中铁北京工程局集团第一工程有限公司 陕西省西安市 710100
关键词：设备智慧管理；创新应用；智能结算；节约成本
一、机械台班燃油智能化管理实施背景
设备管理是项目效益管理的一个重要指标，工程机械设备燃油和台班等管理难度大，设备管理效益是衡量项目成本管理的一项重要指标，目前已被各施工单位所重视，打破传统的设备管理模式，运用信息化创新管理方式进行机械设备台班和燃油管控，降低管理成本，确保机械设备功效最大化，是设备管理的发展趋势。
传统机械设备管理目前存在的主要问题如下：
项目施工管段长、范围大、工点多，造成工地燃油丢失、偷盗、非正常施工耗油现象常有发生，燃油消耗成本较大且管控难度大。
设备运转记录手工填写繁琐、数据准确性差，存在错记、漏记、不规范等问题。不能真实有效的体现设备实际运转状态。
机械现场实际使用台班数据不清,主要体现在:包月方式租赁使用的设备工地有效运转使用率无法准确统计，造成月租设备使用效益低下。
（四）机械派工、施工地点、运转情况等无法有效监控，数据源不便查询，归集资料统计繁琐且准确度不高。
二、整体思路及规划目标
整体思路：根据一公司设备管理信息化需求，切实解决项目机械管理中遇见的实际问题，从软、硬件两方面着手落实，以试点项目为依托，持续优化，形成成熟方案，继而进行全面推广使用。
实施目标：通过机械设备智能管理软硬件的安装实施，实现机械设备台班的线上派工和台班运行时长的智能监测和统计，实现设备使用油耗的实时监控和数据统计，并对台班和油耗监控过程中发现的异常情况进行及时报警提醒，便于管理人员发现并及时处理。最终解决目前设备管理存在的诸多问题，实现管理效率和经营效益双提升。
三、机械智慧管理系统试点应用过程
通过市场调研和了解工程机械智能化管理软硬件市场运用情况，针对设备管理中存在的具体问题，利用专业软件开发团队优化硬软件；逐一解决设备使用过程中存在的相关问题，通过试点—优化—再试点—再优化的改进方式，实现软硬件与设备运转的有效结合，最终达到项目设备管理效果。
（一）硬件设备
机械设备智能化管理的硬件包含两部分：台班运行时长监测和设备油耗监测，两部分用不同的设备进行数据采集和分析。
1、台班运行时长监测——机械指挥官
该设备的监测原理是，通过六轴传感器，实时获取发动机的震动数据，通过机器学习判断设备的运转情况，如正常工作、怠速、停机等状态，并将状态开始时间和结束时间自动记录存储在系统，方便管理人员进行数据查看和统计分析，监测模型根据最新获取的数据持续优化，不断提升模型预测的准确性。如图1：
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图1：机械指挥官
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图2：打开油箱盖，手机端就会短信提醒
2、设备油耗监测——智能油箱盖
智能油箱盖是通过液位传感器测量油箱内的油位数据变化，测算油耗情况，初次使用时，需多次加入油料，在设备上标记加入量，计算机通过不断学习记录该油量在油箱中的位置，反复测算，最终实现加油量和油耗的精准测量。如图1、图2：
（二）软件系统开发
1、系统软件包含PC端和小程序端两部分，两部分软件均为定制性开发，为保障项目实施效率，软件开发方式为边试用、边完善，根据项目实际需求持续优化调整，基本上保持每周有新功能上线的节奏。
2、PC端主要功能：PC端的主要使用对象是项目管理人员，主要承载的功能包含账号管理、权限管理、人员和设备的基础信息维护、预警信息的设置、各类报表的查看和下载等功能，通过后台设置，保障信息高效准确的传递给前端需要的人员。
3、用户管理：用户管理页面，管理人员可以进行新用户账户增加，原有账号信息的修改编辑、删除以及密码重置等方面的操作，保障使用人员的账号安全性。主要维护信息包含，登录名称、部门名称、用户名称、密码、性别、岗位、用户邮箱等，基本信息提交后，系统自动保存。如图5：
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图5：用户管理
