一種省級電梯質量全生命周期追溯系統的設計與實現

鄒山青

（福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008）

1 引言

電梯屬于特種設備范疇，是公共安全管理的重點，其安全運行在很大程度上影響著人民群眾的生命財產安全[1]。隨著社會經濟發展和城市化進程步伐加快，我國電梯保有量迅速增長，電梯使用愈加頻繁，電梯使用帶來的安全風險日益受到社會各方面的關注，對現有電梯安全監管模式提出嚴峻挑戰[2]。為了加強電梯的安全管理，國務院辦公廳在國辦發〔2015〕95號中要求開展電梯追溯體系建設。

國內已有學者開展了電梯監管、檢驗、生產等模式數據共享、追溯及安全評價方面的研究。李剛研究了電梯的整機性能與各部件間的關系[3]，潘健鴻研究了機電類特種設備檢驗數據采集技術還研究了監管與檢驗間數據共享與一致性應用[4][5]，李濤研究了一種電梯追溯子系統的客戶端、后臺與存儲技術[6]，王劍研究了基于標準化的電梯零部件追溯管理[7]。這些研究為電梯故障分析、監管、追溯等方面提出了建設性建議，但還存在著電梯質量追溯信息化系統整體結構頂層設計缺失、標準不統一等問題，電梯質量追溯體系的設計與實現無疑是一項具有挑戰性的研究。

2 總體方案

追溯體系建設歸根到底就是全生命周期的信息系統建設，電梯質量全生命周期追溯系統建設的核心是采集生產、使用、檢驗等各環節信息，實現來源可查、去向可追、責任可究。如圖1所示，電梯的制造、安裝、調試、運行、維護、檢驗對電梯安全的影響重大，各個環節產生的信息數據價值巨大，對安全質量的追溯起著至關重要的作用。

省級電梯安全監管部門可對從制造到報廢的電梯質量全生命周期進行分級安全監管，電梯質量追溯最重要的環節為：制造、安裝、維保，主要抓手為檢驗，因此一部省級電梯質量全生命周期追溯系統應包括四個部分：基礎網絡及硬件、數據集群、應用系統、數據共享交換接口，如圖2所示。

圖1 電梯全生命周期環節示意圖

圖2 省級電梯質量追溯系統總體架構圖

電梯質量全生命周期追溯管理模式與展現模式依靠應用系統完成，應用系統可分為：電梯追溯信息管理系統、電梯公眾信息追溯查詢系統兩類。電梯追溯信息管理系統為特種設備生產單位提供數據管理功能，用戶對象為設計單位、制造單位、安裝單位、維修改造單位、使用單位、維護保養單位、檢驗檢測機構、監督管理機構，通過填報或數據對接等方式向數據集提供與電梯有關的可追溯信息。電梯公眾信息追溯查詢系統為社會公眾提供特種設備追溯信息查詢的窗口，面向社會公眾提供追溯信息一站式查詢服務。

整體上，省級電梯質量全生命周期追溯系統通過與省級特種設備動態監管平臺、電梯使用過程信息平臺（如電梯物聯網服務平臺）、國家級電梯制造信息平臺等建立數據共享、采集機制，獲取電梯的制造、安裝、監察、檢驗、維保、運行等業務數據，并通過相應的業務邏輯實現追溯。

3 數據結構設計

3.1 數據類型設計

電梯數據可分為設備主題域、單位（機構）主題域、人員主題域、檢驗檢測主題域、維保信息主題域、大修改造主題域、基礎支撐信息主題域共7個數據主題域，如圖3所示。

圖3 電梯數據主題域結構圖

設備主題域信息包含設備基本信息、設備參數信息、主要部件信息、采集裝置信息、設備使用信息、設備設計信息、設備制造信息、設備施工信息、設備維保信息、設備檢驗信息、設備信息變更記錄等數據。

單位（機構）主題域信息包含安全監察機構信息、檢驗機構基礎信息、檢驗機構許可信息、使用單位信息、生產單位基礎信息、生產單位許可信息、行業單位信息、單位部門組織信息、單位信息變更記錄等數據。

人員主題域信息包含安全監察人員、檢驗檢測人員、維保單位人員、使用單位安全管理員、設備作業人員、人員信息變更記錄等數據。

檢驗檢測主題域包含設備檢驗記錄、設備檢驗流程流轉記錄、檢驗報告記錄等數據。

維保信息主題域包含維保項目、維保合同、維保記錄、維保零部件信息、維保大修信息等數據。

大修改造信息主題域包含設備代碼、故障發生時間、大修改造發生時間、大修改造單位等數據。

基礎支撐信息主題域包括數據標準規范、數據結構、分析模型等元數據和地理信息、客觀標識、代碼字典等公共數據。

根據不同主題域數據的特點，設備主題域、單位（機構）主題域、人員主題域均為結構化關系型數據，檢驗檢測主題域、維保信息主題域、大修改造主題域、基礎支撐信息主題域為混合型數據。

3.2 數據一致性校驗設計

在跨平臺數據傳輸中，為保證數據質量，要對數據的關鍵信息進行校驗。需校驗的數據主要包含基礎信息、技術參數關鍵信息?；A信息中出廠編號、設備型號、制造單位，三者聯合可確定電梯設備唯一性。技術參數關鍵信息確定電梯核心運行參數，包括層、站、速度。針對數據一致性校驗，筆者設計了關鍵字段配置信息表，根據數據表、名稱、傳輸類型進行配置，在接收到數據后進行校驗，關鍵信息不一致的，返回對應錯誤編碼。其Pseudocode描述如下：

