基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心設計與應用

　　關鍵詞:微服務;Docker容器;品類管理中心;數(shù)據(jù)匯聚中心

　　摘要:電工裝備智慧物聯(lián)網(wǎng)平臺是國網(wǎng)公司建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，落實“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標的一個重要組成部分，電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心是實現(xiàn)電工裝備智慧物聯(lián)平臺的關鍵步驟。對微服務、容器技術進行研究與應用，設計了基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的技術架構，解決國網(wǎng)公司多個省公司、多個物質(zhì)品類管理，分布式異構環(huán)境的協(xié)同開發(fā)與部署應用問題。將供應鏈向供應商側(cè)進行延伸，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對供應商物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的采集和匯總到數(shù)據(jù)匯聚中心。通過數(shù)據(jù)匯聚中心將數(shù)據(jù)應用于物資公司招標采購、在線監(jiān)造、質(zhì)量監(jiān)督、產(chǎn)能評估和故障分析，取得了降本增效，提升質(zhì)量和管理水平的效果。

　　《中國機電工業(yè)》(月刊)創(chuàng)刊于1988年，由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主辦。是中國機械工業(yè)聯(lián)合會會刊。辦刊理念：專業(yè)的眼光洞察行業(yè)風云，獨特的視角接近事件真相。

　　1. 引言

　　電工裝備智慧物聯(lián)網(wǎng)平臺是建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，落實“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標的數(shù)字基礎，將電力設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)與企業(yè)運行數(shù)據(jù)相結合，為國網(wǎng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系建設提供信息支撐。國網(wǎng)公司電工裝備智慧物聯(lián)網(wǎng)按照總部、省公司和供應商三級建設逐步推進，省公司主要負責品類管理中心建設。目前國網(wǎng)公司下屬27個省級公司，納入建設電工裝備18個物質(zhì)品類，由于各省公司軟硬件環(huán)境有所差異，如何滿足基于分布式異構環(huán)境的協(xié)同開發(fā)與應用是當前需要解決的課題。

　　隨著近幾年微服務架構和Docker容器概念的火爆，微服務技術最近得到一些IT公司的青睞，Netflix公司是成功應用微服務的典范。Spring Cloud是實現(xiàn)微服務一系列框架的有序集合。它利用Spring Boot的開發(fā)便利性巧妙地簡化了分布式系統(tǒng)基礎設施的開發(fā)，如服務發(fā)現(xiàn)注冊、配置中心、消息總線、負載均衡、斷路器、數(shù)據(jù)監(jiān)控等，都可以用Spring Boot的開發(fā)風格做到一鍵啟動和部署 [1]。微服務架構優(yōu)點：1) 針對特定服務發(fā)布，影響小，風險小，成本低;2) 頻繁發(fā)布版本，快速交付需求，與敏捷開發(fā)管理，DevOps結合好;3) 低成本擴容，彈性伸縮，適應云環(huán)境 [2]。品類管理中心是連接供應商物聯(lián)數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)與總部數(shù)據(jù)匯聚中心的橋梁。本文提出通過應用微服務技術、容器技術，將品類管理中心部署在安全等級為等保三的互聯(lián)網(wǎng)公有云上，有利于分散單一系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)海量吞吐并發(fā)的壓力，避免18個品類同時存在性能方面的瓶頸。各省公司之間品類獨立，專業(yè)業(yè)務上不存在橫向交互，按品類提供服務，符合解耦、故障隔離，粒度原子化的開發(fā)原則，增強了系統(tǒng)的健壯性、穩(wěn)定性和可維護性，符合“一平臺、多中心、屬地化運維”的工作安排。

　　2. 基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心架構的設計思路

　　(一) 關鍵技術

　　1) 微服務

　　微服務架構是一種架構模式，它提倡將單一應用程序劃分成一組小的服務，服務之間互相協(xié)調(diào)、互相配合，為用戶提供最終價值。每個服務運行在其獨立的進程中，服務與服務間采用輕量級的通信機制互相溝通(通常是基于HTTP的RESTful API) [3]。每個服務都圍繞著具體業(yè)務進行構建，并且能夠被獨立地部署到生產(chǎn)環(huán)境、類生產(chǎn)環(huán)境。另外，應盡量避免統(tǒng)一的、集中式的服務管理機制，對具體的一個服務而言，應根據(jù)業(yè)務上下文，選擇合適的語言、工具對其進行構建。RESTFUL是一種網(wǎng)絡應用程序的設計風格和開發(fā)方式，基于HTTP，可以使用XML格式定義或JSON格式定義 [4]。微服務是一種架構風格，一個大型復雜軟件應用由一個或多個微服務組成。系統(tǒng)中的各個微服務可被獨立部署，各個微服務之間是松耦合。

　　2) Docker容器

　　Docker是一個開源的應用容器引擎，讓開發(fā)者可以打包他們的應用以及依賴包到一個可移植的容器中，然后發(fā)布到任何流行的Linux機器上。Docker是一個重新定義了程序開發(fā)測試、交付和部署過程的開放平臺，Docker則可以稱為構建一次，到處運行，這就是Docker提出的“Build once，Run anywhere” [5]。容器技術與傳統(tǒng)虛擬機性能對比 [6]，如表1所示。

　　. Docker容器與虛擬機性能對比從上圖Docker容器與虛擬機性能對比可以看出，Docker容器比傳統(tǒng)虛擬機性能有更多優(yōu)勢，是未來微服務發(fā)展與應用的趨勢。

