的方式已无法适应如此超大规模运营环境下设备的保障需求。为此,建设单位、使用单位、设计单位各方都迫切希望采用信息化手段来加强机电设备的信息管理,这不仅能够保证航站楼内重要机电设备信息的全面性与准确性,还为未来实现全面的设备资产管理奠定了基础。因此,对于机电用房及机电设备的统一管理显得尤为关键。

需要统一管理的机电用房及机电设备如表1所示。

2基于二维码的机电信息管理系统研究

2.1 建设目标

以往项 目中,二维码资产管理系统通常在运维期才开始投入,管理人员需手动录入每个受管设备的详细信息,这不仅消耗了大量人力资源,还存在数据错误率高的风险。为解决此问题,从设计阶段开始,就需要明确设备资产的精细化管理要求,从设备生产阶段入手,为每个设备编制设备资产唯一编码,并围绕以下目标来展开工作:

1)建立航站楼专有的编码机制:全面实现重点机电设备的信息化管理,通过梳理重点设备信息,完善机场内部机电设备的分类管理,统一编码机制,为今后全面落实设备信息化管理打下坚实基础。

2)二维码管理技术的全面普及:在重点机电设备挂牌管理的基础上,利用二维码技术,扩充设备可查看信息,提高设备维护效率,满足生产及安全要求;随着应用深入,日后根据需要对其他设备逐步拓展普及。

3)设备生命周期全面掌控:通过设备信息化管理,实现设备从设计、生产、安装到使用全过程的有效跟踪及信息一致性,便于相关信息的跟踪,提高设备的安全性和可维护性。

4)建立高效、稳定、易扩展的统一信息管理平台:信息管理平台及数据库与机场现行的能源管理平台及设备管理平台对接,实现数据共享;系统具备高可靠的容错机制及扩展性,为未来机电大数据的应用提供信息底座。

2.2 二维码的应用

二维码又称二维条码,是用特定的几何图形按一定规律在平面二维方向上分布的黑白相间的图形,具有唯一性、信息容量大、范围广、容错能力强^[1]、译码可靠性高^[2]、条码保密性防伪性高等特点。其通过编码技术将信息编码为特有图形,扫描解析后形成的信息与源信息高度一致,可保证不相同的源信息在经过编码与扫描解析这一互逆过程后不会发生差错,利用这一特性,将二维码应用到标识性的信息上可保证信息的唯一性。一个二维条码可容纳多达1 850个大写字母或2 710个数字,或1108个字节,或500多个汉字,比普通条码信息容量约高几十倍。二维码还可以把图片、声音、文字、签字、指纹等以数字化的信息进行编码,用条码表示出来。当二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时,依旧可以正确识读,损毁面积达50%仍可恢复信息。二维码误码率不超过0.001伽,远低于普通条码错误率0.02伽,并且成本低,易制作,持久耐用,条码的符号形状、尺寸大小比例可按需改变。

目前常见的二维码有QR code、Aztec code、DataMatrix、code49、code 16k、codeone、PDF417等 ,如图1所示,本研究运用QRcode(以下简称“QR码”)作为编码技术。

从设备完整生命周期角度来看,设备相关信息分为静态信息和动态信息,如图2所示。其中,静态信息通常包括设备的固有属性,如设备编码、名称、型号、参数、生产厂商和出厂日期等,这些信息在设备的整个生命周期中保持不变。在设备生产阶段,厂家录入设备信息并生成QR码,该码仅包含设备本身的静态信息,无法对设备的全生命周期进行跟踪管理。为了实现全面的设备管理,需要结合其他关联系统自动或手动记录设备的动态信息,例如设备的运行状态、维护历史、故障记录等。设备动态信息可在系统客户端中查看,也可以通过移动设备查询得到。这样QR码技术就可以作为设备管理的一部分,与其他信息化系统相结合,形成一个更全面的设备全生命周期管理体系。

QR码作为一种可包含大量复杂信息的编码方式,在设备管理中,可将设备本身相关的信息进行编码,生成QR码图形,并将其张贴在设备表面。设备维护人员在使用移动设备扫描QR码图形并解析^[3]后,即可直接获取码中包含的信息,并在联网状态下利用解析出来的信息进行检索,从系统中查询该设备其他相关信息。

2.3 专有编码机制

为了能够对机电设备实施精细化管理,系统需存储设备信息和安装位置信息,并针对机电设备及其对应的具体房间号和位置号进行编码,如图3所示。

系统为每个受管设备信息及安装位置进行唯一标识编码。通过关联设备编码与位置编码,管理者可以方便地记录和掌握任何设备信息或位置的变动情况。

设备编码生成包括确定编码规则和实施编码:

