風電場運行維護管理系統的設計與開發

伍孟軒， 魏春梅， 劉慧敏

(湖北工業大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068)

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風電場運行維護管理系統的設計與開發

伍孟軒， 魏春梅， 劉慧敏

(湖北工業大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068)

為了實現大型風電場運行維護管理的系統化、自動化和簡便化，討論了大型風電場運行維護管理系統的功能設計，并用visio繪制出風電場運行維護管理系統的業務流程圖和平臺功能結構圖；在編碼階段，平臺采用Web三層架構的B/S設計模式，GXT2.0實現用戶交互界面的開發和JavaScript完成驗證、EJB3.0中間件技術實現業務邏輯層的開發、oracle數據庫實現風電場數據的存儲以及集成Flex和JBPM流程管理框架。最終完成海上風電場運行維護管理系統的開發。

風電場； 電場管理； 運行維護管理系統

風電設備的管理以及風電場維修、維護業務流程處于紙質文檔管理階段[1-2]。雖然市場上存在一些信息化管理軟件，但是這類通用性軟件不能完全適用于風電場的運維管理，亟需開發一套符合風電設備管理特點的管理系統。該系統應是針對大型風電設備結構的復雜性和風電設備的維修、維護流程中數據流動的連續性，適合對維修維護過程進行監控的信息化軟件平臺，從而解決風電場的管理效率低下的問題[3]。

1 功能分析

風電信息化管理軟件需要滿足以下要求：在保證風電場人員人身安全的情況下，通過分析故障代碼和參考技術資料，選取合適的工裝工具和適量的備品備件，然后為故障風機制定維修維護計劃；當計劃制定后，工作人員必須根據維修維護流程，在監控下實施維護維修；風機維護維修工作完成后，維修人員對維修方法進行總結分析，并將維修總結記錄到系統中，為風機的下一次維修維護提供支持。由此可知，實現風電場運維管理軟件必須將日常業務流程集成到平臺中，同時對圍繞業務流程所需要的輔助信息進行功能設計。

2 維修維護流程設計

風電場運行維護系統核心業務是風機的維修維護流程。整個系統圍繞核心業務流程(圖1)而進行系統設計和開發。系統會根據BOM結構中零部件維修周期[4-5]自動列出維修方案，維修人員參考維修方案和風機手冊制定合適的維修計劃。維修計劃包括對哪些零部件進行維修維護、所委派的維修人員、維修過程中所需要的工裝工具信息和備品備件信息。當維修計劃[6]制定完后，進入維修維護流程，流程中的各角色按照維修維護流程完成各自對應的任務。相應的任務有：庫存檢查、風機零部件的維修維護、進度跟蹤及批注、填寫維修報告。其中，庫存檢查主要是針對維修維護過程中所需備品備件而言，當庫存管理人員接收到庫存檢查任務后，庫存管理人員借助系統對風機維修維護過程中所需備件的數量與備品備件的庫存數量進行對比分析。如果庫存充足，維修維護人員則可接受相應的維修任務；如果庫存不足，系統則會自動提示補貨信息并且提交補貨需求。當不足的備品備件采購回來并做好入庫登記后，庫存管理人員才能提交任務。進度的跟蹤與批注是指整個流程的監控人員可以監控維修流程所處的階段以及查看各個任務的信息，同時監控人員可以在特定的情況下對某些記錄進行批注。在計劃執行的過程中，維修人員可以將所執行任務的情況實時錄入系統，以供監控人員了解維修進度。

圖1 維修維護流程

3 功能設計

風電場管理系統與核心流程相互配合的包括7個模塊：基礎信息模塊、生產運行模塊、安全管理、維修維護、設備管理、組織管理和流程管理。其中，基礎信息包括管理人員信息、風機結構信息、風機各個部件出故障后報出的故障代碼及其所對應的維護方案信息。生產運行模塊包括管理風機在正常運行階段的運行數據、風機發電的生產計劃，以及各個階段的生產報表。安全管理是對風電場管理人員在維修維護之前的準備工作進行管理，主要包括：安全器材管理、安全演練管理和安全事故管理。維修維護模塊主要針對風機部件出現故障后制定合適的維修計劃，以及風電場維修維護人員對風機維修完成后所提交的維護報告進行管理。設備管理主要是針對風機維修制定計劃過程中工裝工具、備品備件和船舶的調配進行管理。組織結構管理主要是系統管理員的工作，其作用是做好平臺的授權工作，使得風電場的參與人員僅僅能看到自己的任務，各司其職。流程管理模塊主要是供特定人員進行工作進度的監控和查詢個人任務。風電場運維管理系統整體結構如圖2所示。

