基于物联网的机械设备安全管理系统研究

卢甜甜

（长春大学旅游学院，吉林 长春 130607）

为了保证机械设备的研发和使用的质量，需要进行设备的故障诊断以及故障分析，以保证机械设备在使用时的高效性和安全性。通过故障分析和诊断能够及时发现设备的问题，并及时解决。随着新兴技术和科技的不断发展，目前所使用机械设备系统更为精确并不断向着智能化发展，更加准确高效的模式必然拥有复杂的结构，这给设备管理带来了新的挑战[1]。使用物联网技术能够有效提升机械设备安全管理系统的可靠性，保证设备的正常运行，为设备管理工作带来便利。

1 研究背景

智能生产、智能制造是“中国制造2025”的核心，为了实现智能制造，推进工业智能化发展，需借助物联网技术在工业中的应用，物联网技术可应用在整个生产过程中，助力实现制造业数字化、智能化、网络化。对机械设备的安全管理进行研究，主要目的是增强机械设备在实际生产应用中的安全系数，延长设备的寿命。在制造业中应用物联网技术监测机械设备安全，可提高监管效率、降低监测成本、优化运营流程[2]。保障机械设备安全的同时也可以保障人员安全，避免事故发生。

如今，随着科技的发展，人们对制造业的安全生产、生产效率方面有了越来越高的要求，需不断发展智能化、自动化生产。对于机械设备智能化、自动化管理，不仅有助于保障人们在生产操作过程中的安全，也能够提高生产效率，延长机械设备的寿命，降低成本。因此，发展智能化机械设备安全管理具有重要的意义。

目前，制造业设备管理存在如下几个方面的问题：1）工业中大部分机械设备的安全管理并不能做到智能管理，在最初设计中缺少智能管理的理念。2）机械设备的安全监测更多是由人工进行逐一排查，对于一些安全隐患不能够做到及时监测，应缩减响应时间，迅速解决问题。3）没有做到实时监测，对一些重要的数据处理仍依靠人力，没有集成化的设备对它进行统一化管理。

针对目前制造业设备管理存在的问题，笔者设计一种基于物联网的机械设备安全管理系统，应用物联网技术、网络通信技术、大数据技术等实现机械设备安全智能化、信息化管理。

2 基于物联网的机械设备安全管理系统的设计

2.1 设备管理系统设计

对机械设备有效监控是机械设备安全管理系统的核心，智能设备管理系统主要是由温湿度传感模块、气体浓度监测模块、数据综合处理模块、视频监测系统模块、机械设备工作状态监测模块等构成，如图1所示，各模块之间运行都是紧密联系的。在机械设备安全管理系统中，应用物联网技术，并通过无线射频通信模块进行数据收发，实现智能化管理。除此之外，通过温湿度传感模块监测机械设备所处环境，确保设备可在安全环境下工作。机械设备工作状态检测模块，可对机械设备的工作状态进行实时监测。因此，机械设备安全管理系统能够实现机械设备的智能化管理，工作人员利用电子移动设备就可以随时查到所需要查看的机械设备的信息，具有很高的灵活性和便利性[3]。

图1 基于物联网的机械设备安全管理系统功能模块

2.2 设备管理系统功能

物联网设备管理系统各模块具有以下功能。

1）物联网设备管理系统温湿度传感模块主要包含的功能有：通过温湿度传感器对机械设备所在环境进行监测，当设备所在环境温湿度超出预先设定的阈值，系统会报警显示。主要应用的技术是通过控制芯片获取温湿度传感器采集的数据，并将数据显示在系统界面上。

2）气体浓度监测模块主要具有对生产过程中的有毒有害气体进行监测的功能，通过气体传感器对机械设备所处环境进行气体浓度的监测，如CO、乙醇等易燃、易爆、有毒的气体。当设备所在环境气体浓度超出预先设定的阈值，系统会报警显示，主要应用的技术是通过控制芯片获取相应气体传感器采集的数据，进行处理后可将数据显示在人机交互界面上。

3）数据综合处理模块主要包含的功能有：一是设备档案的管理，通过物联网技术能够将设备的各种信息清晰完整储存下来。例如设备何时采购、何时进行过维修、维修具体情况、设备日常使用的频次等信息。二是设备使用的管理，例如机械设备的使用、保养、维修等环节的具体过程。此项功能需要详细记录维修的经验、教训。三是设备的采购和库存管理，通过对这些数据进行记录，工作人员能够在制定采购计划时研究设备记录的数据，制定更加科学合理的计划并做到实时监控，本模块主要应用的技术是物联网的文件读写存储功能、数据处理功能[4]。四是对历史记录进行查找，将历史数据通过图表的形式反映出来，例如机械设备出现故障的次数和原因、维修的频率、折旧率等，便于工作人员对机械设备的数据进行系统化的管理。

4）视频监测系统模块具有对设备的实时远程视频监控功能，机械设备在进行工作时将会被视频监测系统模块完整记录下来，工作人员能够及时发现设备在运行过程中存在怎样的问题，从而及时发现问题、解决问题，主要应用5G技术以及视频监测技术[5]。

