高速公路智能机电设备运维管理系统的研究内容（高速公路智能机电设备运维管理系统的研究背景）

概括：

针对公路机电设备运维管理的特点，基于现行运营管理功能实现策略，提出了信息化、智能化的机电设备运维管理解决方案。该方案通过监控设备状态并结合设备信息采集措施，提高管理流程的自动化程度，通过系统平台实现机电设备的高效运维管理。

介绍

近年来，随着我国公路建设的快速发展，公路里程不断增加，总体规模达到16万公里，大部分路段处于正常运营维护阶段。在高速公路机电设备管理维护过程中，维护人员少、维护任务复杂、维护效率低、设备分布广。这就造成了设备故障得不到及时解决、设备状态不清楚、维护人员疲于奔波、管理人员疲于统计等一系列问题。因此，如何通过技术手段实现预防性维护，如何通过故障原因分析信息化、故障处理方法标准化、故障处理流程流程化来提高维护水平，已成为公路机电设备运行维护亟待解决的问题。 1]。

1 研究背景

目前，高速公路机电设备规模日益增大，机电设备管理任务也越来越繁重。公路运营路段的机电设备台账管理仍采用Excel手工完成。通过对故障及处置流程分析发现，80%以上的故障具有普遍性，但由于缺乏统一的机电设备管理平台，导致处理流程繁琐、故障时间长、大量重复工作。 2]。目前，高速公路的日常维护基本上是被动维护。当出现故障时，采取紧急措施进行修复，给日常维护工作的安排和组织带来了困难。突发事件处理困难，维护计划难以完成。

公路机电设备运行维护管理主要存在五个问题：

(1)缺乏全生命周期管理工具。采购-入库-出库-使用-维修-报废的整个生命周期过度依赖人工管理方式。技术手段的缺乏，难以全面、及时、准确地掌握机电设备的动态信息。

(2)预防性维护手段不足。大多数路段都是在设备故障导致业务中断后才进行响应式处理，严重影响日常运营。

（三）没有统一的专业技术知识共享平台。目前，维修经验的积累和传承仍然依靠以旧换新的方式，很大程度上依赖于个人的积极性和个人水平。

(4)故障处理进度追踪工具技术含量不高，导致业主无法全面掌握故障处理进度。

（5）缺乏有效的量化手段和评价依据，无法准确评价维护效率和投资成本的合理性。

公路机电运维管理分为数据采集、数据传输与存储、数据统计与评估、运维决策四个层面。当前的矛盾主要是环境、电气、性能、维护流程等数据采集不足，数据传输和存储能力有限，数据统计和评估模型不成熟，导致运维决策能力不足[3]。

2个解决方案

高速公路智能机电设备运维管理平台采用“监督、管理、治理”的理念。监管：实时监控机电设备状态；管理：机电设备及维护流程电子化、标准化管理；治理：通过维护服务评估系统和趋势分析报告，提高智能化水平。即实时监控机电设备，及时发现和解决问题，实施主动运维；机电设备及维护流程的电子化、标准化管理，实现考核依据；通过维修服务评价体系和趋势分析报告反映当前存在的问题。提高管理水平；通过“监督、管理、治理”三个环节形成机电设备管理闭环。 “监督管理治理”方案概念图如图1所示。

为了满足上述需求，需要做到以下7点：

（一）用电子系统代替人工管理，规范机电设备全生命周期管理，提高效率；设备信息方面，包括基本信息、位置信息、产权信息、供应商信息等，并实行一项一码；设备状态评估方面，根据生命周期管理理论，可以录入安装信息，设置报废期限，并可以关联维护数据和备件更换数据。

（2）多视图管理模式，通过物理位置和网络拓扑展示正在使用的设备，实现快速查找，提高运维效率。

（3）通过物联网实时监控使用中的机电设备状态，在故障发生前发现并解决问题，实施预防性维护，保障业务正常运行，实现设备级、子系统级、系统级-级别性能事件和故障级别设置和管理[4]。

