基于微服務模型的設備檔案系統設計與分析

陳海山

（北京九橡科技有限公司，北京100000）

1 設備檔案系統的現狀

現在市場上大多數的設備檔案系統，是通過SAP來實現對設備檔案管理的初步效果，并使用功能位置編碼對SAP里的檔案信息進行關聯管理。但隨著數據量的逐步上升及應用場景需求復雜化，此類系統已經逐漸無法滿足客戶的應用需求，主要需求痛點集中在以下幾方面：

1.1 設備檔案數據結構冗余，性能較差

設備數據和檔案數據繁多，采用傳統的數據存儲方式，數據存儲讀取較慢，需優化現有的數據結構，提高數據讀寫便捷性、索引性能和關聯性。

1.2 存在信息孤島

設備檔案信息散落在不同系統中，無法實現一站式設備檔案數據訪問。在SAP系統中，設備檔案記錄了設備的出廠信息、位置、使用情況等信息，但未與其他信息系統中的設備定期檢查等信息關聯。

1.3 使用功能位置編碼不規范

在現有的應用場景下，一般會使用KKS編碼規范或者功能位置編碼等規則來保證數據和結構的一致性。但是在沒有系統支持的情況下僅記錄設備的功能位置編碼，只是對設備信息之間的關聯關系做簡單的記錄，不能對設備檔案信息維護、管理查詢、決策查詢等提供強有力的支持。在各風場信息不同步的情況下，可能會出現未遵循編碼規則的數據，導致編碼規則的混亂，不能滿足用戶多元化的檔案管理需求。

1.4 不能滿足用戶多元化的檔案管理需求

隨著業務的長足發展，傳統的檔案數據存儲及查詢越來越難以滿足日益復雜的應用場景。

設備檔案信息的使用及查詢不應僅是一線人員的“設備字典”和企業管理層的“設備臺賬”。可以通過關鍵信息統計分析的方式，為企業不同崗位提供有力的檔案信息的服務。

2 基于元數據和微服務模式的設備檔案管理系統

2.1 元數據和主數據

元數據是描述數據（主數據）的數據，是對數據、信息資源的描述性信息。主數據（也稱“基準數據”）是指系統內或系統之間的共享數據。與記錄業務活動（如運維、日志等數據）等波動較大的數據相比，主數據變化緩慢。在本系統中，主數據是設備的數據集合。

2.2 微服務架構技術

微服務架構技術是一種將業務功能封裝成微服務方式，然后再通過將微服務組合成應用系統的架構技術。微服務的核心思想是通過業務領域設計來將業務應用的環節封裝為獨立的微服務，每一個微服務都可以獨立地進行應用、管理和部署。使用微服務架構的開發技術，各業務的數據結構和業務邏輯可以獨立擴展。

在本系統中，最主要是要將設備管理和檔案管理進行服務化拆分，因為設備管理側重于設備數量的管理，而檔案管理則側重于設備的各種檔案內容。兩者之間有關聯又有不同，因此采用微服務方式設計比較適合該系統的實際需求。

3 系統設計

3.1 元數據體系結構

元數據體系包括以下結構：

元數據：用于描述動態數據結構的一種數據模型，組織管理動態結構基礎數據。

元數據引擎：為元數據模型構建、采集與檢索提供統一接口服務能力，從業務層分離出來，便于對核心引擎能力演進擴展。

元數據模型構建：定義元數據結構模型。

元數據采集：基于已建立的元數據結構模型采集基礎數據。

元數據檢索：對采集的數據建立索引規則，為元數據提供全文檢索能力。

系統將基于元數據管理工具形成對設備和檔案的數據建模，并基于此模型記錄設備檔案。在與其他系統交互時，將設備檔案以主數據進行傳輸。其中設備是指某個功能位置或者某個具體的設備，而設備檔案則是某個設備的相關檔案信息，例如定檢記錄、巡檢記錄、備件記錄、運行日志等相關信息。

