基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心設計與應用

　　關鍵詞:微服務;Docker容器;品類管理中心;數據匯聚中心

　　摘要:電工裝備智慧物聯網平臺是國網公司建設泛在電力物聯網，落實“三型兩網、世界一流”戰略目標的一個重要組成部分，電工裝備智慧物聯數據匯聚中心是實現電工裝備智慧物聯平臺的關鍵步驟。對微服務、容器技術進行研究與應用，設計了基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心的技術架構，解決國網公司多個省公司、多個物質品類管理，分布式異構環境的協同開發與部署應用問題。將供應鏈向供應商側進行延伸，通過物聯網實現對供應商物聯數據和業務數據的采集和匯總到數據匯聚中心。通過數據匯聚中心將數據應用于物資公司招標采購、在線監造、質量監督、產能評估和故障分析，取得了降本增效，提升質量和管理水平的效果。

　　《中國機電工業》(月刊)創刊于1988年，由中國機械工業聯合會主辦。是中國機械工業聯合會會刊。辦刊理念：專業的眼光洞察行業風云，獨特的視角接近事件真相。

　　1. 引言

　　電工裝備智慧物聯網平臺是建設泛在電力物聯網，落實“三型兩網、世界一流”戰略目標的數字基礎，將電力設備生產數據與企業運行數據相結合，為國網泛在電力物聯網體系建設提供信息支撐。國網公司電工裝備智慧物聯網按照總部、省公司和供應商三級建設逐步推進，省公司主要負責品類管理中心建設。目前國網公司下屬27個省級公司，納入建設電工裝備18個物質品類，由于各省公司軟硬件環境有所差異，如何滿足基于分布式異構環境的協同開發與應用是當前需要解決的課題。

　　隨著近幾年微服務架構和Docker容器概念的火爆，微服務技術最近得到一些IT公司的青睞，Netflix公司是成功應用微服務的典范。Spring Cloud是實現微服務一系列框架的有序集合。它利用Spring Boot的開發便利性巧妙地簡化了分布式系統基礎設施的開發，如服務發現注冊、配置中心、消息總線、負載均衡、斷路器、數據監控等，都可以用Spring Boot的開發風格做到一鍵啟動和部署 [1]。微服務架構優點：1) 針對特定服務發布，影響小，風險小，成本低;2) 頻繁發布版本，快速交付需求，與敏捷開發管理，DevOps結合好;3) 低成本擴容，彈性伸縮，適應云環境 [2]。品類管理中心是連接供應商物聯數據、業務數據與總部數據匯聚中心的橋梁。本文提出通過應用微服務技術、容器技術，將品類管理中心部署在安全等級為等保三的互聯網公有云上，有利于分散單一系統對大數據海量吞吐并發的壓力，避免18個品類同時存在性能方面的瓶頸。各省公司之間品類獨立，專業業務上不存在橫向交互，按品類提供服務，符合解耦、故障隔離，粒度原子化的開發原則，增強了系統的健壯性、穩定性和可維護性，符合“一平臺、多中心、屬地化運維”的工作安排。

　　2. 基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心架構的設計思路

　　(一) 關鍵技術

　　1) 微服務

　　微服務架構是一種架構模式，它提倡將單一應用程序劃分成一組小的服務，服務之間互相協調、互相配合，為用戶提供最終價值。每個服務運行在其獨立的進程中，服務與服務間采用輕量級的通信機制互相溝通(通常是基于HTTP的RESTful API) [3]。每個服務都圍繞著具體業務進行構建，并且能夠被獨立地部署到生產環境、類生產環境。另外，應盡量避免統一的、集中式的服務管理機制，對具體的一個服務而言，應根據業務上下文，選擇合適的語言、工具對其進行構建。RESTFUL是一種網絡應用程序的設計風格和開發方式，基于HTTP，可以使用XML格式定義或JSON格式定義 [4]。微服務是一種架構風格，一個大型復雜軟件應用由一個或多個微服務組成。系統中的各個微服務可被獨立部署，各個微服務之間是松耦合。

　　2) Docker容器

　　Docker是一個開源的應用容器引擎，讓開發者可以打包他們的應用以及依賴包到一個可移植的容器中，然后發布到任何流行的Linux機器上。Docker是一個重新定義了程序開發測試、交付和部署過程的開放平臺，Docker則可以稱為構建一次，到處運行，這就是Docker提出的“Build once，Run anywhere” [5]。容器技術與傳統虛擬機性能對比 [6]，如表1所示。

