基于Spring Boot+Vue的爐況評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：該文從高爐爐況的實(shí)際情況出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種基于Spring Boot+Vue的爐況評(píng)價(jià)系統(tǒng)。文中對(duì)高爐爐況的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)定以及如何利用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)爐況評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析和介紹。該系統(tǒng)目前已經(jīng)形成軟件系統(tǒng)并應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)，友好的界面展示給現(xiàn)場操作人員提供有力的指導(dǎo)和支持。

關(guān)鍵詞：Spring Boot；Vue；Element-ui；MyBatis

中圖分類號(hào)：TP319? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）35-0043-03

1 引言

在高溫高壓的條件下，高爐內(nèi)部的反應(yīng)極其復(fù)雜。同時(shí)由于高爐系統(tǒng)的能耗極大，高爐使用的能耗占整個(gè)鋼鐵企業(yè)約60%[1]，因此，維持高爐生產(chǎn)過程中的平穩(wěn)運(yùn)行是實(shí)施節(jié)能降耗優(yōu)化操作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。四大操作制度是高爐煉鐵過程控制必不可少的準(zhǔn)則，四大準(zhǔn)則包括：高爐上料準(zhǔn)則、風(fēng)口送風(fēng)準(zhǔn)則、高爐內(nèi)外熱制度準(zhǔn)則和爐內(nèi)造渣準(zhǔn)則。高爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證是爐況的平穩(wěn)，爐況是否平穩(wěn)可以等價(jià)于四大準(zhǔn)則操作是否合理的實(shí)施，從而指導(dǎo)操作人員實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地判斷爐況，維持高爐爐況的穩(wěn)定順行[2]。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用以及在國家鼓勵(lì)制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向拓展政策的引導(dǎo)下，本系統(tǒng)擬設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)B/S架構(gòu)的基于Spring Boot+Vue的爐況診斷系統(tǒng)用來展示高爐內(nèi)的運(yùn)行情況，并內(nèi)置評(píng)價(jià)系統(tǒng)可視化展示高爐的順行狀態(tài)及得分情況。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確定及評(píng)定

高爐爐況順行指數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為三個(gè)層次：第一層為一級(jí)指標(biāo)，第二層為二級(jí)指標(biāo)，第三層為三級(jí)指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)為高爐順行指數(shù)，二級(jí)指標(biāo)包括裝料參數(shù)、送風(fēng)參數(shù)、氣流監(jiān)控、出鐵參數(shù)和爐體溫度共5個(gè)方面，每個(gè)二級(jí)指標(biāo)由若干個(gè)三級(jí)指標(biāo)組成，整個(gè)評(píng)價(jià)的三級(jí)指標(biāo)包含了39個(gè)，詳見表1，最后一個(gè)二級(jí)指標(biāo)是包含了10個(gè)三級(jí)指標(biāo)，分別是第6層到第15層的冷卻壁溫度均值。

整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)需要首先在系統(tǒng)內(nèi)部根據(jù)每個(gè)鋼鐵廠的具體情況和專家意見，對(duì)高爐順行狀態(tài)評(píng)價(jià)體系的二級(jí)指標(biāo)層和三級(jí)指標(biāo)層進(jìn)行權(quán)重的設(shè)置，同時(shí)還需要設(shè)置每個(gè)三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分規(guī)則。要求5個(gè)二級(jí)指標(biāo)層的權(quán)重和為1，每個(gè)二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的三級(jí)指標(biāo)權(quán)重和為1。設(shè)置每個(gè)三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分規(guī)則模擬為線性標(biāo)準(zhǔn)，如表2冷風(fēng)風(fēng)量的評(píng)分規(guī)則。具體評(píng)價(jià)過程為每隔一段時(shí)間獲取三級(jí)指標(biāo)層的各個(gè)指標(biāo)值，然后根據(jù)每個(gè)指標(biāo)的評(píng)分規(guī)則計(jì)算對(duì)應(yīng)的指標(biāo)得分（分值范圍：0～100），再用每個(gè)指標(biāo)得分乘以對(duì)應(yīng)的權(quán)重值得到二級(jí)指標(biāo)層對(duì)應(yīng)的得分，二級(jí)指標(biāo)層的得分乘以二級(jí)指標(biāo)層的權(quán)重最終得到高爐順行指數(shù)的分值（范圍：0～100）。

