【基于Java的S电厂管理系统的设计与实现（论文）10000字】

基于Java的S电厂管理系统的设计与实现TOC\o"1-3"\h\u1.引言 12.相关技术概述 12.1生产管理系统 12.2生产管理系统技术概述 23.需求分析 33.1用户角色需求 33.2电网资源管理需求 43.3运行值班管理需求 53.4两票管理需求 54.系统设计 64.1系统体系架构设计 64.2功能单元设计 75.系统的实现 115.1基础资料管理子系统 115.2巡检工作管理子系统 125.3两票管理子系统 136.系统测试 146.1系统测试环境 146.2系统功能测试 146.3系统性能测试 167.结语 17参考文献： 18附录 19摘要：我国属于电力生产与消耗大国，不仅建设了世界上最大的电网，而且相关电力设备的研发也处于世界领先地位。目前，国家电网下属的各地区电厂构成了电力设施管理的主体，主要包括变电站、输电线路、配电室等设施，设备与工作者众多，因此对其管理是一项复杂工作。目前很多电厂都建设了多个信息化业务系统，用于辅助对电厂的管理，不过仍然存在以下不足。现阶段，我国不同电厂使用系统的建设、上线时间各不相同，每个信息系统都负责每类业务的管理，系统之间几乎没有数据交互，形成了信息孤岛，也增加了工作者操作的复杂度，信息隔离导致资源浪费。而一些地区电厂负责辖内的设备管理、工作者管理等，电厂相互之间很少进行信息沟通，例如备件调配、工具共享、工作者调配等，而备件调配需要经过上级协调，这就导致每个电厂都需准备大量的备件与工具，造成了资源闲置与浪费。部分电厂建设多个信息化系统，这些信息系统独自处理每类业务，并同时随着业务的更改与新增，就需要不断的更新旧系统与建设新系统，这直接导致信息系统的运维成本很高。为了统一管理阳城电厂各业务之间的数据，以及解决阳城电厂的各业务之间数据共享不畅，本文开发了一套电厂生产管理系统，此系统整合阳城电厂的主要生产业务，用于替换现有的信息化系统，同时此系统部署在阳城电厂私有云环境中，提高了系统硬件的可靠性与通过率。关键词：JAVA电厂生产管理系统1.引言我国市场经济体制建立的时间较短，企业在竞争力方面和欧美国家的企业还存在较大的差距，在信息化方面也存在很大的差距。目前，国家电网下属的各地区电厂构成了电力设施管理的主体，主要包括变电站、输电线路、配电室等设施，设备与工作者众多，因此对其管理是一项复杂工作。根据十九大报告中所说，要努力把我国的工业化建设和信息化建设结合起来，让成熟的工业信息系统被广泛地使用在商事、人事等领域中。这便是此篇论文与系统设计的目的，也是基于这样的背景与目的，我为阳城电厂设计了一套管理系统。2.相关技术概述2.1生产管理系统生产管理系统针对于企业各个流程环节进行精准把控，主要目的是建立一个精准有效，规范靠谱的数据库，帮助企业提高生产管理效率，进而全面、第一时间、准确的掌握生产动态，有效的控制生产过程。生产管理系统和企业的管理方式紧密结合，并同时需要依附于企业的情况逐步进行生产管理系统的建设，但是一款优秀的生产管理系统的需要达到以下几点要求：（1）采购、库存、物流、财务等信息高度统一，帮助企业管理工作者实时掌握库存、物流等情况，并实现采购、财务等信息的透明。（2）掌握市场情况，第一时间调整生产中的各个流程，防止出现成品或半成品的大规模积压。（3）精准调度生产线、原材料、工作者等，保障生产线能够畅通运转，避免管理导致的生产线停摆。（4）通过对生产管理系统中的数据进行多维度分析，进一步为企业提供精准数据以便于生产决策。2.2生产管理系统技术概述生产管理系统一般会覆盖企业生产的多种流程，并同时随着企业管理、业务流程的变化，生产管理系统需要频繁进行变更，因此生产管理系统需要采用易于维护的设计与架构。2.2.1设计模式设计模式是编码工作者积累的编码方式，采用设计模式可提高代码的可读性。电厂生产管理系统在编码过程中采用了多种设计模型，主要包括以下几种：（1）接口模式。