圖2 系統功能設計

4 系統總體框架

本系統采用B/S三層架構完成風電場信息系統的開發。系統集成了JBPM流程，使得參與風電場管理的人員能夠實時監控流程中的數據流動。此外，參與維修維護流程中每一任務的人員能夠在管理系統中清晰地看到自己的任務。所以系統的調用過程分為兩種情況：其一是用戶的操作與流程的發起無關，則用戶登錄風電場管理信息系統后，在界面上的某些操作能夠調用會話Bean，然后調用實體Bean，最終查詢到數據；其二是如果用戶的操作與流程的發起有關，則用戶發起流程后，會調用會話Bean，然后調用JBPM，最后調用Hibernate，從而實現數據在平臺中的流動。如果需要查看流程中的數據，應用程序運行同第一點描述。系統總體結構如圖3所示。

系統分為三個層次：應用層，提供日常維護業務流程的管理和其他業務模塊的信息化管理；中間層，集成JBPM2.0為流程運轉提供基礎；數據層，提供數據庫服務。

本系統基于GXT2.0框架開發用戶交互式界面，采用B/S體系結構。在WEB層，采用GXT2.0技術和JavaScript技術同時，還利用了GXT2.0的MVC設計模式進行系統界面設計、頁面的驗證和頁面跳轉控制。中間層主要包括：利用EJB3.0中間件技術開發可移植的業務邏輯層，以及集成JBPM2.0實現業務流程的信息化。數據層主要包括本系統的Oracle數據庫，采用EJB實體Bean技術和Hibernate技術實現對數據庫的高效訪問。整個系統具有標準化接口與松散耦合的特點，有利于本系統與其他系統的集成以及今后的擴展升級。

圖3 系統總體框架

5 主要開發技術

5.1 基于JBPM2.0的工作流技術

工作流技術能夠很好地分離業務流程與界面開發的高耦合性，使得業務邏輯的開發和用戶界面的開發相互獨立，從而提高程序的開發效率。

利用JBPM開發工作流程有其特定的步驟。首先風電場運維管理系統集成Flex技術，利用其可繪制圖形化界面的功能，繪制海上風電場運行維護管理系統的流程節點，以及通過繪制箭頭連接各個節點從而指示數據的流向。并且通過與GXT2.0集成，為所有節點都開發通用的用戶界面。用戶界面可以提交各個節點用戶的參與者以及流程所需要的數據，并且限制用戶在某一節點提交數據的數量。通過GXT2.0和Flex技術完成流程模板的定義后，利用JBPM2.0框架發布模板，從而將配置的數據保存到JBPM2.0的數據庫中。然后利用java調用JBPM2.0的接口使流程運轉，當流程運轉到特定的任務實例后，就會有特定的角色參與流程節點任務的交互并提交任務，在此過程中，流程可被特定角色實時監控。最后，當任務結束時，任務直接退出流程，整個流程結束。

5.2 GXT2.0的Web界面設計技術

GXT2.0是一個基于Google Web Toolkit(GWT)的互聯網客戶端JAVA庫。利用GWT編譯器將JAVA代碼編譯成JavaScript代碼并壓縮編譯后的代碼，從而使服務器能夠更加高效地加載應用程序。風電場運行維護管理系統能利用GXT的面板控件，快速開發和布局用戶界面，利用GXT的樹狀控件完成風電場運維管理系統用戶區中導航欄的開發，并為導航欄中的操作注冊相應的事件。利用表格(Grid控件)控件完成數據的展示。利用FormPanel控件完成數據的增加操作，利用ComboInput控件完成數據的選擇操作。經過一些復雜的控件組合和事件注冊后，系統能夠開發出符合風電特點的用戶界面。僅有用戶布局是不夠的，系統必須能夠通過觸發事件使得用戶界面能夠對數據庫中的數據進行增加、刪除、修改和查詢等操作。系統采用GWT-RPC技術實現對數據的異步加載或者更新。利用GWT-RPC技術能夠提高交互性(即當用戶保持一條數據后，即使數據沒有保持到數據庫中，用戶也可以和平臺中的其他模塊進行交互)，從而提高用戶的體驗效果。在開發應用層的過程中，由于風電場運維管理系統中用到了很多小圖片，為了提高效率，GXT2.0利用圖片緩存技術，從而減少了圖片下載時間，提升用戶的體驗效果。

5.3 基于EJB3.0的中間件技術

風電場運維管理系統使用EJB作為中間件。由于無狀態會話Bean是基于元數據注解的POJO類，并且開發無狀態會話Bean是面向接口開發的應用程序，從而降低了程序之間的耦合性。此外，無狀態會話Bean在EJB容器中被池化，從而提高了用戶訪問的并發量，使應用程序的吞吐量更大。所以使用無狀態會話Bean開發業務邏輯層。另外由于實體Bean具有JAVA對象的一個顯著特點——繼承。因此，利用JAVA的這一繼承特點，將一些必要的屬性封裝在多個JAVA類中。當需要新建一個需要繼承父類的所有屬性的EJB實體Bean時，可以直接將父類的屬性繼承到子類中。風電場運維管理信息系統正是利用了實體類可繼承的特點，完成平臺表的設計。借助這一原理，完成實體的開發之后，借助開發工具和配置文件將實體類映射成數據庫中的表。當實體Bean和數據庫的表建立后，業務邏輯層能利用EntityManager(實體管理器)對實體類進行操作，從而很方便地對數據庫中的數據實現增、刪、改、查等操作。