以元數據管理工具為核心的設備檔案管理系統，可以通過元數據的無限擴展屬性來滿足用戶復雜多變的設備檔案存儲需求，同時為數據的錄入、修改和刪除提供可配置的工作流管理。所有數據操作均保留歷史版本信息記錄。

（1）橫向擴展：同級別屬性可以無限擴展數量。例如：項目初期元數據中只記錄設備的齒輪箱信息，在使用過程中發現需要關注高速軸、中速軸等其他屬性，那直接為該設備添加新屬性。

（2）縱向擴展：某個屬性可無限深化管理粒度。例如：一個設備A的某一個屬性，可以是另一個設備B（子設備），而B設備可以將設備C設為子設備，可按照管理粒度無限拆分或組合。

檔案信息結構如圖1所示。

3.2 微服務設計

根據設備檔案的使用場景及使用需求分析，微服務的設計可分為：用戶認證的服務、元數據的服務、工作流的服務、設備檔案管理的服務、設備管理的服務、統計的服務、外部數據同步服務以及消息服務。

每一個微服務都是獨立的業務支撐，通過統一的接口注冊到服務中心，由服務中心管理各個服務的狀態和性能。

其中設備的管理由設備管理子系統實現，具備單獨增刪、查改等功能。新增加或變更的設備，需要通過審核后，才會同步到設備檔案子系統中，由設備檔案子系統進行對應的業務處理。

圖1 檔案信息結構圖

圖2 整體架構圖

3.3 系統接口設計

系統會接入其他應用系統的數據，包括不限于巡檢系統、定檢系統、備件系統等，保證檔案數據既可以查詢客戶錄入的設備出廠固化信息及使用信息，還可以查詢從第三方系統同步過來的設備檢修維護等信息。

同時提供各系統與設備檔案系統的接口集成規范，在傳遞數據時對傳輸的業務數據進行校驗，數據校驗可以保證數據的完整性、一致性和時效性。所有系統通信均記錄日志，用以追溯同步歷史記錄，確保系統通信的可追溯性。

3.4 系統整體架構設計

系統采用前后端分離架構模式，以NodeJS+Vue作為前端主技術棧，使用html5構建（iOS/Android）手機端應用。接口服務層采用微服務架構，基于業界流行的SpringCloud作為微服務基礎開發框架。將整個技術架構分為展現層、微服務層、數據服務層和基礎能力服務層，整體架構如圖2所示。

展現層：基于html5構建前端手機應用，以NodeJS+Vue構建PC管理端應用。

微服務層：基于SpringCloud框架，以微服務形式提供服務。

數據服務層：根據業務場景選擇不同的數據服務組織存儲和管理平臺數據。

基礎能力服務層：為分布式接口服務提供基礎能力服務，例如：日志平臺統一收集日志進行監控分析。

3.5 功能模塊組成

根據用戶的日常工作流程和工作方式，對功能模塊進行了詳細分析和設計，將系統分為設備管理子系統、設備檔案管理子系統、設備統計子系統3個子系統，具體功能描述如下：

3.5.1 設備管理子系統

3.5.1.1 元數據管理

創建元數據：創建設備檔案及其他相關檔案信息元數據，元數據屬性包含可填寫的屬性、文件屬性、第三方同步信息等。

修改、刪除元數據：對已有元數據和元數據屬性定義進行修改，包括元數據屬性的增加、刪除和修改。元數據和元數據屬性的刪除操作不會物理執行，而是做刪除標記，基于該元數據和元數據屬性創建的設備檔案不會被刪除，而是做失效（隱藏）標記。