接口模式就是对方法类的定义，接口中只有方法类名称而无具体的实现代码，一个接口中能够包括多个方法类，这些类名称相同只有参数不同。调用接口的类需要指明方法类的参数，然后才能调用到具体的方法实现类。采用接口能够屏蔽类之间的直接调用，降低了功能类之间的耦合度。（2）工厂模式。工厂模式和接口模式类似，工厂模式也是包括多个类的定义，而没有类方法的具体实现，但是工厂类能够被实例化，当工厂实例调用某个功能类时，此功能类才被实例化。相比接口类，工厂类包括多种类的定义，能够自由增加业务类，而不用修改主题类。（3）代理模式。代理模式就是由一个目标控制对另一个目标的引用，这个目标就是代理目标。采用代理模式能够启到隔离作用，由代理目标进行对引用目标的控制。静态代理就是程序员通过编译代码来实现控制代理类，在系统启动时完成针对代理类的编译;动态代理就是创建代理目标我们采用Java的反射机制来动态的创建，在程序中创建一个动态处理器，真正的代理目标在运行时进行创建。（4）适配器模式。适配器主要对类接口进行转换，使其能适应调用类的接口，从而使由于接口不兼容而无法一起工作的类实体能一起工作。适配器能够分为类适配器模式、目标适配器模式、缺省适配器模式等三种，类适配器模式就在类中集成了多态接口，目标适配器模式就是类实体中报装类实体等。适配器模式能够提高程序的复用性、扩展性与耦合性等。（5）目标观察者模式，观察者模式指的是一种目标行为模式,当一个类目标发生变化时,观察者模式就会主动地通知和此类目标相关的所有类目标,启到了把该类的观察者和被观测者之间进行分离,降低了这个类之间的相互耦合度,提高了程序的维护程度，使系统可反复使用。2.2.2开发框架为了提高Java程序的开发效率，开发工作者设计了多种开发框架，例如Struts框架、Spring框架等，这些框架帮助用户处理程序流程，让开发工作者专注于业务逻辑功能编写。本文通过Struts2框架来开发电厂生产管理系统。Struts框架基于MVC模式进行设计，主要采用Html、CSS、Javascript等技术来展示业务数据，采集用户输入数据等，然后通过Struts2框架中的流程控制文件把用户请求与数据发送给业务逻辑层中的功能模块，用户在Struts-config.xml中进行配置，每个界面和功能模块一一对应起来。在业务功能模块的开发中，Struts2框架引入了众多的功能组件，开发工作者也能够导入功能组件，通过功能组件提高了开发速度，以及提高了系统的稳定性。Struts2框架的运行原理如图1所示。图1运行原理示意目前，电厂生产管理系统引入了Struts2框架，采用Struts2框架具有以下几点优势：（1）拥有丰富的标签库，开发工作者使用标签库能够简化代码编写。（2）专注于业务逻辑与界面设计，开发工作者通过文件Struts-conflig.xml来配置业务模块和展示界面，减少了开发工作者处理控制逻辑。（3）具有强大的容错机制,Struts2框架采用Exception机制来捕获与隔离程序错误，防止部分功能模块错误引起程序崩溃，Exception机制能够把错误信息发送到相关的界面上。此次设计的管理系统采用J2EE标准，全Java开发，可运行于Weblogic，Websphere、Tomcat、Resin等多种Web服务器。系统构建时，模式采用MVC。此模式涵盖三种类型的重点单元，可使系统达到高效运行的目的。图2即MVC结构。J2EE平台中，Struts即MVC使用较多的一种实现方式，其能够使各层级的业务彼此独立，在此基础上进一步将业务细化，同时拓展处更具效率，且易于维护、升级的系统。而在数据的交换上，使用了Hibernate。Hibernate优势在于编写代码少，且操作便捷，所有操作都能够经POJO实现。在修改业务中各种表格时，我们通过Hibernate编写的代码少就可以使我们在实施各层级业务维护时更便捷。在数据库选择上，择取Oracle。同时可以为客户提供较多的选择。所以进行上述论证的情况下，我们采用了Structs+hibernate+Oracle三合一，保证系统可以又快又好的被开发设计出来。