秦攀

（重慶安標(biāo)檢測研究院有限公司，重慶 400037）

1 研究背景

盡管全球主要以發(fā)展清潔能源、可再生能源為主，但煤炭仍然在能源比例中占有主導(dǎo)地位。中國的煤炭生產(chǎn)主要是井下開采，井下的自然環(huán)境復(fù)雜，安全生產(chǎn)是煤炭開采中的重中之重。使用礦用產(chǎn)品對礦井環(huán)境進行監(jiān)測，評估礦井環(huán)境的安全性，是保證安全生產(chǎn)的重要前提條件。而在目前政府進行“放管服”改革，國有企事業(yè)單位轉(zhuǎn)型升級，經(jīng)濟整體下行等環(huán)境條件下，改變現(xiàn)有檢驗檢測狀況是必須邁出的一步。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一批新技術(shù)在行業(yè)中不斷應(yīng)用，且效果顯著[1-5]。只有構(gòu)建現(xiàn)代化的檢驗檢測實驗室來滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代化礦用產(chǎn)品功能檢驗的需要，讓檢驗檢測更透明化、智能化，提高檢測效率和準(zhǔn)確率，避免出現(xiàn)安全事故，進一步保障井下安全生產(chǎn)[6]。

2 檢驗檢測整體現(xiàn)狀

檢驗報告準(zhǔn)確性、公正性直接體現(xiàn)檢驗檢測機構(gòu)的檢驗水平，關(guān)系到檢驗檢測機構(gòu)的生存與發(fā)展。完善質(zhì)量管理體系、執(zhí)行技術(shù)標(biāo)注法規(guī)、加強檢驗現(xiàn)場監(jiān)督、編制報告填寫規(guī)范、核查最終檢驗報告、實施報告考評機制等，是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加強對日常檢驗檢測工作的管理，保證檢驗檢測的質(zhì)量[7-10]。但是檢驗檢測機構(gòu)存在產(chǎn)品類別多、檢測過程煩瑣、檢測任務(wù)繁重、檢測設(shè)備老化等問題，對人的依賴性極大，對于質(zhì)量的提升有心無力，標(biāo)準(zhǔn)的變更、技術(shù)的變更十分緩慢，而其他行業(yè)的發(fā)展十分迅速，與其相比存在嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象，跟不上時代的步伐?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，借鑒網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、智慧交通系統(tǒng)等行業(yè)應(yīng)用，提出構(gòu)建礦用產(chǎn)品智能化檢驗檢測平臺整體框架。

3 智能化檢驗檢測整體框架平臺構(gòu)建

智能化檢驗檢測整體框架主要包括感知與傳輸層、云平層構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用，如圖1所示。

圖1 檢驗檢測整體框圖

3.1 感知與傳輸層

感知層主要實現(xiàn)多類別數(shù)據(jù)及信息的采集，主要包括技術(shù)說明書、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程等相關(guān)數(shù)據(jù)、檢驗檢測試驗過程數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

技術(shù)說明書、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程等相關(guān)數(shù)據(jù)是檢驗檢測無紙化的表現(xiàn)形式之一，所有相關(guān)數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的固有形式通過電腦等方式采集到系統(tǒng)中，用于構(gòu)建實施規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程等之間的內(nèi)在聯(lián)系；檢驗檢測試驗過程數(shù)據(jù)是根據(jù)技術(shù)說明書所獲取檢驗過程中的數(shù)據(jù)，用于原始記錄及檢驗報告；儀器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)對設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)進行監(jiān)控；環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是對不同的試驗室溫度、濕度、大氣壓進行監(jiān)控，便于控制試驗室環(huán)境是否符合檢驗檢測環(huán)境試驗條件。

3.1.1 檢驗檢測數(shù)據(jù)采集方式

檢驗檢測數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取，其主要來源包括設(shè)備接入和手工錄入2種方式。

設(shè)備接入包括直連接入和間接接入。直接接入是設(shè)備的輸出直接與構(gòu)建的平臺實現(xiàn)連接，在接入層需要研發(fā)與之相匹配的數(shù)據(jù)傳輸鏈路通道進行連接，便于進行通信及數(shù)據(jù)的交換；間接接入采用中間設(shè)備接入，如通過拍照等方式獲取檢驗檢測過程數(shù)據(jù)，利用圖像處理技術(shù)等獲取數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。

手工錄入是檢驗員操作相關(guān)的儀器設(shè)備獲取到相關(guān)的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)中形成檢測數(shù)據(jù)，可采用平板、手機、電腦等方式進行錄入。

3.1.2 數(shù)據(jù)的傳輸

數(shù)據(jù)傳輸按照不同的類別可實現(xiàn)多種分類。本文擬采用全光纖模式，以3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別為接入層、匯聚層和中心層。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)3層結(jié)構(gòu)原理，處于底層的鏈路帶寬要設(shè)置的偏小，位于中心層的鏈路帶寬設(shè)置的越大越好，避免數(shù)據(jù)量過大產(chǎn)生擁堵。

