使用具有连通性能的测厚仪和云端软件提高厚度测量数据的管理水平

引言

石油、天然气和化工行业中输送关键性材料的管道需要定期检测，以监控管道的腐蚀情况。一种典型的检测方法是使用超声测厚仪测量管道和储罐的壁厚，以监控资产的机械完整性。资产拥有者可以派遣公司内部的检测团队完成这些检测任务，而更常见的做法是将检测工作承包给检测服务提供商。除了可以轻而易举地发现问题之外，厚度读数还用于绘制随时间变化的壁厚损失图，从而有助于计划下一次需要维护和检测的时间。因维修而使管道停工，或者更糟糕的是，因资产发生故障而停工所损耗的资金巨大，因此有效地管理厚度数据至关重要。

在检测行业中，要根据客户需求和所用的设备采用不同的数据管理流程。这些数据管理流程是在仪器和软件技术进步的基础上发展起来的，然而，有些公司并未对这些改进的流程加以利用。这篇白皮书回顾了超声测厚仪检测数据管理的历史，探讨了这些管理流程如何发展变化，以及当前存在的问题和痛点，并分析了为什么有些公司没有采用改进的管理流程的原因。此外，这篇文章还讨论了云计算和物联网（IoT）的出现如何大幅提高了工作流程的效率，并探讨了这些解决方案将会如何塑造检测数据管理的未来。

超声测厚仪简史

在20世纪70年代，经过优化、由电池供电的紧凑型测厚仪开始普遍用于许多应用中。随着时间的推移，测厚仪变得越来越小，也越来越强大（测厚仪辅导教程中的超声测厚简史）。这个时期的超声测厚仪还无法存储数字式厚度读数，因此需要检测人员将结果抄写在纸上，留作检测记录。“检测结果需要手抄记录，而且所有必要的计算（腐蚀率、剩余寿命、下次检测日期等）都需要手写在纸上。正式和非正式记录都被存放在文件柜中，信息管理仅可在一种地点完成，那就是文件室”（Rios，2018）。

只要是通过手写记录数据，就有可能出现人为错误。例如，检测人员可能会不小心写下错误的厚度读数，并错误地汇报厚度测量值，而这类错误可能会导致实施昂贵却不必要的维护措施，甚至会使资产出现故障。此外，还需要将检测人员在笔记本中手写的读数誊写到更为正式的报告或数据库中，以便有效地存储和跟踪检测情况。每当测量数据被多次转录时，出错的可能性就会增加。这种持续了很久的手写数据记录流程容易出错，且效率极低，但是，在那个年代，没有更好的解决方案可用。

数字式数据记录的兴起

在20世纪80年代，测厚仪中添加了内部数据记录功能和波形显示功能。在20世纪90年代，数字信号处理取代了模拟电路，从而可提供更好的稳定性和可重复性（测厚仪辅导教程中的超声测厚简史）。随着技术的不断进步，用户可以将厚度读数存储在测厚仪的内部数据记录器中。随之而来的是对兼容接口程序的需求，以方便数据传输、报告生成和对以往检测进行存档。包括资产拥有者和检测服务提供商（ISP）在内的多家公司开始研发自己的检测数据管理系统（IDMS）。这些IDMS程序不仅可使人们对数据进行跟踪并进行更有效的管理，还有助于人们根据以往的检测数据制定未来的维护计划。

检测数据管理系统（IDMS）应用程序

现今最流行的一些IDMS应用程序是UltraPIPE/PS AIM、PCMS、Meridium、ACET、Aware和RBMI（Rios，2018）。这些应用程序很快就被许多顶级资产拥有者/运营商采用，因为它们可以提高资产管理效率。IDMS应用程序不再依赖手写的数据记录，而是根据需要检测的资产，生成与仪器相兼容的测量文件。这些文件可以设置为包括2D网格和锅炉在内的多种不同格式，而且包含了检测人员要进行测量的所有必要的状态监测位置（CML）。文件名可以与工作或资产相关联，以便日后对检测进行更有效的跟踪。由于采用了数字式格式，测量一致性和数据完整性都得到了改善。创建了文件后，就可以通过USB或RS-232数据线将文件传输到相兼容的超声测厚仪中。在办公室工作的数据分析员可以在检测人员开始一天的轮班之前，为他们提供已经载有所有必要的测量文件的仪器。仪器装载了所有必要的数据之后，检测人员就可以进入检测现场，按照要求在指定的状态监测位置（CML）处采集所需的厚度测量值了。在那个时期，检测人员不再需要手写检测结果了，而是可以将厚度读数（如果需要，还有波形/A扫描）保存到测厚仪的内部数据记录器中。检测完成之后，检测人员将仪器带回到办公室，然后数据分析员将数据线连接到测厚仪，并将测厚仪中的文件传输到接口程序中。