4、项目机械信息管理：项目下运行的所有机械设备信息，支持按照项目名称、机械类型进行筛选和阈值设置。如图6：
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图6：机械设备管理
5、设备运行阈值设置：包含定额设置（含额定燃油消耗、额定利用率等），定额使用率预警值设置。如图7：
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图7：设备运行阀值设备（定额油耗、额定工时）
6、人机绑定：建立设备和人员的对应关系，便于系统派单。
7、预警消息推送设置：设置设备使用率、设备异常时的推送人，推送内容等；如图8：
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图8：预警消息推送设置页面
8、机械工作内容维护：后台维护本项目上各类机械可能出现的工作内容，方便派工时选择。
9、台班报表：系统自动生成报表，支持按设备使用时间、运转等进行筛选和导出。如图9：
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图9：租赁设备运转记录表
10、使用率预警信息：设备使用率预警推送信息以报表展示；机械设备异常的推送记录包含：机械名称、报警类型、报警地址、经纬度、推送时间等。支持搜索与下载。如图10;
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图10：预警信息
11、微信小程序主要的使用对象是机械设备管理人员、设备操作人员等，不同的使用对象常用功能有所差异，设备管理人员主要查看设备的运行时长、油耗数据以及预警信息，司机主要查看设备的派工情况，而有权签认人员则是根据派工和实际完成的工作内容进行确认。
12、设备信息查看：在微信小程序中可随时查看指挥官和智能油箱盖获取到的设备运转状态、运转时长、油耗信息、地理位置等信息。如图11：
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图11：设备状态查询
13、预警信息查看：系统将实时监测到的设备运转数据与后台设置的阈值进行对比，当监测数据超出阈值范围时，及时在微信小程序中进行预警信息提醒，方便管理人员快速发现并处理。如图12：
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图12：预警信息
14、设备派工管理：为实现精细化管理，实现智能派工，参考一公司项目现场派工流程，定制开发了机械派工管理功能，将施工现场实际的派工流程固化到系统中，方便整个派工流程的管控。
15、主要参与派工流程的四个角色具体参与内容简介如下：
（1）派工人员：负责现场机械设备操作人员的工作分配，现场调度安排。派工人员登录成功后自动进入派单页面，根据页面提示填写派工的机械类型、工作时间、设备名称、司机、工作内容、工作地点、签认人员等具体内容后，发起派工流程，可在派工列表中查看详情。
（2）操作司机：查看派工任务并按时完成派工任务。派工成功后，司机微信端会及时收到一条工作消息，司机点击确定后，派工人员将收到司机已接收到本条派工消息的通知。司机完成工作后根据实际工作情况对工作地点、内容进行调整，调整后点击提交，工单流转至有权签认人员。
（3）有权签认人员：参考派工人员的工作安排和操作人员现场工作的时间情况对工作的内容进行监督核实。派工成功后，现场有权签认人员会收到派工信息，司机完工确认后，工单流转至有权签认人员，有权签认人员需要根据现场设备的实际工作情况对工作内容进行调整审核，审核签认完成后流程结束。
（4）管理员：对项目整个派工流程可以进行监控。
如图16：派工流程
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图16：派工流程