　　. Docker容器與虛擬機性能對比從上圖Docker容器與虛擬機性能對比可以看出，Docker容器比傳統虛擬機性能有更多優勢，是未來微服務發展與應用的趨勢。

　　(二) 技術方案

　　遵從公司“一平臺、一系統、多場景、微應用”的總體信息化架構原則，依托泛在電力物聯網數據中臺、供應鏈數據管理服務平臺、智慧運營中心技術架構，構建基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心的技術解決方案。系統設計上將物聯數據和業務數據分開處理，通過不同的通道進行數據交互。各接入供應商工廠內的智慧物聯數據網關將物聯數據匯總并上傳給品類管理中心，同時品類管理中心會提供SASS服務同各接入供應商的業務系統(ERP、MES等)進行業務數據交互。品類管理中心將匯總的物聯數據和業務數據進行匯總和計算后，按照相關要求將數據推送到信息外網的數據匯聚中心，其技術架構如圖1所示。

　　. 基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心技術架構基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心包括以下內容：

　　1) 供應商物聯數據匯聚到品類管理中心

　　各省級區域接入供應商的同品類物聯數據通過智慧物聯數據網關打上業務標簽，同時將物聯數據匯聚并上傳給品類管理中心，如圖2所示。物聯數據主要包括生產試驗采集數據和視頻數據，根據數據類型不同采取不同的匯集策略。

　　. 供應商物聯數據匯聚到品類管理中心2) 供應商業務數據與品類管理中心交互

　　供應商業務數據直接通過API接口接入品類管理中心，業務數據交互不經過智慧物聯數據網關。品類管理中心會開通相應服務接入供應商的業務生產系統(ERP/MES等)，通過調用品類管理中心的服務獲取合同、履約等業務信息，同時將庫存、排產、物流等信息推送給品類管理中心。

　　. 供應商業務數據與品類管理中心交互3) 品類管理中心與數據匯聚中心交互

　　品類管理中心將匯總的物聯數據和業務數據進行匯總和計算后，按照相關要求將數據推送到信息外網的數據匯聚中心，最終匯聚在信息內網的全業務數據中心，成為智慧物聯數據匯聚中心的數據基礎。 品類管理中心與數據匯聚中心交互(三) Spring cloud微服務實現流程

　　微服務開發通過Spring Cloud來實現。Spring Cloud共集成了18個子項目，下圖是Spring Cloud體系的一部分，里面都包含一個或者多個第三方的組件或者框架。

　　. Spring Cloud微服務實現流程各組件配置使用運行流程如下：

　　1) 請求統一通過API網關來訪問內部服務;

　　2) 網關接收到請求后，從注冊中心獲取可用服務;

　　3) 由負載均衡進行均衡負載后，分發到后端具體實例;

　　4) 微服務之間通過通信處理模塊進行通信處理業務;

　　5) 注冊中心負責在各個服務器進行注冊。

　　3. 基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心的應用

　　基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心將供應商生產過程、出廠試驗等物聯數據，以及ERP、MES等系統中的業務數據匯聚到品類管理中心。品類管理中心再將匯總的各類數據推送到信息外網的數據匯聚中心，供各省公司應用。基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心應用如下：

　　(一) 招標采購應用

　　招標采購業務在確定中標供應商時，將供應商實際生產進度與年度產能進行對比，為確定中標供應商提供數據支撐。將供應商生產用主要原材料采購價格與其市場價格波動情況進行對比，評估采購價格的合理性。

　　(二) 質量監督應用

　　對供應商產品生產過程的穩定性與質量檢驗數據進行評估，依據供應商生產數據與出廠試驗情況，結合供應商歷史到貨驗收合格率，合理制定到貨驗收策略。對供應商到貨檢驗出現重大批次質量責任問題，系統自動完成質量回溯及取證。生產監控如圖6所示。

　　試驗監控如圖7所示。

　　(三) 產能評估應用

　　將供應商的實際生產數據與供應商標準產能數據進能對比，評估供應商是否按約定履行生產資產配置，督促供應商進行排產調整。

　　(四) 故障分析應用

　　對比不同供應商生產的同類設備的故障率，設備差異化運維細化至對應的生產供應商，總結設備故障點，為設備監造與抽檢策略的制定提供信息支撐，為供應商產品質量提升提供信息支撐。

　　4. 結束語

　　本文對微服務、容器技術進行研究與應用，設計了基于微服務的電工裝備智慧物聯數據匯聚中心的技術架構，解決國網公司分布式、異構環境的協同開發與部署應用問題。通過開發應用電工裝備智慧物聯數據匯聚中心，對各品類物聯數據和業務數據進行傳輸、匯聚、交互和存儲，對數據進行挖掘分析應用，有力支持物資公司在招標采購、質量監督、產能評估和故障分析等方面的應用，取得了降本增效，提升質量和管理水平的效果。