一种省级电梯质量全生命周期追溯系统的设计与实现

邹山青

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）

1 引言

电梯属于特种设备范畴，是公共安全管理的重点，其安全运行在很大程度上影响着人民群众的生命财产安全[1]。随着社会经济发展和城市化进程步伐加快，我国电梯保有量迅速增长，电梯使用愈加频繁，电梯使用带来的安全风险日益受到社会各方面的关注，对现有电梯安全监管模式提出严峻挑战[2]。为了加强电梯的安全管理，国务院办公厅在国办发〔2015〕95号中要求开展电梯追溯体系建设。

国内已有学者开展了电梯监管、检验、生产等模式数据共享、追溯及安全评价方面的研究。李刚研究了电梯的整机性能与各部件间的关系[3]，潘健鸿研究了机电类特种设备检验数据采集技术还研究了监管与检验间数据共享与一致性应用[4][5]，李涛研究了一种电梯追溯子系统的客户端、后台与存储技术[6]，王剑研究了基于标准化的电梯零部件追溯管理[7]。这些研究为电梯故障分析、监管、追溯等方面提出了建设性建议，但还存在着电梯质量追溯信息化系统整体结构顶层设计缺失、标准不统一等问题，电梯质量追溯体系的设计与实现无疑是一项具有挑战性的研究。

2 总体方案

追溯体系建设归根到底就是全生命周期的信息系统建设，电梯质量全生命周期追溯系统建设的核心是采集生产、使用、检验等各环节信息，实现来源可查、去向可追、责任可究。如图1所示，电梯的制造、安装、调试、运行、维护、检验对电梯安全的影响重大，各个环节产生的信息数据价值巨大，对安全质量的追溯起着至关重要的作用。

省级电梯安全监管部门可对从制造到报废的电梯质量全生命周期进行分级安全监管，电梯质量追溯最重要的环节为：制造、安装、维保，主要抓手为检验，因此一部省级电梯质量全生命周期追溯系统应包括四个部分：基础网络及硬件、数据集群、应用系统、数据共享交换接口，如图2所示。

图1 电梯全生命周期环节示意图

图2 省级电梯质量追溯系统总体架构图

电梯质量全生命周期追溯管理模式与展现模式依靠应用系统完成，应用系统可分为：电梯追溯信息管理系统、电梯公众信息追溯查询系统两类。电梯追溯信息管理系统为特种设备生产单位提供数据管理功能，用户对象为设计单位、制造单位、安装单位、维修改造单位、使用单位、维护保养单位、检验检测机构、监督管理机构，通过填报或数据对接等方式向数据集提供与电梯有关的可追溯信息。电梯公众信息追溯查询系统为社会公众提供特种设备追溯信息查询的窗口，面向社会公众提供追溯信息一站式查询服务。

整体上，省级电梯质量全生命周期追溯系统通过与省级特种设备动态监管平台、电梯使用过程信息平台（如电梯物联网服务平台）、国家级电梯制造信息平台等建立数据共享、采集机制，获取电梯的制造、安装、监察、检验、维保、运行等业务数据，并通过相应的业务逻辑实现追溯。

3 数据结构设计

3.1 数据类型设计

电梯数据可分为设备主题域、单位（机构）主题域、人员主题域、检验检测主题域、维保信息主题域、大修改造主题域、基础支撑信息主题域共7个数据主题域，如图3所示。

图3 电梯数据主题域结构图

设备主题域信息包含设备基本信息、设备参数信息、主要部件信息、采集装置信息、设备使用信息、设备设计信息、设备制造信息、设备施工信息、设备维保信息、设备检验信息、设备信息变更记录等数据。

单位（机构）主题域信息包含安全监察机构信息、检验机构基础信息、检验机构许可信息、使用单位信息、生产单位基础信息、生产单位许可信息、行业单位信息、单位部门组织信息、单位信息变更记录等数据。

人员主题域信息包含安全监察人员、检验检测人员、维保单位人员、使用单位安全管理员、设备作业人员、人员信息变更记录等数据。

检验检测主题域包含设备检验记录、设备检验流程流转记录、检验报告记录等数据。

维保信息主题域包含维保项目、维保合同、维保记录、维保零部件信息、维保大修信息等数据。

大修改造信息主题域包含设备代码、故障发生时间、大修改造发生时间、大修改造单位等数据。

基础支撑信息主题域包括数据标准规范、数据结构、分析模型等元数据和地理信息、客观标识、代码字典等公共数据。

根据不同主题域数据的特点，设备主题域、单位（机构）主题域、人员主题域均为结构化关系型数据，检验检测主题域、维保信息主题域、大修改造主题域、基础支撑信息主题域为混合型数据。

3.2 数据一致性校验设计

在跨平台数据传输中，为保证数据质量，要对数据的关键信息进行校验。需校验的数据主要包含基础信息、技术参数关键信息。基础信息中出厂编号、设备型号、制造单位，三者联合可确定电梯设备唯一性。技术参数关键信息确定电梯核心运行参数，包括层、站、速度。针对数据一致性校验，笔者设计了关键字段配置信息表，根据数据表、名称、传输类型进行配置，在接收到数据后进行校验，关键信息不一致的，返回对应错误编码。其Pseudocode描述如下：

