基于微服务架构的油气管道设备设施失效分析智慧系统

在复杂载荷和复杂环境的共同作用下， 服役油气管道设备设施会逐渐产生腐蚀、 疲劳、 断裂、磨损等各种模式或多模式共存的失效事故， 从而造成严重的经济损失和不良社会影响

。 对失效件的分析是一个复杂的过程， 不但涉及宏观及微观分析、 理化性能分析、 工况分析等多种分析测试技术， 而且从大量测试数据中分析、 归纳和推断事故主要和次要原因又较大程度依赖于分析者的知识和经验积累。 因此， 对以往案例数据和失效分析领域的经验知识的积累就显得尤为重要。

近年来， 许多企事业单位先后针对各自的业务领域开发了相应的失效分析数据库。 例如， 航空材料院、 机械科学研究院以及铁道研究院等形成了机械产品、 铁轨的事故案例库

； 中国石油天然气集团管材研究所建立了“油井钻杆材料失效安全事故案例库”

； 基于科技部科技基础条件平台项目“全国分析测试中心协作平台及应急分析测试系统的建立” 开发的金属材料失效引发重大事故案例的数据库

。 国内现有的失效案例库多以全文浏览为主， 或结构化数据信息量不够， 且围绕失效分析业务扩展的应用功能不足。 此外，开发的软件系统可拓展性欠缺， 无法满足后期快速维护或开发新功能的需求。 为了加强对油气管道设备设施领域失效案例的统计查询、 分析管理，同时让技术分析人员做到知识共享及分析诊断经验标准化， 开发了基于微服务架构的油气管道设备设施失效分析智慧系统

。

1 系统结构的设计

为确保系统具有良好的延伸性、 扩展性、 安全性和先进性， 依据“顶层设计、 统一规划、 整合共享” 原则， 本系统架构设计参考主流云技术、微服务开发、 DevOps 理念等前沿技术， 实现传统集中式架构应用系统向分布式转型， 打造大规模、高可用、 体验聚合的云应用， 实现应用轻松上云、业务快速创新。 总体架构分为四层结构加双中台，其中四层结构包括IaaS 层、 PaaS 层、 应用层和访问层， 双中台即数据中台和业务中台。 数据中台旨在通过大数据平台， 开发大数据通用业务组件， 实现数据存储服务、 数据分析预测服务、 数据治理服务等6 大服务能力， 为系统提供数据分析和智能预测能力， 打造业务数据集成共享中心。 业务中台旨在通过多种接口集成的方式使业务功能聚集， 将系统的通用业务功能进行整合和拆分， 形成公共组件服务， 不仅能够支撑本系统的业务应用， 并且在今后的系统建设中实现组件复用， 减少重复建设， 实现各业务应用系统的上层集成管理。

（3）进一步推动企业加大研发投资力度。研发经费的绝对投入是企业有效创新的重要保障。应采取各种措施鼓励企业投资研发活动，尤其是需求导向的、开展行业关键共性问题的应用基础研究、应用研究和技术开发，提高企业自身乃至整个行业的技术水平和国际竞争力。

2 系统功能的设计

油气管道设备设施失效分析智慧系统主要由7 大功能模块组成： 用户管理模块、 失效分析案例库模块、 失效分析智能诊断模块、 分析助手模块、 技能提升模块、 解决措施库模块和报告编写助手模块， 如图1 所示。

用户管理模块主要实现对系统用户的管理，包括对用户的增加、 删除、 修改以及对用户权限的管理。 系统用户分为管理员、 内部用户和外部用户， 各类用户拥有不同的权限。

报告编写助手模块提供了多种报告模板， 此外通过整理不同标准中材料性能的判定指标项（如图3 所示）， 形成了性能合格判断， 大幅提升了技术人员的工作效率。

迈凯伦720S在储物空间方面的表现同样优秀，前150升、后210升的储物空间对一辆中置发动机的跑车来绝对算得上是中上游的水平。综合来看，720S可以称得上是日常实用性的佼佼者：即使它行驶在罗马市区拥堵的车流中也不会产生任何违和感，这一点在我的亲身经历中得到了验证。出色的视野、动静有致的输出性格，发动机和变速箱之间的协调配合以及其优雅的造型气质，令我们对这辆迈凯伦刮目相看。

失效分析案例库模块主要实现案例检索阅读和案例统计分析两大功能， 案例来源为公开文献、技术资料以及中海油油气管道设备设施失效分析项目。 为了提高用户的查询信息的效率， 满足案例统计分析对条件的细分， 对本系统中针对每个失效案例进行了数据结构化， 形成了包括失效件类别、 服役起止时间、 失效位置、 数据来源等35 个关键字段的案例精华

