一種省級(jí)電梯質(zhì)量全生命周期追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄒山青

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

1 引言

電梯屬于特種設(shè)備范疇，是公共安全管理的重點(diǎn)，其安全運(yùn)行在很大程度上影響著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程步伐加快，我國(guó)電梯保有量迅速增長(zhǎng)，電梯使用愈加頻繁，電梯使用帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)日益受到社會(huì)各方面的關(guān)注，對(duì)現(xiàn)有電梯安全監(jiān)管模式提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[2]。為了加強(qiáng)電梯的安全管理，國(guó)務(wù)院辦公廳在國(guó)辦發(fā)〔2015〕95號(hào)中要求開展電梯追溯體系建設(shè)。

國(guó)內(nèi)已有學(xué)者開展了電梯監(jiān)管、檢驗(yàn)、生產(chǎn)等模式數(shù)據(jù)共享、追溯及安全評(píng)價(jià)方面的研究。李剛研究了電梯的整機(jī)性能與各部件間的關(guān)系[3]，潘健鴻研究了機(jī)電類特種設(shè)備檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)還研究了監(jiān)管與檢驗(yàn)間數(shù)據(jù)共享與一致性應(yīng)用[4][5]，李濤研究了一種電梯追溯子系統(tǒng)的客戶端、后臺(tái)與存儲(chǔ)技術(shù)[6]，王劍研究了基于標(biāo)準(zhǔn)化的電梯零部件追溯管理[7]。這些研究為電梯故障分析、監(jiān)管、追溯等方面提出了建設(shè)性建議，但還存在著電梯質(zhì)量追溯信息化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)頂層設(shè)計(jì)缺失、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，電梯質(zhì)量追溯體系的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)無疑是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的研究。

2 總體方案

追溯體系建設(shè)歸根到底就是全生命周期的信息系統(tǒng)建設(shè)，電梯質(zhì)量全生命周期追溯系統(tǒng)建設(shè)的核心是采集生產(chǎn)、使用、檢驗(yàn)等各環(huán)節(jié)信息，實(shí)現(xiàn)來源可查、去向可追、責(zé)任可究。如圖1所示，電梯的制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、檢驗(yàn)對(duì)電梯安全的影響重大，各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)價(jià)值巨大，對(duì)安全質(zhì)量的追溯起著至關(guān)重要的作用。

省級(jí)電梯安全監(jiān)管部門可對(duì)從制造到報(bào)廢的電梯質(zhì)量全生命周期進(jìn)行分級(jí)安全監(jiān)管，電梯質(zhì)量追溯最重要的環(huán)節(jié)為：制造、安裝、維保，主要抓手為檢驗(yàn)，因此一部省級(jí)電梯質(zhì)量全生命周期追溯系統(tǒng)應(yīng)包括四個(gè)部分：基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)及硬件、數(shù)據(jù)集群、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享交換接口，如圖2所示。

圖1 電梯全生命周期環(huán)節(jié)示意圖

圖2 省級(jí)電梯質(zhì)量追溯系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

電梯質(zhì)量全生命周期追溯管理模式與展現(xiàn)模式依靠應(yīng)用系統(tǒng)完成，應(yīng)用系統(tǒng)可分為：電梯追溯信息管理系統(tǒng)、電梯公眾信息追溯查詢系統(tǒng)兩類。電梯追溯信息管理系統(tǒng)為特種設(shè)備生產(chǎn)單位提供數(shù)據(jù)管理功能，用戶對(duì)象為設(shè)計(jì)單位、制造單位、安裝單位、維修改造單位、使用單位、維護(hù)保養(yǎng)單位、檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)，通過填報(bào)或數(shù)據(jù)對(duì)接等方式向數(shù)據(jù)集提供與電梯有關(guān)的可追溯信息。電梯公眾信息追溯查詢系統(tǒng)為社會(huì)公眾提供特種設(shè)備追溯信息查詢的窗口，面向社會(huì)公眾提供追溯信息一站式查詢服務(wù)。

整體上，省級(jí)電梯質(zhì)量全生命周期追溯系統(tǒng)通過與省級(jí)特種設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)管平臺(tái)、電梯使用過程信息平臺(tái)（如電梯物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)）、國(guó)家級(jí)電梯制造信息平臺(tái)等建立數(shù)據(jù)共享、采集機(jī)制，獲取電梯的制造、安裝、監(jiān)察、檢驗(yàn)、維保、運(yùn)行等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)追溯。

3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)

電梯數(shù)據(jù)可分為設(shè)備主題域、單位（機(jī)構(gòu)）主題域、人員主題域、檢驗(yàn)檢測(cè)主題域、維保信息主題域、大修改造主題域、基礎(chǔ)支撐信息主題域共7個(gè)數(shù)據(jù)主題域，如圖3所示。