16、人员邀请注册：管理员和派工人员可在手机端对参与人员发起邀请注册，被邀请人员确认邀请信息、邀请人审核信息后，相关人员可参与到派工系统的工作流程中。
17、系统登录：在微信中搜索并关注"机械指挥官项目管理"公众号，进入公众号点击"台班管理"可进入系统查看设备运行情况；进入机械优管小程序，点击下方"台班管理"菜单可进入系统登录页面根据厂家提供账号，或自己注册的账号填写账号，进行登录。
（三）试点实施过程
1、初次试用结果分析及优化过程
（1）监测数据存在误差：项目试点初期，将软件采集到的数据提供到项目上，自宜项目将原方式统计的结果和软件采集到的数据进行分析对比，发现存在油料统计及台班统计均误差较大。
误差原因分析及针对解决措施:对于以上问题，同软件公司软件公司沟通，派人驻场监测确认问题原因，通过自有加油枪使用、多次标定、算法优化等方式，最终解决了以上监测数据误差较大的问题。
如下图：截至目前，设备监测状态正常，台班统计误差每天在15分钟以内，油耗误差率5%以内。
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（2）台班工时统计问题及解决措施：车辆计时器不能分段，实际存在加班赶工期情况。系统会自动分解到两天的台班。根据现场实际，设置每日凌晨24:00为分段点，系统按分段点自动分解，这也是造成差异最大的难点问题，目前已解决。
（3）小松车辆计时器只能统计到小时，精度太低，导致数据比对偏差大。后经人工计时确认，时间精确度进行调整，每隔15分钟系统数据更新，设备统计无问题。
（4）油料统计问题及解决措施：操作不够规范，邮箱盖未拧紧，会造成油箱校准的数据偏差比较大。经培训和跟进，再未出现此类问题。
（5）加油记录人工登记有误。偏差较大的设备经跟踪和数据分析，人工记录有误。
（6）问题解决效果：通过以上针对性措施的高效实施，台班及油耗数据统计结果明显优化，监测2019年10月的7次加油数据（5-9台设备），误差在3.4%-5.8%，总体误差在5%以内（4.93%）。
2、油耗监测精度二次优化
（1）试点初期分析结果完善后，虽然整体误差维持在5%以内，为进一步增加管控效果，与软件公司技术总监到项目现场驻扎，成功将油料误差较大的一台设备降到了1.52%。
（2）二次优化过程解决思路:查看油品加油枪数据是否准确
核实误差较大的设备前几次的标定值是否准确，选用误差最大的一台汽车吊来做校准实验。
（3）二次优化过程解决措施:项目油品加油枪数据标定确认：用25升容器取中铁油品加油枪数据，发现比正常的25升多出1升，将油料加到汽车吊中，系统油料监测设备显示30.81升，误差-23.24%；而11月5日该设备也加油一次，油卡显示82升，油料监测设备显示53.94升，误差34.22%。由此确认，项目油品加油枪油量存在不稳定的可能，需找到比较准的加油枪进行油量校准；
（4）项目部自有油库加油枪标定数据确认：项目部自有油库加油枪抽出一升油，通过实验室一升的量杯测量，发现丝毫不差，用该加油枪加油25升有到汽车吊中，系统检测油量31.93,误差-27.72%；第二次加油25升，系统检测油量31升，误差-24%；经过三次数据确认，该机器的前三次油量标定不准确，导致误差结果很大；
（5）油箱放干数据标定确认：现场放干油箱存油，拧下油箱底部螺丝，重新标定；前两次标定200升，最后一次标定150升，标定完成后，加油50升，系统显示50.76升，误差-1.52%，严格控制在正负5%左右；
综上所述，使用项目部自有油库的加油枪标定后，设备加油的油耗准确率满足项目需求。
四、需要继续优化提高项目
1、根据试点使用情况，各项目油枪配置情况存在差异，且标定时间与自有油库加油时间可能存在冲突，基于此类问题，后期各项目配置软硬件时会配套提供一套加油枪，机械设备油箱标定时，使用加油枪将机械邮箱内剩余油量抽出，再使用加油枪匀速加油至油箱满，在均速加油的过程中，智能油箱盖所带的液位传感器每5秒钟获取一次液压数据，最后将不同时间点获取的数据纳入模型，测算油箱内不同点的油量，作为后期油量消耗的数据标记基础。使不同邮箱油量标定，使用项目自有油枪就可以完成标定问题。