图2MVC结构图3.需求分析电厂生产管理系统的网络化需求。随着自动化技术与工业机器人的推广，电厂生产管理系统也朝着的自动化与智能化的方向发展，这能够极大的提高生产效率与降低人力成本。现代电厂的生产涉及到了相关设备采购、巡检管理、生产计划以及检修管理等多个流程，只有有序、高效的安排各个流程才能合理的安排电能的生产，通过网络化对各电厂生产流程进行管理是现阶段电厂的主要需求。电厂生产过程的全寿命管理需求。通常情况下，电厂生产管理系统只对生产流程进行管理，用于提高电能的质量，但是电厂生产设备是电厂的核心要素，对供电质量有着重要的影响。因此电厂需要在生产设备从设计那一刻到投入运营再到巡检、更新等各个流程都要参与管理，其目的是进一步掌握电厂设备在生命周期内是否完成了预期生产价值。3.1用户角色需求在巡检工作中，电厂领导主要是对公司管理人员在数据库中提交的设备故障进行审核操作。怎样保证电厂设备正常运行是我们都应该重视的问题，设备出了问题，整个电厂存在也毫无价值。因此，常见的故障以及设备故障知识库是最应该被主要负责人所了解掌握的，不论当日值班是谁，都可以在遇见问题是处变不惊，熟悉数据库中关于故障申报，故障设备审批流程更为重要，熟悉这些以便及时作出决策在紧急情况下。负责人也应当时刻掌握一线巡检工作人员的工作状态与是否在岗，要对今日谁负责巡检，谁负责操作，谁是今天的责任人都要心中有数，如何方便负责人得知，人员状态查看菜单便应运而生。除了清楚各个成员的职责，更应该知道工作量大小，如：巡检小组的巡检工作量等，而这些是可以通过查看巡检统计表来实现，领导还可以随时根据当日巡检人员制定合适的巡检计划[1]。在电厂中电厂设备运行巡视检查的专职工作人员是普通巡检员的工作，他的工作范围比较广泛。在巡检这块他的任务就是要搞清楚设备的基础资料，现在阳城电厂还是采取火力发电从其他地方购入煤炭，那么关于煤炭的资料管理也很重要，库里面的设备有多少，有多少是备用的，甚至于对故障知识库、设备知识库的编辑等等。巡检计划该如何制定则需要我们采用控制变量法针对各个小组的工作时长不同，对巡检班组制定巡检计划，让我们巡检员根据巡检计划进行巡检同时制定巡检工单，然后再把巡检员记录所得到的巡检计划中需要维修的设备进行巡视，把维修的单据和维修的设备都可以通过该系统及时进行申报审核，那么这些工作与上文提到的负责人用到的系统界面都是一样的，均为工作量统计与设备故障统计。一线巡检人员是我们在该环节的最后一道关卡，一线巡检员与普通巡检员的区别在于负责发现和处理设备巡检中出现的各种问题。巡检报班是一线巡检员的主要任务，也就是设备管理员根据巡检计划将巡检任务下发给巡检员，首先就是通过系统去签到上班，去根据随机分配到的任务对设备，库存，零部件，等进行检查，并把今天的巡检情况录入到系统中。那么如果真的发现了某某设备出现问题该怎么办呢？此时要向系统申报设备故障，包括设备的编号，根据故障知识库去申报设备存在的故障，等待审批通过。如果问题不大，那么可以申请使用备用设备，仍然需要上报备用设备编号等，如果是具体部件问题也是如此，等具体专业检修人员配合修理。如果只是需要维护保养，那么直接维护保养，并将结果作为工作日志录入系统内，包括该设备几月几号对什么零部件进行维护等[2]。3.2电网资源管理需求电厂属于重资产部门，拥有大量的固定资产，主要是大量的电力传输设施，包括电网、变电站、变电所等，以及各类检测、维修仪器。为了加强对电网资源的管理，以及提高资源的通过率，本系统开发了电网资源中心对资源进行统一管理。工具仪器仪表也需要进行详细的登记，包括台账管理、使用管理、校验管理等。维修工作者与巡检工作者能够通过系统实时查询所需设备的位置、状态等情况，并能够提出使用申请。通过电网资源中心不但提高了仪器工具的通过率，同时对各类电网资源进行统一管理，也防止了资源的异常丢失。电网资源中心包括设备资源管理、仪器工具管理等功能，电网资源中心用例图如图3所示。