圖3 電梯數(shù)據(jù)主題域結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備主題域信息包含設(shè)備基本信息、設(shè)備參數(shù)信息、主要部件信息、采集裝置信息、設(shè)備使用信息、設(shè)備設(shè)計(jì)信息、設(shè)備制造信息、設(shè)備施工信息、設(shè)備維保信息、設(shè)備檢驗(yàn)信息、設(shè)備信息變更記錄等數(shù)據(jù)。

單位（機(jī)構(gòu)）主題域信息包含安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)信息、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)信息、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)許可信息、使用單位信息、生產(chǎn)單位基礎(chǔ)信息、生產(chǎn)單位許可信息、行業(yè)單位信息、單位部門組織信息、單位信息變更記錄等數(shù)據(jù)。

人員主題域信息包含安全監(jiān)察人員、檢驗(yàn)檢測(cè)人員、維保單位人員、使用單位安全管理員、設(shè)備作業(yè)人員、人員信息變更記錄等數(shù)據(jù)。

檢驗(yàn)檢測(cè)主題域包含設(shè)備檢驗(yàn)記錄、設(shè)備檢驗(yàn)流程流轉(zhuǎn)記錄、檢驗(yàn)報(bào)告記錄等數(shù)據(jù)。

維保信息主題域包含維保項(xiàng)目、維保合同、維保記錄、維保零部件信息、維保大修信息等數(shù)據(jù)。

大修改造信息主題域包含設(shè)備代碼、故障發(fā)生時(shí)間、大修改造發(fā)生時(shí)間、大修改造單位等數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)支撐信息主題域包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、分析模型等元數(shù)據(jù)和地理信息、客觀標(biāo)識(shí)、代碼字典等公共數(shù)據(jù)。

根據(jù)不同主題域數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)備主題域、單位（機(jī)構(gòu)）主題域、人員主題域均為結(jié)構(gòu)化關(guān)系型數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)檢測(cè)主題域、維保信息主題域、大修改造主題域、基礎(chǔ)支撐信息主題域?yàn)榛旌闲蛿?shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)設(shè)計(jì)

在跨平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸中，為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，要對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵信息進(jìn)行校驗(yàn)。需校驗(yàn)的數(shù)據(jù)主要包含基礎(chǔ)信息、技術(shù)參數(shù)關(guān)鍵信息?；A(chǔ)信息中出廠編號(hào)、設(shè)備型號(hào)、制造單位，三者聯(lián)合可確定電梯設(shè)備唯一性。技術(shù)參數(shù)關(guān)鍵信息確定電梯核心運(yùn)行參數(shù)，包括層、站、速度。針對(duì)數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)，筆者設(shè)計(jì)了關(guān)鍵字段配置信息表，根據(jù)數(shù)據(jù)表、名稱、傳輸類型進(jìn)行配置，在接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行校驗(yàn)，關(guān)鍵信息不一致的，返回對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤編碼。其Pseudocode描述如下：

Begin：（校驗(yàn)開始）；

Input 傳輸數(shù)據(jù) as 數(shù)組A；

Find A[0] 獲得傳輸數(shù)據(jù)類型信息；

Search配置表read A[0]對(duì)應(yīng)的配置as數(shù)組B；

遍歷A比對(duì)數(shù)據(jù)名稱in B,成立則寫入數(shù)組C；

Search已存數(shù)據(jù)Find與C條件一致的數(shù)據(jù)值,不存在則返回錯(cuò)誤；

A 覆蓋已存數(shù)據(jù)；

End（校驗(yàn)結(jié)束）。

4 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式

4.1 實(shí)現(xiàn)技術(shù)架構(gòu)

作為跨主體多用戶的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)上以采用B/S模式為最佳。筆者采用主流J2EE技術(shù)架構(gòu)，使用Java語言、Web前端框架技術(shù)、RDBMS結(jié)合HDFS實(shí)現(xiàn)了本應(yīng)用，并將應(yīng)用部署于Tomcat集群上。整體技術(shù)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)架構(gòu)圖

4.2 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

4.2.1 電梯檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告?zhèn)鬏斉c展現(xiàn)

電梯檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告是電梯質(zhì)量證明和使用的依據(jù)，也是監(jiān)督檢測(cè)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的主要依據(jù)。在本追溯系統(tǒng)中，制定了電梯檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，外省或其他檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告信息的傳輸。本追溯系統(tǒng)中省級(jí)特種設(shè)備監(jiān)察平臺(tái)已通過數(shù)據(jù)共享從省級(jí)檢驗(yàn)系統(tǒng)中獲取了檢驗(yàn)信息，并可通過HDFS文件共享系統(tǒng)進(jìn)行電子檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告的在線查看，電子檢驗(yàn)監(jiān)察報(bào)告經(jīng)過電子簽證，可用于驗(yàn)證紙質(zhì)報(bào)告的有效性。

筆者應(yīng)用Restful模式的http協(xié)議進(jìn)行電梯檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告?zhèn)鬏敚娞輽z驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告采用JSON格式方式存儲(chǔ)，下文列出JSON格式片段。

