基于Spring Boot+Vue的爐況評價系統的設計與實現

摘要：該文從高爐爐況的實際情況出發，設計了一種基于Spring Boot+Vue的爐況評價系統。文中對高爐爐況的評價指標體系及評定以及如何利用軟件技術實現爐況評價系統進行詳細分析和介紹。該系統目前已經形成軟件系統并應用于鋼鐵企業，友好的界面展示給現場操作人員提供有力的指導和支持。

關鍵詞：Spring Boot；Vue；Element-ui；MyBatis

中圖分類號：TP319? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）35-0043-03

1 引言

在高溫高壓的條件下，高爐內部的反應極其復雜。同時由于高爐系統的能耗極大，高爐使用的能耗占整個鋼鐵企業約60%[1]，因此，維持高爐生產過程中的平穩運行是實施節能降耗優化操作的一個重要環節。四大操作制度是高爐煉鐵過程控制必不可少的準則，四大準則包括：高爐上料準則、風口送風準則、高爐內外熱制度準則和爐內造渣準則。高爐穩定運行的重要保證是爐況的平穩，爐況是否平穩可以等價于四大準則操作是否合理的實施，從而指導操作人員實時、準確地判斷爐況，維持高爐爐況的穩定順行[2]。隨著計算機和信息技術在工業領域的應用以及在國家鼓勵制造業加速向數字化、網絡化、智能化方向拓展政策的引導下，本系統擬設計并實現一個B/S架構的基于Spring Boot+Vue的爐況診斷系統用來展示高爐內的運行情況，并內置評價系統可視化展示高爐的順行狀態及得分情況。

2 評價指標體系的確定及評定

高爐爐況順行指數的評價指標體系分為三個層次：第一層為一級指標，第二層為二級指標，第三層為三級指標。一級指標為高爐順行指數，二級指標包括裝料參數、送風參數、氣流監控、出鐵參數和爐體溫度共5個方面，每個二級指標由若干個三級指標組成，整個評價的三級指標包含了39個，詳見表1，最后一個二級指標是包含了10個三級指標，分別是第6層到第15層的冷卻壁溫度均值。

整個評價系統需要首先在系統內部根據每個鋼鐵廠的具體情況和專家意見，對高爐順行狀態評價體系的二級指標層和三級指標層進行權重的設置，同時還需要設置每個三級指標的評分規則。要求5個二級指標層的權重和為1，每個二級指標對應的三級指標權重和為1。設置每個三級指標的評分標準，三級指標的評分規則模擬為線性標準，如表2冷風風量的評分規則。具體評價過程為每隔一段時間獲取三級指標層的各個指標值，然后根據每個指標的評分規則計算對應的指標得分（分值范圍：0～100），再用每個指標得分乘以對應的權重值得到二級指標層對應的得分，二級指標層的得分乘以二級指標層的權重最終得到高爐順行指數的分值（范圍：0～100）。

3 基于SpringBoot+Vue的爐況評價系統軟件設計

3.1 系統體系架構設計

現有的軟件開發整體架構主要分為C/S（Client/Server）架構和B/S（Browser/Server）架構，兩者的主要區別是C/S架構的客戶端程序需要安裝在用戶的電腦上才能運行，而B/S架構的客戶端是直接通過電腦的瀏覽器訪問的，能上網就可以直接使用。隨著互聯網技術的發展，B/S架構的軟件開發使用越來越廣泛。本系統采用B/S架構，基于Spring Boot和Vue進行設計的。本系統從邏輯系統體系上分成了四個層次，分別為“交互層”“業務邏輯控制層”“數據對象層”和“數據庫”。

1）交互層（表現層）

交互層主要負責系統和用戶交互部分的實現，包括與用戶進行交互的頁面及執行操作的請求處理類。本系統的交互層采用基于Vue作為核心框架的 MVVM開發模式，是一套用于構建用戶界面的漸進式框架，聲明式渲染和組件系統是Vue的核心庫所包含內容。在頁面組件的實現中引入Element-ui組件庫，Element-ui是餓了么團隊在Vue基礎上封裝的業務常用組件類庫，具體包括各種類型的按鈕，用于頁面布局的布局控件，常用的數據錄入組件比如日期選擇器、輸入框、單選框、多選框、級聯選擇框、上傳控件等，多樣的數據展示組件比如表格、時間軸、樹形控件、描述列表等。

