新材料行業(yè)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

戴錚 劉丹

針對(duì)新材料行業(yè)檢測(cè)資源分散、共享機(jī)制缺乏、檢測(cè)數(shù)據(jù)利用不足、實(shí)驗(yàn)室管理信息化程度低的問題，本文運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，結(jié)合“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+檢測(cè)”的思維，設(shè)計(jì)了新材料行業(yè)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了門戶展示、電商平臺(tái)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心、服務(wù)支撐、實(shí)驗(yàn)室管理、數(shù)據(jù)資源中心與大數(shù)據(jù)分析等功能，形成檢測(cè)資源匯聚、檢測(cè)能力共享、檢測(cè)數(shù)據(jù)挖掘、實(shí)驗(yàn)室信息化管理的新模式，有效提升了行業(yè)的市場(chǎng)化服務(wù)能力，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的新業(yè)態(tài)。

一、引言

隨著世界范圍內(nèi)制造業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)新材料的需求也日益增長(zhǎng)，新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。我國(guó)新材料檢測(cè)機(jī)構(gòu)數(shù)量眾多，但普遍規(guī)模小，檢測(cè)資源分布散、機(jī)構(gòu)檢測(cè)能力范圍相對(duì)較窄；新材料行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)檢測(cè)條件及設(shè)備不足，企業(yè)之間未形成檢測(cè)能力共享，缺乏共享機(jī)制；新材料行業(yè)積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)未得到充分的利用，數(shù)據(jù)價(jià)值未充分挖掘；檢測(cè)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室依賴傳統(tǒng)的方式進(jìn)行管理，信息化程度低，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。

隨著新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新材料檢測(cè)需求日益增多，整個(gè)行業(yè)需建立新材料行業(yè)服務(wù)平臺(tái)，以提升新材料檢測(cè)服務(wù)能力，滿足新材料研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的需求。本文創(chuàng)新性地從新材料行業(yè)服務(wù)平臺(tái)的總體架構(gòu)、平臺(tái)功能、系統(tǒng)部署三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)特性進(jìn)行了探討，為提升檢測(cè)能力和水平，解決新材料檢測(cè)的瓶頸和短板，促進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展提供支撐。

二、新材料行業(yè)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)的總體架構(gòu)

平臺(tái)整體由服務(wù)器端軟件、PC端軟件、移動(dòng)端軟件（IOS、Android）、微信小程序軟件共四部分組成，采用前后端分離的架構(gòu)設(shè)計(jì)，此架構(gòu)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的前后端解耦，提升平臺(tái)整體響應(yīng)速度，減少后端服務(wù)器的并發(fā)/負(fù)載壓力。

平臺(tái)采用高可用分布式微服務(wù)架構(gòu)，深度分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊，其中服務(wù)端軟件通過Restful接口為PC端、移動(dòng)端以及微信小程序提供相應(yīng)服務(wù)，同時(shí)服務(wù)端應(yīng)深度分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊，進(jìn)行微服務(wù)的合理劃分和管理。每個(gè)服務(wù)都有自己的處理和輕量通訊機(jī)制，可以部署在單個(gè)或多個(gè)服務(wù)器上。

平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)遵循云+端的模式，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、接入層以及消費(fèi)層。

如圖1所示，數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)庫(kù)以及大數(shù)據(jù)相關(guān)組件。該層提供數(shù)據(jù)管理等服務(wù)。

服務(wù)層是平臺(tái)的核心，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的全部業(yè)務(wù)功能邏輯。主要包括供需對(duì)接服務(wù)、檢測(cè)流程服務(wù)、實(shí)驗(yàn)室入駐服務(wù)、權(quán)限管理服務(wù)、聯(lián)盟管理服務(wù)、會(huì)員管理服務(wù)、云實(shí)驗(yàn)室管理以及其它服務(wù)。

接入層是接入用戶請(qǐng)求的服務(wù)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)負(fù)載均衡。

消費(fèi)層是連接用戶與平臺(tái)的紐帶，包括APP、微信等移動(dòng)端、平臺(tái)前端、企業(yè)系統(tǒng)前端等豐富的服務(wù)展現(xiàn)形式。用戶不管是用計(jì)算機(jī)還是用手機(jī)等智能終端，都可以與平臺(tái)進(jìn)行隨時(shí)隨地的交互，獲取平臺(tái)所提供的服務(wù)。