Begin：（校验开始）；

Input 传输数据 as 数组A；

Find A[0] 获得传输数据类型信息；

Search配置表read A[0]对应的配置as数组B；

遍历A比对数据名称in B,成立则写入数组C；

Search已存数据Find与C条件一致的数据值,不存在则返回错误；

A 覆盖已存数据；

End（校验结束）。

4 应用实现方式

4.1 实现技术架构

作为跨主体多用户的应用，实现上以采用B/S模式为最佳。笔者采用主流J2EE技术架构，使用Java语言、Web前端框架技术、RDBMS结合HDFS实现了本应用，并将应用部署于Tomcat集群上。整体技术架构如图4所示。

图4 应用实现技术架构图

4.2 关键技术点

4.2.1 电梯检验检测报告传输与展现

电梯检验检测报告是电梯质量证明和使用的依据，也是监督检测和数据统计的主要依据。在本追溯系统中，制定了电梯检验检测报告的数据传输标准，外省或其他检验机构可根据数据传输标准进行检验检测报告信息的传输。本追溯系统中省级特种设备监察平台已通过数据共享从省级检验系统中获取了检验信息，并可通过HDFS文件共享系统进行电子检验检测报告的在线查看，电子检验监察报告经过电子签证，可用于验证纸质报告的有效性。

笔者应用Restful模式的http协议进行电梯检验检测报告传输，电梯检验检测报告采用JSON格式方式存储，下文列出JSON格式片段。

4.2.2 集群应用模式

应用服务主要运行后台服务程序，进行系统数据的统计、分析、处理以及提供应用服务。应用服务的设计应通过集群技术保障系统的可靠性和稳定性，通过负载均衡技术保障系统的负载以及工作站并发数等性能指标要求。

应用服务集群系统由多台（至少二台）拥有共享命名空间信息、中间件存储和运行信息、消息总线信息等信息的应用服务虚拟机组成。各应用虚拟机由其中的域服务器统一管理，各节点中的信息可以实现自动相互复制。

应用服务集群内各节点虚拟机通过公共局域网相互通讯。节点发生故障时，该节点所运行的统计、分析、处理以及提供应用的服务，将被另一节点自动接管，而不会造成信息丢失和信息中断的情况，也不会造成用户访问的意外中断。

应用服务集群可通过应用虚拟机中间件和消息服务中间件的集群功能实现，也可通过应用本身的任务分配调度机制和各任务之间的消息通信机制实现。

4.2.3 读写分离与缓存应用

电梯质量全生命周期追溯数据来源广，系统间接口多，对数据集合的压力也很大，单纯对RDBMS或者SQL的基本优化无法达到良好的效果。笔者采用了读写分离与缓存结合的应用技术来实现本应用。

所有数据集合均为主从或分布式数据集合，采用动态负载均衡方式对数据集合进行划分，主数据集合负责执行数据写入操作，从数据集合提供读取操作。

缓存应用方面存在较大的困难。电梯质量追溯应用中存在使用频率较高但数据量较小的频繁读取操作的数据（如：编码、安全配置获取等场景），若不对此类读取进行优化，极易造成数据读取瓶颈。笔者在应用服务集群上采用了内存缓存技术，对于实时访问的业务数据，通过分布式集群缓存，可以非常简单地调用Get方法取得该对象，并且由于分布式集群缓存本身的冗余机制使得任何一个应用服务器节点的失败都不会影响到该对象的丢失。此举虽增加了应用服务集群的内存消耗，但极大减少了应用的I/O操作，提高了整个系统的性能，仅需在内存使用率达到75%时采用动态调节技术管控缓存大小，即可避免内存不足现象。笔者在应用内存缓存技术前，采用单机测试了多线程直接访问RDBMS及访问内存缓存的响应的每秒操作数，如图6所示，在测试服务器配置下4线程时内存数据库的效率明显优于传统RDBMS。

图6 传统AQ与Redis性能对比图

4 结论

笔者所述电梯质量全生命周期追溯系统充分依托互联网、移动互联网，通过各种数据采集机制，实现电梯数据采集和追溯查询，丰富监管手段，提高监管水平。同时，系统充分考虑到业务变化和功能扩展的实际需求，注重开放性、兼容性和可扩展性，与其他业务系统实现数据对接，满足长远发展的需要。

文中旨在充分利用现有信息化资源的基础上，建设一个以电梯为主体的涵盖全省电梯信息数据的服务平台。以技术支撑创新为基础：采用云计算技术建设平台支撑，不断收集完善电梯从制造到报废全生命周期的信息数据，通过移动互联网技术，开发门户网站等面向公众的电梯安全质量信息追溯查询应用，查询电梯设备多种信息，提高社会满意度。