新材料行業服務平臺設計與實現

戴錚 劉丹

針對新材料行業檢測資源分散、共享機制缺乏、檢測數據利用不足、實驗室管理信息化程度低的問題，本文運用大數據、云計算等新一代信息技術，結合“工業互聯網+檢測”的思維，設計了新材料行業服務平臺，實現了門戶展示、電商平臺、大數據應用中心、服務支撐、實驗室管理、數據資源中心與大數據分析等功能，形成檢測資源匯聚、檢測能力共享、檢測數據挖掘、實驗室信息化管理的新模式，有效提升了行業的市場化服務能力，構建互聯網環境下的新業態。

一、引言

隨著世界范圍內制造業和高新技術產業的飛速發展，對新材料的需求也日益增長，新材料產業發展前景十分廣闊。我國新材料檢測機構數量眾多，但普遍規模小，檢測資源分布散、機構檢測能力范圍相對較窄；新材料行業生產企業檢測條件及設備不足，企業之間未形成檢測能力共享，缺乏共享機制；新材料行業積累的檢測數據未得到充分的利用，數據價值未充分挖掘；檢測機構的實驗室依賴傳統的方式進行管理，信息化程度低，嚴重阻礙了行業的發展。

隨著新材料產業的快速發展，新材料檢測需求日益增多，整個行業需建立新材料行業服務平臺，以提升新材料檢測服務能力，滿足新材料研發、生產、應用的需求。本文創新性地從新材料行業服務平臺的總體架構、平臺功能、系統部署三個方面進行設計，并對平臺的關鍵技術及平臺特性進行了探討，為提升檢測能力和水平，解決新材料檢測的瓶頸和短板，促進新材料產業快速健康發展提供支撐。

二、新材料行業服務平臺設計

（一）系統的總體架構

平臺整體由服務器端軟件、PC端軟件、移動端軟件（IOS、Android）、微信小程序軟件共四部分組成，采用前后端分離的架構設計，此架構設計能實現軟件設計的前后端解耦，提升平臺整體響應速度，減少后端服務器的并發/負載壓力。

平臺采用高可用分布式微服務架構，深度分析系統業務模塊，其中服務端軟件通過Restful接口為PC端、移動端以及微信小程序提供相應服務，同時服務端應深度分析系統業務模塊，進行微服務的合理劃分和管理。每個服務都有自己的處理和輕量通訊機制，可以部署在單個或多個服務器上。

平臺系統架構遵循云+端的模式，分為數據層、服務層、接入層以及消費層。

如圖1所示，數據層包括數據庫以及大數據相關組件。該層提供數據管理等服務。

服務層是平臺的核心，實現平臺的全部業務功能邏輯。主要包括供需對接服務、檢測流程服務、實驗室入駐服務、權限管理服務、聯盟管理服務、會員管理服務、云實驗室管理以及其它服務。

接入層是接入用戶請求的服務網關、服務負載均衡。

消費層是連接用戶與平臺的紐帶，包括APP、微信等移動端、平臺前端、企業系統前端等豐富的服務展現形式。用戶不管是用計算機還是用手機等智能終端，都可以與平臺進行隨時隨地的交互，獲取平臺所提供的服務。

（二）平臺功能設計

1.平臺門戶

作為PC用戶端的子系統，平臺門戶主要提供資訊展示、合作洽談、廣告位管理、搜索、鏈接、幫助中心等功能，同時門戶提供檢測、咨詢和培訓服務的入口。

2.電商平臺

電商平臺實現檢測、商品銷售、培訓、認證、咨詢、仿真、失效分析等多種服務的線上交易，同時匯聚檢測設備資源和檢測專家資源，提供設備共享和專家在線咨詢服務，支持客戶在線下單、在線訂單跟蹤、在線支付、在線報告查詢、售后客服等功能。

電商平臺是多用戶電商平臺，檢測機構用戶可入駐平臺，管理自己的商品、設備，對其屬性進行管理、如上架、下架。

平臺可靈活設置結算方式，既支持平臺統一結算，也可商戶單獨結算。同時具備線上交易支付、線下結算等多種支付方式。

電商平臺從產品與服務角度區分為業務服務中心、商品銷售中心、專家服務中心。

3.新材料大數據應用中心

聚集新材料行業客戶信息、服務機構信息、產品認證庫、標準庫、報告庫等海量行業基礎數據和交易數據，打造新材料大數據應用中心，通過大數據整合分析，借助最新的分析技術，形成大數據看板。為企業提供權威行業發展、生產研發、運營管理、營銷推廣等方面的數據支持，并服務于政府監管、行業協同、產業升級、業務發展、產品改進等各個環節，推進檢測機構的管理向數字化、智能化提升。新材料大數據應用中心數據處理過程如圖2所示。

4.服務支撐中心

通過平臺整合檢測產業鏈資源，包括設備供應商、行業專家庫、檢測指標庫、檢測服務知識庫等相關資源，為檢測業務和生產服務提供支撐能力。將過程信息沉淀為知識庫共享給下游檢測機構，實現檢測能力最大化復用。

5.實驗室管理系統

平臺提供完備的實驗室管理體系支撐，將實驗室檢測操作流程、方法、設備使用規定等數據化，并及時更新，提供提醒流程，發揮標準和方法的管理作用。

圍繞檢測業務能力，沉淀樣品、人員、設備、倉庫、文件等相關數據，形成實驗室信息管理系統的資源控制能力。

6.數據資源中心與大數據分析應用

數據資源中心是平臺的數據資產中心，為平臺提供數據存儲功能，同時承載數據資產管理的功能。通過數據資源中心對內實現向應用層的數據開放，對外實現與主中心、其他行業中心、下游檢測機構之間的信息共享、流通。