3 基于SpringBoot+Vue的爐況評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的軟件開發(fā)整體架構(gòu)主要分為C/S（Client/Server）架構(gòu)和B/S（Browser/Server）架構(gòu)，兩者的主要區(qū)別是C/S架構(gòu)的客戶端程序需要安裝在用戶的電腦上才能運(yùn)行，而B/S架構(gòu)的客戶端是直接通過電腦的瀏覽器訪問的，能上網(wǎng)就可以直接使用。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，B/S架構(gòu)的軟件開發(fā)使用越來越廣泛。本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于Spring Boot和Vue進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)從邏輯系統(tǒng)體系上分成了四個(gè)層次，分別為“交互層”“業(yè)務(wù)邏輯控制層”“數(shù)據(jù)對(duì)象層”和“數(shù)據(jù)庫”。

1）交互層（表現(xiàn)層）

交互層主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)和用戶交互部分的實(shí)現(xiàn)，包括與用戶進(jìn)行交互的頁面及執(zhí)行操作的請(qǐng)求處理類。本系統(tǒng)的交互層采用基于Vue作為核心框架的 MVVM開發(fā)模式，是一套用于構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式框架，聲明式渲染和組件系統(tǒng)是Vue的核心庫所包含內(nèi)容。在頁面組件的實(shí)現(xiàn)中引入Element-ui組件庫，Element-ui是餓了么團(tuán)隊(duì)在Vue基礎(chǔ)上封裝的業(yè)務(wù)常用組件類庫，具體包括各種類型的按鈕，用于頁面布局的布局控件，常用的數(shù)據(jù)錄入組件比如日期選擇器、輸入框、單選框、多選框、級(jí)聯(lián)選擇框、上傳控件等，多樣的數(shù)據(jù)展示組件比如表格、時(shí)間軸、樹形控件、描述列表等。

2）業(yè)務(wù)邏輯控制層

構(gòu)建系統(tǒng)模塊所需的業(yè)務(wù)處理方法，交互層將調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯控制層的業(yè)務(wù)方法來完成業(yè)務(wù)操作。它是應(yīng)用的主體，它包括了應(yīng)用中全部的業(yè)務(wù)處理程序。業(yè)務(wù)邏輯控制層一方面起傳遞數(shù)據(jù)作用，一方面進(jìn)行強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理。該層還承擔(dān)安全性檢查的任務(wù)。該層本系統(tǒng)是基于Spring Boot開發(fā)。Spring Boot是一個(gè)簡化Spring開發(fā)的框架，用來監(jiān)護(hù)spring應(yīng)用開發(fā)，約定大于配置，去繁就簡，直接運(yùn)行就能創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的、產(chǎn)品級(jí)的應(yīng)用[3]。

3）數(shù)據(jù)持久層

使用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行對(duì)象/關(guān)系數(shù)據(jù)庫的映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)資源的封裝。對(duì)于數(shù)據(jù)持久層的開發(fā)，開發(fā)人員只面對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象或接口，不涉及底層數(shù)據(jù)庫的訪問。該層本系統(tǒng)是基于Mybatis開發(fā)。MyBatis框架主要包含DAO組件與SQL Map組件兩大類，MyBatis DAO組件的主要目標(biāo)是抽象化應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)訪問層和持久層的表示方式和位置，使它遠(yuǎn)離應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯。SQL Map組件是MyBatis Database Layer框架的重要組成部分，它使用簡單的XML配置文件將Java Bean、XML、Map映射成SQL語句，通過SQL語句的執(zhí)行獲得Java Bean、XML、Map等對(duì)象[4]。

4）數(shù)據(jù)庫

該層用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)。MySQL是一種開放源代碼的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS），MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用最常用的數(shù)據(jù)庫管理語言--結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理。選擇MySQL作為數(shù)據(jù)庫主要是由于開源免費(fèi)，而且在速度、可靠性和適應(yīng)性上面滿足本系統(tǒng)的需要[5]。

3.2 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括權(quán)重設(shè)置、指標(biāo)評(píng)分規(guī)則、爐況診斷及歷史數(shù)據(jù)分析4大部分。

