特种设备智能化管理系统的设计与实施路径研究

近年来，随着工业化进程的加快，特种设备的数量持续增长，截至 2024 年底中国特种设备数量已达 2294.18 万台，全国共有特种设备生产和充装单位76450 家，持有许可证 79581 张。然而，当前特种设备管理要改变传统管理依赖人工记录与巡检的方式，对特种设备智能化管理系统的需求日益迫切，通过物联网、大数据等技术实现设备状态实时监测、信息高效流转、风险提前预警成为行业发展的必然趋势。因此，深入分析特种设备智能化管理系统的设计与实施路径，能有效提升特种设备管理的智能化水平、保障设备安全运行。

一、特种设备智能化管理系统的总体设计

特种设备智能化管理系统目前已经能对特种设备的运行状态进行实时监测，能利用传感器收集温度、压力等关键参数，让管理者随时掌握设备状况。在进行特种设备智能化管理系统的总体设计时，主要有展示层、应用层、平台层、通讯层、边缘层以及设备层这几个模块（见图 1）。

图1 特种设备智能化管理系统示意图

（一）展示层

展示层是将系统收集、分析、处理后的各类数据与信息，以直观、易懂的形式呈现给用户的界面层级，是用户与系统交互的关键窗口。在进行展示层设计时，需要注意两点：一是用户适配性，需根据不同用户角色的职责需求，定制差异化的信息展示内容与操作权限；二是信息时效性，要链接系统的实时数据处理模块，确保展示的设备状态、预警信息等内容与实际运行情况同步。设计时需构建全面的信息架构，按照“设备基础信息—实时运行状态—历史数据趋势—预警处置流程”的逻辑划分展示板块，基础信息板块集中呈现设备型号、检验周期、产权单位等静态数据，运行状态板块通过仪表盘、热力图等形式动态显示压力、温度等关键参数，历史趋势板块以折线图、柱状图呈现数据变化规律，预警板块则用红、黄、绿三色标识不同紧急程度的异常信息。同时，设置便捷的交互功能，支持用户通过点击、筛选、钻取等操作获取细分数据。

（二）应用层

设计该系统的应用层时，需遵循“功能独立、数据互通、业务闭环”的原则，做好数据接口标准化与业务逻辑模块化的底层设计。基于特种设备管理工作的实际需求，设计以下关键模块：设备台账管理模块，整合设备基本参数、安装验收记录、产权信息等，支持台账的增删改查与历史版本追溯；运行监控模块，对接传感器网络与实时数据库，实时采集设备运行参数并进行超限监测，自动生成运行日志；维护保养模块，根据设备类型与使用频率制定保养计划，推送保养提醒并记录保养内容、执行人及效果评估；安全检验模块，关联检验机构数据，跟踪设备定期检验周期，预警超期未检情况并记录检验报告与整改结果；应急处置模块，内置事故处理流程与应急预案，接收预警信息后自动触发响应机制，支持应急资源调度与处置过程记录。各模块通过统一身份认证与权限管理实现协同运作形成从设备登记到报废的全流程管理闭环。

（三）通讯层

目前智能化管理系统可采用有线与无线多种通信模式，不同登录方式的用户设备要进行数据交互就必须依托完善的通讯层架构。该系统采用微服务架构，使各功能模块独立部署，这就对通讯层提出了更高的要求，在设计通讯层时要根据特种设备的分布范围、使用环境及数据传输量，合理选择通信协议。分布范围广的特种设备，可采用星型与总线型混合拓扑，节点间以总线型连接。同时，要部署防火墙、加密算法等安全机制，对传输数据加密，防止数据泄露与篡改，保障通讯层安全稳定运行。

（四）边缘层

边缘层是指部署在特种设备附近或本地，负责数据采集、预处理及实时响应的硬件与软件集合，是连接设备与上层系统的关键纽带。特种设备智能化管理系统需要有稳定的本地数据处理能力，要能够创造低延迟、高可靠的运行环境，为特种设备的日常安全与高效管理提供即时支持。因此要基于设备的运行特性、数据产生频率及本地管理需求来创设边缘层。

一是搭建分布式数据采集节点，针对不同类型特种设备的关键监测点部署微型传感器与边缘计算单元，实时采集温度、压力、振动等运行数据，并对原始数据进行降噪、滤波等预处理；二是构建本地实时响应机制，在边缘层嵌入预设的规则引擎与控制逻辑，当监测数据超过安全阈值时，无需等待云端指令，可直接触发本地告警或执行应急操作，最大限度缩短响应时间；三是实现边缘与云端协同，边缘层定期将处理后的关键数据同步至云端数据库，支撑全局数据分析与长期趋势预测，同时接收云端下发的更新参数与控制策略，动态优化本地处理逻辑。