利用上述方法，对每个设备仅需做一次油位标定，即可完成不同油箱的整体流量测量和不同位置的油量测算，有利于后期在更多的项目推广。
根据传统的结算方式，优化系统线上机械结算流程，结算单根据台班数据自动生成，各部门审批并填写扣款项，线上自动生成最终结算单，双方进行线上申请、审批、审核和签认，同时，还可以将结算单打印后双方进行线下签字确认，以备纸质版留存备查。
五、机械设备智慧管理系统取得实效
经过一年多时间的努力，自宜和旬凤项目试点效果显著，在油料监控、台班管理、派工管理等现场机械管理节点上大幅提升工作效率，各工种之间的协调更加顺畅，工作环节数据留痕，为大数据分析奠定了数据基础，概括总结如下：
（一）油料监控更准确，油耗下降明显；
通过液位传感器统计加油次数、油料多少，精确记录油耗情况。结合机械运转情况，区分机械怠速还是工作，机械使用情况一目了然。油耗监测精准度因设备生产环境存在差异，截止目前统计的最小误差为1.52%，平均误差在5%左右。使用该系统之后，非正常的燃油消耗报警信息会及时发送给设备管理人员及上级管理人员，因此，项目偷油、漏油现象再无发生，
（二）机械设备运行轨迹及实时位置随时掌握；
通过定位终端，可及时获取机械设备的运动轨迹及位置，结合位置自动匹配当前的作业点，方便管理人员实时了解设备的位置及运行轨迹。有效杜绝了现场设备在施工范围外私自作业。
（三）台班管控更细致；
每天的台班自动统计时长，精确到分，无需人工干预，自动生成日、周、月统计报表，当月租设备工作量不饱和时，系统及时进行提醒将设备转为临租。台班时长监测误差可控制在5%左右。使用该系统后，设备使用运转小时及时反馈后台，后台设备管控人员，根据设备运转情况，对项目利用率低的设备责令及时退租或转换成临租模式，使设备远程管控更直接，有效降低项目机使费成本。
（四）成本分析更精准；
通过设备运行数据监测，设备的运转时长、油耗等数据与项目工点和工作内容均可建立对应关系，核算出的设备台班成本更精准、费用数据更真实，有利于设备的成本管控。项目成本分析经常要求分工号统计，过去一直无法区分的机使费成本，现在，通过设备使用地点、运转轨迹等，可正常区分各工点的机使费成本。
（五）工作派单更高效；
通过微信小程序将设备管理人员目前的纸质填单方式，升级为线上派工，设备管理人员、司机、有权签认人员均参与到派单环节，节省人力成本，确保数据源的可靠性。过去纸质版的派工单需要仔细保存，经常丢失或记录不准确，现在，设备管理人员可随时查看派工单流转过程和签认情况，签认人员也可随时查询已签认和未签认的工单，工单指派模块上线后，提升了机械管理现场远程调配效率，整体反馈较好。
（六）异常情况预警及时；
系统支持在后台进行各机械的正常运行阈值设置，如运转时长、油耗范围、地理位置、设备利用率等，保存后立即生效，阈值的设定可做权限管控。一旦超出范围，系统将通过微信向该指标的负责人推送预警消息。目前试点项目的预警信息是在以下情况下触发：油量位下跌时（急剧下降报警：1分钟之內，油位高度下降超10%，会立即报警；缓慢下降报警：连续20分钟缓慢下降、油位下降高度超过5%时，触发报警）、油箱盖开启关闭或打开时间超时（超过30分钟）时、设备使用率低于60%（定额工时5.8小时）时自动触发系统预警信息推送至相关负责人。
（七）机械设备总体分析更全面；
系统上线后，设备运转时长、设备油耗、设备利用率等数据，将根据项目管理需求直接生成日、周、月报，管理人员查看更方便。使用该系统后，使设备运转资料不断积累，便于设备管理人员掌握设备维修保养、运转时长、燃油消耗、派工状况以及操作人员等方面的准确资料。从而实现根据产值及项目特征预测机械设备总体用量的参考结果。
六、结束语
经过一年多的试点和优化，机械智慧互联网管理能够很好的满足工程机械设备工地信息化管理需要，目前已开始进行下阶段的推广应用，将根据使用过程中出现的各种问题持续优化，展望工程机械台班燃油智慧管理系统的应用，为建筑行业的高质量发展保驾护航。