風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

伍孟軒， 魏春梅， 劉慧敏

(湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

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風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

伍孟軒， 魏春梅， 劉慧敏

(湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

為了實現(xiàn)大型風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理的系統(tǒng)化、自動化和簡便化，討論了大型風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的功能設(shè)計，并用visio繪制出風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程圖和平臺功能結(jié)構(gòu)圖；在編碼階段，平臺采用Web三層架構(gòu)的B/S設(shè)計模式，GXT2.0實現(xiàn)用戶交互界面的開發(fā)和JavaScript完成驗證、EJB3.0中間件技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯層的開發(fā)、oracle數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)風(fēng)電場數(shù)據(jù)的存儲以及集成Flex和JBPM流程管理框架。最終完成海上風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的開發(fā)。

風(fēng)電場； 電場管理； 運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)

風(fēng)電設(shè)備的管理以及風(fēng)電場維修、維護(hù)業(yè)務(wù)流程處于紙質(zhì)文檔管理階段[1-2]。雖然市場上存在一些信息化管理軟件，但是這類通用性軟件不能完全適用于風(fēng)電場的運(yùn)維管理，亟需開發(fā)一套符合風(fēng)電設(shè)備管理特點的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)是針對大型風(fēng)電設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和風(fēng)電設(shè)備的維修、維護(hù)流程中數(shù)據(jù)流動的連續(xù)性，適合對維修維護(hù)過程進(jìn)行監(jiān)控的信息化軟件平臺，從而解決風(fēng)電場的管理效率低下的問題[3]。

1 功能分析

風(fēng)電信息化管理軟件需要滿足以下要求：在保證風(fēng)電場人員人身安全的情況下，通過分析故障代碼和參考技術(shù)資料，選取合適的工裝工具和適量的備品備件，然后為故障風(fēng)機(jī)制定維修維護(hù)計劃；當(dāng)計劃制定后，工作人員必須根據(jù)維修維護(hù)流程，在監(jiān)控下實施維護(hù)維修；風(fēng)機(jī)維護(hù)維修工作完成后，維修人員對維修方法進(jìn)行總結(jié)分析，并將維修總結(jié)記錄到系統(tǒng)中，為風(fēng)機(jī)的下一次維修維護(hù)提供支持。由此可知，實現(xiàn)風(fēng)電場運(yùn)維管理軟件必須將日常業(yè)務(wù)流程集成到平臺中，同時對圍繞業(yè)務(wù)流程所需要的輔助信息進(jìn)行功能設(shè)計。

2 維修維護(hù)流程設(shè)計

風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)是風(fēng)機(jī)的維修維護(hù)流程。整個系統(tǒng)圍繞核心業(yè)務(wù)流程(圖1)而進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)。系統(tǒng)會根據(jù)BOM結(jié)構(gòu)中零部件維修周期[4-5]自動列出維修方案，維修人員參考維修方案和風(fēng)機(jī)手冊制定合適的維修計劃。維修計劃包括對哪些零部件進(jìn)行維修維護(hù)、所委派的維修人員、維修過程中所需要的工裝工具信息和備品備件信息。當(dāng)維修計劃[6]制定完后，進(jìn)入維修維護(hù)流程，流程中的各角色按照維修維護(hù)流程完成各自對應(yīng)的任務(wù)。相應(yīng)的任務(wù)有：庫存檢查、風(fēng)機(jī)零部件的維修維護(hù)、進(jìn)度跟蹤及批注、填寫維修報告。其中，庫存檢查主要是針對維修維護(hù)過程中所需備品備件而言，當(dāng)庫存管理人員接收到庫存檢查任務(wù)后，庫存管理人員借助系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)維修維護(hù)過程中所需備件的數(shù)量與備品備件的庫存數(shù)量進(jìn)行對比分析。如果庫存充足，維修維護(hù)人員則可接受相應(yīng)的維修任務(wù)；如果庫存不足，系統(tǒng)則會自動提示補(bǔ)貨信息并且提交補(bǔ)貨需求。當(dāng)不足的備品備件采購回來并做好入庫登記后，庫存管理人員才能提交任務(wù)。進(jìn)度的跟蹤與批注是指整個流程的監(jiān)控人員可以監(jiān)控維修流程所處的階段以及查看各個任務(wù)的信息，同時監(jiān)控人員可以在特定的情況下對某些記錄進(jìn)行批注。在計劃執(zhí)行的過程中，維修人員可以將所執(zhí)行任務(wù)的情況實時錄入系統(tǒng)，以供監(jiān)控人員了解維修進(jìn)度。

