基于微服务模型的设备档案系统设计与分析

陈海山

（北京九橡科技有限公司，北京100000）

1 设备档案系统的现状

现在市场上大多数的设备档案系统，是通过SAP来实现对设备档案管理的初步效果，并使用功能位置编码对SAP里的档案信息进行关联管理。但随着数据量的逐步上升及应用场景需求复杂化，此类系统已经逐渐无法满足客户的应用需求，主要需求痛点集中在以下几方面：

1.1 设备档案数据结构冗余，性能较差

设备数据和档案数据繁多，采用传统的数据存储方式，数据存储读取较慢，需优化现有的数据结构，提高数据读写便捷性、索引性能和关联性。

1.2 存在信息孤岛

设备档案信息散落在不同系统中，无法实现一站式设备档案数据访问。在SAP系统中，设备档案记录了设备的出厂信息、位置、使用情况等信息，但未与其他信息系统中的设备定期检查等信息关联。

1.3 使用功能位置编码不规范

在现有的应用场景下，一般会使用KKS编码规范或者功能位置编码等规则来保证数据和结构的一致性。但是在没有系统支持的情况下仅记录设备的功能位置编码，只是对设备信息之间的关联关系做简单的记录，不能对设备档案信息维护、管理查询、决策查询等提供强有力的支持。在各风场信息不同步的情况下，可能会出现未遵循编码规则的数据，导致编码规则的混乱，不能满足用户多元化的档案管理需求。

1.4 不能满足用户多元化的档案管理需求

随着业务的长足发展，传统的档案数据存储及查询越来越难以满足日益复杂的应用场景。

设备档案信息的使用及查询不应仅是一线人员的“设备字典”和企业管理层的“设备台账”。可以通过关键信息统计分析的方式，为企业不同岗位提供有力的档案信息的服务。

2 基于元数据和微服务模式的设备档案管理系统

2.1 元数据和主数据

元数据是描述数据（主数据）的数据，是对数据、信息资源的描述性信息。主数据（也称“基准数据”）是指系统内或系统之间的共享数据。与记录业务活动（如运维、日志等数据）等波动较大的数据相比，主数据变化缓慢。在本系统中，主数据是设备的数据集合。

2.2 微服务架构技术

微服务架构技术是一种将业务功能封装成微服务方式，然后再通过将微服务组合成应用系统的架构技术。微服务的核心思想是通过业务领域设计来将业务应用的环节封装为独立的微服务，每一个微服务都可以独立地进行应用、管理和部署。使用微服务架构的开发技术，各业务的数据结构和业务逻辑可以独立扩展。

在本系统中，最主要是要将设备管理和档案管理进行服务化拆分，因为设备管理侧重于设备数量的管理，而档案管理则侧重于设备的各种档案内容。两者之间有关联又有不同，因此采用微服务方式设计比较适合该系统的实际需求。

3 系统设计

3.1 元数据体系结构

元数据体系包括以下结构：

元数据：用于描述动态数据结构的一种数据模型，组织管理动态结构基础数据。

元数据引擎：为元数据模型构建、采集与检索提供统一接口服务能力，从业务层分离出来，便于对核心引擎能力演进扩展。

元数据模型构建：定义元数据结构模型。

元数据采集：基于已建立的元数据结构模型采集基础数据。

元数据检索：对采集的数据建立索引规则，为元数据提供全文检索能力。

系统将基于元数据管理工具形成对设备和档案的数据建模，并基于此模型记录设备档案。在与其他系统交互时，将设备档案以主数据进行传输。其中设备是指某个功能位置或者某个具体的设备，而设备档案则是某个设备的相关档案信息，例如定检记录、巡检记录、备件记录、运行日志等相关信息。

以元数据管理工具为核心的设备档案管理系统，可以通过元数据的无限扩展属性来满足用户复杂多变的设备档案存储需求，同时为数据的录入、修改和删除提供可配置的工作流管理。所有数据操作均保留历史版本信息记录。

（1）横向扩展：同级别属性可以无限扩展数量。例如：项目初期元数据中只记录设备的齿轮箱信息，在使用过程中发现需要关注高速轴、中速轴等其他属性，那直接为该设备添加新属性。

（2）纵向扩展：某个属性可无限深化管理粒度。例如：一个设备A的某一个属性，可以是另一个设备B（子设备），而B设备可以将设备C设为子设备，可按照管理粒度无限拆分或组合。

档案信息结构如图1所示。

3.2 微服务设计

根据设备档案的使用场景及使用需求分析，微服务的设计可分为：用户认证的服务、元数据的服务、工作流的服务、设备档案管理的服务、设备管理的服务、统计的服务、外部数据同步服务以及消息服务。

每一个微服务都是独立的业务支撑，通过统一的接口注册到服务中心，由服务中心管理各个服务的状态和性能。

其中设备的管理由设备管理子系统实现，具备单独增删、查改等功能。新增加或变更的设备，需要通过审核后，才会同步到设备档案子系统中，由设备档案子系统进行对应的业务处理。

图1 档案信息结构图

图2 整体架构图

3.3 系统接口设计

系统会接入其他应用系统的数据，包括不限于巡检系统、定检系统、备件系统等，保证档案数据既可以查询客户录入的设备出厂固化信息及使用信息，还可以查询从第三方系统同步过来的设备检修维护等信息。

同时提供各系统与设备档案系统的接口集成规范，在传递数据时对传输的业务数据进行校验，数据校验可以保证数据的完整性、一致性和时效性。所有系统通信均记录日志，用以追溯同步历史记录，确保系统通信的可追溯性。

