如何应用区块链技术建设数字化的输电运检班组体系？

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针对当前输电运检班组生产管理日益复杂、现场安全准入程序繁琐、班组绩效考核缺乏透明度的问题，国网江苏省电力有限公司检修分公司、河海大学的研究人员高强、林松、韩海腾、魏恬恬、陈晓东，在2022年第1期《电气技术》上撰文，开展基于区块链技术的数字化运检班组体系研究。建立基于区块链技术的输电运检生产管理、安全准入、绩效考核管理模型，优化运检班组生产、安全、绩效管理流程。

近年来，输电运检专业不断推进发展方式变革，开展立体巡检、移动作业、综合在线监测、人工智能图像识别、智能运检大数据统计分析等技术的研究和应用，极大提升了输电运检技术管理精益化水平。输电运检设备可视化、智能化建设的同时，也给运检班组带来了很多困难和挑战：

1）班组生产管理日益复杂

输电线路状态监测、智能巡检等设备供应商之间存在数据壁垒，设备维护也只负责各自的部分，涉及需要交叉配合的情况（如数据共享分析、联合消缺等）时，难以有效协作，增加了班组生产管理难度。

2）现场安全准入要求繁琐

设备量的增加必然导致外包施工单位人户的增加及来源的复杂化，施工人员作业需要进行身份认证及作业管控，目前身份认证程序繁琐，且可能存在系统出错、资料丢失、认证过期等情况，不利于现场生产的顺利进行。

3）班组绩效考核困难增加

班组人员工作量核定主要依靠工作印象及人工统计，存在考核指标不明确、数据记录不完善、数据保存不完整等问题，在生产管理、绩效考核、评优评先方面存在争议。

区块链技术的发展为解决上述问题提供了新的思路。区块链是一种由任意多的节点通过密码学方式，以去中心化、去信任化的方式，来集体维护一个可靠数据库的技术方案。它是一种具有普适性的底层技术框架，可以为管理、能源等领域带来深刻变革。

因此，亟需开展基于区块链技术的数字化运检班组体系研究，以优化运检班组生产、安全、绩效管理流程，提升运检班组管理水平，提高输电运营经济效益，提升企业社会公信力。

1  区块链技术

区块链本质上是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的融合与创新。区块链的数据结构主要分为两个部分：①区块头，主要包含上一个区块的哈希散列值，用来连接前一区块，保证区块链的完整性；②区块主体，包含本区块的主要信息（例如交易信息），这些信息和上一个区块的哈希散列值及随机数共同构成本区块的哈希散列值。区块链的数据结构使链上每个区块的信息都可以由前驱节点追溯，并影响后继节点的信息构成，利用密码学方法保证恶意攻击无法篡改信息，确保数据的安全性和完整性。

区块链数据结构如图1所示。

图1  区块链数据结构

区块链可以根据参与者的不同，按照访问管理权限划分为公有链、联盟链和私有链。任何参与者或者参与节点可以自由进出公有链网络；联盟链与公有链的区别在于联盟链的网络节点需要严格的认证和审核才能加入或退出，与公有链相比，网络节点数量较少，且节点间有相对程度的信任；私有链一般为私有机构自己组建，适用的场景一般不考虑存在作恶节点的情况。

区块链数据流在输电监测的查询和访问，一般是输电运检中心及各班组、智能管控中心或监测后台厂家进行数据共享和互联互通，这些机构接受检修公司监督与管理，具有严格的验证和审查程序。根据上述特点，建设基于联盟链的监测数据管理，参与节点布置在输电中心、管控中心机房及各班组。

2  基于区块链技术的生产管理

2.1  生产管理数据分类

1）缺陷数据

缺陷数据包括：缺陷时间、缺陷类型、缺陷照片编号、现场温度、气象条件、杆塔倾斜情况、线路晃动情况、设备厂家、出厂日期、投运日期等。

2）检修数据

检修数据包括：施工/厂家单位、工作负责人、工作班成员、工作票号、工作监管人、监管任务单编号、检修设备、检修消缺时间、检修消缺每日记录、检修后设备情况、备品耗材消耗情况等。