其中權(quán)重設(shè)置是系統(tǒng)上線后根據(jù)鋼鐵廠的實(shí)際情況，對(duì)三級(jí)指標(biāo)層的39個(gè)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)層的5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重設(shè)置。該模塊會(huì)內(nèi)置權(quán)重校驗(yàn)，即輸入的值為數(shù)值型，同時(shí)滿足5個(gè)二級(jí)指標(biāo)層的權(quán)重和為1，每個(gè)二級(jí)指標(biāo)層對(duì)應(yīng)的三級(jí)指標(biāo)層的權(quán)重和為1，否則權(quán)重設(shè)置失敗，界面進(jìn)行彈框提示。

指標(biāo)評(píng)分規(guī)則也是系統(tǒng)上線后根據(jù)鋼鐵廠的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行標(biāo)定的，每個(gè)三級(jí)指標(biāo)都有評(píng)分規(guī)則，評(píng)分規(guī)則的范圍和段數(shù)不固定。該模塊要求評(píng)分規(guī)則的范圍內(nèi)的值需要連續(xù)。同時(shí)該模塊需要支持輸入三級(jí)指標(biāo)的數(shù)值能夠得到對(duì)應(yīng)的分值。

爐況診斷是該系統(tǒng)的核心模塊，主要包括兩大部分，第一部分為系統(tǒng)需要定時(shí)（比如1小時(shí)）讀取39個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，根據(jù)指標(biāo)的評(píng)分規(guī)則以及系統(tǒng)的權(quán)重設(shè)置對(duì)每個(gè)三級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)及一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行打分。第二部分為將爐況的指標(biāo)數(shù)據(jù)、得分情況展示在頁面上，供操作人員實(shí)時(shí)觀察，需要設(shè)計(jì)美觀，同時(shí)信息全面。

歷史數(shù)據(jù)分析主要是用來展示各個(gè)三級(jí)指標(biāo)層的計(jì)算值和得分以及二級(jí)指標(biāo)和一級(jí)指標(biāo)的得分。支持多維度查詢，比如支持指標(biāo)名稱的查詢、時(shí)間維度的查詢，支持歷史數(shù)據(jù)包括帶有圖片的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

4 基于SpringBoot+Vue的爐況評(píng)價(jià)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 整體實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前文的功能設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)創(chuàng)建了3張數(shù)據(jù)庫表，分別為權(quán)重表（diagnosis_furnace_weights）、評(píng)分規(guī)則表（diagnosis_furnace_rules）和評(píng)價(jià)表（diagnosis_furnace_evaluation）。其中權(quán)重表是用來保存指標(biāo)層的39個(gè)三級(jí)指標(biāo)權(quán)重和5個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重。評(píng)分規(guī)則表用來保存所有三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分規(guī)則，主要包含code（指標(biāo)編碼）、x_start（起點(diǎn)）、x_end（終點(diǎn)）、y_start（起點(diǎn)值）和y_end（終點(diǎn)值）這些字段信息。評(píng)價(jià)表中用來保存當(dāng)前時(shí)刻39個(gè)三級(jí)指標(biāo)的數(shù)值和得分、5個(gè)二級(jí)指標(biāo)的得分以及順行指數(shù)的得分。

在交互層即界面展示層，評(píng)價(jià)權(quán)重設(shè)置模塊主要通過element-ui中的布局組件（el-row、el-col）、輸入組件（el-input）和按鈕（el-button）實(shí)現(xiàn)。評(píng)分規(guī)則模塊主要通過element-ui中的表格（el-table）加表單（el-form）的方式實(shí)現(xiàn)。爐況診斷模塊主要通過原生的div、element-ui中的布局組件（el-row、el-col）和圖表控件echarts來實(shí)現(xiàn)，圖1為爐況診斷的界面展示圖。歷史數(shù)據(jù)分析模塊主要通過element-ui中的表格（el-table）和輸入框（el-input、el-select、el-date-picker等）實(shí)現(xiàn)。

4.2 關(guān)鍵功能的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)

1）三級(jí)指標(biāo)的得分實(shí)現(xiàn)