（4）通过智能工单管理模块记录、收集、总结维修过程，并定期进行人工确认，形成标准步骤，在遇到类似问题时可以快速查询。

（5）故障处理过程透明，多方可以共同查看故障处理步骤和处理进度，并以此作为动态评估、量化维护效率、服务质量的重要考核指标。

（6）通过报表进行趋势分析和决策支持，反馈当前管理缺陷，提高管理和维护效率，为专项项目准备和维护预算编制提供支持。

（7）所有功能模块均支持移动安装，方便维护人员在外随时使用，提高运维效率。

3 系统框架

根据数据采集和应用模块逻辑，高速公路智能机电设备管理平台自下而上分为五个应用模块：数据采集层、数据传输层、数据存储层、应用模块层、显示层。所有网络和设备都需要网络安全管理。应用模块由多个子模块/子系统组成，其数据和管理服务相互交叉共享，形成集机电设备管理、设备状态监控、工单管理、知识库、报表展示于一体的平台。

从下到上主要有5层。数据采集层采用分布式、高可用、高并发的IT基础设施，监控机电设备（车辆探测器、NVR、摄像头、智能板卡）、监控主机（硬件、操作系统、中间件、应用服务）、网络设备（交换机） ）、防火墙、堡垒机、漏洞扫描、日志审计）。数据传输层主要包括工业以太网、Wi-Fi、4G/5G、LoRa、串口等通信方式。数据存储层使用MySql、MongoDB、Dynamo数据库。

应用模块层通过状态监控模块实时监控机电设备的状态，超过阈值时发出报警并实时通知相关人员；通过机电设备管理模块、工单管理模块等实现机电设备及维护流程的电子化管理；通过趋势分析和数据可视化模块，实现机电设备和维护流程的电子化管理。提供辅助决策和分析功能，达到提升管理水平，完成“监督、管理、治理”管理闭环的目的。显示层采用App、网页、大屏等多种显示方式。高速公路智能机电设备管理平台总体架构如图2所示。

4个主要功能

4.1 机电设备及仓库管理子系统

将二维码粘贴在设备上，作为设备的唯一识别码，记录所有设备出库信息，追踪设备去向；明确设备负责人；设置残留警报、报废警报、设备清洁提醒；并实行快速盘点。机电设备及仓库管理子系统界面如图3所示。

4.2 设备监控子系统

通过直接连接设备或其所属系统，采集设备信息、运行状态、运行数据，并根据设备类型为机电设备配置特定的指标阈值并进行实时监控。如果超过阈值，就会产生预警，并通过多种方式通知相关人员。为解决机电设备监测数据覆盖不足的问题，基于物联网技术，采用多种传感技术和数据分析方法，对设备状态进行综合监测。通过在原有设备设施上添加智能传感器，定期检查设备的健康状态。数据通过物联网网关传输，平台系统提供实时报警通知，减少人工巡检的频率和强度。例如，基于超低功耗智能传感器技术、LoRa容错无线传输技术、消防二次总线通信技术、智能运维平台技术等进行改造，强化隧道火灾自动监测能力。

在高低水池、水泵、消防管、阀门、消火栓、灭火器等处添加传感器和压力表，并通过网关与平台连接，监测并存储消防系统中水位、压力的变化实时，实现隧道消防实时健康监测，及时预测设备故障。并快速进行故障报警，同时自动诊断分析故障原因、故障部位、故障点等。设备状态监控模块界面如图4所示。

4.3 维护管理子系统

如图5所示，工单服务流程根据设备报警内容和系统综合调度（根据维护人员所在位置、当前工作任务等）生成工单，并分配给对应的维护人员。维修人员完成故障修复后，将处理过程以文字和附件的形式记录在平台上，并提交领导审批。审批完成后，工单关闭。工单归档于维修数据库，为工单查询、知识库管理、维修数据分析、维修服务评价提供基础数据。

维护计划管理用于建立和录入巡检计划、测试计划、清洁计划等，并配合移动终端实施签到和竣工审核。同时可以实时输出并显示计划完成情况。

维护人员根据故障关键词记录故障修复过程，生成经验库知识记录；维护部门定期总结经验，针对此类问题生成标准处理步骤文档，形成专家库知识记录。维护人员再次遇到类似问题时，可以根据关键词进行过滤。查看。

