工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李 勇 趙彥杰 齊曉冰 呂 瓊 朱榮全

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450016）

0 引言

為了使信息化技術(shù)能更好地推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)我國關(guān)于深入開展智能制造中的要求，構(gòu)建深度應(yīng)用、上下聯(lián)動(dòng)、縱橫協(xié)管、數(shù)據(jù)互通的協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)，跨地區(qū)、跨部門、跨層級(jí)的數(shù)據(jù)互通共享將成為今后信息化建設(shè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)［1］。統(tǒng)一接入業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，從而形成物理分散、邏輯集中、數(shù)據(jù)互通、資源共享的信息管理系統(tǒng)，是當(dāng)前信息化建設(shè)的政策要求、發(fā)展方向和應(yīng)用趨勢(shì)［2-5］。

當(dāng)前，工業(yè)鍋爐產(chǎn)品質(zhì)量追溯中存在數(shù)據(jù)不能互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)處理重復(fù)滯后、工作效率低等問題。同時(shí)，也存在監(jiān)檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大、信息化建設(shè)應(yīng)用滯后等現(xiàn)象，不利于提高特種設(shè)備安全與節(jié)能工作水平以及全面提升產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量，也不利于提升中國生產(chǎn)的裝備質(zhì)量，更不利于推動(dòng)“三個(gè)轉(zhuǎn)變”和實(shí)施“一帶一路”等國家戰(zhàn)略。

因此，為了加快推動(dòng)工業(yè)鍋爐制造過程中的信息整合和共享，構(gòu)建深度應(yīng)用、上下聯(lián)動(dòng)、縱橫協(xié)管的信息化管理系統(tǒng)，是當(dāng)前工業(yè)鍋爐產(chǎn)品追溯的當(dāng)務(wù)之急［6-8］。

1 目標(biāo)及內(nèi)容

1.1 目標(biāo)

近年來，突發(fā)的鍋爐安全事故對(duì)社會(huì)健康發(fā)展造成嚴(yán)重的威脅，同時(shí)還對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅，損害政府部門的公信力。導(dǎo)致鍋爐事故發(fā)生的因素有多種，其中最主要的因素是鍋爐產(chǎn)品制造質(zhì)量問題。制造過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致鍋爐產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷，最終造成事故的發(fā)生。因此，為了避免鍋爐設(shè)備安全事故的發(fā)生，提高鍋爐產(chǎn)品制造工藝、優(yōu)化制造流程，建立可追溯的工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)就顯得越來越重要。

目前，鍋爐制造采用的制造工藝普遍比較落后，制造過程中仍采用紙質(zhì)登記管理的方式，不但手續(xù)煩瑣，還易受到制約因素的限制，導(dǎo)致對(duì)設(shè)備制造過程的監(jiān)控存在盲區(qū)，無法及時(shí)有效地查看鍋爐制造的狀態(tài)，同時(shí)企業(yè)管理人員也無法及時(shí)查看相關(guān)信息，不利于提升鍋爐產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，鍋爐產(chǎn)品制造過程存在信息追溯化程度不均衡、總體水平較低，容易形成“信息孤島”，這就導(dǎo)致相關(guān)監(jiān)管部門、制造廠商和用戶之間存在信息追溯不兼容、無流轉(zhuǎn)、難共享等問題，缺乏有效的信息化監(jiān)管手段，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐從微觀個(gè)體狀態(tài)的稽查到宏觀整體情況掌控的管理。

因此，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于鍋爐產(chǎn)品制造過程中，可實(shí)現(xiàn)在鍋爐產(chǎn)品部件制造過程中的產(chǎn)品追溯、產(chǎn)品質(zhì)量控制。為我國鍋爐產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、智能制造、信息化管理創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)和條件，進(jìn)一步形成獨(dú)具特色的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和區(qū)域品牌，增強(qiáng)產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力和品牌價(jià)值。

1.2 內(nèi)容

在邏輯功能上，工業(yè)鍋爐產(chǎn)品質(zhì)量溯源系統(tǒng)自上而下分為業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層、接口層等，其系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想

根據(jù)信息化管理系統(tǒng)的要求和一般規(guī)律，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)工業(yè)鍋爐全流程的信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐制造過程的模塊化和透明化。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案要滿足以下兩個(gè)要求。

2.1.1 技術(shù)領(lǐng)先。系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性是系統(tǒng)高性能的保證和基礎(chǔ)，同時(shí)可有效減少使用人員和系統(tǒng)維護(hù)人員的工作量，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同高效的目標(biāo)。工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)是基于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的智慧管理模式，利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)建具有多源多層次的系統(tǒng)框架，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造生產(chǎn)成本的有效控制。

