风电场运行维护管理系统的设计与开发

伍孟轩， 魏春梅， 刘慧敏

(湖北工业大学机械工程学院， 湖北 武汉 430068)



风电场运行维护管理系统的设计与开发

伍孟轩， 魏春梅， 刘慧敏

(湖北工业大学机械工程学院， 湖北 武汉 430068)

为了实现大型风电场运行维护管理的系统化、自动化和简便化，讨论了大型风电场运行维护管理系统的功能设计，并用visio绘制出风电场运行维护管理系统的业务流程图和平台功能结构图；在编码阶段，平台采用Web三层架构的B/S设计模式，GXT2.0实现用户交互界面的开发和JavaScript完成验证、EJB3.0中间件技术实现业务逻辑层的开发、oracle数据库实现风电场数据的存储以及集成Flex和JBPM流程管理框架。最终完成海上风电场运行维护管理系统的开发。

风电场； 电场管理； 运行维护管理系统

风电设备的管理以及风电场维修、维护业务流程处于纸质文档管理阶段[1-2]。虽然市场上存在一些信息化管理软件，但是这类通用性软件不能完全适用于风电场的运维管理，亟需开发一套符合风电设备管理特点的管理系统。该系统应是针对大型风电设备结构的复杂性和风电设备的维修、维护流程中数据流动的连续性，适合对维修维护过程进行监控的信息化软件平台，从而解决风电场的管理效率低下的问题[3]。

1 功能分析

风电信息化管理软件需要满足以下要求：在保证风电场人员人身安全的情况下，通过分析故障代码和参考技术资料，选取合适的工装工具和适量的备品备件，然后为故障风机制定维修维护计划；当计划制定后，工作人员必须根据维修维护流程，在监控下实施维护维修；风机维护维修工作完成后，维修人员对维修方法进行总结分析，并将维修总结记录到系统中，为风机的下一次维修维护提供支持。由此可知，实现风电场运维管理软件必须将日常业务流程集成到平台中，同时对围绕业务流程所需要的辅助信息进行功能设计。

2 维修维护流程设计

风电场运行维护系统核心业务是风机的维修维护流程。整个系统围绕核心业务流程(图1)而进行系统设计和开发。系统会根据BOM结构中零部件维修周期[4-5]自动列出维修方案，维修人员参考维修方案和风机手册制定合适的维修计划。维修计划包括对哪些零部件进行维修维护、所委派的维修人员、维修过程中所需要的工装工具信息和备品备件信息。当维修计划[6]制定完后，进入维修维护流程，流程中的各角色按照维修维护流程完成各自对应的任务。相应的任务有：库存检查、风机零部件的维修维护、进度跟踪及批注、填写维修报告。其中，库存检查主要是针对维修维护过程中所需备品备件而言，当库存管理人员接收到库存检查任务后，库存管理人员借助系统对风机维修维护过程中所需备件的数量与备品备件的库存数量进行对比分析。如果库存充足，维修维护人员则可接受相应的维修任务；如果库存不足，系统则会自动提示补货信息并且提交补货需求。当不足的备品备件采购回来并做好入库登记后，库存管理人员才能提交任务。进度的跟踪与批注是指整个流程的监控人员可以监控维修流程所处的阶段以及查看各个任务的信息，同时监控人员可以在特定的情况下对某些记录进行批注。在计划执行的过程中，维修人员可以将所执行任务的情况实时录入系统，以供监控人员了解维修进度。

图1 维修维护流程

3 功能设计

风电场管理系统与核心流程相互配合的包括7个模块：基础信息模块、生产运行模块、安全管理、维修维护、设备管理、组织管理和流程管理。其中，基础信息包括管理人员信息、风机结构信息、风机各个部件出故障后报出的故障代码及其所对应的维护方案信息。生产运行模块包括管理风机在正常运行阶段的运行数据、风机发电的生产计划，以及各个阶段的生产报表。安全管理是对风电场管理人员在维修维护之前的准备工作进行管理，主要包括：安全器材管理、安全演练管理和安全事故管理。维修维护模块主要针对风机部件出现故障后制定合适的维修计划，以及风电场维修维护人员对风机维修完成后所提交的维护报告进行管理。设备管理主要是针对风机维修制定计划过程中工装工具、备品备件和船舶的调配进行管理。组织结构管理主要是系统管理员的工作，其作用是做好平台的授权工作，使得风电场的参与人员仅仅能看到自己的任务，各司其职。流程管理模块主要是供特定人员进行工作进度的监控和查询个人任务。风电场运维管理系统整体结构如图2所示。