圖1 維修維護(hù)流程

3 功能設(shè)計

風(fēng)電場管理系統(tǒng)與核心流程相互配合的包括7個模塊：基礎(chǔ)信息模塊、生產(chǎn)運(yùn)行模塊、安全管理、維修維護(hù)、設(shè)備管理、組織管理和流程管理。其中，基礎(chǔ)信息包括管理人員信息、風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)信息、風(fēng)機(jī)各個部件出故障后報出的故障代碼及其所對應(yīng)的維護(hù)方案信息。生產(chǎn)運(yùn)行模塊包括管理風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行階段的運(yùn)行數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)發(fā)電的生產(chǎn)計劃，以及各個階段的生產(chǎn)報表。安全管理是對風(fēng)電場管理人員在維修維護(hù)之前的準(zhǔn)備工作進(jìn)行管理，主要包括：安全器材管理、安全演練管理和安全事故管理。維修維護(hù)模塊主要針對風(fēng)機(jī)部件出現(xiàn)故障后制定合適的維修計劃，以及風(fēng)電場維修維護(hù)人員對風(fēng)機(jī)維修完成后所提交的維護(hù)報告進(jìn)行管理。設(shè)備管理主要是針對風(fēng)機(jī)維修制定計劃過程中工裝工具、備品備件和船舶的調(diào)配進(jìn)行管理。組織結(jié)構(gòu)管理主要是系統(tǒng)管理員的工作，其作用是做好平臺的授權(quán)工作，使得風(fēng)電場的參與人員僅僅能看到自己的任務(wù)，各司其職。流程管理模塊主要是供特定人員進(jìn)行工作進(jìn)度的監(jiān)控和查詢個人任務(wù)。風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計

4 系統(tǒng)總體框架

本系統(tǒng)采用B/S三層架構(gòu)完成風(fēng)電場信息系統(tǒng)的開發(fā)。系統(tǒng)集成了JBPM流程，使得參與風(fēng)電場管理的人員能夠?qū)崟r監(jiān)控流程中的數(shù)據(jù)流動。此外，參與維修維護(hù)流程中每一任務(wù)的人員能夠在管理系統(tǒng)中清晰地看到自己的任務(wù)。所以系統(tǒng)的調(diào)用過程分為兩種情況：其一是用戶的操作與流程的發(fā)起無關(guān)，則用戶登錄風(fēng)電場管理信息系統(tǒng)后，在界面上的某些操作能夠調(diào)用會話Bean，然后調(diào)用實體Bean，最終查詢到數(shù)據(jù)；其二是如果用戶的操作與流程的發(fā)起有關(guān)，則用戶發(fā)起流程后，會調(diào)用會話Bean，然后調(diào)用JBPM，最后調(diào)用Hibernate，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在平臺中的流動。如果需要查看流程中的數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序運(yùn)行同第一點描述。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

系統(tǒng)分為三個層次：應(yīng)用層，提供日常維護(hù)業(yè)務(wù)流程的管理和其他業(yè)務(wù)模塊的信息化管理；中間層，集成JBPM2.0為流程運(yùn)轉(zhuǎn)提供基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)層，提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

本系統(tǒng)基于GXT2.0框架開發(fā)用戶交互式界面，采用B/S體系結(jié)構(gòu)。在WEB層，采用GXT2.0技術(shù)和JavaScript技術(shù)同時，還利用了GXT2.0的MVC設(shè)計模式進(jìn)行系統(tǒng)界面設(shè)計、頁面的驗證和頁面跳轉(zhuǎn)控制。中間層主要包括：利用EJB3.0中間件技術(shù)開發(fā)可移植的業(yè)務(wù)邏輯層，以及集成JBPM2.0實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的信息化。數(shù)據(jù)層主要包括本系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫，采用EJB實體Bean技術(shù)和Hibernate技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的高效訪問。整個系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化接口與松散耦合的特點，有利于本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成以及今后的擴(kuò)展升級。

圖3 系統(tǒng)總體框架

5 主要開發(fā)技術(shù)

5.1 基于JBPM2.0的工作流技術(shù)

工作流技術(shù)能夠很好地分離業(yè)務(wù)流程與界面開發(fā)的高耦合性，使得業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)和用戶界面的開發(fā)相互獨(dú)立，從而提高程序的開發(fā)效率。

