基于电力线载波技术的军工科研院所设备仪器智能化管理研究与应用

2020-08-14邝浩欣夏黄蓉史晨歌

科技管理研究 2020年13期

邝浩欣，夏黄蓉，李宝，王强，史晨歌

(北京航天长征飞行器研究所，北京 100076)

1 研究背景

随着社会的发展以及国防建设投入的不断增加，军工科研院所的设备仪器数量逐年增多，如何管好、盘活这些资产，成为各单位的重要课题。2011 年国务院、中央军委公布了《军工关键设备设施管理条例》，要求各单位保证军工关键设备设施的安全、完整和有效使用，并对其占有、使用的军工关键设备设施的名称、规格、性能、状态、数量、权属等基本情况作完整记录；“十九大”报告中指出要“完善各类国有资产管理体制”“促进国有资产保值增值”［1］。国务院发布的《关于推进大型科研仪器及科研基础设施开放共享的若干意见》指出：制定大型科研仪器及科研基础设施统计分析制度、建立财政资金购置的大型科研仪器联合评议制度，对推进大型科研仪器及科研基础设施开放共享进行了规范。国家《“十三五”战略新兴产业发展规划》提出完善各类国有资产管理体制，以管资本为主加强国有资产监管，防止国有资产流失。据调研，包括航天科技集团在内的各集团单位均提出了“管住资产、管活资产”的管理目标，对固定资产的日常管理、购置计划、节能环保等方面提出了要求。

各类设备仪器作为固定资产的重要组成部分，具有数量多、价值高、维护成本大等特点，其精细化管理的需求更为迫切。通过先进的管理手段，实现设备仪器的智能管控，提升单位设备仪器的创效能力，是军工科研院所能力建设内涵式发展的必由之路，是军工能力建设转型的一个关键维度，也是提升企业的核心能力的重要支撑［2］。为解决设备仪器管理难题，北京航天长征飞行器研究所（以下简称研究所）利用先进的信息通信技术和多年积累的管理经验［3］，不断进行技术创新和管理模式升级，形成一套广泛适用于军工科研院所的设备仪器智能化、精细化管理平台［4］。

2 军工科研院所设备仪器管理现存问题

军工科研院所设备仪器具有价值高、专业性强、投资来源途径多、更新换代速度快等特点，在管理上有别于其他单位。目前的管理难题主要有以下几个方面。

2.1 军工科研院所保密要求严格，设备仪器信息化管理手段受限

据调研，目前国内军工科研院所的设备仪器管理主要依靠人工模式［5］，要求设备仪器管理员和使用者手工填写各类信息，如实验室维修记录表、使用情况登记表等。传统人工记录往往会出现漏填、错填等问题，在数据处理、存储和查询方面也存在诸多不便，数据实时性更难以保证。当设备仪器数量增多时，人工管理的弊端逐渐显现，设备仪器的信息化刻不容缓［6-7］。

设备仪器广泛分布于各单位的办公、试验等场所，想要实时、全面地获取设备仪器信息，就要在科研办公区域建立设备仪器物联网，进行数据的采集、传输及处理［8-11］。其中数据的传输方式是网络建立的瓶颈。目前数据传输可以分为有线和无线两种方式。有线方式主要采用以太网、光纤等介质传输信息，需要在单位整个科研、办公区域新建专用网络，施工复杂、成本较高；无线方式主要通过WiFi、蓝牙、移动数据通信等介质传输信息。虽然能够有效降低成本，但是不符合军工科研院所的保密管理要求，无法在军工单位实施［12］。

2.2 设备仪器重复购置现象多，利用率偏低，采购决策缺乏依据

各单位、部门、型号科研队伍在设备仪器信息互联互通上的局限，导致在申报设备仪器特别是通用设备仪器时依然容易产生“小而全”的设备购置模式，设备仪器盲目购置、重复购置的现象层出不穷。设备的重复购置使得资本和资源的整体配置不合理，设备仪器的整体利用率较低，甚至出现大量闲置现象，进而影响了军工科研院所整体的效率和效益［13-15］。由于设备仪器管理部门缺乏有效的手段获知设备仪器的实际使用情况，在采购决策时缺乏科学依据，仍难以避免重复购置问题［16］。

2.3 军工科研院所难以实现设备仪器成本精细化管理，核算缺乏支撑数据

按照财政部新近印发的《国防科研试制费管理办法》（财防［2019］18 号文第十二条）的要求，“燃料动力费根据批准的研制内容明确的产品和部件数量、试验次数以及消耗标准和价格计列，不包括单位日常运行所发生的间接同类费用。”多数军工科研院所的燃料动力费中，电费占据了较高比重，但由于缺乏直接计量手段，智能在间接费用中列支。目前的管理手段无法直接体现项目研制过程中的电能消耗的计价，难以满足独立计算的要求。根据新发布的18 号文要求，军方审价将不再接受原方法分摊计入的燃料动力费。

此外，对于不同单位或型号项目共享的设备仪器，由于缺乏统计手段，也无法精细核算和分摊其购置费、折旧费和响应的人工成本［17-18］。此类问题将直接影响各单位开展实验室经济建设工作，阻碍设备仪器的共享共用和效益的提升。