每个功能包括多个子功能，主要采用《include》表示。图3电网资源管理用例图3.3运行值班管理需求电厂的主要职责之一就是保障各类电力设施的正常运转，因此就需要对各类电力设施定期进行巡检，并第一时间维修出现故障的电力设施。运维检修中心包括综合生产计划、运维检修管理、配网抢修管控。每年生产管理部门需要制定综合生产计划，规定每类电力设施的巡检周期、巡检内容、巡检工作者等，通过制定综合生产计划来提高设备巡检的合理性与科学性。系统依附于综合生产计划生成运维检修任务，巡检工作者通过系统查询运维检修任务，并反馈运维检修结果。当电网设施突发故障导致供电中断后就需要进行抢修，包括排班值班管理、故障预案查询、保电任务查询等功能模块。运维检修中心用例图如图4所示。图4运行值班管理例图3.4两票管理需求3.4.1工作票管理工作票全重点在收到检修工作者提供的信息，运行和维护提供的信息，还包括检修和运维工作者统一处理故障问题录入的日志到最后无论是否解决成功都需要向系统录入信息。一般情况下，主打的是和停电、非停电作业有关的工作票，同时相关信息可以在后台数据库随时更改还能打印。需求在于工作票可以实现在工作过程中具体信息的查询与统计两方面功能，还能查找执行日期、发送班组等都能够查询到设备。还可以通过后台登录去查看系统对于工作票一块所产生的数据流的合格率，及时作出反馈[3]。3.4.2操作票管理（1）图形开票功能。当我们的各个站进行变电，我们用到的操作是倒闸操作，当所有站都具备五防系统。正是基于有着完善的防护措施，我们的站在进行操作运行时为实现良好管理与及时得知设备现在运行情况是否良好，我们的异域图形开票逻辑图。结合该设备与本电厂规定的操作电厂设备明细的规定，系统本身在出票时就会附带图形开票逻辑图，整个开票过程我们即可查看图在后台可明白这些设备有无操作的不当，具体哪个环节出了问题就一目了然。（2）信息分类功能也是在操作票中的一个关键环节：结合实际需要，在规定的范围内对操作设备所在系统中上传的信息是能够进行修改的。在动态实时更新的情况下，我们可以对操作设备以及设备信息，设备种类，操作人等等进行改动，但同样有些信息是无法进行修改的，那么系统就没有这样的的选项，这些信息无法得到更改，比如时间等，如果所有的信息可以被随意更改，那么在操作中的问题是可以被掩盖的[4]。4.系统设计4.1系统体系架构设计目前，常见的系统架构包括B/S架构、C/S架构与混合架构，不同的架构具有不同的应用场景与优势。本文采用B/S架构来开发电厂生产管理系统，主要基于以下几个原因：（1）方便用户使用。电厂生产管理系统的用户众多，分布在电厂的各分公司中，为了方便广大用户使用，本文采用B/S架构来开发系统，这样用户能够在内网计算机中通过Web浏览器就能够登录系统。（2）降低维护成本。电厂生产管理系统属于电厂的自建系统，在系统运行过程中需要依附于用户需求变更，不断的调整系统功能，因此在系统运行前期会进行大量的功能调整。为了降低系统运维成本，本文采用B/S架构，这样只需调整服务器端程序，而无需调整客户端。（3）Web浏览器能够胜任客户端需求。电厂生产管理系统主要对电力设施的运行管理数据进行统一存储处理，客户端只需要进行数据采集与展示，无需进行复杂处理，对数据展示界面也无需进行精美的渲染，因此Web浏览器能够胜任客户端需求。4.2功能单元设计（1）登录：当巡检员进入我们建设的系统时，他们需要在登录界面输入用户名与密码进行登录操作，那么网站会通过登录的账号进行区分，辨别出所登录的账号权限是领导还是普通巡检员一类的，并给于不同的管理范围。（2）电厂资源管理：电厂最核心也最基础的是设备，这也是资源管理的核心，由此产生的设备树体现了电厂与设备的关系，他们的关系或连接或存在归属关系，在电厂资源管理中模块还有设备台帐维护、图形维护与铭牌维护等，这些模块同样起的是很重要的作用。（3）运行管理：在变电运维中运行管理占比很多，运行管理的主要工作通过巡视管理与故障问题管理所构成。