4.4 系统分析子系统

系统分析子系统基于其他子系统产生的基础数据，对机电设备的系统状态、故障原因、维护质量、成本效益等进行数据分析，并根据不同的情况提供定制化的多维度数据报表查询。用户角色，如品牌故障率、基础设施类型，展示同类设施的设备故障数量和比例、在用和库存设备数量和比例、平均处理时间等多类型、多维度的统计图表基于故障关键词、维修服务评价评分，支持维修计划的制定和决策。隧道设备故障统计示例如图6所示。

4.5 多视图显示

利用GIS地图显示道路上设备的地理位置及其所属设施；通过拓扑显示当前机电系统状态；提供设备设施的详细展示；通过虚拟机柜、配电柜管理室内设备；将设备状态与维护管理数据库关联起来，为运营管理人员和维护人员提供维护事件呈现。

4.6 手机、电脑运维

该平台可以运行在移动设备或个人电脑上，方便维护人员实现现场故障报告、故障处理过程记录、定位、上班打卡、工单实时填写、知识库查询等功能。设备信息随时查询。例如，可以使用手机摄像头扫描设备的二维码，实现快速盘点；工单处理时，可以通过移动终端采集视频和图片，并以附件形式上传至平台，供领导审批。移动运维App如图7所示。

5 系统实施和使用过程中应注意的事项

(1)在实施阶段，必须制定切合实际的实施计划，并与用户密切合作进行基础数据的收集和录入。账本分类和编码标准必须准确，并尽可能避免歧义；设备台账清理和设备贴标工作量很大，但质量必须保证，否则会影响平台效率。

(2)合理选择设备状态参数和指标。在收集设备状态基础数据和维护过程基础数据后，通过设备状态评估模型提取相关信息并形成设备画像。该模型主要有两个层次：参数和指标。参数指的是所需的数据类别；指标是指针对数据类别人为设置的有效阈值、性能阈值和报警阈值。在有效阈值内，表示设备运行良好，在性能阈值内，表示设备运行良好。状态为降级但可接受，且报警阈值范围表明设备运行结果不再可接受且无法使用。

（3）运用设备全周期寿命理论，合理选择设备状态预测参数和指标。选择依据包括故障率/时间函数、设备残值、运行维护费用与设备总成本的关系、折旧年限标准、制造商设备产品生命周期信息（包括停止销售日期、停产日期）全力支持、停止服务的日期）等。

（4）使用过程中，应改变管理人员和维护人员的思维习惯和流程习惯，遵循及时更新数据的工作要求。

（5）平台的建设是一个动态的过程，并不会在实施阶段结束。从管理体系和平台优化的角度，对监测覆盖范围和准确性、系统互操作性等方面进行定期检查和优化。

六，结论

高速公路智能机电设备运维管理平台仍需优化、完善和进一步发展：目前部分设备由于没有传感器，无法正常监控其状态；随着科学技术的发展，需要采用更加多样化的方法来收集数据；大多数设备使用单一指标阈值产生性能和报警事件，并且在使用过程中存在一定的误报。需要参考指标之间的相关性；现有数据提取的关键数据太少，数据挖掘分析模块无法有效提供辅助决策分析。这个需要做优化；由于高速公路机电设备种类繁多、技术更新较快，设备状态评估模型的设计和完善工作量很大。设备状态评估模型的优化也需要更多的理论支持和参考。此外，通信、电力、安防、国防等其他行业的理论也值得借鉴，如通信行业的设备报警和性能监控理论以及五性管理理论（可靠性、可维护性、可维护性）。军事装备保障领域的可保障性和可测试性）。安全）。

随着公路机电设施技术状况评估的广泛实施，机电设施智能化水平不断提高，公路机电设备运行维护管理系统的建设日益重要。复杂、被动的定期人工考核正在转变为高效的考核指标实时采集、实时分析。结合“监督、管理、治理”理念构建高速公路智能机电设备管理服务体系，可以实现预防性维护和主动运维，从根本上提高设备维护效率，提高设备管理水平。

审稿人：刘庆