Begin：（校驗開始）；

Input 傳輸數據 as 數組A；

Find A[0] 獲得傳輸數據類型信息；

Search配置表read A[0]對應的配置as數組B；

遍歷A比對數據名稱in B,成立則寫入數組C；

Search已存數據Find與C條件一致的數據值,不存在則返回錯誤；

A 覆蓋已存數據；

End（校驗結束）。

4 應用實現方式

4.1 實現技術架構

作為跨主體多用戶的應用，實現上以采用B/S模式為最佳。筆者采用主流J2EE技術架構，使用Java語言、Web前端框架技術、RDBMS結合HDFS實現了本應用，并將應用部署于Tomcat集群上。整體技術架構如圖4所示。

圖4 應用實現技術架構圖

4.2 關鍵技術點

4.2.1 電梯檢驗檢測報告傳輸與展現

電梯檢驗檢測報告是電梯質量證明和使用的依據，也是監督檢測和數據統計的主要依據。在本追溯系統中，制定了電梯檢驗檢測報告的數據傳輸標準，外省或其他檢驗機構可根據數據傳輸標準進行檢驗檢測報告信息的傳輸。本追溯系統中省級特種設備監察平臺已通過數據共享從省級檢驗系統中獲取了檢驗信息，并可通過HDFS文件共享系統進行電子檢驗檢測報告的在線查看，電子檢驗監察報告經過電子簽證，可用于驗證紙質報告的有效性。

筆者應用Restful模式的http協議進行電梯檢驗檢測報告傳輸，電梯檢驗檢測報告采用JSON格式方式存儲，下文列出JSON格式片段。

4.2.2 集群應用模式

應用服務主要運行后臺服務程序，進行系統數據的統計、分析、處理以及提供應用服務。應用服務的設計應通過集群技術保障系統的可靠性和穩定性，通過負載均衡技術保障系統的負載以及工作站并發數等性能指標要求。

應用服務集群系統由多臺（至少二臺）擁有共享命名空間信息、中間件存儲和運行信息、消息總線信息等信息的應用服務虛擬機組成。各應用虛擬機由其中的域服務器統一管理，各節點中的信息可以實現自動相互復制。

應用服務集群內各節點虛擬機通過公共局域網相互通訊。節點發生故障時，該節點所運行的統計、分析、處理以及提供應用的服務，將被另一節點自動接管，而不會造成信息丟失和信息中斷的情況，也不會造成用戶訪問的意外中斷。

應用服務集群可通過應用虛擬機中間件和消息服務中間件的集群功能實現，也可通過應用本身的任務分配調度機制和各任務之間的消息通信機制實現。

4.2.3 讀寫分離與緩存應用

電梯質量全生命周期追溯數據來源廣，系統間接口多，對數據集合的壓力也很大，單純對RDBMS或者SQL的基本優化無法達到良好的效果。筆者采用了讀寫分離與緩存結合的應用技術來實現本應用。

所有數據集合均為主從或分布式數據集合，采用動態負載均衡方式對數據集合進行劃分，主數據集合負責執行數據寫入操作，從數據集合提供讀取操作。

緩存應用方面存在較大的困難。電梯質量追溯應用中存在使用頻率較高但數據量較小的頻繁讀取操作的數據（如：編碼、安全配置獲取等場景），若不對此類讀取進行優化，極易造成數據讀取瓶頸。筆者在應用服務集群上采用了內存緩存技術，對于實時訪問的業務數據，通過分布式集群緩存，可以非常簡單地調用Get方法取得該對象，并且由于分布式集群緩存本身的冗余機制使得任何一個應用服務器節點的失敗都不會影響到該對象的丟失。此舉雖增加了應用服務集群的內存消耗，但極大減少了應用的I/O操作，提高了整個系統的性能，僅需在內存使用率達到75%時采用動態調節技術管控緩存大小，即可避免內存不足現象。筆者在應用內存緩存技術前，采用單機測試了多線程直接訪問RDBMS及訪問內存緩存的響應的每秒操作數，如圖6所示，在測試服務器配置下4線程時內存數據庫的效率明顯優于傳統RDBMS。

圖6 傳統AQ與Redis性能對比圖

4 結論

筆者所述電梯質量全生命周期追溯系統充分依托互聯網、移動互聯網，通過各種數據采集機制，實現電梯數據采集和追溯查詢，豐富監管手段，提高監管水平。同時，系統充分考慮到業務變化和功能擴展的實際需求，注重開放性、兼容性和可擴展性，與其他業務系統實現數據對接，滿足長遠發展的需要。

文中旨在充分利用現有信息化資源的基礎上，建設一個以電梯為主體的涵蓋全省電梯信息數據的服務平臺。以技術支撐創新為基礎：采用云計算技術建設平臺支撐，不斷收集完善電梯從制造到報廢全生命周期的信息數據，通過移動互聯網技術，開發門戶網站等面向公眾的電梯安全質量信息追溯查詢應用，查詢電梯設備多種信息，提高社會滿意度。