　　(二) 技術方案

　　遵從公司“一平臺、一系統(tǒng)、多場景、微應用”的總體信息化架構原則，依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺、供應鏈數(shù)據(jù)管理服務平臺、智慧運營中心技術架構，構建基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的技術解決方案。系統(tǒng)設計上將物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)分開處理，通過不同的通道進行數(shù)據(jù)交互。各接入供應商工廠內(nèi)的智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)關將物聯(lián)數(shù)據(jù)匯總并上傳給品類管理中心，同時品類管理中心會提供SASS服務同各接入供應商的業(yè)務系統(tǒng)(ERP、MES等)進行業(yè)務數(shù)據(jù)交互。品類管理中心將匯總的物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)進行匯總和計算后，按照相關要求將數(shù)據(jù)推送到信息外網(wǎng)的數(shù)據(jù)匯聚中心，其技術架構如圖1所示。

　　. 基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心技術架構基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心包括以下內(nèi)容：

　　1) 供應商物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚到品類管理中心

　　各省級區(qū)域接入供應商的同品類物聯(lián)數(shù)據(jù)通過智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)關打上業(yè)務標簽，同時將物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚并上傳給品類管理中心，如圖2所示。物聯(lián)數(shù)據(jù)主要包括生產(chǎn)試驗采集數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)類型不同采取不同的匯集策略。

　　. 供應商物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚到品類管理中心2) 供應商業(yè)務數(shù)據(jù)與品類管理中心交互

　　供應商業(yè)務數(shù)據(jù)直接通過API接口接入品類管理中心，業(yè)務數(shù)據(jù)交互不經(jīng)過智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)關。品類管理中心會開通相應服務接入供應商的業(yè)務生產(chǎn)系統(tǒng)(ERP/MES等)，通過調(diào)用品類管理中心的服務獲取合同、履約等業(yè)務信息，同時將庫存、排產(chǎn)、物流等信息推送給品類管理中心。

　　. 供應商業(yè)務數(shù)據(jù)與品類管理中心交互3) 品類管理中心與數(shù)據(jù)匯聚中心交互

　　品類管理中心將匯總的物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)進行匯總和計算后，按照相關要求將數(shù)據(jù)推送到信息外網(wǎng)的數(shù)據(jù)匯聚中心，最終匯聚在信息內(nèi)網(wǎng)的全業(yè)務數(shù)據(jù)中心，成為智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的數(shù)據(jù)基礎。 品類管理中心與數(shù)據(jù)匯聚中心交互(三) Spring cloud微服務實現(xiàn)流程

　　微服務開發(fā)通過Spring Cloud來實現(xiàn)。Spring Cloud共集成了18個子項目，下圖是Spring Cloud體系的一部分，里面都包含一個或者多個第三方的組件或者框架。

　　. Spring Cloud微服務實現(xiàn)流程各組件配置使用運行流程如下：

　　1) 請求統(tǒng)一通過API網(wǎng)關來訪問內(nèi)部服務;

　　2) 網(wǎng)關接收到請求后，從注冊中心獲取可用服務;

　　3) 由負載均衡進行均衡負載后，分發(fā)到后端具體實例;

　　4) 微服務之間通過通信處理模塊進行通信處理業(yè)務;

　　5) 注冊中心負責在各個服務器進行注冊。

　　3. 基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的應用

　　基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心將供應商生產(chǎn)過程、出廠試驗等物聯(lián)數(shù)據(jù)，以及ERP、MES等系統(tǒng)中的業(yè)務數(shù)據(jù)匯聚到品類管理中心。品類管理中心再將匯總的各類數(shù)據(jù)推送到信息外網(wǎng)的數(shù)據(jù)匯聚中心，供各省公司應用。基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心應用如下：

　　(一) 招標采購應用

　　招標采購業(yè)務在確定中標供應商時，將供應商實際生產(chǎn)進度與年度產(chǎn)能進行對比，為確定中標供應商提供數(shù)據(jù)支撐。將供應商生產(chǎn)用主要原材料采購價格與其市場價格波動情況進行對比，評估采購價格的合理性。

　　(二) 質(zhì)量監(jiān)督應用

　　對供應商產(chǎn)品生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)進行評估，依據(jù)供應商生產(chǎn)數(shù)據(jù)與出廠試驗情況，結合供應商歷史到貨驗收合格率，合理制定到貨驗收策略。對供應商到貨檢驗出現(xiàn)重大批次質(zhì)量責任問題，系統(tǒng)自動完成質(zhì)量回溯及取證。生產(chǎn)監(jiān)控如圖6所示。

　　試驗監(jiān)控如圖7所示。

　　(三) 產(chǎn)能評估應用

　　將供應商的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與供應商標準產(chǎn)能數(shù)據(jù)進能對比，評估供應商是否按約定履行生產(chǎn)資產(chǎn)配置，督促供應商進行排產(chǎn)調(diào)整。

　　(四) 故障分析應用

　　對比不同供應商生產(chǎn)的同類設備的故障率，設備差異化運維細化至對應的生產(chǎn)供應商，總結設備故障點，為設備監(jiān)造與抽檢策略的制定提供信息支撐，為供應商產(chǎn)品質(zhì)量提升提供信息支撐。

　　4. 結束語

　　本文對微服務、容器技術進行研究與應用，設計了基于微服務的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的技術架構，解決國網(wǎng)公司分布式、異構環(huán)境的協(xié)同開發(fā)與部署應用問題。通過開發(fā)應用電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心，對各品類物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)進行傳輸、匯聚、交互和存儲，對數(shù)據(jù)進行挖掘分析應用，有力支持物資公司在招標采購、質(zhì)量監(jiān)督、產(chǎn)能評估和故障分析等方面的應用，取得了降本增效，提升質(zhì)量和管理水平的效果。