基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　關(guān)鍵詞:微服務(wù);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(tái)是國網(wǎng)公司建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，落實(shí)“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的一個(gè)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(shí)現(xiàn)電工裝備智慧物聯(lián)平臺(tái)的關(guān)鍵步驟。對(duì)微服務(wù)、容器技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的技術(shù)架構(gòu)，解決國網(wǎng)公司多個(gè)省公司、多個(gè)物質(zhì)品類管理，分布式異構(gòu)環(huán)境的協(xié)同開發(fā)與部署應(yīng)用問題。將供應(yīng)鏈向供應(yīng)商側(cè)進(jìn)行延伸，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)商物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)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(yīng)用于物資公司招標(biāo)采購、在線監(jiān)造、質(zhì)量監(jiān)督、產(chǎn)能評(píng)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(jī)電工業(yè)》(月刊)創(chuàng)刊于1988年，由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)主辦。是中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)會(huì)刊。辦刊理念：專業(yè)的眼光洞察行業(yè)風(fēng)云，獨(dú)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(tái)是建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，落實(shí)“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的數(shù)字基礎(chǔ)，將電力設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)與企業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)相結(jié)合，為國網(wǎng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)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(yīng)商三級(jí)建設(shè)逐步推進(jìn)，省公司主要負(fù)責(zé)品類管理中心建設(shè)。目前國網(wǎng)公司下屬27個(gè)省級(jí)公司，納入建設(shè)電工裝備18個(gè)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(gòu)環(huán)境的協(xié)同開發(fā)與應(yīng)用是當(dāng)前需要解決的課題。

　　隨著近幾年微服務(wù)架構(gòu)和Docker容器概念的火爆，微服務(wù)技術(shù)最近得到一些IT公司的青睞，Netflix公司是成功應(yīng)用微服務(wù)的典范。Spring Cloud是實(shí)現(xiàn)微服務(wù)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(chǔ)設(shè)施的開發(fā)，如服務(wù)發(fā)現(xiàn)注冊、配置中心、消息總線、負(fù)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(fēng)格做到一鍵啟動(dòng)和部署 [1]。微服務(wù)架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：1) 針對(duì)特定服務(wù)發(fā)布，影響小，風(fēng)險(xiǎn)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(jié)合好;3) 低成本擴(kuò)容，彈性伸縮，適應(yīng)云環(huán)境 [2]。品類管理中心是連接供應(yīng)商物聯(lián)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)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(yīng)用微服務(wù)技術(shù)、容器技術(shù)，將品類管理中心部署在安全等級(jí)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(duì)大數(shù)據(jù)海量吞吐并發(fā)的壓力，避免18個(gè)品類同時(shí)存在性能方面的瓶頸。各省公司之間品類獨(dú)立，專業(yè)業(yè)務(wù)上不存在橫向交互，按品類提供服務(wù)，符合解耦、故障隔離，粒度原子化的開發(fā)原則，增強(qiáng)了系統(tǒng)的健壯性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性，符合“一平臺(tái)、多中心、屬地化運(yùn)維”的工作安排。

　　2. 基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路

　　(一) 關(guān)鍵技術(shù)

　　1) 微服務(wù)

　　微服務(wù)架構(gòu)是一種架構(gòu)模式，它提倡將單一應(yīng)用程序劃分成一組小的服務(wù)，服務(wù)之間互相協(xié)調(diào)、互相配合，為用戶提供最終價(jià)值。每個(gè)服務(wù)運(yùn)行在其獨(dú)立的進(jìn)程中，服務(wù)與服務(wù)間采用輕量級(jí)的通信機(jī)制互相溝通(通常是基于HTTP的RESTful API) [3]。每個(gè)服務(wù)都圍繞著具體業(yè)務(wù)進(jìn)行構(gòu)建，并且能夠被獨(dú)立地部署到生產(chǎn)環(huán)境、類生產(chǎn)環(huán)境。另外，應(yīng)盡量避免統(tǒng)一的、集中式的服務(wù)管理機(jī)制，對(duì)具體的一個(gè)服務(wù)而言，應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)上下文，選擇合適的語言、工具對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建。RESTFUL是一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)風(fēng)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(wù)是一種架構(gòu)風(fēng)格，一個(gè)大型復(fù)雜軟件應(yīng)用由一個(gè)或多個(gè)微服務(wù)組成。系統(tǒng)中的各個(gè)微服務(wù)可被獨(dú)立部署，各個(gè)微服務(wù)之間是松耦合。

　　2) Docker容器

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

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

　　(二) 技術(shù)方案

　　遵從公司“一平臺(tái)、一系統(tǒng)、多場景、微應(yīng)用”的總體信息化架構(gòu)原則，依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)、智慧運(yùn)營中心技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的技術(shù)解決方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)上將物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分開處理，通過不同的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。各接入供應(yīng)商工廠內(nèi)的智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將物聯(lián)數(shù)據(jù)匯總并上傳給品類管理中心，同時(shí)品類管理中心會(huì)提供SASS服務(wù)同各接入供應(yīng)商的業(yè)務(wù)系統(tǒng)(ERP、MES等)進(jìn)行業(yè)務(wù)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(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和計(jì)算后，按照相關(guān)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(shù)架構(gòu)如圖1所示。