， 案例结构化数据示例见表1。 案例检索支持快速检索和高级检索，所有案例根据用户权限可实现全文浏览。 此外，案例统计分析针对不同的数据来源进行了差异化设计， 对于公开文献、 技术资料的数据， 支持按失效类别、 材质类型进行失效原因的统计； 对于中海油油气管道设备设施失效分析项目的数据，以作业公司为单位， 支持失效类别、 材质类型、 失效位置、 失效原因、 服役时间等5 个维度的统计分析， 便于管理者的精细化管理， 为辅助决策提供数据支撑。 基于生产项目的数据统计如图2 所示。

技能提升模块可实现基于失效分析领域相关技术知识微课精讲在线学习， 同时提供失效分析、腐蚀防护等行业大会资料， 供用户学习参考。

系统采用Java 开发编程语言， 在基于微服务架构的开发框架基础上， 选用Spring Cloud 微服务架构技术开发， 用微服务拆分技术对业务进行拆分， 并且根据敏捷开发交付、 统一系统开发运维、 融合架构应用管理等先进建设理念， 形成可持续交付的软件产品， 实现软件系统的高性能、 高可靠要求。

失效分析智能诊断模块主要实现对油气管道设备设施腐蚀失效和断裂失效原因的初步判断。失效分析诊断字典类别设置及失效分析判定规则示例见表2～表3。 通过对专业知识的深入研究，同时结合失效分析专家的经验， 形成了失效分析诊断字典 （19 类， 226 条） 和失效分析if-then判定规则 （65 条）， 并基于层次分析法设定失效规则判定因素的权重。 考虑到知识和经验的不断更新， 失效分析智能诊断模块支持对判定规则的增加、 删除、 修改。

在本系统中， 整体采用B/S 架构的服务器模式， 浏览器可通过Web Server 同数据库进行数据交互， 并运用分工更加明确的前后端完全分离的模式进行系统开发。 前端开发的框架为Vue+，UI 框架采用Element-UI， 进行客户端开发， 可通过浏览器进行访问； 后端开发框架为基于Spring Cloud 的自研框架， 采用Java 语言开发，可通过独立服务进行部署。

可以发现， β1 和 β2， ω′1和ω′2对 ΔF 的变化趋势影响一致，因此，本文通过数值模拟的方式说明ΔF的变化趋势。在Matlab软件中，为参数设定有效的范围， 0＜pφ＜7， 0＜ω′i＜0.5， 0＜βi＜5。

3 系统软件的开发

分析助手模块下设四个子模块： 技术分析指南、 方法标准库、 经典理论模型和测试技术简介， 可为用户提供失效分析领域相关技术知识、全文在线阅读功能。

解决措施库模块收录了丰富的常见腐蚀失效、断裂失效的解决措施， 支持关键字搜索。 提供讨论留言功能， 供用户进行经验交流和问题探讨。

基于制剂在生产过程中的特点，以及在尚无专业信息核算软件的现况下，从管理的成本效益考虑，对制剂成本核算维度及控制方法进行有效选择，显得尤为重要。

云团间，有东西一闪而过。三体舰？不，不可能，云团里怎么会有军舰呢？壶天晓再次遥控灰色翼龙的眼睛进行搜索，却没有发现异常。如果目前能用的只有感应网络，那就将它的作用发挥到极致。壶天晓暗自思忖着，全力搜索着庞大的感应网络，希望能发现点儿什么。

与此同时， 后端可以通过RESTful 风格的Web Services 为主接口的方式与前端进行交互，从而可以降低系统的耦合度， 达到功能即插即用的效果， 并且能全面支持业内标准， 支持J2EE、SOA、 WebServices、 XML 等开放标准， 提供标准接口和部署应用组件， 通过WebServices 等技术与其他业务系统进行数据交换与集成。 除此之外， 系统支持IE10、 IE11、 Fire Fox、 Chrome、360、 WEB 应用服务器访问数据库服务器， 但数据库服务器对外部不可见。

本项目的技术架构中， 基于Spring Cloud 的微服务平台框架中内置了完整的Spring Cloud Open Service Broker 框架， 该内置框架允许开发人员为云原生平台中运行的应用程序提供服务，可以将开发的微服务程序交付给云原生平台中运行和管理。 同时Spring Cloud Open Service Broker 也提供了一个框架， 允许在支持Open Service Broker API 的平台上为自己管理的服务快速创建服务代理。 从而完美的实现OpenShift 云部署和微服务技术结合的实现方案。 根据微服务拆分原则， 系统拆分为以下服务， 如图4 所示。

4 结束语

本研究采用B/S 架构的服务器模式， 在基于微服务架构的开发框架基础上， 设计开发出中海油首个油气管道设备设施失效分析智慧系统。 该系统包含大量结构化失效案例和失效分析领域的知识及经验， 同时具备常见失效原因的智能诊断功能， 并为用户提供具有参考意义的解决措施。该系统的成功开发， 标志着油气管道设备设施失效分析业务数字化进入了实质性阶段。

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