利用JBPM開發(fā)工作流程有其特定的步驟。首先風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)集成Flex技術(shù)，利用其可繪制圖形化界面的功能，繪制海上風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的流程節(jié)點，以及通過繪制箭頭連接各個節(jié)點從而指示數(shù)據(jù)的流向。并且通過與GXT2.0集成，為所有節(jié)點都開發(fā)通用的用戶界面。用戶界面可以提交各個節(jié)點用戶的參與者以及流程所需要的數(shù)據(jù)，并且限制用戶在某一節(jié)點提交數(shù)據(jù)的數(shù)量。通過GXT2.0和Flex技術(shù)完成流程模板的定義后，利用JBPM2.0框架發(fā)布模板，從而將配置的數(shù)據(jù)保存到JBPM2.0的數(shù)據(jù)庫中。然后利用java調(diào)用JBPM2.0的接口使流程運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)流程運(yùn)轉(zhuǎn)到特定的任務(wù)實例后，就會有特定的角色參與流程節(jié)點任務(wù)的交互并提交任務(wù)，在此過程中，流程可被特定角色實時監(jiān)控。最后，當(dāng)任務(wù)結(jié)束時，任務(wù)直接退出流程，整個流程結(jié)束。

5.2 GXT2.0的Web界面設(shè)計技術(shù)

GXT2.0是一個基于Google Web Toolkit(GWT)的互聯(lián)網(wǎng)客戶端JAVA庫。利用GWT編譯器將JAVA代碼編譯成JavaScript代碼并壓縮編譯后的代碼，從而使服務(wù)器能夠更加高效地加載應(yīng)用程序。風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)能利用GXT的面板控件，快速開發(fā)和布局用戶界面，利用GXT的樹狀控件完成風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)用戶區(qū)中導(dǎo)航欄的開發(fā)，并為導(dǎo)航欄中的操作注冊相應(yīng)的事件。利用表格(Grid控件)控件完成數(shù)據(jù)的展示。利用FormPanel控件完成數(shù)據(jù)的增加操作，利用ComboInput控件完成數(shù)據(jù)的選擇操作。經(jīng)過一些復(fù)雜的控件組合和事件注冊后，系統(tǒng)能夠開發(fā)出符合風(fēng)電特點的用戶界面。僅有用戶布局是不夠的，系統(tǒng)必須能夠通過觸發(fā)事件使得用戶界面能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、修改和查詢等操作。系統(tǒng)采用GWT-RPC技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的異步加載或者更新。利用GWT-RPC技術(shù)能夠提高交互性(即當(dāng)用戶保持一條數(shù)據(jù)后，即使數(shù)據(jù)沒有保持到數(shù)據(jù)庫中，用戶也可以和平臺中的其他模塊進(jìn)行交互)，從而提高用戶的體驗效果。在開發(fā)應(yīng)用層的過程中，由于風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)中用到了很多小圖片，為了提高效率，GXT2.0利用圖片緩存技術(shù)，從而減少了圖片下載時間，提升用戶的體驗效果。

5.3 基于EJB3.0的中間件技術(shù)

風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)使用EJB作為中間件。由于無狀態(tài)會話Bean是基于元數(shù)據(jù)注解的POJO類，并且開發(fā)無狀態(tài)會話Bean是面向接口開發(fā)的應(yīng)用程序，從而降低了程序之間的耦合性。此外，無狀態(tài)會話Bean在EJB容器中被池化，從而提高了用戶訪問的并發(fā)量，使應(yīng)用程序的吞吐量更大。所以使用無狀態(tài)會話Bean開發(fā)業(yè)務(wù)邏輯層。另外由于實體Bean具有JAVA對象的一個顯著特點——繼承。因此，利用JAVA的這一繼承特點，將一些必要的屬性封裝在多個JAVA類中。當(dāng)需要新建一個需要繼承父類的所有屬性的EJB實體Bean時，可以直接將父類的屬性繼承到子類中。風(fēng)電場運(yùn)維管理信息系統(tǒng)正是利用了實體類可繼承的特點，完成平臺表的設(shè)計。借助這一原理，完成實體的開發(fā)之后，借助開發(fā)工具和配置文件將實體類映射成數(shù)據(jù)庫中的表。當(dāng)實體Bean和數(shù)據(jù)庫的表建立后，業(yè)務(wù)邏輯層能利用EntityManager(實體管理器)對實體類進(jìn)行操作，從而很方便地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)增、刪、改、查等操作。

5.4 面向切面的編程技術(shù)

風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)借助面向切面編程技術(shù)(Aspect Oriented Programming，AOP)的思想，將JavaScript編程的程序和PL/SQL開發(fā)的存儲過程無縫集成到管理信息平臺中。集成兩種技術(shù)后，使得平臺的驗證開發(fā)變得更加獨(dú)立，平臺對復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理變得更加高效。

