基于微服務(wù)架構(gòu)的油氣管道設(shè)備設(shè)施失效分析智慧系統(tǒng)

在復(fù)雜載荷和復(fù)雜環(huán)境的共同作用下， 服役油氣管道設(shè)備設(shè)施會逐漸產(chǎn)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(jīng)濟損失和不良社會影響

。 對失效件的分析是一個復(fù)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(shù)， 而且從大量測試數(shù)據(jù)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(jīng)驗積累。 因此， 對以往案例數(shù)據(jù)和失效分析領(lǐng)域的經(jīng)驗知識的積累就顯得尤為重要。

近年來， 許多企事業(yè)單位先后針對各自的業(yè)務(wù)領(lǐng)域開發(fā)了相應(yīng)的失效分析數(shù)據(jù)庫。 例如， 航空材料院、 機械科學(xué)研究院以及鐵道研究院等形成了機械產(chǎn)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(chǔ)條件平臺項目“全國分析測試中心協(xié)作平臺及應(yīng)急分析測試系統(tǒng)的建立” 開發(fā)的金屬材料失效引發(fā)重大事故案例的數(shù)據(jù)庫

。 國內(nèi)現(xiàn)有的失效案例庫多以全文瀏覽為主， 或結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息量不夠， 且圍繞失效分析業(yè)務(wù)擴展的應(yīng)用功能不足。 此外，開發(fā)的軟件系統(tǒng)可拓展性欠缺， 無法滿足后期快速維護或開發(fā)新功能的需求。 為了加強對油氣管道設(shè)備設(shè)施領(lǐng)域失效案例的統(tǒng)計查詢、 分析管理，同時讓技術(shù)分析人員做到知識共享及分析診斷經(jīng)驗標準化， 開發(fā)了基于微服務(wù)架構(gòu)的油氣管道設(shè)備設(shè)施失效分析智慧系統(tǒng)

。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

為確保系統(tǒng)具有良好的延伸性、 擴展性、 安全性和先進性， 依據(jù)“頂層設(shè)計、 統(tǒng)一規(guī)劃、 整合共享” 原則， 本系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計參考主流云技術(shù)、微服務(wù)開發(fā)、 DevOps 理念等前沿技術(shù)， 實現(xiàn)傳統(tǒng)集中式架構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)向分布式轉(zhuǎn)型， 打造大規(guī)模、高可用、 體驗聚合的云應(yīng)用， 實現(xiàn)應(yīng)用輕松上云、業(yè)務(wù)快速創(chuàng)新。 總體架構(gòu)分為四層結(jié)構(gòu)加雙中臺，其中四層結(jié)構(gòu)包括IaaS 層、 PaaS 層、 應(yīng)用層和訪問層， 雙中臺即數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務(wù)中臺。 數(shù)據(jù)中臺旨在通過大數(shù)據(jù)平臺， 開發(fā)大數(shù)據(jù)通用業(yè)務(wù)組件， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲服務(wù)、 數(shù)據(jù)分析預(yù)測服務(wù)、 數(shù)據(jù)治理服務(wù)等6 大服務(wù)能力， 為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析和智能預(yù)測能力， 打造業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成共享中心。 業(yè)務(wù)中臺旨在通過多種接口集成的方式使業(yè)務(wù)功能聚集， 將系統(tǒng)的通用業(yè)務(wù)功能進行整合和拆分， 形成公共組件服務(wù)， 不僅能夠支撐本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用， 并且在今后的系統(tǒng)建設(shè)中實現(xiàn)組件復(fù)用， 減少重復(fù)建設(shè)， 實現(xiàn)各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的上層集成管理。

（3）進一步推動企業(yè)加大研發(fā)投資力度。研發(fā)經(jīng)費的絕對投入是企業(yè)有效創(chuàng)新的重要保障。應(yīng)采取各種措施鼓勵企業(yè)投資研發(fā)活動，尤其是需求導(dǎo)向的、開展行業(yè)關(guān)鍵共性問題的應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和技術(shù)開發(fā)，提高企業(yè)自身乃至整個行業(yè)的技術(shù)水平和國際競爭力。

2 系統(tǒng)功能的設(shè)計

油氣管道設(shè)備設(shè)施失效分析智慧系統(tǒng)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(xiàn)對系統(tǒng)用戶的管理，包括對用戶的增加、 刪除、 修改以及對用戶權(quán)限的管理。 系統(tǒng)用戶分為管理員、 內(nèi)部用戶和外部用戶， 各類用戶擁有不同的權(quán)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(shù)人員的工作效率。

邁凱倫720S在儲物空間方面的表現(xiàn)同樣優(yōu)秀，前150升、后210升的儲物空間對一輛中置發(fā)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(qū)擁堵的車流中也不會產(chǎn)生任何違和感，這一點在我的親身經(jīng)歷中得到了驗證。出色的視野、動靜有致的輸出性格，發(fā)動機和變速箱之間的協(xié)調(diào)配合以及其優(yōu)雅的造型氣質(zhì)，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(xiàn)案例檢索閱讀和案例統(tǒng)計分析兩大功能， 案例來源為公開文獻、技術(shù)資料以及中海油油氣管道設(shè)備設(shè)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(tǒng)計分析對條件的細分， 對本系統(tǒng)中針對每個失效案例進行了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化， 形成了包括失效件類別、 服役起止時間、 失效位置、 數(shù)據(jù)來源等35 個關(guān)鍵字段的案例精華

