基于微服務架構的油氣管道設備設施失效分析智慧系統

在復雜載荷和復雜環境的共同作用下， 服役油氣管道設備設施會逐漸產生腐蝕、 疲勞、 斷裂、磨損等各種模式或多模式共存的失效事故， 從而造成嚴重的經濟損失和不良社會影響

。 對失效件的分析是一個復雜的過程， 不但涉及宏觀及微觀分析、 理化性能分析、 工況分析等多種分析測試技術， 而且從大量測試數據中分析、 歸納和推斷事故主要和次要原因又較大程度依賴于分析者的知識和經驗積累。 因此， 對以往案例數據和失效分析領域的經驗知識的積累就顯得尤為重要。

近年來， 許多企事業單位先后針對各自的業務領域開發了相應的失效分析數據庫。 例如， 航空材料院、 機械科學研究院以及鐵道研究院等形成了機械產品、 鐵軌的事故案例庫

； 中國石油天然氣集團管材研究所建立了“油井鉆桿材料失效安全事故案例庫”

； 基于科技部科技基礎條件平臺項目“全國分析測試中心協作平臺及應急分析測試系統的建立” 開發的金屬材料失效引發重大事故案例的數據庫

。 國內現有的失效案例庫多以全文瀏覽為主， 或結構化數據信息量不夠， 且圍繞失效分析業務擴展的應用功能不足。 此外，開發的軟件系統可拓展性欠缺， 無法滿足后期快速維護或開發新功能的需求。 為了加強對油氣管道設備設施領域失效案例的統計查詢、 分析管理，同時讓技術分析人員做到知識共享及分析診斷經驗標準化， 開發了基于微服務架構的油氣管道設備設施失效分析智慧系統

。

1 系統結構的設計

為確保系統具有良好的延伸性、 擴展性、 安全性和先進性， 依據“頂層設計、 統一規劃、 整合共享” 原則， 本系統架構設計參考主流云技術、微服務開發、 DevOps 理念等前沿技術， 實現傳統集中式架構應用系統向分布式轉型， 打造大規模、高可用、 體驗聚合的云應用， 實現應用輕松上云、業務快速創新。 總體架構分為四層結構加雙中臺，其中四層結構包括IaaS 層、 PaaS 層、 應用層和訪問層， 雙中臺即數據中臺和業務中臺。 數據中臺旨在通過大數據平臺， 開發大數據通用業務組件， 實現數據存儲服務、 數據分析預測服務、 數據治理服務等6 大服務能力， 為系統提供數據分析和智能預測能力， 打造業務數據集成共享中心。 業務中臺旨在通過多種接口集成的方式使業務功能聚集， 將系統的通用業務功能進行整合和拆分， 形成公共組件服務， 不僅能夠支撐本系統的業務應用， 并且在今后的系統建設中實現組件復用， 減少重復建設， 實現各業務應用系統的上層集成管理。

（3）進一步推動企業加大研發投資力度。研發經費的絕對投入是企業有效創新的重要保障。應采取各種措施鼓勵企業投資研發活動，尤其是需求導向的、開展行業關鍵共性問題的應用基礎研究、應用研究和技術開發，提高企業自身乃至整個行業的技術水平和國際競爭力。

2 系統功能的設計

油氣管道設備設施失效分析智慧系統主要由7 大功能模塊組成： 用戶管理模塊、 失效分析案例庫模塊、 失效分析智能診斷模塊、 分析助手模塊、 技能提升模塊、 解決措施庫模塊和報告編寫助手模塊， 如圖1 所示。

用戶管理模塊主要實現對系統用戶的管理，包括對用戶的增加、 刪除、 修改以及對用戶權限的管理。 系統用戶分為管理員、 內部用戶和外部用戶， 各類用戶擁有不同的權限。

報告編寫助手模塊提供了多種報告模板， 此外通過整理不同標準中材料性能的判定指標項（如圖3 所示）， 形成了性能合格判斷， 大幅提升了技術人員的工作效率。

邁凱倫720S在儲物空間方面的表現同樣優秀，前150升、后210升的儲物空間對一輛中置發動機的跑車來絕對算得上是中上游的水平。綜合來看，720S可以稱得上是日常實用性的佼佼者：即使它行駛在羅馬市區擁堵的車流中也不會產生任何違和感，這一點在我的親身經歷中得到了驗證。出色的視野、動靜有致的輸出性格，發動機和變速箱之間的協調配合以及其優雅的造型氣質，令我們對這輛邁凱倫刮目相看。

失效分析案例庫模塊主要實現案例檢索閱讀和案例統計分析兩大功能， 案例來源為公開文獻、技術資料以及中海油油氣管道設備設施失效分析項目。 為了提高用戶的查詢信息的效率， 滿足案例統計分析對條件的細分， 對本系統中針對每個失效案例進行了數據結構化， 形成了包括失效件類別、 服役起止時間、 失效位置、 數據來源等35 個關鍵字段的案例精華