（二）平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

1.平臺(tái)門戶

作為PC用戶端的子系統(tǒng)，平臺(tái)門戶主要提供資訊展示、合作洽談、廣告位管理、搜索、鏈接、幫助中心等功能，同時(shí)門戶提供檢測(cè)、咨詢和培訓(xùn)服務(wù)的入口。

2.電商平臺(tái)

電商平臺(tái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、商品銷售、培訓(xùn)、認(rèn)證、咨詢、仿真、失效分析等多種服務(wù)的線上交易，同時(shí)匯聚檢測(cè)設(shè)備資源和檢測(cè)專家資源，提供設(shè)備共享和專家在線咨詢服務(wù)，支持客戶在線下單、在線訂單跟蹤、在線支付、在線報(bào)告查詢、售后客服等功能。

電商平臺(tái)是多用戶電商平臺(tái)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)用戶可入駐平臺(tái)，管理自己的商品、設(shè)備，對(duì)其屬性進(jìn)行管理、如上架、下架。

平臺(tái)可靈活設(shè)置結(jié)算方式，既支持平臺(tái)統(tǒng)一結(jié)算，也可商戶單獨(dú)結(jié)算。同時(shí)具備線上交易支付、線下結(jié)算等多種支付方式。

電商平臺(tái)從產(chǎn)品與服務(wù)角度區(qū)分為業(yè)務(wù)服務(wù)中心、商品銷售中心、專家服務(wù)中心。

3.新材料大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心

聚集新材料行業(yè)客戶信息、服務(wù)機(jī)構(gòu)信息、產(chǎn)品認(rèn)證庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、報(bào)告庫(kù)等海量行業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和交易數(shù)據(jù)，打造新材料大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心，通過大數(shù)據(jù)整合分析，借助最新的分析技術(shù)，形成大數(shù)據(jù)看板。為企業(yè)提供權(quán)威行業(yè)發(fā)展、生產(chǎn)研發(fā)、運(yùn)營(yíng)管理、營(yíng)銷推廣等方面的數(shù)據(jù)支持，并服務(wù)于政府監(jiān)管、行業(yè)協(xié)同、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、業(yè)務(wù)發(fā)展、產(chǎn)品改進(jìn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，推進(jìn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的管理向數(shù)字化、智能化提升。新材料大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心數(shù)據(jù)處理過程如圖2所示。

4.服務(wù)支撐中心

通過平臺(tái)整合檢測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈資源，包括設(shè)備供應(yīng)商、行業(yè)專家?guī)?、檢測(cè)指標(biāo)庫(kù)、檢測(cè)服務(wù)知識(shí)庫(kù)等相關(guān)資源，為檢測(cè)業(yè)務(wù)和生產(chǎn)服務(wù)提供支撐能力。將過程信息沉淀為知識(shí)庫(kù)共享給下游檢測(cè)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)能力最大化復(fù)用。

5.實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)

平臺(tái)提供完備的實(shí)驗(yàn)室管理體系支撐，將實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)操作流程、方法、設(shè)備使用規(guī)定等數(shù)據(jù)化，并及時(shí)更新，提供提醒流程，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)和方法的管理作用。

圍繞檢測(cè)業(yè)務(wù)能力，沉淀樣品、人員、設(shè)備、倉(cāng)庫(kù)、文件等相關(guān)數(shù)據(jù)，形成實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的資源控制能力。

6.數(shù)據(jù)資源中心與大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

數(shù)據(jù)資源中心是平臺(tái)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心，為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，同時(shí)承載數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的功能。通過數(shù)據(jù)資源中心對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)向應(yīng)用層的數(shù)據(jù)開放，對(duì)外實(shí)現(xiàn)與主中心、其他行業(yè)中心、下游檢測(cè)機(jī)構(gòu)之間的信息共享、流通。

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)銷、用戶行為預(yù)測(cè)、潛在用戶挖掘、生產(chǎn)指導(dǎo)、科學(xué)決策支撐等目標(biāo)，通過大數(shù)據(jù)服務(wù)，借助最新的分析技術(shù)和圖形化手段，將平臺(tái)運(yùn)營(yíng)積累的海量的行業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和交易數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，挖掘出傳統(tǒng)研究方式無(wú)法獲取的信息，為國(guó)家制定行業(yè)發(fā)展規(guī)劃等相關(guān)政策提供參考依據(jù)。