2.1.2 安全可靠。在系統(tǒng)架構(gòu)方面，由于該系統(tǒng)具有獨(dú)特性，因此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全性、數(shù)據(jù)保密性和內(nèi)容可擴(kuò)展性等提出較高的要求，可使用多層分布式結(jié)構(gòu)。在多層分布式結(jié)構(gòu)中，客戶端和服務(wù)器之間可加入一層或多層應(yīng)用服務(wù)程序，開發(fā)人員可將應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯放到中間層的服務(wù)器上，而不是客戶端上，從而將應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯與用戶界面隔離開來。中間層的出現(xiàn)使客戶無法直接訪問底層數(shù)據(jù)庫，從而提高數(shù)據(jù)庫的安全性。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.2.1 功能完備。工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)要功能齊全完備，保證其能覆蓋鍋爐制造的整個(gè)過程，同時(shí)還具備原材料的信息采集、制造過程的質(zhì)量管理、檢驗(yàn)信息的錄入和查詢、問題的處理及反饋、產(chǎn)品完工信息和銷售信息的錄入、售后處理等功能，從而滿足用戶的需求。

2.2.2 兼容性。系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)要能前后關(guān)聯(lián)、順序可調(diào)，并根據(jù)用戶的需求進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，且制造過程中的相關(guān)參數(shù)也可互相傳輸，并能隨時(shí)調(diào)用顯示。此外，且兼具數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)能兼容主流辦公系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。

2.2.3 性能穩(wěn)定。工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)要能安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，且在最大訪問量出現(xiàn)時(shí)能保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，各項(xiàng)數(shù)據(jù)的錄入和輸出不受限制。另外，工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可根據(jù)需求來增加或減少部分模塊，也可修改部分模塊的功能，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)充，使系統(tǒng)處于不斷完善的過程中，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)充和完善。同時(shí)，其還具有擴(kuò)容性，以備系統(tǒng)升級(jí)改造的需求。

2.2.4 簡(jiǎn)單易用。工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)要面向不同的用戶，所以要滿足不同層次使用者的使用需求。在工業(yè)鍋爐制造過程中，普遍存在工人文化水平偏低的現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)必須具有友好的用戶界面，便于用戶操作，提高效率，從而擴(kuò)大工業(yè)鍋爐制造過程溯源系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

3 開發(fā)環(huán)境及服務(wù)器環(huán)境

3.1 開發(fā)語言

本研究采用Java/XML（包括JavaScript）作為軟件開發(fā)語言，軟件開發(fā)要符合J2EE5規(guī)范，可在TOMCAT8及以上版本、WEBLOGIC8.1及以上版本上運(yùn)行，瀏覽器支持主流瀏覽器，支持通過JDBC、Java Bean等方式存取數(shù)據(jù)庫。

3.2 開發(fā)框架

本研究采用SSM（spring SpringMVC MyBatis）框架，其是繼SSH后比較主流的Java EE企業(yè)級(jí)框架，適用于搭建大型的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)框架見圖2。

圖2 開發(fā)框架圖

3.3 高并發(fā)負(fù)載設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的上線使用對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較高的要求。由于該系統(tǒng)主要應(yīng)用于大流量、高并發(fā)的場(chǎng)景中，建立底層系統(tǒng)架構(gòu)作為系統(tǒng)平臺(tái)的支撐，從而保證系統(tǒng)應(yīng)用的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.4 硬件防火墻

硬件防火墻是保障內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全的一道重要屏障，其直接關(guān)系到整個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全。由于系統(tǒng)涉及監(jiān)督檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、科研數(shù)據(jù)及內(nèi)部工作流程，為了減少惡意攻擊，硬件防火墻是必不可少的。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用和特點(diǎn)

4.1 工業(yè)鍋爐制造過程分級(jí)管理體系

4.1.1 單位管理。可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造單位的基礎(chǔ)信息管理，并為單位分配賬號(hào)和操作權(quán)限，單位通過驗(yàn)證賬戶信息來登錄系統(tǒng)，對(duì)單位的材料、產(chǎn)品等信息進(jìn)行維護(hù)。

4.1.2 材料管理?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造單位材料的信息管理，單位可登錄系統(tǒng)自行添加材料信息，并生成材料二維碼，可將其打印在材料上，通過手機(jī)掃碼來查看材料的基礎(chǔ)信息及所屬產(chǎn)品信息。