5.4 面向切面的編程技術

風電場運維管理系統借助面向切面編程技術(Aspect Oriented Programming，AOP)的思想，將JavaScript編程的程序和PL/SQL開發的存儲過程無縫集成到管理信息平臺中。集成兩種技術后，使得平臺的驗證開發變得更加獨立，平臺對復雜數據的處理變得更加高效。

使用JavaScript可實現表單驗證功能。風電場運維管理系統實現了對Email郵件格式的驗證。充分利用Oracle數據庫，如：利用其存儲過程，維護數據庫中某些表格數據的一致性；利用其儲存過程處理大量數據，以提高效率；利用其視圖功能，將多表合成一張視圖，從而簡化程序的開發；利用其JOB功能，自動調用特定的存儲過程，從而根據部件的維護周期自動生成維護需求；利用其序列，實現主鍵的自動增長。

6 系統實現

6.1 數據庫設計

風電場運行維護系統中涉及到的表格很多，本文主要展示風機BOM表結構和涉及到維修維護流程的主要表結構。風機BOM表(圖4)包括2張表：部件信息(ParInf)和部件到部件(ParInf2ParInf)，其目的是將風機所包含的部件以層級的結構展現給用戶，讓用戶更加清晰瀏覽到各臺風機的結構信息。

維修維護流程中的表主要是為了支持維修維護流程中的數據存儲。圖5是制定維修計劃所需要的7張表(圖5)：維修計劃表(MaiPlan)、維護需求(MaiReq)、維修計劃到維護需求表(MaiPla2MaiReq)、工裝工具表(TestToolKit)、維護需求到工裝工具(MaiReq2TestToolkit)、備品備件(SpaContent)和維護需求到備品備件(MaiReq2SpaContent)。

圖4 BOM表結構

圖5 維修維護流程部分表結構

6.2 界面實現

基于以上需求分析、技術架構和開發技術，開發了一套風電場運維系統(圖6)。

圖6 海上風電場運維系統

系統以某風電場的管理作為應用案例。風電場系統已經錄入了風電場人員信息、風機的零部件信息、零部件庫存信息、風機維修資料、風機運行信息。

7 結束語

本文研究了海上風電場運行維護系統模塊設計和技術實現。首先介紹了系統的總體框架，結合對海上風電場風機的維修維護業務流程，分析和設計了與維修維護流程相配合其他信息模塊。另外，本文還介紹了開發系統的技術，實現了風電場運行維護系統的開發。從而使得風電場的信息化有了很大提高。目前系統還處于測試階段，有待進一步完善。

[1] 呂吉峰，賀旭亮，任良全，等.煤礦設備MRO支持系統的設計與實現[J].煤礦機械, 2011,32(05):264-267.

[2] 任佳妮，周立秋，楊 陽，等.大型裝備MRO知識管理系統研究[J].現代情報, 2013,33(05):56-59.

[3] 楊曉燕，王偉偉, 薛峰，等.基于知識流的MRO知識管理系統[J].機械設計與制造,2011(02): 250-252.

[4] 朱栢青，童一飛，于 霏.基于混合策略的MRO信息系統的研究[J].機床與液壓， 2011,40(21):177-180

[5] 袁曉舟，范菲雅，蔣志超，等.面向軌道交通車輛維修過程管理的MRO支持系統[J].機械制造， 2014,52(593):74-78

[6] 裴 鑫，宋 奕，許承東.基于維修過程的軍用直升機MRO信息系統功能設計[J].航空維修與工程, 2011(03):35-37.

[責任編校： 張 眾]

Design and Development of the Management System of Wind Power Farm Running and Maintaining

WU Mengxuan, WEI Chunmei, LIU Huimin

(SchoolofMechanicalEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

In order to make the management of a large-scale wind farm running and maintaining systematic, automatic and handy, this paper discussed the design of all functions of a large wind farm management system. We drew the Business process diagrams and Platform function structure using visio. In the coding phase, the platform adopted B/S three layer architecture of Web design patterns, and we developed the user interface in GXT2.0, completed the Validation function in JavaScript and developed business process diagrams in EJB3.0 middleware technology. In addition, all data of wind farm were restored in Oracle, and Flex and JBPM were integrated to wind farm. Finally, the wind farm management system was completed.

wind power, field management, running and maintaining management system

2014-10-27

“十二五”國家高技術研究發展計劃(863計劃：2012AA051707)

伍孟軒(1989-)， 男，湖北天門人，湖北工業大學碩士研究生，研究方向：制造過程信息化與自動化，

1003-4684(2015)01-0051-05

TM614

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