（五）设备层

设备层就是要对特种设备本体及其附属监测装置进行统一接入、状态感知与基础控制，要明确接入管理的特种设备范围及各类设备的技术参数标准，部署好适配不同设备的感知终端与控制模块，统一管理分散的特种设备及其相关装置，并区分设备的类型、规格及运行特性。设计设备层时要完成设备清单的梳理与分类，根据特种设备的功能属性和使用场景，建立标准化的设备信息档案，明确每台设备的唯一标识、安装位置、额定参数、安全标准等基础信息。针对不同设备的监测需求，选型并安装对应的感知设备，同时配备数据采集模块，将传感器获取的模拟信号转换为数字信号。然后设置基础控制单元，具备远程控制条件的设备要预留控制接口并设定操作权限，同时记录所有控制操作的日志，为追溯管理提供依据。

二、特种设备智能化管理系统的实施路径

（一）构建特种设备信息化管理机制

通过利用信息化手段对企业特种设备安全管理机制进行创新、优化，可以弥补传统管理手段的不足。

1.构建特种设备信息数据库

特种设备信息数据库是整合特种设备全生命周期各类信息的集中式数据存储与管理系统，构建特种设备信息数据库必须要基于国家特种设备管理规范及行业标准来设定数据架构与存储规则。并建立数据采集与更新机制，通过设备层传感器自动上传运行数据，结合人工录入检验、维保等信息，同时设置数据校验规则，对录入数据的完整性、准确性进行自动核验。并采用权限分级管理限制数据访问范围，对敏感信息进行加密存储，定期开展数据备份与容灾演练，确保数据库在遭遇故障或攻击时能快速恢复。

2.全面推进专用设备赋码管理工作

结合信息化平台建设，应用二维码信息技术，为所有特种设备生成唯一的设备二维码（图 2），作为每台设备全链条追溯的标识。连接二维码和信息管理系统的设备数据库，管理人员与操作人员用移动终端扫描二维码，就能自动查看对应设备的相关信息，从而及时掌握设备数据。

图2 设备赋码

（二）搭建全域设备数据互联平台

各类特种设备往往分散在不同区域、由不同主体管理，数据格式与存储方式存在差异，难以实现全局化、精细化管理。要想实现全域范围内特种设备的统一监控与协同管理，就要系统性推进全域设备数据互联平台的搭建工作：第一，制定统一的数据标准规范，梳理各类特种设备的关键数据项，明确数据采集格式、传输协议及编码规则；第二，部署跨区域数据传输网络，依托现有物联网基础设施，结合 5G、工业以太网等技术，构建覆盖所有特种设备的通信网络，实现设备数据从采集端到平台端的无缝流转；第三，建立数据汇聚与分发机制，在平台端设置数据接收中心，对接各区域设备的数据接口，然后清洗传入的数据，整合后存入共享数据库，同时根据不同管理主体的需求，通过授权接口将相关数据精准分发至对应的管理终端。

（三）建立动态预警与应急联动体系

动态预警与应急联动体系是指通过实时监测特种设备运行状态，结合预设规则自动识别风险并分级预警，同时联动多方资源快速响应处置的一体化管理机制建立该体系需以设备实时数据为基础，融合智能分析与协同响应机制，形成覆盖预警、决策、处置、复盘的全流程管理闭环。要搭建跨主体应急联动平台，整合设备管理方、维保单位、监管部门、应急救援机构等多方资源，在系统中预设各主体的职责分工与响应流程，当接收紧急预警时，自动启动联动机制。然后完善预警处置与复盘机制，在系统中记录预警响应的全流程数据，定期对预警准确性、响应效率进行分析评估，据此优化预警模型参数与联动流程，持续提升体系的实用性与可靠性。

结束语：

综上所述，随着技术的不断进步，特种设备智能化管理系统将在实际应用中持续优化，进一步提升特种设备管理的精准性，为特种设备的安全运行提供更坚实的保障，推动特种设备管理行业向更高效、更安全的方向发展。

参考文献：

[1]黄波.浅析特种设备信息化管理系统[J].中国设备工程,2024,(12):54-56.

[2]蒋承保.特种设备智能化管理系统的设计与实施[A]2024 智慧施工与规划设计学术交流会论文集[C].中国智慧工程研究会,中国智慧工程研究会,2024:3.

[3]詹泓.基于 Web 模式的特种设备信息化管理系统搭建与应用[J].中国机械,2023,(29):60-63.