3.4 系统整体架构设计

系统采用前后端分离架构模式，以NodeJS+Vue作为前端主技术栈，使用html5构建（iOS/Android）手机端应用。接口服务层采用微服务架构，基于业界流行的SpringCloud作为微服务基础开发框架。将整个技术架构分为展现层、微服务层、数据服务层和基础能力服务层，整体架构如图2所示。

展现层：基于html5构建前端手机应用，以NodeJS+Vue构建PC管理端应用。

微服务层：基于SpringCloud框架，以微服务形式提供服务。

数据服务层：根据业务场景选择不同的数据服务组织存储和管理平台数据。

基础能力服务层：为分布式接口服务提供基础能力服务，例如：日志平台统一收集日志进行监控分析。

3.5 功能模块组成

根据用户的日常工作流程和工作方式，对功能模块进行了详细分析和设计，将系统分为设备管理子系统、设备档案管理子系统、设备统计子系统3个子系统，具体功能描述如下：

3.5.1 设备管理子系统

3.5.1.1 元数据管理

创建元数据：创建设备档案及其他相关档案信息元数据，元数据属性包含可填写的属性、文件属性、第三方同步信息等。

修改、删除元数据：对已有元数据和元数据属性定义进行修改，包括元数据属性的增加、删除和修改。元数据和元数据属性的删除操作不会物理执行，而是做删除标记，基于该元数据和元数据属性创建的设备档案不会被删除，而是做失效（隐藏）标记。

3.5.1.2 设备管理

创建设备：基于元数据创建的设备数据模型，提供可配置的审批流，实现基层填报设备数据，上级管理机构审核。

修改、删除设备：对已经创建的设备档案，除关键唯一字段外（如功能位置编码等），其他字段允许按照元数据定义自由修改。

查看设备信息：可查看设备的详细信息，包括设备的创建时间、创建人、设备属性、设备状态以及操作记录等。该设备信息仅包括设备本身基础信息。

3.5.2 设备档案管理子系统

3.5.2.1 设备档案管理

创建档案：通过审批后的设备，将自动创建档案，同时根据功能位置编码或设备编码等唯一值，同步该设备的各类档案信息，例如台账、巡检、备件等。

修改、删除档案：对档案信息进行修改，根据业务规则确定是否反向同步给原系统。所有设备档案删除操作均不做物理删除，仅做删除标记和隐藏，删除历史可查。

档案详情：查看已经创建设备的档案信息，档案信息不但包括了设备的基础属性，也包括了设备的运行时间、运维记录等方方面面的信息，包括不限于日志记录、定检信息、巡检信息、备件信息等。

3.5.2.2 外部系统接入管理

数据查询：管理并维护各外部系统与档案管理子系统的数据查询接口，基于设备功能位置码实现从本系统访问设备对应的档案记录。本模式下设备的档案数据均为外部系统中实时产生的数据，在查看档案时将实时查看外部目标系统中的对应档案信息。

数据同步管理：管理并维护各外部系统与档案管理子系统的数据同步接口，外部信息将设备对应的档案信息上报到设备管理子系统中。本模式下设备的档案数据均在本系统中存储，在查看档案时只从本地数据库进行查询。

3.5.3 设备统计子系统

3.5.3.1 档案查询

快速查询：提供基于多关键字（关键字间为“与”的关系）的广泛的模糊查询。用户可通过输入任意关键字，检索设备信息。关键字允许包含一些简单的检索逻辑表达式，如：

（1）“风机+高功率”，表示满足两个关键字的设备数据；

（2）“风机”“高功率”，表示满足任何一个关键字的设备数据。

高级查询：在高级查询界面通过选择具体某一个元数据模型，允许用户选择该元数据模型中的多个属性作为查询条件，多查询条件间允许自定义逻辑运算为“与”或“或”，查询结果以设备档案为单位进行列表展示。关键字以及高级查询中指定的检索字段，在系统设置的索引元数据字段中匹配检索。

3.5.3.2 设备台账统计

设备台账由设备种类、品牌、规格、型号、技术参数、用途、功能、编号、生产厂家、生产时间、设备价格等元数据信息进行统计，可根据各业务部门所需进行组合统计，台账类型支持按组织、类型、状态分类统计。

3.5.3.3 档案综合统计

支持设备完好率、故障率、待修率等综合指标统计，便于形成统计分析报表，根据备件使用统计，分析备件的使用率，便于备件的库存维护。

3.5.4 通用功能

3.5.4.1 用户认证

通过用户名、密码登录系统，登录后，按照用户角色和机构显示权限范围内的子系统和所属机构的设备和档案信息等。

3.5.4.2 组织机构管理

提供基于元数据定义的组织架构管理界面，组织架构包括集团现有管理架构（集团/部门、大区/部门、场站等）。

3.5.4.3 工作流管理

提供工作流管理工具，可查询登陆人所经手（发起、审批、通知等）的所有流程及流程相关信息。

3.5.4.4 员工管理

提供基于元数据定义的员工管理界面，提供员工与组织架构的隶属管理系统元数据模型间关系定义。

4 结语

综上所述，本文提出了微服务架构下的设备档案管理系统的设计方案。系统采用微服务方式进行构建，实现了设备数据和设备档案数据有效解耦，可使系统达到整体结构轻松耦合、高效率运行的目的，实现了设备和档案灵活管理、各业务模块灵活扩展的应用效果。