1)设备编码规则的确定:通常由信息管理系统软件提供商根据设计图纸和相关规范^[4]来完成。编码规则需要考虑到设备的分类、功能、位置等多方面因素,以确保编码的唯一性和可追溯性。确定编码规则后,这些规则会被转交给设备生产厂家。

2)设备编码的实施:厂家根据提供的编码规则,为每个设备确定一个唯一的流水号部分编码值。流水号与编码规则的其他部分结合,形成设备的最终唯一编码。设备的唯一编码可以以二维码的形式贴在设备上,方便现场工作人员通过扫描二维码快速获取设备信息。

通过这种编码机制,设备从生产到安装再到维护的整个生命周期都可以被有效追踪和管理。这种系统不仅可以提高设备管理的效率,还可以减少人为错误,提高数据准确性。此外,这种编码机制还为机电大数据的未来扩展和升级提供了可能性,使得设备管理系统能够适应不断变化的需求和技术发展。

2.4机电信息管理平台

为实现高效、可靠、易扩展的管理体系,为机场建立一套基于二维码的机电信息管理平台^[5]尤为重要,如图4所示,平台初期只包含设备的静态信息,后期运行中设备的动态信息包括设备在各个系统中的数据信息都会通过设备编码与相关设备一一对应,这些数据信息被录入到平台中,以便实现数据信息的统一管理及全面统计分析。

平台的建设通常包括以下几个阶段:

1)初期建设:初期平台主要包含设备的静态信息,如设备编码、名称、型号等。专业软件厂商根据项目的需求,设计并开发一个能够满足当前和未来需求的系统。

2)数据录入和整合:设备的动态信息,如运行数据、检修记录、能耗数据等,会在设备使用过程中逐渐产生。动态信息通过设备编码与特定设备关联,并被录入到信息管理平台中。

3)数据管理和分析:平台能够实现对设备数据的统一管理,确保数据的一致性和准确性。通过对数据的全面统计分析,可以更好地理解设备的性能,预测潜在的故障,并优化维护计划。

4)平台的功能扩展:随着技术的发展和需求的变化,平台应具备易扩展性,能够集成新的功能和数据源;可以集成物联网(IOT)设备,实时监控设备的运行状态,或者利用大数据分析工具进行更深入的数据挖掘。

设备管理人员通过这样的平台可以更有效地监控设备的状态,提前发现潜在问题,减少突发故障,提高设备的可靠性和机场的运营效率。同时,数据的全面统计分析还为管理层提供了决策支持,帮助他们更好地规划资源,优化运营策略。

2.5 移动终端应用

机场设备维护人员通过手机、PDA等移动设备安装机电信息管理平台APP,扫描并解析设备上的QR码,读取其中的静态和动态信息,并将维护运维数据回传机电信息管理平台,实现无纸化的智能巡检,如图5所示。

移动终端应用在设备维护中的具体流程如下:

1)安装和访问:设备维护人员在其移动设备(如智能手机)上安装机电设备信息管理平台的APP。通过APP,维护人员可以轻松访问和管理设备信息。

2)二维码扫描与解析:在日常维护过程中,维护人员使用移动设备扫描设备上的二维码。扫描后, APP会解析二维码中存储的文本信息,这些信息通常是设备的静态信息。

3)获取更全面的设备信息:在解析二维码的基础上,APP会根据设备编码从后台的设备基础信息管理系统中获取更全面的设备信息。维护人员可以快速了解设备的所有相关信息,包括历史维护记录、性能参数等。

4)接收和执行维护任务:当有运营维护任务时,任务会从系统客户端下达到移动设备APP上。维护人员根据设备唯一编码前往指定的设备进行维护工作。

5)记录和上传维护数据:维护过程中产生的数据会存储在移动设备上。数据通过设备唯一编码与相关设备对应,并自动通过网络传回设备信息管理平台。

通过这种方式,设备的维护工作变得更加实时和透明,维护人员可以更有效地执行任务,管理层也可以实时监控设备的维护状态和历史。

3 全生命周期管理实施

全生命周期管理源于现代企业对产品信息管理效率和质量要求的不断提升,科技的发展和市场竞争的加剧使得企业需要更加高效、准确的方式来追踪和管理产品的整个生命周期。随着信息化时代的到来,企业越来越多地依赖数字技术来提高工作效率和决策质量。

二维码全生命周期管理是指利用二维码技术对机电设备从设计、生产、流通、销售到最终报废的整个生命周期进行有效管理。这种管理方式可以提高工作效率,降低成本,增强数据准确性,实现产品信息的快速追踪和查询。

系统的具体实施首先需要明确运用二维码全生命周期管理的 目标和需求,根据设备的特性和企业的实际情况,规划二维码管理的范围和内容。设计适合企业需求的编码体系,需要能够反映设备的各种属性,简洁明了,便于理解和操作,同时要具有一定的扩展性,以适应未来可能的变化。然后根据编码体系,为每个设备生成唯一的二维码,将二维码打印并粘贴在设备外壳上,确保二维码清晰可读。在设备的生产、流通、使用等各个环节,通过扫描二维码,将相关信息录入系统。当设备信息发生变化时,及时更新系统中的数据。