， 案例結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)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(jù)用戶權(quán)限可實現(xiàn)全文瀏覽。 此外，案例統(tǒng)計分析針對不同的數(shù)據(jù)來源進行了差異化設(shè)計， 對于公開文獻、 技術(shù)資料的數(shù)據(jù)， 支持按失效類別、 材質(zhì)類型進行失效原因的統(tǒng)計； 對于中海油油氣管道設(shè)備設(shè)施失效分析項目的數(shù)據(jù)，以作業(yè)公司為單位， 支持失效類別、 材質(zhì)類型、 失效位置、 失效原因、 服役時間等5 個維度的統(tǒng)計分析， 便于管理者的精細化管理， 為輔助決策提供數(shù)據(jù)支撐。 基于生產(chǎn)項目的數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖2 所示。

技能提升模塊可實現(xiàn)基于失效分析領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)知識微課精講在線學(xué)習(xí)， 同時提供失效分析、腐蝕防護等行業(yè)大會資料， 供用戶學(xué)習(xí)參考。

系統(tǒng)采用Java 開發(fā)編程語言， 在基于微服務(wù)架構(gòu)的開發(fā)框架基礎(chǔ)上， 選用Spring Cloud 微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)開發(fā)， 用微服務(wù)拆分技術(shù)對業(yè)務(wù)進行拆分， 并且根據(jù)敏捷開發(fā)交付、 統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)運維、 融合架構(gòu)應(yīng)用管理等先進建設(shè)理念， 形成可持續(xù)交付的軟件產(chǎn)品， 實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的高性能、 高可靠要求。

失效分析智能診斷模塊主要實現(xiàn)對油氣管道設(shè)備設(shè)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(shè)置及失效分析判定規(guī)則示例見表2～表3。 通過對專業(yè)知識的深入研究，同時結(jié)合失效分析專家的經(jīng)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(guī)則 （65 條）， 并基于層次分析法設(shè)定失效規(guī)則判定因素的權(quán)重。 考慮到知識和經(jīng)驗的不斷更新， 失效分析智能診斷模塊支持對判定規(guī)則的增加、 刪除、 修改。

在本系統(tǒng)中， 整體采用B/S 架構(gòu)的服務(wù)器模式， 瀏覽器可通過Web Server 同數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)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(tǒng)開發(fā)。 前端開發(fā)的框架為Vue+，UI 框架采用Element-UI， 進行客戶端開發(fā)， 可通過瀏覽器進行訪問； 后端開發(fā)框架為基于Spring Cloud 的自研框架， 采用Java 語言開發(fā)，可通過獨立服務(wù)進行部署。

可以發(fā)現(xiàn)， 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(shù)值模擬的方式說明ΔF的變化趨勢。在Matlab軟件中，為參數(shù)設(shè)定有效的范圍， 0＜pφ＜7， 0＜ω′i＜0.5， 0＜βi＜5。

3 系統(tǒng)軟件的開發(fā)

分析助手模塊下設(shè)四個子模塊： 技術(shù)分析指南、 方法標準庫、 經(jīng)典理論模型和測試技術(shù)簡介， 可為用戶提供失效分析領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)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(guān)鍵字搜索。 提供討論留言功能， 供用戶進行經(jīng)驗交流和問題探討。

基于制劑在生產(chǎn)過程中的特點，以及在尚無專業(yè)信息核算軟件的現(xiàn)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?zāi)?？壺天曉再次遙控灰色翼龍的眼睛進行搜索，卻沒有發(fā)現(xiàn)異常。如果目前能用的只有感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，那就將它的作用發(fā)揮到極致。壺天曉暗自思忖著，全力搜索著龐大的感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，希望能發(fā)現(xiàn)點兒什么。

與此同時， 后端可以通過RESTful 風(fēng)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(tǒng)的耦合度， 達到功能即插即用的效果， 并且能全面支持業(yè)內(nèi)標準， 支持J2EE、SOA、 WebServices、 XML 等開放標準， 提供標準接口和部署應(yīng)用組件， 通過WebServices 等技術(shù)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換與集成。 除此之外， 系統(tǒng)支持IE10、 IE11、 Fire Fox、 Chrome、360、 WEB 應(yīng)用服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器， 但數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對外部不可見。

本項目的技術(shù)架構(gòu)中， 基于Spring Cloud 的微服務(wù)平臺框架中內(nèi)置了完整的Spring Cloud Open Service Broker 框架， 該內(nèi)置框架允許開發(fā)人員為云原生平臺中運行的應(yīng)用程序提供服務(wù)，可以將開發(fā)的微服務(wù)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(wù)快速創(chuàng)建服務(wù)代理。 從而完美的實現(xiàn)OpenShift 云部署和微服務(wù)技術(shù)結(jié)合的實現(xiàn)方案。 根據(jù)微服務(wù)拆分原則， 系統(tǒng)拆分為以下服務(wù)， 如圖4 所示。

4 結(jié)束語

本研究采用B/S 架構(gòu)的服務(wù)器模式， 在基于微服務(wù)架構(gòu)的開發(fā)框架基礎(chǔ)上， 設(shè)計開發(fā)出中海油首個油氣管道設(shè)備設(shè)施失效分析智慧系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包含大量結(jié)構(gòu)化失效案例和失效分析領(lǐng)域的知識及經(jīng)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(tǒng)的成功開發(fā)， 標志著油氣管道設(shè)備設(shè)施失效分析業(yè)務(wù)數(shù)字化進入了實質(zhì)性階段。

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