（三）系統(tǒng)部署

平臺(tái)基于微服務(wù)架構(gòu)搭建，使用云端集群部署方式，云端集群部署與監(jiān)控可提供云操作系統(tǒng)和上層應(yīng)用服務(wù)的部署及業(yè)務(wù)增長(zhǎng)后的系統(tǒng)配置升級(jí)管理。

云端集群部署：支持自動(dòng)化的安裝部署。主要功能包括：服務(wù)安裝、服務(wù)升級(jí)、主機(jī)升級(jí)、遠(yuǎn)程部署、遠(yuǎn)程維護(hù)。

運(yùn)行監(jiān)控：可以查看集群的整體運(yùn)行狀況。包括主機(jī)、服務(wù)等資源的數(shù)量、在線情況、運(yùn)行負(fù)載情況以及告警信息。同時(shí)監(jiān)控平臺(tái)各組件運(yùn)行狀態(tài)、硬件資源占用情況等，被監(jiān)控對(duì)象出現(xiàn)異常情況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出告警通知。

三、關(guān)鍵技術(shù)

（一）統(tǒng)一鑒權(quán)認(rèn)證技術(shù)

分布式系統(tǒng)的每個(gè)服務(wù)都會(huì)有認(rèn)證需求，如果每個(gè)服務(wù)都實(shí)現(xiàn) 套認(rèn)證邏輯會(huì) 常冗余，考慮分布式系統(tǒng)共享性的特點(diǎn)，需要由獨(dú) 的認(rèn)證服務(wù)處理系統(tǒng)認(rèn)證的請(qǐng)求。

采用OAuth2+JWT實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一鑒權(quán)認(rèn)證，引 個(gè)認(rèn)證授權(quán)層，認(rèn)證授權(quán)層連接資源擁有者，在授權(quán)層 ，資源擁有者可以給其他服務(wù)應(yīng) 授權(quán)訪問，令牌采 JWT格式，JWT令牌中包括 戶相關(guān)的信息，客戶端只需要攜帶JWT訪問資源服務(wù)，資源服務(wù)根據(jù)事先約定的算法 完成令牌校驗(yàn)， 需每次都請(qǐng)求認(rèn)證服務(wù)完成授權(quán)。

（二）分布式微服務(wù)架構(gòu)

采用Spring Cloud框架，通過Eureka進(jìn)行服務(wù)注冊(cè)發(fā)現(xiàn)、Hystrix監(jiān)控服務(wù)調(diào)用進(jìn)行熔斷保護(hù)、Config進(jìn)行統(tǒng)一配置服務(wù)、采用Zuul進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)、使用Sleuth、Zipkin記錄請(qǐng)求數(shù)據(jù)、鏈路跟蹤進(jìn)行服務(wù)跟蹤。采用微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)自底向上開展實(shí)施、細(xì)粒度服務(wù)劃分、獨(dú)立部署的服務(wù)、簡(jiǎn)單的服務(wù)集成。通過前后端分離技術(shù)減少后端服務(wù)器的并發(fā)/負(fù)載壓力，增加代碼的維護(hù)性&易讀性，提供前端組件代碼復(fù)用率，提升開發(fā)效率。

當(dāng)平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，通過添加與現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)功能相同的新節(jié)點(diǎn)，在所有節(jié)點(diǎn)之間重新分配負(fù)載，可以橫向擴(kuò)展或向外擴(kuò)展。還可通過向負(fù)載平衡網(wǎng)絡(luò)中添加更多的服務(wù)器來擴(kuò)展，以便傳入的請(qǐng)求可以分布在所有服務(wù)器中。

四、平臺(tái)特性

（一）先進(jìn)性

平臺(tái)采用Spring Cloud 框架，通過Eureka進(jìn)行服務(wù)注冊(cè)發(fā)現(xiàn)、Hystrix監(jiān)控服務(wù)調(diào)用進(jìn)行熔斷保護(hù)、Config進(jìn)行統(tǒng)一配置服務(wù)、采用Zuul進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)、使用Sleuth、Zipkin記錄請(qǐng)求數(shù)據(jù)、鏈路跟蹤進(jìn)行服務(wù)跟蹤。