企业能够通过扫描设备外壳上的二维码,快速查询该设备的相关信息,如生产日期、制造商、质量检测报告等;并通过管理系统,对设备信息进行统计、分析,为决策提供数据支持。当设备出现质量问题时,可以通过二维码追溯到生产、调试等环节,找出问题原因,并根据追溯到的结果采取相应的措施,如召回产品、改进生产工艺等。最后,当设备达到报废条件时,通过扫描二维码,将报废信息录入系统。企业可以根据报废信息,对相应产品进行回收和处理,实现设备全生命周期的有效管理。

二维码机电信息管理系统主要由设备编码体系、远程数据录入系统、信息管理平台以及移动设备端四部分组成,实现机电设备全生命周期管理,如图6所示,具体实施步骤如下:

1)设备编码体系制作:由机电信息管理平台软件提供商根据项目情况与设计成果,如设备设计安装资料以及设备信息等,设计编制设备资产编码体系。

2)设备信息整理与QR码制作:设备制造厂商根据该设备编码体系,在完成设备制造后,将设备信息与设备编码录入软件系统,打印制作设备QR码,并将其采用激光打标或丝印、张贴等方式固定在设备上。

3)设备安装/调试:设备制造厂商将设备运送到施工现场,并将数据导入机电信息管理平台。

4)机电安装单位按照设计要求将设备安装到指定位置后,通过机电信息管理平台将设备安装位置、系统属性、前后设备情况等与设备编码关联。

5)系统调试:集成商或系统提供商在系统调试前,登录机电信息管理平台,下载相关设备信息至其他关联系统中,进行设备的命名、编号、参数设定等原始数据的录入,并导入机电信息管理平台,简化录入工作量,并提高准确性。

6)验收与试运行:机电安装单位完成机电设备安装后,向监理单位申请验收与试运行,监理单位组织业主、机电安装单位、设计院等现场检查设备安装完成且合格后,使用移动终端APP扫描QR码查询设备信息,核对各类信息的正确性,避免带大量图纸到现场核对的麻烦,同时提高验收效率。

7)现场设备信息查询:机场设备维护人员在日常维护过程中,使用移动设备扫描设备上的QR码,解析及调取其中的静态信息,同时,移动设备通过4G/5G、Wi—Fi网络,从设备信息管理系统后台获取设备动态信息,如可下载该设备的技术手册、维护手册等各项技术文件。当移动设备不能联网时,只能通过扫码获取设备静态信息。

8)维保与检修:设备日常维护、保养、检修、更换等信息均通过机电信息管理平台记录保存,设备维护人员现场扫描QR码,随时可获取设备完整的维修记录,包括操作时间、人员、故障问题、更换配件型号等。

9)设备报废:当设备走到其生命的尽头,机电信息管理平台记录报废信息,并封存其QR码,该设备的动态信息由其替代设备继承或关联。

4 结束语

通过构建基于设备编码的机电信息管理平台,本文的研究与实践工作不仅为机电设备全生命周期信息化管理提供了极大的便利,还为运维人员提供了高效的管理工具。这一平台的实现,极大地简化了各种机电设备的运维工作,显著提高了管理效率和准确性。此外,该信息管理平台能够与能源管理平台、楼宇自控等其他平台数据无缝对接,展示了向机电大数据发展的潜力。通过对设备利用率、老化程度的分析及设备碳排放量的测算,该平台为实现以数据驱动的智慧运维决策奠定了基础。

随着二维码机电信息管理平台在该机场机电系统应用的深入,技术的成功实施和显著效果预示了其广阔的应用前景。未来,该平台不仅可横向推广至建筑结构资产、企业固定资产的管理领域[6],还能纵向扩展,整合人工智能、大数据等前沿技术,进而建设成一个高效、多元、统一的资产信息管理平台。这种跨领域的技术融合和应用,将极大地推动资产管理的智能化和现代化进程,为相关行业带来革命性的变革。

[参考文献]

[1]于英政.QR二维码相关技术的研究[D].北京:北京交通大学,2014.

[2]段茵.基于QR二维码的识别技术研究与实现[D].西安:西安理工大学,2018.

[3]方园园.高速环境下的二维码采集与识别系统设计[D].西安:西安工业大学,2023.

[4] 快速响应矩阵码:GB/T 18284—2000[S].

[5]贾丰泽.基于二维码的信息交换平台的设计与实现[J].中国新通信,2024,26(1):44—47.

[6]李林.二维码技术的应用案例分析[J].集成电路应用,2022,39(6):96—97.

2024年第23期第17篇