这种改进后的流程虽然不再需要手写结果，但还是需要将测厚仪带出现场，以便将数据传输到兼容接口程序中。这也意味着数据分析员必须要等到接收了仪器并完成了文件传输之后才可以查看数据。如果发现了某个错误，则可能需要重新检测，而这种情况通常发生在检测人员已经开始了另一个检测项目的时候。虽然这种流程有助于保证数据的完整性，但是工作效率仍然不尽如人意。

可插拔存储卡

促成这一流程得到改进的另一项技术进步是在测厚仪中加入了可移动存储介质，如：SD卡。SD卡的使用改进了工作流程，因为数据分析员可以在存储卡中放入各种测量文件，然后检测人员可以将这些文件导入到测厚仪中，在检测过程中保存所有必要的读数，最后再将更新后的文件导出到SD卡中。使用可移动存储介质意味着可以将仪器留在现场，因为只需要存储卡就可以传输数据。虽然这种数据管理流程有所改进，但是仍然相当耗时，而且需要以物理方式将仪器中的数据转交给分析员。

当前工作流程的挑战和痛点

尽管现代测厚仪具有数据记录功能，而且还有各种各样与测厚仪兼容的IDMS程序可用，但是由于对这种方法不太熟悉且要花费更多的成本，一些公司仍然采用手写方式记录检测结果。采用了数据记录和IDMS程序的公司也仍然会面对这种数据管理方式带来的一些挑战。首先，这些程序通常价格不菲，而且经常还要为软件升级支付额外的费用。因此，通常是资产拥有者/运营商，而不是检测公司，拥有软件的许可证。此外，并非所有资产拥有者/运营商都使用相同的IDMS程序，这就使得检测公司越来越难保持数据管理的兼容性，而且要做到这点还要支付越来越多的费用。仪器和接口程序之间的兼容性也可能是一个问题，因为旧版本的软件可能无法与较新版本的设备固件一起工作。对设备驱动程序和计算机防火墙的处理可能也会产生问题。最后，数字式数据采集方式要求检测人员必须能够熟练使用设备的数据记录器功能。

挑战综述

手写和数字式文件传输方式的主要痛点如下所述。

手写检测结果

• 潜在的誊写错误
• 由于需要多个步骤将数据转换为最终格式而导致效率低下
• 难以对当前和过去的检测进行组织和管理
• 由于需要返工和/或计划外停工而导致成本高昂

数字式文件传输

• 由于需要将仪器带离现场而导致效率低下
• IDMS程序的投资成本昂贵
• 尝试传输数据时会出现兼容性错误
• 需要一些关于设备数据记录器的额外培训

虽然在使用IDMS程序方面有一些痛点，但是它们的价值也是显而易见。如今这些程序可以容纳所有流动资产的历史数据，而且可使资产拥有者/经营者更好地预先安排必要的维护计划。其中许多程序还具有很高的自行定制水平，可以根据终端用户的需求专门定制适当的程序。

云计算的优势特性

一些公司已经对IDMS程序进行了大量的金融投资。他们的检测人员已经熟悉了软件的工作流程，公司也清楚地了解这些程序会带来的价值。但是，尽管如此，如上所述，IDMS程序仍然存在着一些问题。为了应对这些挑战，我们开发了云端奥林巴斯检测项目管理器（IPM）应用程序。检测项目管理器（IPM）应用程序可以提高数据管理效率、提供更好的项目状态可见性，并促进检测人员、数据分析员和决策制定者之间更多的协作，从而使用户受益匪浅。