2.4 管理部门资产盘点难度大，“管住盘活”困难重重

首先，设备种类和数量繁多，出入库的手工登帐相当费时；其次，设备在年终盘点时常出现遗失或与账上不符等问题；三是往往在设备故障后才查找维保信息，进行维保工作，耽误了试验进度；四是由于设备使用人员的调动导致盘点时的混乱；五是设备在长期使用过程中产生大量管理记录和数据，这对查找、更新和维护设备管理信息带来了不少的困难。

3 采用电力线载波通信技术实现设备仪器智能化管理的方案研究

北京航天长征飞行器研究所针对上述军工科研院所普遍面临的设备仪器管理难题，寻找管理突破口，进行技术创新，研发了基于电力线载波通信的设备仪器智能管理系统。系统采用电力线进行数据传输，既不需重新布线，又满足了军工科研院所的保密管理需求，具有施工方便、使用灵活、成本低廉的优势，有较强的推广意义。

3.1 技术方案

系统的架构如图1 所示。通过增加小型设备PLC 适配器、大型设备PLC 采集器以及监测设备仪器的工作时间、电压、电流、功率等参数，通过电力线载波技术将数据信息上传到PLC 集中器，再通过专用以太网转发到管理平台进行数据分析与处理。系统掌握设备仪器的使用信息后，可自动计算出利用率、能耗等数据，按管理者的需求进行对比分析，为设备仪器管理提供数据支撑。

在软件平台的设计上，系统采用基于SOA 的多层架构，在前端展现上采用B/S 模式，服务组件层采用J2EE 模式，充分发挥Java 语言的优势，保证了系统的稳定性、易扩展性、安全性以及低耦合性。

图1 设备仪器智能管理系统架构图

3.2 管理方案

为解决上述管理难题，系统充分利用获取的设备仪器使用数据，提出以下管理方案。

（1）优化资源配置，支撑采购决策。系统通过对管理范围内设备仪器的监测，掌握了各类设备的利用率数据并进行对比，发现设备使用紧张部门/项目以及设备闲置较多的部门/项目，及时指导管理人员进行跨部门/项目的设备仪器流转，从而减少盲目购置、重复购置行为，可帮助优化资源配置。如图2 所示，监测发现项目2 只有1 台示波器，利用率达到89%，项目3 拥有4 台示波器，平均利用率只有21%，设备管理部门可以将项目3 的示波器调配给项目2 使用，在数据的支撑下实现跨单位/部门/项目的资源流转，提升整体效益。对高耗能低利用率的资产，资产报废申请中可加入利用率统计数据，将对资产实际使用价值进行准确估量，对处置决策起到重要作用。

此外，系统通过智能计算，统计出各种类型设备的利用率以及不同品牌/型号利用率。管理者在采购决策时可参考这些利用率数据，将有限的资金投入到真正需要的项目上，提升资金投入效益比。在今后的固定资产决策中，对数据分析的依赖程度将会加强，固定资产增加、减少、状态变更，都需要利用率、耗电量数据作为支撑，固定资产智能管理系统将从数据维度扮演决策助手的角色。如图3所示，温箱的平均利用率较转台和示波器高，可考虑增加采购，通过查看不同品牌温箱利用率，找到更受欢迎的品牌/型号，指导采购方向。

（2）挖掘资源潜力，提升综合利用率。系统的日、周、月利用率统计功能可准确统计出设备仪器的具体使用情况，并通过趋势图等方式直观展现给管理者。管理者可通过系统获得利用率高峰、低谷规律，增加闲暇时段任务分配，充分挖掘试验资源潜力，提高军工科研院所的综合利用率水平（见图4）。

（3）精确核算成本，实现降本增效。系统可监测设备仪器的用电信息，从而实现能耗分析，准确计算燃料动力费。从此各设备仪器可按单位/部门/型号项目进行成本核算，系统提升了各单位精细化管理水平，有效支撑了报价及项目独立核算。通过测算各个试验设施的使用活力和频率周期，对评估试验室独立核算有了第一手的直接数据支撑，可进一步建立大型试验设施绩效管理评价，通过试验投入产出测算试验效益，从而加速各试验室独立核算的进程。

此外，系统及时发现未知或不必要的能耗点，提醒管理者考虑提升设备能耗等级，更换更节能设备，或者通过行政规范等手段降低电能消耗。对于高强度的试验设备开机运行时间进行甄别，判断是否属于必要的高强度试验运转，在保证产品测试完成质量的前提下，探索可以降低试验次数的途径。在日常办公能耗方面，通过月度监测与能耗类别对比，分析耗能因素与规律并与内部管理措施相结合，可采取与全所职工进行耗能共享的方式，培养所职工节能意识，引导向降本增效思维转变。通过以上管理方式实现节能减排、降本增效，为单位带来更大的经济效益。

（4）智能定位盘点，提升管理能力。系统可自动识别设备仪器所在楼宇并上报。系统对长时间未上线设备进行自动预警，提醒管理员关注该设备情况，从而实现智能定位、盘点，有效减少设备仪器盘点工作量，实现设备仪器管理的“智能化、便捷化、精细化”。