基于微服务架构的煤质检测实验室管控平台研究与设计
时间：2023-08-28 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 科技引领 ★
基于微服务架构的煤质检测实验室管控平台研究与设计
在配煤过程中，煤质检测流程的规范性和准确性至关重要。信息化、规范化和流程化的煤质检测方法一是可以提高煤炭产品质量，调整产品结构，帮助企业更好地适应市场需求，促进煤炭销售；二是可以优化企业生产流程，提高生产效率的同时减少生产成本；三是可以提高企业经济效益，使其更具竞争力和可持续性[1]。
然而，目前部分煤炭企业煤质管理工作信息化程度仍然较低，虽然通过应用LabMIS系统实现了煤质管理的部分信息化，但是在其他阶段仍然以人工记录为主，最终整体上无法满足煤质管理工作信息化、自动化及精细化的管理要求[2]。
笔者团队利用信息化手段，研究与设计了整体的、统一的、规范的、系统的煤质检测实验室管控平台，借助平台明确的煤炭检验管理制度和工作流程，确保驻矿检验室检验流程符合标准要求，并能够按时、准确地完成检验任务，对驻矿检验室的数据、结果质量进行严格把关，对驻矿检验室的任务报告和统计报表进行审核和汇总，加强对驻矿检验室的培训和指导，提高其检验水平和工作效率，从而提升整个煤炭企业的煤炭检验质量和管理水平。
1 煤质检测实验室管控平台业务流程设计
1.1 业务描述
在煤质检测过程中，煤质检测实验室管控平台各节点的业务内容如下。
(1)检验委托登记。登记员负责登记客户的姓名、联系方式、送样日期和样品类型、检验项目、检验要求、检验费用等基本信息，并下推检验任务[3]。
(2)综合查询。可自由组合各查询条件对委托信息进行查询，并根据具体需求通过各类图表如柱状图、饼图、折线图等表现形式，对委托信息进行直观的图形化统计。
(3)归档综合查询。对已完成检验任务的各阶段各类信息进行综合查询，同时可对以上信息进行图表的综合查询。
(4)检验任务下达。依据委托登记阶段下推的检验项目及要求，向制样室下达制样任务，并打印任务通知单[4]。
(5)领取来样。制样室根据检验任务的具体内容领取对应样品，然后根据检验项目制备样品，并下推检验任务。
(6)领取来样记录。提供对领取来样情况的综合查询操作。
(7)实验样领取。实验室收到检验任务通知后，依据检验任务的紧急性、复杂性和所需资源情况对任务进行筛选和分配，同时下推检验任务[5]。
(8)客户端。实验室人员在实验客户端收到检验任务，根据检验任务的实际情况领取相应的实验样，然后依据任务的检验项目及其要求进行实验，并对结果进行采集和记录[6]。
(9)检验报告浏览。实验室完成实验任务后，相关人员对实验方法、标准、规程及数据等信息进行审核，审核无误后根据报告模板生成最终检验报告。如果数据存在问题，可以退回检验结果，并要求重新进行实验[7]。
1.2 业务流程设计原则
本平台以工作流概念为设计和建设原则，能够更有效地管理和控制煤质检验业务活动，可以将业务流程图形化展示，清晰地显示每个步骤和相关的决策点，增加业务流程的透明度和可控性。工作流技术可以将一些流程性和重复性的任务自动化完成，从而减少人为操作的错误和漏洞，提高业务数据的可靠性和一致性。使用工作流技术可以强制执行业务规则和流程，减少人为干预的错误和疏漏，提高业务的可靠性和一致性。使用工作流技术可将各部门不同角色的业务活动通过系统串联起来，加强了业务协作和沟通[8-10]。煤质检测实验室管控平台业务流程如图1所示。
图1 煤质检测实验室管控平台业务流程
2 煤质检测实验室管控平台设计
2.1 系统架构设计
煤质检测实验室管控平台架构遵循以下设计原则：一是平台应具备柔性扩展能力，可满足业务增长带来的需求变动或复杂需求；二是技术架构应采用高可用及高容错设计，从而提高平台的稳定性；三是满足系统及数据的高安全性要求，保护系统及数据不受恶意攻击、未授权访问等侵害；四是平台组件高度模块化，提高系统开发效率，降低成本并提高可靠性。
煤质检测实验室管控平台基于微服务架构模式，将应用程序构建为一组小型、松散耦合的服务，每个服务都有一个独立的进程和数据存储，并通过网络接口与其他服务通信。基于微服务架构模式可以更好地处理复杂的业务逻辑，减少耦合性，提高应用程序的可维护性和可扩展性。煤质检测实验室管控平台架构如图2所示。
图2 煤质检测实验室管控平台架构
2.2 功能设计
煤质检测实验室管控平台功能设计如图3所示。
图3 煤质检测实验室管控平台功能设计