无线数据传输

检测行业已经从手写结果发展到测量文件的有线传输，而其下一步的变革将是取消有线传输，并通过使用具有连通性的设备和安全的云端应用程序，提供无线传输功能。目前可以由IDMS程序传输的同类文件，可被导出并上传到IPM云端应用程序，从而实现无线传输。想象一下，可以在办公室中创建和管理项目，并将任务部署给可能远在天涯海角的检测人员有多爽（只要检测人员的所在地有互联网）！现场的检测人员可以将他们的设备连接到移动热点或无线局域网（WLAN），并将测量文件直接下载到自己的检测设备中。检测人员在获得了所有需要的测量值后，可以将相关文件重新上传到IPM云端应用程序中，供数据分析员和决策制定者进行审核。这样就提供了一种从检测现场快速、高效、可靠地传输数据的方法，从而使用户能够更快地做出决策。所有数据都以数字化形式保存，从而消除了手写结果的需要，并大大降低了发生人为错误的可能性。可以在检测项目管理器（IPM）应用程序中查看数据，还可以根据数据的质量，在需要重新检测时，重新部署文件，或者将文件以各种不同格式导出，重新上传到IDMS程序中，以便对资产的机械完整性进行统计分析和更新。

等轴测图

当前，许多检测人员还在工艺图上手写厚度结果，并以手动方式将读数传送给数据分析员。我们目前正在为IPM应用程序的未来更新开发新的技术：通过无线方式几乎瞬时将检测读数从测厚仪传送到数字式等轴测图上。检测人员将能够在现场更新工艺图的厚度测量值，从而会节省大量的时间和金钱。

此外，用户还可以使用平板电脑的摄像头为资产或状态监测位置（CML）拍摄照片，并将图像信息与厚度读数放在一起保存。所有这些信息都将以数字式形式记录并保存在云端，供决策者审查。在将来，这些文件可被轻松地转换成可追溯的格式，随后可被重新上传到IDMS程序，还可以通过搜索找到这些文件。我们相信上述这些可在未来实现的应用程序的进展将会显著提高数据的完整性，减少重新检测的需要，并会最终减少完成检测所需的时间。

人员和资产的管理

检测项目管理器（IPM）云端应用程序还可用于更有效地管理涉及所有项目、工作和任务的人员和设备。表明各种检测级别进度的控制面板有助于提高资源管理的效率。所有相关的检测文件，如：工作指导和现场地图，都可被包含在任务中，从而可使检测人员容易地参考这些文件。

上面讨论的优势特性可通过使用具有连通性的设备和奥林巴斯科学云的应用程序来实现。虽然这些软件解决方案为检测人员、经理和资产拥有者带来了价值，但要采用这些解决方案，仍然会遇到一些阻碍，正如前段时间有线IDMS方法的采用也遇到了阻碍一样，迫使许多公司又重新拿起了笔和纸，退回到最初的记录方法。看清并指出这些挑战非常重要，这样才可以解决问题，毕竟采用这些新技术终将使整个行业受益。

云计算的挑战和解决方案

网络连接不好或没有网络

对于需要使用互联网的解决方案，拥有强大可靠的无线连通性能至关重要。即使使用最好的手机、平板电脑或笔记本电脑，如果互联网连通性能较差，则传输性能和客户体验也会受到影响。许多检测站点不提供无线局域网（WLAN）连接功能。这种情况可能会在未来得到改善，但就目前而言，还是需要采用其他的替代方法。使用4G或5G之类的数据服务可能是一个解决方案，但是在世界上的某些地区，没有手机服务，因此检测完成后根本不能以无线方式传输数据。

虽然实时数据传输的优势并非在所有情况下都能享受到，但用户仍然可以从使用对等连接的无线数据管理解决方案中获得更好的数据完整性和更高的效率。在这种情况下，云端应用程序的脱机模式将可使用户借助具有无线连通性能的测厚仪通过对等连接实现互动。在连接了互联网的情况下，检测人员可以下载所有必要的文件和交互式等轴测图，并将它们保存到自己的本地设备中。当检测人员进入现场时，他们可以通过对等连接方式将测厚仪与平板电脑连接，然后更新所有必要的检测文件，这样就可以数字化格式记录所有信息。更新后的文件可被保存起来，然后在检测人员回到有互联网连接的区域时，再将文件重新自动上传到云端。虽然数据分析员可能远在几千英里之外，但是当检测的测量文件被自动上传到云端之后，他们就会得到通知，然后他们可以登录到云端应用程序中查看数据，并将数据重新上传到DMS程序中。如果有任何问题或需要重新检测，数据分析员可以联系仍然身处检测现场附近的检测人员。