3.2 云平臺構(gòu)建[11-12]

“云”其實是互聯(lián)網(wǎng)的一個隱喻，“云計算”其實就是使用互聯(lián)網(wǎng)來接入存儲或者運行在遠程服務(wù)器端的應(yīng)用、數(shù)據(jù)或服務(wù)?；旌显破脚_包括IaaS（Infrastructure as a Service）基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)模式、PaaS（Platform as a Service）平臺即服務(wù)模式、SaaS（Software as a Service）軟件即服務(wù)模式，共3層結(jié)構(gòu)。混合云平臺如圖2所示。

圖2 混合云平臺

通過IaaS這種模式，用戶可以從供應(yīng)商那里獲得所需要的虛擬機或者存儲等資源來裝載相關(guān)的應(yīng)用，同時這些基礎(chǔ)設(shè)施煩瑣的管理工作將由IaaS供應(yīng)商來處理。IaaS能通過它上面對虛擬機支持眾多的應(yīng)用。IaaS主要的用戶是系統(tǒng)管理員。

通過PaaS這種模式，用戶可以在一個包括SDK、文檔和測試環(huán)境等在內(nèi)的開發(fā)平臺上非常方便地編寫應(yīng)用，而且無論是在部署，還是在運行的時候，用戶都無需為服務(wù)器、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和存儲等資源的管理操心，這些煩瑣的工作都由PaaS供應(yīng)商負(fù)責(zé)處理，而且PaaS在整合率上面非常驚人，比如一臺運行Google App Engine的服務(wù)器能夠支撐成千上萬的應(yīng)用。PaaS主要的用戶是開發(fā)人員。

通過SaaS這種模式，用戶只要連上網(wǎng)絡(luò)，并通過瀏覽器，就能直接使用在云端上運行的應(yīng)用，而不需要顧慮類似安裝等瑣事，并且免去初期高昂的軟硬件投入。SaaS主要面對的是普通的用戶。

云平臺構(gòu)建采用發(fā)混合云模式，其平臺包括云計算，具有角色多樣化、功能齊全、可擴展性高等優(yōu)點。

3.3 基于云平臺的數(shù)據(jù)分析

通過感知層獲取大量底層數(shù)據(jù)，云平臺進行存儲及組織應(yīng)用，形成的大量數(shù)據(jù)用來進行數(shù)據(jù)分析研究，提取出其中隱含的信息，獲取到的信息用于指導(dǎo)公司的日常工作，提升工作效率。數(shù)據(jù)是現(xiàn)代企業(yè)的生命，目前常用的有傳統(tǒng)數(shù)理分析、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)孿生等分析方法。

數(shù)理分析利用常規(guī)的數(shù)理知識進行分析，屬常規(guī)分析方法，但是在很多地方還是能夠發(fā)揮重要作用。大數(shù)據(jù)是基于海量數(shù)據(jù)進行分析從而發(fā)現(xiàn)一些隱藏的規(guī)律、現(xiàn)象、原理等，大數(shù)據(jù)具有“5V”特點，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（低價值密度）、Veracity（真實性）。而人工智能在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上更進一步發(fā)展，人工智能主要是采用某一類型的數(shù)據(jù)進行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果做出行動，例如無人駕駛、自動醫(yī)學(xué)診斷等案例。數(shù)據(jù)孿生指構(gòu)建與物理實體完全對應(yīng)的數(shù)字化對象的技術(shù)、過程和方法，并構(gòu)建與物理世界完全映射的真實世界，和物理實體有著強交互性，是一個雙向影響的過程，有虛擬性、唯一性、可視性、多物理性、實時性、可計算性、概率性、多學(xué)科性等技術(shù)特點。數(shù)字孿生目前逐步進入主流行業(yè)，其應(yīng)用領(lǐng)域也從工業(yè)領(lǐng)域向其他領(lǐng)域發(fā)展。在檢驗檢測中可以應(yīng)用于設(shè)備維護等方面的研究。

利用大量的數(shù)據(jù)通過不同的分析方法對數(shù)據(jù)進行分析，得出結(jié)論。而各類分析方法側(cè)重點不同，相互組合才能發(fā)揮出更大的作用，得出的結(jié)論便于指導(dǎo)今后的工作。

4 整體框架平臺下的應(yīng)用分析

4.1 無紙化辦公

無紙化辦公整體Web模塊化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 Web模塊化

考慮技術(shù)說明書和使用說明書的固定形式，根據(jù)實際情況生成模塊化的技術(shù)說明書和使用說明書。模塊整體固定不變，但仍然具有一定的擴展性。企業(yè)送檢人員只需根據(jù)提示編寫即可，提交完成后，待檢驗人員審核。如無需整改，生成技術(shù)審查記錄及報告；若檢驗員提出參數(shù)指標(biāo)不符合、缺項等問題時，反饋給送檢人員進行修改，待修改后進行進一步審核，審核通過后生成技術(shù)審查記錄及報告，所有審查的過程都會體現(xiàn)在技術(shù)審查記錄中。