采用微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)自底向上開展實(shí)施、細(xì)粒度服務(wù)劃分、獨(dú)立部署的服務(wù)、簡(jiǎn)單的服務(wù)集成。

通過前后端分離技術(shù)減少后端服務(wù)器的并發(fā)/負(fù)載壓力，增加代碼的維護(hù)性&易讀性，提供前端組件代碼復(fù)用率，提升開發(fā)效率。

（二）可用性

平臺(tái)基于微服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，使用Spring Cloud框架進(jìn)行分布式開發(fā)，Spring Cloud可方便快速的將微服務(wù)有效管理起來，并提供了包括負(fù)載均衡、全鏈路監(jiān)控、服務(wù)網(wǎng)關(guān)以及眾多基于Netflix的工具來確保平臺(tái)的高可用性實(shí)現(xiàn)。

（三）擴(kuò)展性

平臺(tái)基于微服務(wù)架構(gòu)建設(shè)，微服務(wù)具備極強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，通過添加與現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)功能相同的新節(jié)點(diǎn)，在所有節(jié)點(diǎn)之間重新分配負(fù)載，可以橫向擴(kuò)展或向外擴(kuò)展。還可通過向負(fù)載平衡網(wǎng)絡(luò)中添加更多的服務(wù)器來擴(kuò)展，以便傳入的請(qǐng)求可以分布在所有服務(wù)器中。

（四）可移植性

平臺(tái)采用Java語(yǔ)言開發(fā)，可提供以下移植性特點(diǎn)：

1.源代碼可移植：平臺(tái)基于Java開發(fā)，不論運(yùn)行在何種CPU、操作系統(tǒng)或Java編譯器上，都將產(chǎn)生同樣的結(jié)果。

2.CPU可移植性：Java編譯器產(chǎn)生的目標(biāo)代碼針對(duì)Java虛擬機(jī)運(yùn)行，能掩蓋不同CPU之間的差別，使平臺(tái)運(yùn)行于任何具有Java虛擬機(jī)的機(jī)器上。

3.操作系統(tǒng)可移植性：Java采用了與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)的庫(kù)函數(shù)，庫(kù)函數(shù)對(duì)操作系統(tǒng)功能的調(diào)用由不同的虛擬機(jī)完成，從而達(dá)到平臺(tái)可在不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行。

同時(shí)采用Mybatis ORM數(shù)據(jù)庫(kù)框架，支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)的連接與訪問。

（五）安全性

1.通過云防火墻防止服務(wù)器被惡意攻擊；

2.對(duì)客戶數(shù)據(jù)采用分布式管理方法提高數(shù)據(jù)安全性；

3.對(duì)服務(wù)器數(shù)據(jù)制定了定期備份機(jī)制；

4.對(duì)平臺(tái)訪問人員，根據(jù)職責(zé)完成了權(quán)限分配；

5.對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用MD5、RSA、SHA1加密方式進(jìn)行傳輸；

6.針對(duì)云服務(wù)器使用專業(yè)主機(jī)安全防控，可進(jìn)行入侵檢測(cè)和漏洞檢測(cè)，入侵檢測(cè)支持木馬文件查殺、登錄行為審計(jì)、密碼破解檢測(cè)等，漏洞檢測(cè)支持系統(tǒng)組件漏洞檢測(cè)、Web 組件漏洞檢測(cè)、安全基線檢測(cè)；

7.針對(duì)多端應(yīng)用及微服務(wù)，采用統(tǒng)一安全認(rèn)證和授權(quán)服務(wù)進(jìn)行管控。

五、結(jié)語(yǔ)

本文創(chuàng)新性地建立了一套基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、微服務(wù)架構(gòu)研發(fā)的行業(yè)數(shù)字化平臺(tái)。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)門戶展示、電商平臺(tái)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心、服務(wù)支撐、實(shí)驗(yàn)室管理、數(shù)據(jù)資源中心與大數(shù)據(jù)分析等功能，為新材料行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合打造“信息互通、資源共享、能力協(xié)同、開放合作、互利共贏”的新材料行業(yè)新生態(tài)。

作者單位：湖南航天天麓新材料檢測(cè)有限責(zé)任公司