　　. 基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心技術(shù)架構(gòu)基于微服務(wù)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(yīng)商物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚到品類管理中心

　　各省級(jí)區(qū)域接入供應(yīng)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(guān)打上業(yè)務(wù)標(biāo)簽，同時(shí)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(yàn)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(yīng)商物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚到品類管理中心2) 供應(yīng)商業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與品類管理中心交互

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

　　. 供應(yīng)商業(yè)務(wù)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(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和計(jì)算后，按照相關(guān)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(wù)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(chǔ)。 品類管理中心與數(shù)據(jù)匯聚中心交互(三) Spring cloud微服務(wù)實(shí)現(xiàn)流程

　　微服務(wù)開發(fā)通過Spring Cloud來實(shí)現(xiàn)。Spring Cloud共集成了18個(gè)子項(xiàng)目，下圖是Spring Cloud體系的一部分，里面都包含一個(gè)或者多個(gè)第三方的組件或者框架。

　　. Spring Cloud微服務(wù)實(shí)現(xiàn)流程各組件配置使用運(yùn)行流程如下：

　　1) 請(qǐng)求統(tǒng)一通過API網(wǎng)關(guān)來訪問內(nèi)部服務(wù);

　　2) 網(wǎng)關(guān)接收到請(qǐng)求后，從注冊中心獲取可用服務(wù);

　　3) 由負(fù)載均衡進(jìn)行均衡負(fù)載后，分發(fā)到后端具體實(shí)例;

　　4) 微服務(wù)之間通過通信處理模塊進(jìn)行通信處理業(yè)務(wù);

　　5) 注冊中心負(fù)責(zé)在各個(gè)服務(wù)器進(jìn)行注冊。

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

　　基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心將供應(yīng)商生產(chǎn)過程、出廠試驗(yàn)等物聯(lián)數(shù)據(jù)，以及ERP、MES等系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)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(yīng)用。基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心應(yīng)用如下：

　　(一) 招標(biāo)采購應(yīng)用

　　招標(biāo)采購業(yè)務(wù)在確定中標(biāo)供應(yīng)商時(shí)，將供應(yīng)商實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度與年度產(chǎn)能進(jìn)行對(duì)比，為確定中標(biāo)供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)支撐。將供應(yīng)商生產(chǎn)用主要原材料采購價(jià)格與其市場價(jià)格波動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估采購價(jià)格的合理性。

　　(二) 質(zhì)量監(jiān)督應(yīng)用

　　對(duì)供應(yīng)商產(chǎn)品生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)供應(yīng)商生產(chǎn)數(shù)據(jù)與出廠試驗(yàn)情況，結(jié)合供應(yīng)商歷史到貨驗(yàn)收合格率，合理制定到貨驗(yàn)收策略。對(duì)供應(yīng)商到貨檢驗(yàn)出現(xiàn)重大批次質(zhì)量責(zé)任問題，系統(tǒng)自動(dòng)完成質(zhì)量回溯及取證。生產(chǎn)監(jiān)控如圖6所示。

　　試驗(yàn)監(jiān)控如圖7所示。

　　(三) 產(chǎn)能評(píng)估應(yīng)用

　　將供應(yīng)商的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能數(shù)據(jù)進(jìn)能對(duì)比，評(píng)估供應(yīng)商是否按約定履行生產(chǎn)資產(chǎn)配置，督促供應(yīng)商進(jìn)行排產(chǎn)調(diào)整。

　　(四) 故障分析應(yīng)用

　　對(duì)比不同供應(yīng)商生產(chǎn)的同類設(shè)備的故障率，設(shè)備差異化運(yùn)維細(xì)化至對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)供應(yīng)商，總結(jié)設(shè)備故障點(diǎn)，為設(shè)備監(jiān)造與抽檢策略的制定提供信息支撐，為供應(yīng)商產(chǎn)品質(zhì)量提升提供信息支撐。

　　4. 結(jié)束語

　　本文對(duì)微服務(wù)、容器技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于微服務(wù)的電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心的技術(shù)架構(gòu)，解決國網(wǎng)公司分布式、異構(gòu)環(huán)境的協(xié)同開發(fā)與部署應(yīng)用問題。通過開發(fā)應(yīng)用電工裝備智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚中心，對(duì)各品類物聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、匯聚、交互和存儲(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析應(yīng)用，有力支持物資公司在招標(biāo)采購、質(zhì)量監(jiān)督、產(chǎn)能評(píng)估和故障分析等方面的應(yīng)用，取得了降本增效，提升質(zhì)量和管理水平的效果。