图2 系统功能设计

4 系统总体框架

本系统采用B/S三层架构完成风电场信息系统的开发。系统集成了JBPM流程，使得参与风电场管理的人员能够实时监控流程中的数据流动。此外，参与维修维护流程中每一任务的人员能够在管理系统中清晰地看到自己的任务。所以系统的调用过程分为两种情况：其一是用户的操作与流程的发起无关，则用户登录风电场管理信息系统后，在界面上的某些操作能够调用会话Bean，然后调用实体Bean，最终查询到数据；其二是如果用户的操作与流程的发起有关，则用户发起流程后，会调用会话Bean，然后调用JBPM，最后调用Hibernate，从而实现数据在平台中的流动。如果需要查看流程中的数据，应用程序运行同第一点描述。系统总体结构如图3所示。

系统分为三个层次：应用层，提供日常维护业务流程的管理和其他业务模块的信息化管理；中间层，集成JBPM2.0为流程运转提供基础；数据层，提供数据库服务。

本系统基于GXT2.0框架开发用户交互式界面，采用B/S体系结构。在WEB层，采用GXT2.0技术和JavaScript技术同时，还利用了GXT2.0的MVC设计模式进行系统界面设计、页面的验证和页面跳转控制。中间层主要包括：利用EJB3.0中间件技术开发可移植的业务逻辑层，以及集成JBPM2.0实现业务流程的信息化。数据层主要包括本系统的Oracle数据库，采用EJB实体Bean技术和Hibernate技术实现对数据库的高效访问。整个系统具有标准化接口与松散耦合的特点，有利于本系统与其他系统的集成以及今后的扩展升级。

图3 系统总体框架

5 主要开发技术

5.1 基于JBPM2.0的工作流技术

工作流技术能够很好地分离业务流程与界面开发的高耦合性，使得业务逻辑的开发和用户界面的开发相互独立，从而提高程序的开发效率。

利用JBPM开发工作流程有其特定的步骤。首先风电场运维管理系统集成Flex技术，利用其可绘制图形化界面的功能，绘制海上风电场运行维护管理系统的流程节点，以及通过绘制箭头连接各个节点从而指示数据的流向。并且通过与GXT2.0集成，为所有节点都开发通用的用户界面。用户界面可以提交各个节点用户的参与者以及流程所需要的数据，并且限制用户在某一节点提交数据的数量。通过GXT2.0和Flex技术完成流程模板的定义后，利用JBPM2.0框架发布模板，从而将配置的数据保存到JBPM2.0的数据库中。然后利用java调用JBPM2.0的接口使流程运转，当流程运转到特定的任务实例后，就会有特定的角色参与流程节点任务的交互并提交任务，在此过程中，流程可被特定角色实时监控。最后，当任务结束时，任务直接退出流程，整个流程结束。

5.2 GXT2.0的Web界面设计技术

GXT2.0是一个基于Google Web Toolkit(GWT)的互联网客户端JAVA库。利用GWT编译器将JAVA代码编译成JavaScript代码并压缩编译后的代码，从而使服务器能够更加高效地加载应用程序。风电场运行维护管理系统能利用GXT的面板控件，快速开发和布局用户界面，利用GXT的树状控件完成风电场运维管理系统用户区中导航栏的开发，并为导航栏中的操作注册相应的事件。利用表格(Grid控件)控件完成数据的展示。利用FormPanel控件完成数据的增加操作，利用ComboInput控件完成数据的选择操作。经过一些复杂的控件组合和事件注册后，系统能够开发出符合风电特点的用户界面。仅有用户布局是不够的，系统必须能够通过触发事件使得用户界面能够对数据库中的数据进行增加、删除、修改和查询等操作。系统采用GWT-RPC技术实现对数据的异步加载或者更新。利用GWT-RPC技术能够提高交互性(即当用户保持一条数据后，即使数据没有保持到数据库中，用户也可以和平台中的其他模块进行交互)，从而提高用户的体验效果。在开发应用层的过程中，由于风电场运维管理系统中用到了很多小图片，为了提高效率，GXT2.0利用图片缓存技术，从而减少了图片下载时间，提升用户的体验效果。