2.2  区块链数据结构设计

建立基于区块链技术的生产管理数据链，主要包括区块头和区块主体。区块头包括：上一个区块ID、公钥、数字签名、默克尔树根哈希值、时间戳、加密的运检数据单（个数或内容）、运检数据单ID。区块主体包含缺陷数据和检修数据，对数据进行哈希运算并形成默克尔树根哈希值。考虑区块链的运行效率，采用链上存储照片、视频、图谱数据编号，链下存储具体照片、视频、图谱数据的方式。

对数据进行加密与验证采用SHA256哈希算法，数字签名采用RSA数字签名算法，节点对传输的运检监测数据进行验证，具体实现方式为：首先A节点用私钥对其监测数据的哈希值进行签名，与监测数据一起传送给接收者B节点，B节点用公钥对签名解密，并将监测数据进行哈希运算，比较两次数据是否相同，实现数据交互过程中防篡改问题，A对信息进行了签名，同时也是无法否认的。

索引模块记录该数据单ID、区块哈希值、数据类型、不同分类数据单的索引、时间戳、数字签名和公钥，生成一张映射表，以提高数据访问速度。区块链通过分布式架构建立点对点的非集中架构的信任存储模式，并通过账本结构的形式实现公开透明性和数据不可篡改性，最终实现从中央存储方式到分布式存储方式的转换。

在存储过程中，每个区块的数据都会序列成字节码的形式写入dat文件中，在写入数据的过程中，通过索引模块生成区块和交易相关的元数据、数字签名、公钥、时间戳等信息，并存储到数据库中。生产管理区块链数据结构如图2所示。

2.3  基于区块链技术的生产管理流程

基于区块链技术的生产管理流程如图3所示，具体如下：

1）设备达到检修周期或出现缺陷、故障时，缺陷现场数据、缺陷时间、设备厂家数据写入智能运检数据区块链。

图2  生产管理区块链数据结构

图3  基于区块链技术的生产管理流程

2）联系设备厂家、维保单位协同判断缺陷情况，初步制定检修消缺策略。各单位根据运检数据区块链上的运行数据，制定消缺方案及处理意见、讨论时间，并写入智能运检数据区块链。

3）制定并上报检修及消缺计划。

4）制定消缺方案、检修“三措”，联系相关厂家及施工单位到场。

5）办理安全准入手续，办理工作票，持外包单位监管任务单。

6）现场检修、消缺，工作验收。

7）若完成检修任务或消缺工作，则终结工作票，工作结束，检修数据写入智能运检数据区块链；若未解决缺陷问题，则转入流程8）。

8）查询智能运检数据区块链链上数据，重新梳理消缺任务，考核消缺责任方，并将考核结果写入数据链，转入流程3）。

3  基于区块链技术的安全管理

3.1  安全管理数据分类

1）外包单位安全准入数据

（1）企业资质、人员清单、人员资质、安全工器具清单等材料。

（2）法人代表、项目经理、安全管理人员完成相应安全准入考试。

在满足上述条件后，外包单位按照表1所列清单将相关材料提交审核，审核通过后，发放“外包单位安全准入合格证”，视为外包单位准入完成。

表1  外包单位准入资料清单

2）外包人员安全准入要求

（1）所在单位完成安全准入。

（2）学历、特种作业资格证书、申请健康情况等满足要求。

（3）符合“四准入”条件，即经安全培训考试后准入、凭工作票准入、持工作证准入、签承诺书准入。

3.2  安全准入智能合约

区块链作为分布式账本，在节点认证方面有天然的优势。设计安全数据管理智能合约，预先编写安全准入智能合约，状态机包括认证规则、认证数据匹配等。安全准入信息认证达到预设准入门槛后，触发智能合约将认证数据写入区块链进行标记，同时准入证书以令牌的形式颁发给外包施工单位并记录在区块链中，有据可查并且不可篡改。安全准入智能合约模型如图4所示。

图4  安全准入智能合约模型

3.3  基于区块链技术的安全管理流程

基于区块链技术的安全管理流程如图5所示，具体如下：

图5  基于区块链技术的安全管理流程

1）外包单位提供“外包单位安全准入合格证”，提供学历、特种作业资格证书、申请健康情况等，由班组审核。

2）施工人员参加安全培训考试，考试合格后，考试成绩及人员认证姓名自动写入安全准入区块链，并颁发安全准入证书。

3）工作证办理。班组安全员查询区块链数据或检查安全准入证书，即可制作外包作业人员二维码工作证。

4）签订承诺书。

5）班组安全员将外包单位作业人员信息表写入安全准入区块链。

6）PMS专职、安全专职查询区块链安全准入证书及认证内容，授予外包单位PMS、i国网账号。

4  基于区块链技术的绩效管理

4.1  绩效管理数据分类

1）现场工作数据

现场工作数据主要包括：第一种工作票数量、第一种工作票编号、带电作业票数量、带电作业票编号、工作内容、工作时间、外包施工单位监管单数量、外包施工单位监管单数量编号、监管时间、消缺数量、备品备件管理、特种装备维护、档案资料整理、事故抢修、隐患排查、专业管理、项目管理等。