為實現精準營銷、用戶行為預測、潛在用戶挖掘、生產指導、科學決策支撐等目標，通過大數據服務，借助最新的分析技術和圖形化手段，將平臺運營積累的海量的行業基礎數據和交易數據進行整合分析，挖掘出傳統研究方式無法獲取的信息，為國家制定行業發展規劃等相關政策提供參考依據。

（三）系統部署

平臺基于微服務架構搭建，使用云端集群部署方式，云端集群部署與監控可提供云操作系統和上層應用服務的部署及業務增長后的系統配置升級管理。

云端集群部署：支持自動化的安裝部署。主要功能包括：服務安裝、服務升級、主機升級、遠程部署、遠程維護。

運行監控：可以查看集群的整體運行狀況。包括主機、服務等資源的數量、在線情況、運行負載情況以及告警信息。同時監控平臺各組件運行狀態、硬件資源占用情況等，被監控對象出現異常情況時，監控系統會發出告警通知。

三、關鍵技術

（一）統一鑒權認證技術

分布式系統的每個服務都會有認證需求，如果每個服務都實現 套認證邏輯會 常冗余，考慮分布式系統共享性的特點，需要由獨 的認證服務處理系統認證的請求。

采用OAuth2+JWT實現統一鑒權認證，引 個認證授權層，認證授權層連接資源擁有者，在授權層 ，資源擁有者可以給其他服務應 授權訪問，令牌采 JWT格式，JWT令牌中包括 戶相關的信息，客戶端只需要攜帶JWT訪問資源服務，資源服務根據事先約定的算法 完成令牌校驗， 需每次都請求認證服務完成授權。

（二）分布式微服務架構

采用Spring Cloud框架，通過Eureka進行服務注冊發現、Hystrix監控服務調用進行熔斷保護、Config進行統一配置服務、采用Zuul進行服務轉發、使用Sleuth、Zipkin記錄請求數據、鏈路跟蹤進行服務跟蹤。采用微服務架構實現自底向上開展實施、細粒度服務劃分、獨立部署的服務、簡單的服務集成。通過前后端分離技術減少后端服務器的并發/負載壓力，增加代碼的維護性&易讀性，提供前端組件代碼復用率，提升開發效率。

當平臺進行擴展時，通過添加與現有節點功能相同的新節點，在所有節點之間重新分配負載，可以橫向擴展或向外擴展。還可通過向負載平衡網絡中添加更多的服務器來擴展，以便傳入的請求可以分布在所有服務器中。

四、平臺特性

（一）先進性

平臺采用Spring Cloud 框架，通過Eureka進行服務注冊發現、Hystrix監控服務調用進行熔斷保護、Config進行統一配置服務、采用Zuul進行服務轉發、使用Sleuth、Zipkin記錄請求數據、鏈路跟蹤進行服務跟蹤。

采用微服務架構實現自底向上開展實施、細粒度服務劃分、獨立部署的服務、簡單的服務集成。

通過前后端分離技術減少后端服務器的并發/負載壓力，增加代碼的維護性&易讀性，提供前端組件代碼復用率，提升開發效率。

（二）可用性

平臺基于微服務的架構設計，使用Spring Cloud框架進行分布式開發，Spring Cloud可方便快速的將微服務有效管理起來，并提供了包括負載均衡、全鏈路監控、服務網關以及眾多基于Netflix的工具來確保平臺的高可用性實現。

（三）擴展性

平臺基于微服務架構建設，微服務具備極強的可擴展性。

當系統進行擴展時，通過添加與現有節點功能相同的新節點，在所有節點之間重新分配負載，可以橫向擴展或向外擴展。還可通過向負載平衡網絡中添加更多的服務器來擴展，以便傳入的請求可以分布在所有服務器中。

（四）可移植性

平臺采用Java語言開發，可提供以下移植性特點：

1.源代碼可移植：平臺基于Java開發，不論運行在何種CPU、操作系統或Java編譯器上，都將產生同樣的結果。

2.CPU可移植性：Java編譯器產生的目標代碼針對Java虛擬機運行，能掩蓋不同CPU之間的差別，使平臺運行于任何具有Java虛擬機的機器上。

3.操作系統可移植性：Java采用了與操作系統無關的庫函數，庫函數對操作系統功能的調用由不同的虛擬機完成，從而達到平臺可在不同的操作系統上運行。

同時采用Mybatis ORM數據庫框架，支持多種數據庫的連接與訪問。

（五）安全性

1.通過云防火墻防止服務器被惡意攻擊；

2.對客戶數據采用分布式管理方法提高數據安全性；

3.對服務器數據制定了定期備份機制；

4.對平臺訪問人員，根據職責完成了權限分配；

5.對關鍵數據采用MD5、RSA、SHA1加密方式進行傳輸；

6.針對云服務器使用專業主機安全防控，可進行入侵檢測和漏洞檢測，入侵檢測支持木馬文件查殺、登錄行為審計、密碼破解檢測等，漏洞檢測支持系統組件漏洞檢測、Web 組件漏洞檢測、安全基線檢測；

7.針對多端應用及微服務，采用統一安全認證和授權服務進行管控。

五、結語

本文創新性地建立了一套基于工業互聯網、云計算、大數據分析、微服務架構研發的行業數字化平臺。該平臺可實現門戶展示、電商平臺、大數據應用中心、服務支撐、實驗室管理、數據資源中心與大數據分析等功能，為新材料行業與互聯網深度融合打造“信息互通、資源共享、能力協同、開放合作、互利共贏”的新材料行業新生態。

作者單位：湖南航天天麓新材料檢測有限責任公司