5）机械设备工作状态监测模块主要具备的功能是实时反映机械设备是否正常运行，主要应用的技术为通过CAN总线通信对工作状态进行实时监测，如果没有正常工作会第一时间提示管理人员[6]。

2.3 传感器数据感知预警功能设计

基于物联网的机械设备安全管理系统需具备数据感知以及预警功能，系统可对传感器采集的信息进行判断，通过传感器采集设备所在环境温湿度、气体浓度数据信息，通过算法实现对数据的处理并且能够分析数据是否达到安全阈值。机械设备安全管理系统数据监测以及预警的具体步骤如下。

步骤1：传感器感知温湿度、气体浓度数据信息，系统对感知的数据信息进行解析。

步骤2：系统对解析后的数据进行可视化分析，将传感器感知获取的数据信息与三维场景融合。

步骤3：系统将传感器获取的数据与安全阈值进行对比，如果传感器获取的数据没有超过安全阈值，安全管理系统不会提醒用户；如果传感器获取的数据超出安全阈值，安全管理系统将定位传感器的相关位置，并且发出预警信息，及时告知机械设备管理者应尽快采取相关的安全措施，系统预警信息可通过声音、光电信息等方式传播，以告知机械设备管理者。

2.4 设备管理数据库设计

数据库是设备管理系统的重要组成部分，数据库主要作用是存放设备管理系统的数据，例如，机械设备档案管理、设备运行记录、设备维修记录、设备保养记录等等。根据主题的不同将机械设备安全管理系统的信息划分为不同的表，不同的表代表不同实体的数据集合。其中包含：1）设备档案管理表，用于记录并储存企业机械设备的基本信息、重要参数数据。2）机械设备运行记录表，用于记录并储存与机械设备启动运行状态相关的数据信息，有效体现机械设备当前的工作状态。3）设备维修记录表，用于对机械设备维修状况进行记录与统计，便于月度、季度、年度检查过程中查阅各阶段维修情况。4）机械设备保养记录表，用于记录机械设备的保养计划数据信息，便于月度、季度、年度检查过程中查阅机械设备保养计划的实施情况。

2.5 二维码在设备管理系统中的应用

二维码具有很强的新型应用技术的特点，相比较一维码而言具有更高的信息容量。二维码以编码的形式能够将图片、文字、音频等形式的信息进行处理，功能十分强大。并且二维码在部分被破坏的情况下仍然能够被正常识别。因此，在进行机械设备安全管理时可以使用智能手机来作为移动终端，将二维码贴在需要进行管理的机械设备上[7]。在工作时，工作人员通过智能手机对二维码进行扫描就可以对设备的相关信息进行详细的了解和系统管理。

基于物联网的机械设备安全管理系统的设计具有效率高、稳定性良好、消耗较低、灵活化、网络化等优点。

3 设备管理系统的构成

设备管理系统是由控制芯片、移动终端、智能终端构成的，机械设备安全管理系统网络通信模块包含外网、内网。设备管理系统在设置时，往往在外网和内网之间设置防火墙。移动终端主要指的是移动电子设备，例如智能手机等，主要是用于二维码的识别以及录入和查询信息。当相关人员发现设备问题时，可通过手机终端上传问题，并可快速联系到设备负责人解决问题，确保设备尽快恢复正常工作。

4 基于物联网的机械设备安全管理系统实现路径

基于物联网的机械设备安全管理系统对于制造业安全运行可起到积极重要的作用，如何将设计方案应用于实际生产过程中是目前需研究的问题。

1）在机械设备安全管理中应用物联网技术，可推进制造业智能化的发展，需要以智能化管理平台为专项来进行设计，部分数据可由相关部门统一进行安全管理。相关部门亦可给予政策支持，实现数据信息的融合，加强对机械设备安全的管理[8]。

2）为了发展智能化制造业，实现物联网的机械设备安全管理系统在实际生产中的应用，需要培养具有一定专业素养的高科技人才，不仅需要学习物联网的技术，还需要学习物联网技术应用行业的相关知识，如汽车、船舶、航空、铁路等领域，做到理论与实践的结合，提高人才综合素质[9]。

3）可加大科学技术研发支持的力度，对一些前沿技术研究的项目上可给予立项支持，如芯片制造、传感器研发等方面。

5 结语

综上所述，物联网技术应用于机械设备安全管理系统中，可改变传统的机械设备管理方法。笔者从物联网技术出发，对机械设备安全管理系统进行研究，提升机械设备在使用过程中的可靠性，延长设备使用寿命，保障设备维护、使用人员安全，让物联网技术在设备维护中发挥更大的作用，使得设备管理工作变得更加便捷、高效。人工智能时代背景下，物联网技术在科技高速发展的社会中会得到更加广泛的应用，机械设备的安全管理系统仍有较大的研究空间，应不断地研究更加安全、高效的设备管理方法，不断向着智能化、智慧化方向发展。