使用JavaScript可實現(xiàn)表單驗證功能。風(fēng)電場運(yùn)維管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對Email郵件格式的驗證。充分利用Oracle數(shù)據(jù)庫，如：利用其存儲過程，維護(hù)數(shù)據(jù)庫中某些表格數(shù)據(jù)的一致性；利用其儲存過程處理大量數(shù)據(jù)，以提高效率；利用其視圖功能，將多表合成一張視圖，從而簡化程序的開發(fā)；利用其JOB功能，自動調(diào)用特定的存儲過程，從而根據(jù)部件的維護(hù)周期自動生成維護(hù)需求；利用其序列，實現(xiàn)主鍵的自動增長。

6 系統(tǒng)實現(xiàn)

6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)中涉及到的表格很多，本文主要展示風(fēng)機(jī)BOM表結(jié)構(gòu)和涉及到維修維護(hù)流程的主要表結(jié)構(gòu)。風(fēng)機(jī)BOM表(圖4)包括2張表：部件信息(ParInf)和部件到部件(ParInf2ParInf)，其目的是將風(fēng)機(jī)所包含的部件以層級的結(jié)構(gòu)展現(xiàn)給用戶，讓用戶更加清晰瀏覽到各臺風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)信息。

維修維護(hù)流程中的表主要是為了支持維修維護(hù)流程中的數(shù)據(jù)存儲。圖5是制定維修計劃所需要的7張表(圖5)：維修計劃表(MaiPlan)、維護(hù)需求(MaiReq)、維修計劃到維護(hù)需求表(MaiPla2MaiReq)、工裝工具表(TestToolKit)、維護(hù)需求到工裝工具(MaiReq2TestToolkit)、備品備件(SpaContent)和維護(hù)需求到備品備件(MaiReq2SpaContent)。

圖4 BOM表結(jié)構(gòu)

圖5 維修維護(hù)流程部分表結(jié)構(gòu)

6.2 界面實現(xiàn)

基于以上需求分析、技術(shù)架構(gòu)和開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了一套風(fēng)電場運(yùn)維系統(tǒng)(圖6)。

圖6 海上風(fēng)電場運(yùn)維系統(tǒng)

系統(tǒng)以某風(fēng)電場的管理作為應(yīng)用案例。風(fēng)電場系統(tǒng)已經(jīng)錄入了風(fēng)電場人員信息、風(fēng)機(jī)的零部件信息、零部件庫存信息、風(fēng)機(jī)維修資料、風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息。

7 結(jié)束語

本文研究了海上風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)模塊設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)。首先介紹了系統(tǒng)的總體框架，結(jié)合對海上風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的維修維護(hù)業(yè)務(wù)流程，分析和設(shè)計了與維修維護(hù)流程相配合其他信息模塊。另外，本文還介紹了開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)。從而使得風(fēng)電場的信息化有了很大提高。目前系統(tǒng)還處于測試階段，有待進(jìn)一步完善。

[1] 呂吉峰，賀旭亮，任良全，等.煤礦設(shè)備MRO支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].煤礦機(jī)械, 2011,32(05):264-267.

[2] 任佳妮，周立秋，楊 陽，等.大型裝備MRO知識管理系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代情報, 2013,33(05):56-59.

[3] 楊曉燕，王偉偉, 薛峰，等.基于知識流的MRO知識管理系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2011(02): 250-252.

[4] 朱栢青，童一飛，于 霏.基于混合策略的MRO信息系統(tǒng)的研究[J].機(jī)床與液壓， 2011,40(21):177-180

[5] 袁曉舟，范菲雅，蔣志超，等.面向軌道交通車輛維修過程管理的MRO支持系統(tǒng)[J].機(jī)械制造， 2014,52(593):74-78

[6] 裴 鑫，宋 奕，許承東.基于維修過程的軍用直升機(jī)MRO信息系統(tǒng)功能設(shè)計[J].航空維修與工程, 2011(03):35-37.

[責(zé)任編校： 張 眾]

Design and Development of the Management System of Wind Power Farm Running and Maintaining

WU Mengxuan, WEI Chunmei, LIU Huimin

(SchoolofMechanicalEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

In order to make the management of a large-scale wind farm running and maintaining systematic, automatic and handy, this paper discussed the design of all functions of a large wind farm management system. We drew the Business process diagrams and Platform function structure using visio. In the coding phase, the platform adopted B/S three layer architecture of Web design patterns, and we developed the user interface in GXT2.0, completed the Validation function in JavaScript and developed business process diagrams in EJB3.0 middleware technology. In addition, all data of wind farm were restored in Oracle, and Flex and JBPM were integrated to wind farm. Finally, the wind farm management system was completed.

wind power, field management, running and maintaining management system

2014-10-27

“十二五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃：2012AA051707)

伍孟軒(1989-)， 男，湖北天門人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向：制造過程信息化與自動化，

1003-4684(2015)01-0051-05

TM614

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