专业巡视等内容我们都需要通过对巡视计划进行编排与录入才能得以实现，如果出现故障问题则可经运行管理模块将故障问题上报在巡视过程中，在此基础上通过相应专业予以进一步处理，最后进行验收。（4）工作票与操作票管理：工作票与操作票管理是检修与运维中的重中之重。运维中的倒闸操作要严格依照操作票所规定的流程逐项运行，同时当我们根据系统中工作票的审核情况用户可采取新的行动，相关专业则要通过工作票去能去明确工作中的安全措施、内容以及时间[5]。4.2.1电网设备资源管理模块设计电网资源管理要借由设备进入系统，并以此为基础进行拓展功能。跟随于设备所属范围予以分类，在此基础上进一步定义子菜单。通过设备树功能，相关工作者可以在第一时间内查询到设备。电网资源管理功能要通过设备树来实现，设备树借由子菜单树状结构显示站内设备。站内设备依附于电压等级的差异划分成不同间隔，间隔中又包含不同的设备。4.2.2运行值班管理模块设计日常工作中的关键环节就在运行管理方面，管理主要涉及变电、检修两项内容。此功能就是录入工作日志。全面巡视与例行巡视不一定必须要求分别进行，运行管理中还包括的熄灯巡视，这块的时间主要是在夜间进行，也需要对电厂的财产要给予更多关注。还包括专业巡视即依靠有相关专业知识的普通巡检员要求他们全面的掌握设备状态[6]。工作流程见图5。故障问题管理不同流程需分工明确，责任落实到人头。危急故障问题一旦出现必须及时关注并采取反制措施。图5巡视工作流程图工作者要依附于有关标准、规程等要求，全面开展设备巡视、操作、检修、试验等工作，第一时间发现设备故障问题[7]。当检修人员第一时间发现了设备故障必须及时要告知负责这里的维修后勤人员。发现故障问题后，根据设备维护手册中的标准由巡检员予以定性，第一时间启动故障问题管理流程。按照手册记录该故障设备型号，种类，具体部件或其他，对于故障问题标准库未包含的故障问题，应由专业人士根据现实情况做详细的记录并决定故障等级。第一时间通知相关调试工作人员，领导层，巡检组采取应急处理故障疑难问题预案。故障问题没有消除前，依附于实际情况，运维单位要组织制订具体的操作措施配合之前单位制定预案一针见血式的解决问题。针对影响遥控操作的故障问题，要第一时间安排处理，处理前后不仅要通知各兄弟小组还要及时向系统中录入日志，修改时也应与中心进行远程遥控操作。当后勤维修人员确定无故障是，由当日值班巡检负责人监督多方即刻进行现场验收，针对故障问题进行再一次的核实。当运维认为合格后，检修人员应当将处理情况录入故障问题应急处理系统后，运维工作者随即将验收意见与前者捆绑录入生产管理系统，完成闭环管理[8]。4.2.3两票管理模块设计两票管理设计时，重点侧重于工作票系统的设计[9]。首先进入开始界面，操作人点击进入操作票管理系统界面，进行填写，填写完成点击上传。在后台便由有管理权限的人或者是监管人来进行审核，审核如果合格那么就进行下一步，如果审核失败驳回申请，申请人需要再一次填写。接下来针对通过的申请，由当日当时的值班负责人进行审核，具体查看该事实行为是否可以执行，如若不行，操作票作废，申请人不可以申请同样的设备，如果可以就进行执行，并归入数据库，最后流程结束。主要是因为设备的使用操作方面非常重要，流程不符合或者马虎大意，会给电厂造成很大的损失，甚至有人员伤亡，所以要慎之又慎[10]。图6操作票处理流程图通常，值班管理中最为关键的内容即倒闸操作，亦为关键因素，会从根本影响着倒闸操作的安全、稳定。4.2.4数据库设计数据表见表1。表1设备表字段名称类型长度可否为空印证IDNUMBER否命名IDNAMEVARCHAR2140是设备命名CODEVARCHAR263是设备编码JBHVARCHAR232是管辖编码ZJMVARCHAR263是助记码LOGIC_DIY_IDNUMBER否运行ID，外部主键DEV_TYPE_IDNUMBER38否设备类型SC_DEV_IDNUMBER38是电力设备IDALIASVARCHAR2140是设备类别名台账表，如表1。