2）業務邏輯控制層

構建系統模塊所需的業務處理方法，交互層將調用業務邏輯控制層的業務方法來完成業務操作。它是應用的主體，它包括了應用中全部的業務處理程序。業務邏輯控制層一方面起傳遞數據作用，一方面進行強大的數據處理。該層還承擔安全性檢查的任務。該層本系統是基于Spring Boot開發。Spring Boot是一個簡化Spring開發的框架，用來監護spring應用開發，約定大于配置，去繁就簡，直接運行就能創建一個獨立的、產品級的應用[3]。

3）數據持久層

使用相關技術進行對象/關系數據庫的映射，實現對數據資源的封裝。對于數據持久層的開發，開發人員只面對業務數據對象或接口，不涉及底層數據庫的訪問。該層本系統是基于Mybatis開發。MyBatis框架主要包含DAO組件與SQL Map組件兩大類，MyBatis DAO組件的主要目標是抽象化應用程序的數據訪問層和持久層的表示方式和位置，使它遠離應用程序的業務邏輯。SQL Map組件是MyBatis Database Layer框架的重要組成部分，它使用簡單的XML配置文件將Java Bean、XML、Map映射成SQL語句，通過SQL語句的執行獲得Java Bean、XML、Map等對象[4]。

4）數據庫

該層用來存儲數據。本系統采用MySQL數據庫保存數據。MySQL是一種開放源代碼的關系型數據庫管理系統（RDBMS），MySQL數據庫系統使用最常用的數據庫管理語言--結構化查詢語言（SQL）進行數據庫管理。選擇MySQL作為數據庫主要是由于開源免費，而且在速度、可靠性和適應性上面滿足本系統的需要[5]。

3.2 系統的功能設計

本系統主要包括權重設置、指標評分規則、爐況診斷及歷史數據分析4大部分。

其中權重設置是系統上線后根據鋼鐵廠的實際情況，對三級指標層的39個指標和二級指標層的5個指標進行權重設置。該模塊會內置權重校驗，即輸入的值為數值型，同時滿足5個二級指標層的權重和為1，每個二級指標層對應的三級指標層的權重和為1，否則權重設置失敗，界面進行彈框提示。

指標評分規則也是系統上線后根據鋼鐵廠的數據情況進行標定的，每個三級指標都有評分規則，評分規則的范圍和段數不固定。該模塊要求評分規則的范圍內的值需要連續。同時該模塊需要支持輸入三級指標的數值能夠得到對應的分值。

爐況診斷是該系統的核心模塊，主要包括兩大部分，第一部分為系統需要定時（比如1小時）讀取39個指標的數據，根據指標的評分規則以及系統的權重設置對每個三級指標、二級指標及一級指標進行打分。第二部分為將爐況的指標數據、得分情況展示在頁面上，供操作人員實時觀察，需要設計美觀，同時信息全面。

歷史數據分析主要是用來展示各個三級指標層的計算值和得分以及二級指標和一級指標的得分。支持多維度查詢，比如支持指標名稱的查詢、時間維度的查詢，支持歷史數據包括帶有圖片的數據導出。

4 基于SpringBoot+Vue的爐況評價系統的軟件實現

4.1 整體實現

根據前文的功能設計，本系統創建了3張數據庫表，分別為權重表（diagnosis_furnace_weights）、評分規則表（diagnosis_furnace_rules）和評價表（diagnosis_furnace_evaluation）。其中權重表是用來保存指標層的39個三級指標權重和5個二級指標權重。評分規則表用來保存所有三級指標的評分規則，主要包含code（指標編碼）、x_start（起點）、x_end（終點）、y_start（起點值）和y_end（終點值）這些字段信息。評價表中用來保存當前時刻39個三級指標的數值和得分、5個二級指標的得分以及順行指數的得分。