根據(jù)產(chǎn)品引用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程及對應(yīng)備案的原始記錄模板生成Web版的原始記錄，檢驗員根據(jù)審查合格的技術(shù)說明書對檢驗設(shè)備開展檢驗工作，通過便攜式平板電腦等設(shè)備進入Web記錄試驗數(shù)據(jù)，提交的數(shù)據(jù)直接上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。通過實施規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程、使用說明書、試驗數(shù)據(jù)等生成完整的電子版原始記錄及檢驗報告。

4.2 檢驗檢測內(nèi)在一致性建立

檢驗檢測過程中的實施規(guī)則、檢驗標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)說明書、使用說明書、原始記錄和檢驗報告之間存在很強的內(nèi)在聯(lián)系，如圖4所示。

圖4 檢驗檢測資料內(nèi)在聯(lián)系

檢驗員首先應(yīng)接收任務(wù)，核查設(shè)備類型，根據(jù)檢驗實施細(xì)則明確產(chǎn)品的要求及執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，通過實施規(guī)則及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程上的內(nèi)容共同規(guī)定產(chǎn)品技術(shù)說明書及使用說明書中的要求，最終根據(jù)確定好的技術(shù)說明書開展檢驗工作，記錄試驗相關(guān)數(shù)據(jù)，生成檢驗報告。

根據(jù)以上產(chǎn)品檢驗全過程的分析可得出，整個檢驗過程為一棵樹的遞推關(guān)系，上層控制下層，并且需要保持高度一致。

在無紙化的基礎(chǔ)上保證數(shù)據(jù)通過程序的方式傳遞，保證其前后要求的一致性，從而避免在檢驗檢測過程中出現(xiàn)缺項漏項、檢驗要求出現(xiàn)偏差等問題。

4.3 樣品及儀器設(shè)備管理

目前樣品采用人工手貼唯一性標(biāo)簽，但存在標(biāo)簽易損壞、漏簽、可被他人直接替換等問題。以二維碼、條形碼等動態(tài)碼+樣品描述信息作為唯一性標(biāo)簽，在外殼及核查的重要零元部件上同時粘貼不易掉落、撕扯損壞的標(biāo)簽，在領(lǐng)樣及退樣的過程中可采取圖像抓拍利用圖像識別、人工智能等技術(shù)對樣品外觀、零元部件進行核查。

儀器設(shè)備采用與樣品設(shè)備一致的管理模式，不同的是所有儀器設(shè)備通過唯一性標(biāo)識錄入系統(tǒng)平臺中，可通過數(shù)據(jù)孿生構(gòu)建與實物之間的物理模型，分析設(shè)備的完好情況。也可根據(jù)臺賬的數(shù)據(jù)，分析設(shè)備送檢時間等實際問題的研究。

5 總結(jié)分析

根據(jù)目前檢驗檢測工作開展的實際情況，結(jié)合現(xiàn)代智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)檢驗檢測與現(xiàn)在技術(shù)的良好結(jié)合，構(gòu)建智能化檢驗檢測平臺整體框架。本文提出構(gòu)建檢驗檢測3層結(jié)構(gòu)平臺整體框架的構(gòu)想，分別從感知與傳輸層、云平臺構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析進行解析，最后提出了在整體框架平臺下幾個方面的主要應(yīng)用。

無紙化辦公，實現(xiàn)不需要重復(fù)打印技術(shù)說明書、使用說明書、檢驗報告等相關(guān)資料，減少紙張浪費，減少檢驗檢測過程中瑣碎的中間環(huán)節(jié)；檢驗檢測內(nèi)在一致性建立是通過各因素之間的內(nèi)在關(guān)系以程序的方式進行實現(xiàn)，減少檢驗員不斷重復(fù)核對資料的過程，提升檢驗檢測的自動化水平；樣品及儀器設(shè)備管理便于減輕日常管理的工作量，掌握設(shè)備的完好情況，進一步保障檢驗檢測工作的開展。

通過構(gòu)建智能化檢驗檢測平臺，提升檢驗檢測效率，平臺可擴展性良好，當(dāng)有新的檢驗設(shè)備加入到系統(tǒng)中時，能實現(xiàn)對新設(shè)備良好的連接。且便于開展與檢驗檢測相關(guān)研究，如檢驗檢測試驗方法的改進、設(shè)備的保養(yǎng)及維護。通過科學(xué)管理，把數(shù)據(jù)變成資產(chǎn)，賦予數(shù)據(jù)價值。