4.2.2 集群應(yīng)用模式

應(yīng)用服務(wù)主要運(yùn)行后臺(tái)服務(wù)程序，進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、處理以及提供應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)的設(shè)計(jì)應(yīng)通過集群技術(shù)保障系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，通過負(fù)載均衡技術(shù)保障系統(tǒng)的負(fù)載以及工作站并發(fā)數(shù)等性能指標(biāo)要求。

應(yīng)用服務(wù)集群系統(tǒng)由多臺(tái)（至少二臺(tái)）擁有共享命名空間信息、中間件存儲(chǔ)和運(yùn)行信息、消息總線信息等信息的應(yīng)用服務(wù)虛擬機(jī)組成。各應(yīng)用虛擬機(jī)由其中的域服務(wù)器統(tǒng)一管理，各節(jié)點(diǎn)中的信息可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)相互復(fù)制。

應(yīng)用服務(wù)集群內(nèi)各節(jié)點(diǎn)虛擬機(jī)通過公共局域網(wǎng)相互通訊。節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，該節(jié)點(diǎn)所運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)、分析、處理以及提供應(yīng)用的服務(wù)，將被另一節(jié)點(diǎn)自動(dòng)接管，而不會(huì)造成信息丟失和信息中斷的情況，也不會(huì)造成用戶訪問的意外中斷。

應(yīng)用服務(wù)集群可通過應(yīng)用虛擬機(jī)中間件和消息服務(wù)中間件的集群功能實(shí)現(xiàn)，也可通過應(yīng)用本身的任務(wù)分配調(diào)度機(jī)制和各任務(wù)之間的消息通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

4.2.3 讀寫分離與緩存應(yīng)用

電梯質(zhì)量全生命周期追溯數(shù)據(jù)來源廣，系統(tǒng)間接口多，對(duì)數(shù)據(jù)集合的壓力也很大，單純對(duì)RDBMS或者SQL的基本優(yōu)化無法達(dá)到良好的效果。筆者采用了讀寫分離與緩存結(jié)合的應(yīng)用技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本應(yīng)用。

所有數(shù)據(jù)集合均為主從或分布式數(shù)據(jù)集合，采用動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡方式對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行劃分，主數(shù)據(jù)集合負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入操作，從數(shù)據(jù)集合提供讀取操作。

緩存應(yīng)用方面存在較大的困難。電梯質(zhì)量追溯應(yīng)用中存在使用頻率較高但數(shù)據(jù)量較小的頻繁讀取操作的數(shù)據(jù)（如：編碼、安全配置獲取等場(chǎng)景），若不對(duì)此類讀取進(jìn)行優(yōu)化，極易造成數(shù)據(jù)讀取瓶頸。筆者在應(yīng)用服務(wù)集群上采用了內(nèi)存緩存技術(shù)，對(duì)于實(shí)時(shí)訪問的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過分布式集群緩存，可以非常簡(jiǎn)單地調(diào)用Get方法取得該對(duì)象，并且由于分布式集群緩存本身的冗余機(jī)制使得任何一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的失敗都不會(huì)影響到該對(duì)象的丟失。此舉雖增加了應(yīng)用服務(wù)集群的內(nèi)存消耗，但極大減少了應(yīng)用的I/O操作，提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能，僅需在內(nèi)存使用率達(dá)到75%時(shí)采用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)管控緩存大小，即可避免內(nèi)存不足現(xiàn)象。筆者在應(yīng)用內(nèi)存緩存技術(shù)前，采用單機(jī)測(cè)試了多線程直接訪問RDBMS及訪問內(nèi)存緩存的響應(yīng)的每秒操作數(shù)，如圖6所示，在測(cè)試服務(wù)器配置下4線程時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)RDBMS。

圖6 傳統(tǒng)AQ與Redis性能對(duì)比圖

4 結(jié)論

筆者所述電梯質(zhì)量全生命周期追溯系統(tǒng)充分依托互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，通過各種數(shù)據(jù)采集機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電梯數(shù)據(jù)采集和追溯查詢，豐富監(jiān)管手段，提高監(jiān)管水平。同時(shí)，系統(tǒng)充分考慮到業(yè)務(wù)變化和功能擴(kuò)展的實(shí)際需求，注重開放性、兼容性和可擴(kuò)展性，與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接，滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要。

文中旨在充分利用現(xiàn)有信息化資源的基礎(chǔ)上，建設(shè)一個(gè)以電梯為主體的涵蓋全省電梯信息數(shù)據(jù)的服務(wù)平臺(tái)。以技術(shù)支撐創(chuàng)新為基礎(chǔ)：采用云計(jì)算技術(shù)建設(shè)平臺(tái)支撐，不斷收集完善電梯從制造到報(bào)廢全生命周期的信息數(shù)據(jù)，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)門戶網(wǎng)站等面向公眾的電梯安全質(zhì)量信息追溯查詢應(yīng)用，查詢電梯設(shè)備多種信息，提高社會(huì)滿意度。