通过设备台账表中的信息对于设备而言至关重要，见表2：表2台账表字段名称类型印证IDNUMBER运行IDPHY_DEV_IDNUMBER物理IDLOGIC_DIY_IDNUMBER设备类型IDVOLTAGE_LEVEL_IDNUMBER电压等级IDRUN_DATADATE状态GDJDMVARCHAR（32）运行ID，外部主键MANAGER_DEPTVARCHAR（64）设备类型SBZTNUMBER（3）设备状态GEO_XNUMBER（20,6）地理X坐标DEO_YNUMBER（20,6）地理Y坐标AZDDVARCHAR(64)安装地点ZGXLNUMBER主供线路5.系统的实现5.1基础资料管理子系统基础资料管理包括添加设备、查询设备，设备名称，设备种类等…如图7、图8所示。图7添加设备界面图8查询设备界面5.2巡检工作管理子系统巡检工作管理子系统如图9所示。图9巡检工作管理子系统界面用户在主界面中的巡检计划菜单下选择巡检日期、设备以及故障问题。5.3两票管理子系统工单设备使用申请以及审核界面，如图10、图11所示[12]。图10工单设备使用申请系统界面图11申请审核6.系统测试本文系统测试，主要侧重于功能和非功能两方面。6.1系统测试环境本文使用的是PC机与硬件环境结合，而且网络方面，整个测试是在局域网环境下进行。具体测试时，客户机有3台，这3台配置都是一样的，都是LENOVO，主频最多为2.40GHz，内存为8.00G、固态硬盘为400G；服务端电脑有2台，服务器为联想服务器，配置16内存和Desktop硬盘[10]。要确保系统能够稳定运行，首相要将其置于一个相对安静的环境中，不受外界的干扰。在对兼容性测试的过程中，首先要对客户端电脑进行处理，在系统运行稳定的基础上才能进行测试。6.2系统功能测试结合上述用例，我们在表格使用上，系统登录时各个账号均对应单一的权限，所以在测试的过程中，若正确，即可证实此流程测试成功，能够看出两票管理功能符合系统要求。表3 新增巡检组测试用例业务系统：设备巡检管理系统测试名称：新增巡检组测试功能实现：成功添加巡检组测试目的：添加相关巡检数据，看看是否能达到设计要求。步骤测试流程期望目标测试情况1电厂授权操作员成功登陆系统，在基础设置菜单，点击“设置”授权人员成功完成点击“设置”选项正确2授权人员打开选项，并输入巡检设备的编号、名称、技术参数、生产日期、是否做过维护等信息。授权人员成功输入巡检设备的编号、名称、技术参数、生产日期、是否做过维护等信息。正确3领导层或相关负责人员进入系统后台，点击查看“待审批的巡检点信息”成功打开打开审批巡检点窗口正确4完成新增巡检点的审批操作系统正确显示审批结果，并将后台巡检点记录增加一条。正确6.3系统性能测试通过结果能够看出，此次设计系统的功能顺利通过测试，完成测试流程后，将进行系统性能测试，系统性能测试主要是印证其实用性。在指标选择上确定了并发用户数和系统响应速度。多用户同时访问性能测试用例如表4所示。表4多用户访问性能测试用例表测试用例场景测试步骤预测结果结果L14个用户同时增加巡检数据打开测试机并打开设计系统中增加巡检数据页面，用脚本同时增加数据，查询巡检组增加记录各个测试机都可以稳定运行，并且巡检点增加通过L26个用户同时进行巡检点增加增加模拟机个数，使用同样的方法方式进行巡检组记录查询，持续观察服务器CPU使用情况各个测试机都可以稳定运行，并且巡检点增加通过L38个用户同时进行巡检点增加增加模拟机个数，使用同样的方法方式进行巡检组记录查询，增加持续观察服务器CPU使用情况各个测试机都可以稳定运行，并且巡检点增加通过我们采取控制打开节点的个数与稳步提高访问系统数据的频率，其目的是测试服务器CPU极限承压，得到压力测试表5所示。表5压力测试用例表测试用例ID场景测试步骤预测结果结果L1提高查询频率巡检记录测试同时打开3个终端节点。打开管理系统中的巡检查询菜单，修改频率为15次/秒功能正常，服务器CPU、内存占用正常成功L2提高查询频率巡检记