4.1.3 產(chǎn)品管理?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造單位產(chǎn)品的信息管理，增加產(chǎn)品時(shí)需要關(guān)聯(lián)材料信息，并生成產(chǎn)品二維碼，可將其打印在產(chǎn)品上，并可通過手機(jī)掃碼來查看產(chǎn)品的基礎(chǔ)信息及材料信息。

4.1.4 檢驗(yàn)管理?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造的監(jiān)督檢驗(yàn)，根據(jù)鍋爐制造監(jiān)督檢驗(yàn)記錄表來設(shè)計(jì)表單，通過制造單位名稱、檢驗(yàn)時(shí)間區(qū)間等來查詢數(shù)據(jù)，并以記錄表格的形式導(dǎo)出。

4.1.5 基礎(chǔ)信息管理?？蓪?duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目、工作見證、檢驗(yàn)情況或結(jié)果、檢驗(yàn)類別等進(jìn)行管理，檢驗(yàn)員在進(jìn)行制造監(jiān)督、檢驗(yàn)記錄信息填報(bào)時(shí)，通過下拉框的方式將數(shù)據(jù)直接錄入，在減少錄入工作量的同時(shí)，也降低了錯(cuò)誤率。

4.1.6 系統(tǒng)管理?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)涉及的部門、用戶、角色進(jìn)行管理，對(duì)不同類型的用戶設(shè)置不同的角色，并賦予用戶不同的操作權(quán)限，支持設(shè)置用戶的電子簽名，從而實(shí)現(xiàn)用戶處理業(yè)務(wù)的痕跡化。

4.1.7 移動(dòng)終端?？蓪?shí)現(xiàn)鍋爐制造監(jiān)督檢驗(yàn)記錄的填報(bào)功能。首先選擇單位信息和產(chǎn)品信息，然后根據(jù)鍋爐制造監(jiān)督檢驗(yàn)記錄來錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，從客戶端獲取檢驗(yàn)項(xiàng)目、工作見證、檢驗(yàn)情況或結(jié)果、檢驗(yàn)類別等，監(jiān)檢員可使用電子簽名，確認(rèn)日期為當(dāng)前日期，并可進(jìn)行二次修改，客戶端采集到的信息可實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娔X端。

4.2 工業(yè)鍋爐制造系統(tǒng)管理優(yōu)勢(shì)

4.2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)鍋爐制造全過程控制。根據(jù)現(xiàn)有業(yè)務(wù)環(huán)境及過程需求，該系統(tǒng)可對(duì)制造過程進(jìn)行優(yōu)化，保留項(xiàng)目擴(kuò)展接口，把握后期需求，實(shí)施分階段、循序漸進(jìn)的方案。

4.2.2 便捷實(shí)用。該系統(tǒng)在滿足使用者對(duì)制造過程控制需求的同時(shí)，又盡可能使用簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、符合使用者習(xí)慣的功能。該系統(tǒng)還具有大眾化特點(diǎn)，滿足不同階段的用戶需求，以及完善的系統(tǒng)承載能力。

4.2.3 全過程可追溯。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中所記錄的數(shù)據(jù)是有聯(lián)系的，即每個(gè)過程的輸出會(huì)成為下一個(gè)過程的輸入。同時(shí)，這些過程不是離散的，而是具有因果關(guān)系的，即后一個(gè)過程必須在前一個(gè)過程完成后才能開始。在最終產(chǎn)品形成后，通過簡(jiǎn)單掃描二維碼就能對(duì)整個(gè)制造過程進(jìn)行追溯，有利于在工業(yè)鍋爐的安裝及使用過程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量管理。

5 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造單位基礎(chǔ)信息管理，并為單位分配賬號(hào)和操作權(quán)限，其通過賬戶信息登錄系統(tǒng)，維護(hù)單位的材料、產(chǎn)品等信息，單位可登錄系統(tǒng)自行添加材料信息，并生成材料二維碼，可把二維碼打印在材料上，通過手機(jī)掃碼可查看材料的基礎(chǔ)信息及所屬產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制造單位產(chǎn)品的信息管理。同時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)鍋爐制造監(jiān)督檢驗(yàn)功能，根據(jù)鍋爐制造監(jiān)督檢驗(yàn)記錄表來設(shè)計(jì)表單，并根據(jù)制造單位名稱、檢驗(yàn)時(shí)間區(qū)間等來查詢數(shù)據(jù)，并能將記錄表格導(dǎo)出，對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目、工作見證、檢驗(yàn)情況或結(jié)果、檢驗(yàn)類別等進(jìn)行管理，讓檢驗(yàn)員在填報(bào)制造監(jiān)督檢驗(yàn)記錄信息時(shí)，通過直接下拉框的方式錄入，減少錄入工作量，并降低錯(cuò)誤率。