2）正、负面清单数据

正面清单主要包括：新闻宣传、科技创新、个人荣誉等加分项。负面清单主要包括：违反政治纪律、履职情况、工作纪律等减分项。

4.2  区块链数据结构设计

建立绩效管理数据链，主要包括区块头和区块主体。区块头包括：上一个区块哈希值、公钥、数字签名、默克尔树根哈希值、时间戳。区块主体包含现场工作数据和正负面清单数据，具体为：工作票数据、消缺数量、工作时间、考勤情况、论文专利数据、竞赛QC数据、新闻宣传数据、处分情况等。对数据进行哈希运算并形成默克尔树根哈希值，通过加密运算进行发布。通过存储前一个区块的ID实现区块与区块的关联，提高数据的安全性。绩效管理区块链数据模型如图6所示。

4.3  基于区块链技术的绩效管理流程

基于区块链技术的绩效管理流程如图7所示，具体如下：

图6  绩效管理区块链数据模型

图7  基于区块链技术的绩效管理流程

1）绩效计划制定。每年初，中心结合上级下达的业绩考核目标和年度工作会确定的重点工作任务，分解班组的考核目标任务和评价标准。考核目标任务和评价标准写入绩效管理区块链，公开、透明、不可篡改。

2）绩效计划实施。班组员工查询区块链数据确认考评标准，并根据考评标准设定自身工作目标。日常工作的工作数据、正面清单和负面清单数据由班组考评员按时写入绩效管理区块链。

3）绩效考核评价。根据绩效管理区块链考评标准及绩效数据，计算考评积分，考评结果数据写入绩效管理区块链，进行公开且不可篡改。

4）绩效反馈和改进提升。绩效管理人根据区块链考评数据对班组员工进行督促。若有申诉，员工可调阅绩效管理区块链上的数据，整理成报告进行申诉。绩效管理人确认该员工的区块链数据，进行仲裁。申诉时间及申诉结果同样写入绩效管理区块链。

将区块链技术引入班组绩效管理有利于提高班组业务管理效率及透明度，激发班组成员在安全生产等方面的工作积极性，有利于提升班组管理水平及凝聚力，有利于提升公司服务水平，提升电网公司品牌形象。

5  结论

基于区块链技术的数字化运检班组体系研究为优化运检班组生产、安全、绩效管理水平提供了可行思路。通过分析研究，得出如下结论：

1）通过对生产业务流程的再梳理，建立了基于区块链技术的生产管理流程，提升了运检班组生产管理水平。

2）建立的安全管理区块链及安全认证智能合约模型，推进了安全准入数字化、智能化转型，提高了安全准入效率和数据安全同步。通过对安全准入流程的再梳理，建立了基于区块链技术的安全管理流程，提升了运检班组安全管理水平。

3）建立的绩效管理区块链模型实现了绩效管理全过程数据安全记录，提升了绩效管理的透明度。通过对绩效管理流程的再梳理，建立了基于区块链技术的绩效管理流程，提升了运检班组绩效管理水平。

4）通过深入探索区块链技术，从数据及技术的共享角度出发，结合输电中心自身特点，优化输电运检管理体系基础架构，提升输电运检班组生产、安全、绩效管理水平，推动数字化班组体系建设，提升输电班组管理水平、凝聚力及社会形象，具有良好的推广应用前景。

5）基于区块链技术的数字化运检班组管理应用在以下方面仍需要进一步研究：①对照片、视频、图谱等非结构化数据的存储方式；②对区块链参与节点的配置优化；③对智能合约在工作票许可等生产环节的应用设计等。

本文编自2022年第1期《电气技术》，论文标题为“基于区块链技术的数字化运检班组体系研究”，作者为高强、林松 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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