， 案例結構化數據示例見表1。 案例檢索支持快速檢索和高級檢索，所有案例根據用戶權限可實現全文瀏覽。 此外，案例統計分析針對不同的數據來源進行了差異化設計， 對于公開文獻、 技術資料的數據， 支持按失效類別、 材質類型進行失效原因的統計； 對于中海油油氣管道設備設施失效分析項目的數據，以作業公司為單位， 支持失效類別、 材質類型、 失效位置、 失效原因、 服役時間等5 個維度的統計分析， 便于管理者的精細化管理， 為輔助決策提供數據支撐。 基于生產項目的數據統計如圖2 所示。

技能提升模塊可實現基于失效分析領域相關技術知識微課精講在線學習， 同時提供失效分析、腐蝕防護等行業大會資料， 供用戶學習參考。

系統采用Java 開發編程語言， 在基于微服務架構的開發框架基礎上， 選用Spring Cloud 微服務架構技術開發， 用微服務拆分技術對業務進行拆分， 并且根據敏捷開發交付、 統一系統開發運維、 融合架構應用管理等先進建設理念， 形成可持續交付的軟件產品， 實現軟件系統的高性能、 高可靠要求。

失效分析智能診斷模塊主要實現對油氣管道設備設施腐蝕失效和斷裂失效原因的初步判斷。失效分析診斷字典類別設置及失效分析判定規則示例見表2～表3。 通過對專業知識的深入研究，同時結合失效分析專家的經驗， 形成了失效分析診斷字典 （19 類， 226 條） 和失效分析if-then判定規則 （65 條）， 并基于層次分析法設定失效規則判定因素的權重。 考慮到知識和經驗的不斷更新， 失效分析智能診斷模塊支持對判定規則的增加、 刪除、 修改。

在本系統中， 整體采用B/S 架構的服務器模式， 瀏覽器可通過Web Server 同數據庫進行數據交互， 并運用分工更加明確的前后端完全分離的模式進行系統開發。 前端開發的框架為Vue+，UI 框架采用Element-UI， 進行客戶端開發， 可通過瀏覽器進行訪問； 后端開發框架為基于Spring Cloud 的自研框架， 采用Java 語言開發，可通過獨立服務進行部署。

可以發現， β1 和 β2， ω′1和ω′2對 ΔF 的變化趨勢影響一致，因此，本文通過數值模擬的方式說明ΔF的變化趨勢。在Matlab軟件中，為參數設定有效的范圍， 0＜pφ＜7， 0＜ω′i＜0.5， 0＜βi＜5。

3 系統軟件的開發

分析助手模塊下設四個子模塊： 技術分析指南、 方法標準庫、 經典理論模型和測試技術簡介， 可為用戶提供失效分析領域相關技術知識、全文在線閱讀功能。

解決措施庫模塊收錄了豐富的常見腐蝕失效、斷裂失效的解決措施， 支持關鍵字搜索。 提供討論留言功能， 供用戶進行經驗交流和問題探討。

基于制劑在生產過程中的特點，以及在尚無專業信息核算軟件的現況下，從管理的成本效益考慮，對制劑成本核算維度及控制方法進行有效選擇，顯得尤為重要。

云團間，有東西一閃而過。三體艦？不，不可能，云團里怎么會有軍艦呢？壺天曉再次遙控灰色翼龍的眼睛進行搜索，卻沒有發現異常。如果目前能用的只有感應網絡，那就將它的作用發揮到極致。壺天曉暗自思忖著，全力搜索著龐大的感應網絡，希望能發現點兒什么。

與此同時， 后端可以通過RESTful 風格的Web Services 為主接口的方式與前端進行交互，從而可以降低系統的耦合度， 達到功能即插即用的效果， 并且能全面支持業內標準， 支持J2EE、SOA、 WebServices、 XML 等開放標準， 提供標準接口和部署應用組件， 通過WebServices 等技術與其他業務系統進行數據交換與集成。 除此之外， 系統支持IE10、 IE11、 Fire Fox、 Chrome、360、 WEB 應用服務器訪問數據庫服務器， 但數據庫服務器對外部不可見。

本項目的技術架構中， 基于Spring Cloud 的微服務平臺框架中內置了完整的Spring Cloud Open Service Broker 框架， 該內置框架允許開發人員為云原生平臺中運行的應用程序提供服務，可以將開發的微服務程序交付給云原生平臺中運行和管理。 同時Spring Cloud Open Service Broker 也提供了一個框架， 允許在支持Open Service Broker API 的平臺上為自己管理的服務快速創建服務代理。 從而完美的實現OpenShift 云部署和微服務技術結合的實現方案。 根據微服務拆分原則， 系統拆分為以下服務， 如圖4 所示。

4 結束語

本研究采用B/S 架構的服務器模式， 在基于微服務架構的開發框架基礎上， 設計開發出中海油首個油氣管道設備設施失效分析智慧系統。 該系統包含大量結構化失效案例和失效分析領域的知識及經驗， 同時具備常見失效原因的智能診斷功能， 并為用戶提供具有參考意義的解決措施。該系統的成功開發， 標志著油氣管道設備設施失效分析業務數字化進入了實質性階段。

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