(1)系统管理模块。该模块包括支撑系统正常运行的用户管理、角色管理、组织机构管理、资源管理、权限管理、字典管理、性能监控、日志管理功能。用户管理模块包括所有使用系统的用户账号的增加、删除、修改及查询操作。角色管理模块包括系统内各类角色的增加、删除、修改及查询操作，系统内角色包括委托登记员、委托登记管理员、领样员、制样员、样品管理员、实验员、实验管理员、报告审核员、报告管理员等，各类角色业务权限不同，分属于不同的组织机构中，角色管理模块同时可对角色的权限进行配置。
(2)基础管理模块。该模块包括客户管理、检验标准管理、工作流管理、样品类型管理、实验资源管理等功能。客户管理功能可对送样客户进行注册、审核、注销、修改等操作。标准管理功能可实现实验标准的添加、启用、作废、下发等操作。工作流管理实现对整个业务流程的管控，包括流程节点、节点表单、节点下推分支、节点审批方式等操作。
(3)委托管理模块。该模块主要包括客户来样委托、生成委托单、制样任务下发、委托查询等功能。客户将样品送至业务接待窗口，业务人员首先对样品进行初验，然后根据客户需求分别对样品信息、客户信息、检验项目等信息进行记录，并最终生成委托单及委托条码。委托单生成后由此节点下推至制样室。同时本模块还提供了对各类委托信息的综合查询功能，并可实现各类委托数据的可视化查询，包括柱状图、折线图、饼图等形式[12]。
(4)样品管理模块。该模块根据不同委托将不同制样任务下推至制样室，下推任务时可以编辑和提交委托单信息，制样室获取制样任务后，相关业务人员领取对应的来样，可以单独领取某个委托的来样，也可按批次领取来样，并对领取来样进行登记，随后进行实验样制备工作。实验样制备完成后根据不同类型的委托，将流程下推至不同实验室的不同实验人员，实验室工作人员根据下推的任务领取对应的实验样品，并对实验样品进行登记等操作，准备进行实验同时将任务下推至实验管理模块[13]。
(5)实验管理模块。该模块主要功能有实验资源申请、实验数据采集、知识管理、实验结果审核。根据不同委托所进行的实验不同，因此用到的资源也不尽相同，实验人员根据不同实验申请不同资源，实验数据采集模块可与实验设备对接，读取实验数据并供实验员核对，实验过程可通过知识管理功能查阅各类实验技术和实验方法等内容。实验结果核对无误后提交审核，此时整个委托将下推至报告管理模块[14]。
(6)报告管理模块。该模块包括模板管理、报告生成、报告审核、报告归档、报告推送查询及报告输出功能。模板管理功能可实现对模板的增加、删除及编辑的工作，并可对模板内容进行修改。报告生成模块可根据用户需要选择不同的报告模板，并将实验数据自动填入报告模板的不同位置，最终生成报告。生成报告后可提交审核，审核后将报告信息推送至客户所留的联系方式中。
3 关键技术
3.1 微服务技术
煤质检测实验室管控平台架构采用目前主流的Spring Cloud微服务技术，该技术将平台中各业务模块抽象成一个最小服务，所有服务均通过注册中心进行注册并被其他服务发现的方式构建整个平台，这种模式具有较高柔性，可灵活扩展，为平台提供了强大的可扩展性和高稳定性。
微服务技术从平台底层的用户管理、组织机构管理等模块，到中层的客户管理、样品管理、工作流管理等模块，再到最上层的委托管理、样品管理、实验数据采集模块等模块均以独立的服务形式出现，同一层级的服务相互协作，各层之间的服务自下而上形成支撑，由工作流管理模块统一对煤质检验业务中的数据及业务流转进行约束和控制，最终构建出整个煤质检测实验室管控平台。
3.2 工作流技术
煤质检测实验室管控平台运用Activiti技术实现工作流控制和自动化流程，提高工作效率和准确性。工作流可将整个委托任务以可视化的形式呈现出委托进度，可以更加直观地管理业务流程。工作流控制包括流程定义、流程部署、工作列表管理、流程监控4个部分。流程定义对业务流程的起始节点及过程中所有节点进行了定义，包括节点表单字段、节点审批规则、分支规则等；流程部署将定义好的流程发布至系统内，供不同的煤质检验业务使用；工作列表管理为流程操作者提供查看任务进度的功能；流程监控用图形化的界面对流程服务的整体状态进行展示及控制，以图形化的形式对各类委托流程的进度进行展示，便于用户及委托人进行查询。
4 应用情况
2022年8月，煤炭科学技术研究院有限公司煤质检测中心开始建设煤质检测实验室管控平台，2022年11月进行试运行，运行以来取得了较好的应用效果。