3.5.1.2 設備管理

創建設備：基于元數據創建的設備數據模型，提供可配置的審批流，實現基層填報設備數據，上級管理機構審核。

修改、刪除設備：對已經創建的設備檔案，除關鍵唯一字段外（如功能位置編碼等），其他字段允許按照元數據定義自由修改。

查看設備信息：可查看設備的詳細信息，包括設備的創建時間、創建人、設備屬性、設備狀態以及操作記錄等。該設備信息僅包括設備本身基礎信息。

3.5.2 設備檔案管理子系統

3.5.2.1 設備檔案管理

創建檔案：通過審批后的設備，將自動創建檔案，同時根據功能位置編碼或設備編碼等唯一值，同步該設備的各類檔案信息，例如臺賬、巡檢、備件等。

修改、刪除檔案：對檔案信息進行修改，根據業務規則確定是否反向同步給原系統。所有設備檔案刪除操作均不做物理刪除，僅做刪除標記和隱藏，刪除歷史可查。

檔案詳情：查看已經創建設備的檔案信息，檔案信息不但包括了設備的基礎屬性，也包括了設備的運行時間、運維記錄等方方面面的信息，包括不限于日志記錄、定檢信息、巡檢信息、備件信息等。

3.5.2.2 外部系統接入管理

數據查詢：管理并維護各外部系統與檔案管理子系統的數據查詢接口，基于設備功能位置碼實現從本系統訪問設備對應的檔案記錄。本模式下設備的檔案數據均為外部系統中實時產生的數據，在查看檔案時將實時查看外部目標系統中的對應檔案信息。

數據同步管理：管理并維護各外部系統與檔案管理子系統的數據同步接口，外部信息將設備對應的檔案信息上報到設備管理子系統中。本模式下設備的檔案數據均在本系統中存儲，在查看檔案時只從本地數據庫進行查詢。

3.5.3 設備統計子系統

3.5.3.1 檔案查詢

快速查詢：提供基于多關鍵字（關鍵字間為“與”的關系）的廣泛的模糊查詢。用戶可通過輸入任意關鍵字，檢索設備信息。關鍵字允許包含一些簡單的檢索邏輯表達式，如：

（1）“風機+高功率”，表示滿足兩個關鍵字的設備數據；

（2）“風機”“高功率”，表示滿足任何一個關鍵字的設備數據。

高級查詢：在高級查詢界面通過選擇具體某一個元數據模型，允許用戶選擇該元數據模型中的多個屬性作為查詢條件，多查詢條件間允許自定義邏輯運算為“與”或“或”，查詢結果以設備檔案為單位進行列表展示。關鍵字以及高級查詢中指定的檢索字段，在系統設置的索引元數據字段中匹配檢索。

3.5.3.2 設備臺賬統計

設備臺賬由設備種類、品牌、規格、型號、技術參數、用途、功能、編號、生產廠家、生產時間、設備價格等元數據信息進行統計，可根據各業務部門所需進行組合統計，臺賬類型支持按組織、類型、狀態分類統計。

3.5.3.3 檔案綜合統計

支持設備完好率、故障率、待修率等綜合指標統計，便于形成統計分析報表，根據備件使用統計，分析備件的使用率，便于備件的庫存維護。

3.5.4 通用功能

3.5.4.1 用戶認證

通過用戶名、密碼登錄系統，登錄后，按照用戶角色和機構顯示權限范圍內的子系統和所屬機構的設備和檔案信息等。

3.5.4.2 組織機構管理

提供基于元數據定義的組織架構管理界面，組織架構包括集團現有管理架構（集團/部門、大區/部門、場站等）。

3.5.4.3 工作流管理

提供工作流管理工具，可查詢登陸人所經手（發起、審批、通知等）的所有流程及流程相關信息。

3.5.4.4 員工管理

提供基于元數據定義的員工管理界面，提供員工與組織架構的隸屬管理系統元數據模型間關系定義。

4 結語

綜上所述，本文提出了微服務架構下的設備檔案管理系統的設計方案。系統采用微服務方式進行構建，實現了設備數據和設備檔案數據有效解耦，可使系統達到整體結構輕松耦合、高效率運行的目的，實現了設備和檔案靈活管理、各業務模塊靈活擴展的應用效果。