在交互層即界面展示層，評價權重設置模塊主要通過element-ui中的布局組件（el-row、el-col）、輸入組件（el-input）和按鈕（el-button）實現。評分規則模塊主要通過element-ui中的表格（el-table）加表單（el-form）的方式實現。爐況診斷模塊主要通過原生的div、element-ui中的布局組件（el-row、el-col）和圖表控件echarts來實現，圖1為爐況診斷的界面展示圖。歷史數據分析模塊主要通過element-ui中的表格（el-table）和輸入框（el-input、el-select、el-date-picker等）實現。

4.2 關鍵功能的詳細實現

1）三級指標的得分實現

每個三級指標的評分規則會根據高爐的具體情況進行設置，不是固定不變的。同時，設計的代碼需要具有通用性，即39個三級指標的評分使用同一個函數，而不是針對每個指標進行設計。

通過分析，本文實現了getMark函數，該函數有兩個輸入參數分別為指標名稱和指標數值，返回double類型的結果。此函數的具體實現邏輯為：首先根據指標名稱到評分規則表（diagnosis_furnace_rules）中查詢此指標對應的所有評分規則記錄，根據評分規則記錄確定出本指標的起始點和終止點。然后判斷輸入的指標數值所在的區間，即如果輸入的指標數值超出本指標的終止點，則得分為終止點對應的分值；如果輸入的指標數值低于本指標的起始點，則得分為起始點對應的分值，如果指標數值在起始點和終止點之間，則需要利用指標數值在x_start（起點）和x_end（終點）之間的條件再次查詢評分規則表得到具體的一條評分記錄，并將評分記錄的兩個點（x_start，y_start）和（x_end，y_end）帶入線性函數[y=kx+b]中求出參數k和b，最后根據指標數值得到對應的得分。

2）高爐順行狀態評價實現

整個高爐順行狀態評價過程是在業務邏輯控制層通過定時任務實現的，即每隔1個小時對高爐順行狀態進行評價一次。每次評價的具體過程為：首先讀取來自39個三級指標的數值，并對這39個三級指標調用getMark函數得到每個指標對應的得分。然后讀取權重表（diagnosis_furnace_weights），計算出39個三級指標的權重分值，從而計算出5個二級指標的得分，再分別乘以二級指標的權重得到二級指標的權重分值，最后求出一級指標的得分，并將三級指標的數值、三級指標的得分、二級指標的得分和一級指標的得分保存到評價表（diagnosis_furnace_evaluation）中。

3）爐況診斷的界面實現

爐況診斷界面（見圖1）除了使用Element-ui和echart組件外，每個二級指標的外圍框、斜線以及高爐圖片上的小圓點都是通過div加css樣式實現。首先是這三個元素的定位均是通過在父級div上設置樣式屬性display為fixed，自身設置樣式屬性position為relative實現。然后每個二級指標外圍框的四個弧度角通過設置樣式屬性border-radius實現。其次每根斜線通過設置樣式屬性transform實現傾斜，通過設置樣式屬性top和left實現斜線的具體位置。最后高爐圖片上的小圓點是通過設置樣式屬性border-radius實現小圓點，通過設置樣式屬性top和left實現小圓點的具體位置。

5 結束語

本研究從裝料參數、送風參數、氣流監控、出鐵參數和爐體溫度五方面制定了39個高爐爐況評價指標，并利用Spring Boot+Vue技術快速開發出一套爐況評價軟件系統。主要優點在于：

1）可配置化的權重模型使其能適應不同鋼鐵廠的實際情況；

2）評價規則可動態設置使其評價更具有科學性；

3）友好的界面展示給操作人員提供很大的便利。

參考文獻：

[1] 徐化冰.高爐爐況評價與參數學習系統的設計[J].電子制作，2015（2）：81.

[2] 張勝男.基于專家知識與數據相結合的高爐爐況綜合評價[D].包頭：內蒙古科技大學，2020.

[3] 韋雪文，姜嵐.BIM可視化管理系統的軟件設計[J].電腦知識與技術，2021，17（20）：78-80.

[4] 徐雯，高建華.基于Spring MVC及MyBatis的Web應用框架研究[J].微型電腦應用，2012，28（7）：1-4，10.

[5] 韋雪文，高心宇，孫玉輝，等.基于web的城市河流生態健康評價系統設計[J].電腦知識與技術，2017，13（26）：92-94.

【通聯編輯：謝媛媛】