每個(gè)三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分規(guī)則會(huì)根據(jù)高爐的具體情況進(jìn)行設(shè)置，不是固定不變的。同時(shí)，設(shè)計(jì)的代碼需要具有通用性，即39個(gè)三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分使用同一個(gè)函數(shù)，而不是針對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通過分析，本文實(shí)現(xiàn)了getMark函數(shù)，該函數(shù)有兩個(gè)輸入?yún)?shù)分別為指標(biāo)名稱和指標(biāo)數(shù)值，返回double類型的結(jié)果。此函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)邏輯為：首先根據(jù)指標(biāo)名稱到評(píng)分規(guī)則表（diagnosis_furnace_rules）中查詢此指標(biāo)對(duì)應(yīng)的所有評(píng)分規(guī)則記錄，根據(jù)評(píng)分規(guī)則記錄確定出本指標(biāo)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。然后判斷輸入的指標(biāo)數(shù)值所在的區(qū)間，即如果輸入的指標(biāo)數(shù)值超出本指標(biāo)的終止點(diǎn)，則得分為終止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分值；如果輸入的指標(biāo)數(shù)值低于本指標(biāo)的起始點(diǎn)，則得分為起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分值，如果指標(biāo)數(shù)值在起始點(diǎn)和終止點(diǎn)之間，則需要利用指標(biāo)數(shù)值在x_start（起點(diǎn)）和x_end（終點(diǎn)）之間的條件再次查詢?cè)u(píng)分規(guī)則表得到具體的一條評(píng)分記錄，并將評(píng)分記錄的兩個(gè)點(diǎn)（x_start，y_start）和（x_end，y_end）帶入線性函數(shù)[y=kx+b]中求出參數(shù)k和b，最后根據(jù)指標(biāo)數(shù)值得到對(duì)應(yīng)的得分。

2）高爐順行狀態(tài)評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)

整個(gè)高爐順行狀態(tài)評(píng)價(jià)過程是在業(yè)務(wù)邏輯控制層通過定時(shí)任務(wù)實(shí)現(xiàn)的，即每隔1個(gè)小時(shí)對(duì)高爐順行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)一次。每次評(píng)價(jià)的具體過程為：首先讀取來自39個(gè)三級(jí)指標(biāo)的數(shù)值，并對(duì)這39個(gè)三級(jí)指標(biāo)調(diào)用getMark函數(shù)得到每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的得分。然后讀取權(quán)重表（diagnosis_furnace_weights），計(jì)算出39個(gè)三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分值，從而計(jì)算出5個(gè)二級(jí)指標(biāo)的得分，再分別乘以二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重得到二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分值，最后求出一級(jí)指標(biāo)的得分，并將三級(jí)指標(biāo)的數(shù)值、三級(jí)指標(biāo)的得分、二級(jí)指標(biāo)的得分和一級(jí)指標(biāo)的得分保存到評(píng)價(jià)表（diagnosis_furnace_evaluation）中。

3）爐況診斷的界面實(shí)現(xiàn)

爐況診斷界面（見圖1）除了使用Element-ui和echart組件外，每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的外圍框、斜線以及高爐圖片上的小圓點(diǎn)都是通過div加css樣式實(shí)現(xiàn)。首先是這三個(gè)元素的定位均是通過在父級(jí)div上設(shè)置樣式屬性display為fixed，自身設(shè)置樣式屬性position為relative實(shí)現(xiàn)。然后每個(gè)二級(jí)指標(biāo)外圍框的四個(gè)弧度角通過設(shè)置樣式屬性border-radius實(shí)現(xiàn)。其次每根斜線通過設(shè)置樣式屬性transform實(shí)現(xiàn)傾斜，通過設(shè)置樣式屬性top和left實(shí)現(xiàn)斜線的具體位置。最后高爐圖片上的小圓點(diǎn)是通過設(shè)置樣式屬性border-radius實(shí)現(xiàn)小圓點(diǎn)，通過設(shè)置樣式屬性top和left實(shí)現(xiàn)小圓點(diǎn)的具體位置。

5 結(jié)束語

本研究從裝料參數(shù)、送風(fēng)參數(shù)、氣流監(jiān)控、出鐵參數(shù)和爐體溫度五方面制定了39個(gè)高爐爐況評(píng)價(jià)指標(biāo)，并利用Spring Boot+Vue技術(shù)快速開發(fā)出一套爐況評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)在于：

1）可配置化的權(quán)重模型使其能適應(yīng)不同鋼鐵廠的實(shí)際情況；

2）評(píng)價(jià)規(guī)則可動(dòng)態(tài)設(shè)置使其評(píng)價(jià)更具有科學(xué)性；

3）友好的界面展示給操作人員提供很大的便利。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】