数据安全

云计算的另一个阻碍是数据安全。“全世界的公司都面临着越来越多、不断演变的安全威胁的挑战，都需要留住合格的网络安全人才来化解这些威胁”，工业检测行业也不例外（Shah，2018）。虽然各种云端应用程序越来越普遍，但不是所有应用程序都能提供相同水平的安全性能。许多公司正在开发自己的云端应用程序，不过，他们虽然是无损检测方面的专家，但是保障云端安全却很可能不是他们的强项。为了迎接这一挑战，奥林巴斯联手了一家云服务供应商协同合作，这就是在数据安全领域中声名赫赫的微软公司。“依赖一个由定制硬件构建的云，在硬件和固件组件中集成安全控制，并增加免受威胁的保护措施”至关重要。（Shah，2018）。并不是所有云服务供应商都能达到整齐划一的水平，对于任何一家希望为工业市场提供云端解决方案的公司来说，选择一家可以提供顶级安全水平云服务的供应商应该是要优先考虑的大事。

易于访问性

最后一个要克服的阻碍是将用户帐户的安全性与互联网的连通性和易于访问性综合在一起进行考量。随着信息技术的进步，让其他人远程登录或控制某个客户或同事的计算机以提供帮助的观念已被广泛接受。一般来说，远程登录需要通过一个安全门户来完成，其中涉及的各方要在同一个公司网络上。如果是两家独立的公司，情况就会变得更具挑战性，因为不同的公司会有自己的防火墙保护和受保护的无线网络。业内的龙头企业正在不断地推进云计算技术的发展，以使其变得更具协作性，从而给人们带来了希望：开发出新型有效的合作方式，让终端用户充分利用云带来的好处。

结语

检测方式的改进将会显著提高数据的完整性，并提升总体检测效率，不过，仍然存在着因不正确的超声测量而引发人为错误的风险。在超声厚度测量过程中，参与采集读数的人员必须了解基于波形/A扫描而获得有效读数的各种因素。一些测厚仪制造商，如：奥林巴斯，会根据检测人员经常会犯的错误在仪器内设置用户警告（通常在校准过程中）。我们会一如既往为仪器开发出更多的保障措施，但是没有什么技术可以取代训练有素、经验丰富的检测人员。

云应用和物联网设备对于消费市场来说并不陌生，而且在工业领域已经展露出迅速崛起的势头。这场数字化革命有可能带来工业检测方式和数据管理方式的剧变。随着任何重大变革而来的将是丞需应对的诸多挑战。随着技术和人类思维方式的不断变化，终将会催生出更多的解决方案。要想使检测行业积极发展，关键在于听取业内同行的反馈意见，并就如何利用这些技术进步推动行业向前发展的论题与所有利益相关者共同讨论协商。

资料来源

Rios, Efrain。“Inspection Data Management Systems Part 1: An Overview of Common Issues and Causes.”（“检测数据管理系统第一部分：常见问题与原因概述”）,Fortress Oil & Gas, LLC, 2018年3月21日, https://www.fortressoilandgas.com/blog/asset-integrity-consultants/inspection-data-management-systems-part-1-an-overview-of-common-issues-and-causes/.

Shah, A.（2018年4月17日），The 3 ways Azure improves your security（“Azure提高安全性能的3个方法”）,2019年10月13日，https://azure.microsoft.com/en-us/blog/the-3-ways-azure-improves-your-security/。

“Thickness Gage Tutorial History of Ultrasonic Thickness Gaging.”（“测厚仪辅导教程中的超声测厚简史”） 超声测厚简史 | Olympus IMS，2019年10月13日，https://www.olympus-ims.com/en/ndt-tutorials/thickness-gage/introduction/history/。