5.3 基于EJB3.0的中间件技术

风电场运维管理系统使用EJB作为中间件。由于无状态会话Bean是基于元数据注解的POJO类，并且开发无状态会话Bean是面向接口开发的应用程序，从而降低了程序之间的耦合性。此外，无状态会话Bean在EJB容器中被池化，从而提高了用户访问的并发量，使应用程序的吞吐量更大。所以使用无状态会话Bean开发业务逻辑层。另外由于实体Bean具有JAVA对象的一个显著特点——继承。因此，利用JAVA的这一继承特点，将一些必要的属性封装在多个JAVA类中。当需要新建一个需要继承父类的所有属性的EJB实体Bean时，可以直接将父类的属性继承到子类中。风电场运维管理信息系统正是利用了实体类可继承的特点，完成平台表的设计。借助这一原理，完成实体的开发之后，借助开发工具和配置文件将实体类映射成数据库中的表。当实体Bean和数据库的表建立后，业务逻辑层能利用EntityManager(实体管理器)对实体类进行操作，从而很方便地对数据库中的数据实现增、删、改、查等操作。

5.4 面向切面的编程技术

风电场运维管理系统借助面向切面编程技术(Aspect Oriented Programming，AOP)的思想，将JavaScript编程的程序和PL/SQL开发的存储过程无缝集成到管理信息平台中。集成两种技术后，使得平台的验证开发变得更加独立，平台对复杂数据的处理变得更加高效。

使用JavaScript可实现表单验证功能。风电场运维管理系统实现了对Email邮件格式的验证。充分利用Oracle数据库，如：利用其存储过程，维护数据库中某些表格数据的一致性；利用其储存过程处理大量数据，以提高效率；利用其视图功能，将多表合成一张视图，从而简化程序的开发；利用其JOB功能，自动调用特定的存储过程，从而根据部件的维护周期自动生成维护需求；利用其序列，实现主键的自动增长。

6 系统实现

6.1 数据库设计

风电场运行维护系统中涉及到的表格很多，本文主要展示风机BOM表结构和涉及到维修维护流程的主要表结构。风机BOM表(图4)包括2张表：部件信息(ParInf)和部件到部件(ParInf2ParInf)，其目的是将风机所包含的部件以层级的结构展现给用户，让用户更加清晰浏览到各台风机的结构信息。

维修维护流程中的表主要是为了支持维修维护流程中的数据存储。图5是制定维修计划所需要的7张表(图5)：维修计划表(MaiPlan)、维护需求(MaiReq)、维修计划到维护需求表(MaiPla2MaiReq)、工装工具表(TestToolKit)、维护需求到工装工具(MaiReq2TestToolkit)、备品备件(SpaContent)和维护需求到备品备件(MaiReq2SpaContent)。

图4 BOM表结构

图5 维修维护流程部分表结构

6.2 界面实现

基于以上需求分析、技术架构和开发技术，开发了一套风电场运维系统(图6)。

图6 海上风电场运维系统

系统以某风电场的管理作为应用案例。风电场系统已经录入了风电场人员信息、风机的零部件信息、零部件库存信息、风机维修资料、风机运行信息。

7 结束语

本文研究了海上风电场运行维护系统模块设计和技术实现。首先介绍了系统的总体框架，结合对海上风电场风机的维修维护业务流程，分析和设计了与维修维护流程相配合其他信息模块。另外，本文还介绍了开发系统的技术，实现了风电场运行维护系统的开发。从而使得风电场的信息化有了很大提高。目前系统还处于测试阶段，有待进一步完善。

[1] 吕吉峰，贺旭亮，任良全，等.煤矿设备MRO支持系统的设计与实现[J].煤矿机械, 2011,32(05):264-267.

[2] 任佳妮，周立秋，杨 阳，等.大型装备MRO知识管理系统研究[J].现代情报, 2013,33(05):56-59.

[3] 杨晓燕，王伟伟, 薛峰，等.基于知识流的MRO知识管理系统[J].机械设计与制造,2011(02): 250-252.

[4] 朱栢青，童一飞，于 霏.基于混合策略的MRO信息系统的研究[J].机床与液压， 2011,40(21):177-180

[5] 袁晓舟，范菲雅，蒋志超，等.面向轨道交通车辆维修过程管理的MRO支持系统[J].机械制造， 2014,52(593):74-78

[6] 裴 鑫，宋 奕，许承东.基于维修过程的军用直升机MRO信息系统功能设计[J].航空维修与工程, 2011(03):35-37.

[责任编校： 张 众]

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”国家高技术研究发展计划(863计划：2012AA051707)

伍孟轩(1989-)， 男，湖北天门人，湖北工业大学硕士研究生，研究方向：制造过程信息化与自动化，

1003-4684(2015)01-0051-05

TM614

A