(1)煤质检测实验室管控平台提供数字化、标准化、流程化的委托收样、样品管理及检验任务管理等功能，平台的上线提高了煤质检验业务的运转效率，实现了可持续的健康发展，平台在业务活动过程中产生大量规范的业务数据，此类数据为相关业务工作及管理人员提供了信息支撑，可辅助管理人员决策。
(2)煤质检测实验室管控平台根据不同实验任务下达不同的制样任务，以满足不同的实验要求，相比传统的管理模式，平台运用信息化手段管理来样及制样，提高了样品管理效率及样品的可追溯性，提高了制样设备的使用效率，从根本上杜绝了样品易混淆问题。
(3)煤质检测实验室管控平台通过数据采集模块将实验数据实时同步至系统内，且实验数据只读，大大降低了人为因素对实验结论的干扰，同时使实验数据可查、可追溯。
(4)煤质检测实验室管控平台提供不同的报告模板，客户可根据需要自行选择模板样式，实验人员只需填写必要内容，报告内其他部分均为自动生成，大大降低了工作量及出错概率。
(5)伴随煤质化验业务的增长，实验任务也变得多样，不同的实验任务会出现不同的业务流程，煤质检测实验室管控平台通过运用微服务及工作流技术，提高了业务扩展能力及业务柔性，能够快速适应业务变动。
5 结语
煤质检测实验室管控平台依据FDISISO/IEC17025标准的实验室管理流程，通过实验数据采集模块、工作流模块、报告自动生成等技术实现了煤质检测数据的自动化处理，包括采集、录入、处理、检查、判定、存储、传输、共享和发布检测报告等所有步骤。通过在企业中心煤质检测实验室部署该平台，可以有效地规范化和标准化整个煤质检测过程，并对矿级煤质检测实验室的工作进行动态实时管理和指导，从而提高企业煤质检测工作的管理水平。
[1] 杨玉莲.基于SSM框架的智能煤质化验室综合管理系统[J].煤矿现代化,2022(5):100-109.
[2] 赵鹏.基于MES的煤质管理系统在吕临能化选煤厂的应用[J].煤炭加工与综合利用,2022(6):28-30.
[3] 刘博.煤质化验无人化智能分析系统的研究探讨[J].山西化工,2022(3):140-141.
[4] 孙佳留.基于Web的煤质信息管理系统的设计与实现[D]. 徐州:中国矿业大学,2022.
[5] 武秋芳.煤炭质量预测方法研究及信息管理系统开发[D]. 郑州:华北水利水电大学,2017.
[6] 刘高宇.基于现代神经网络的煤炭质量数据分析与预测[D]. 郑州:华北水利水电大学,2020.
[7] 贾予舒.基于ASP.NET的数字化验管理系统设计与实现[D].大连:大连理工大学,2016.
[8] 姜水军,胡敏.煤质全过程管理系统设计[J].工矿自动化,2021,47(4):116-120.
[9] 郝萍.基于工作流技术的煤质管理系统设计[J].能源技术与管理,2016(2):184-185.
[10] 李明菊,李宝明,陈国强,等.临矿集团煤质管理信息系统的建设与应用[J].煤炭加工与综合利用, 2022(8):89-92,97.
[11] 张洪亮.基于微服务架构的煤矿安全监管云服务平台[J].煤矿安全,2022,53(8):129-133.
[12] 顾闯.煤质检测管理系统与关键技术[J].煤质技术,2015(4):1-5.
[13] 李明君,郭晓晶,田华.选煤厂煤质检查管理信息化实现[J].煤炭技术,2015,34(12):290-292.
[14] 董世涛,李虓峰,张园园,等.煤质检测信息统计分析系统设计[J].价值工程,2017,36(17):204-206.
Research and design of coal quality testing laboratory management and control platform based on microservice architecture
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CAO Liang.Research and design of coal quality testing laboratory management and control platform based on microservice architecture[J].China Coal,2023,49(6):73-78. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.06.011
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