摘要：該文從高爐爐況的實際情況出發(fā)，設(shè)計了一種基于Spring Boot+Vue的爐況評價系統(tǒng)。文中對高爐爐況的評價指標(biāo)體系及評定以及如何利用軟件技術(shù)實現(xiàn)爐況評價系統(tǒng)進行詳細(xì)分析和介紹。該系統(tǒng)目前已經(jīng)形成軟件系統(tǒng)并應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)，友好的界面展示給現(xiàn)場操作人員提供有力的指導(dǎo)和支持。

關(guān)鍵詞：Spring Boot；Vue；Element-ui；MyBatis

中圖分類號：TP319? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)部的反應(yīng)極其復(fù)雜。同時由于高爐系統(tǒng)的能耗極大，高爐使用的能耗占整個鋼鐵企業(yè)約60%[1]，因此，維持高爐生產(chǎn)過程中的平穩(wěn)運行是實施節(jié)能降耗優(yōu)化操作的一個重要環(huán)節(jié)。四大操作制度是高爐煉鐵過程控制必不可少的準(zhǔn)則，四大準(zhǔn)則包括：高爐上料準(zhǔn)則、風(fēng)口送風(fēng)準(zhǔn)則、高爐內(nèi)外熱制度準(zhǔn)則和爐內(nèi)造渣準(zhǔn)則。高爐穩(wěn)定運行的重要保證是爐況的平穩(wěn)，爐況是否平穩(wěn)可以等價于四大準(zhǔn)則操作是否合理的實施，從而指導(dǎo)操作人員實時、準(zhǔn)確地判斷爐況，維持高爐爐況的穩(wěn)定順行[2]。隨著計算機和信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用以及在國家鼓勵制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向拓展政策的引導(dǎo)下，本系統(tǒng)擬設(shè)計并實現(xiàn)一個B/S架構(gòu)的基于Spring Boot+Vue的爐況診斷系統(tǒng)用來展示高爐內(nèi)的運行情況，并內(nèi)置評價系統(tǒng)可視化展示高爐的順行狀態(tài)及得分情況。

2 評價指標(biāo)體系的確定及評定

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

整個評價系統(tǒng)需要首先在系統(tǒng)內(nèi)部根據(jù)每個鋼鐵廠的具體情況和專家意見，對高爐順行狀態(tài)評價體系的二級指標(biāo)層和三級指標(biāo)層進行權(quán)重的設(shè)置，同時還需要設(shè)置每個三級指標(biāo)的評分規(guī)則。要求5個二級指標(biāo)層的權(quán)重和為1，每個二級指標(biāo)對應(yīng)的三級指標(biāo)權(quán)重和為1。設(shè)置每個三級指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)，三級指標(biāo)的評分規(guī)則模擬為線性標(biāo)準(zhǔn)，如表2冷風(fēng)風(fēng)量的評分規(guī)則。具體評價過程為每隔一段時間獲取三級指標(biāo)層的各個指標(biāo)值，然后根據(jù)每個指標(biāo)的評分規(guī)則計算對應(yīng)的指標(biāo)得分（分值范圍：0～100），再用每個指標(biāo)得分乘以對應(yīng)的權(quán)重值得到二級指標(biāo)層對應(yīng)的得分，二級指標(biāo)層的得分乘以二級指標(biāo)層的權(quán)重最終得到高爐順行指數(shù)的分值（范圍：0～100）。

3 基于SpringBoot+Vue的爐況評價系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)有的軟件開發(fā)整體架構(gòu)主要分為C/S（Client/Server）架構(gòu)和B/S（Browser/Server）架構(gòu)，兩者的主要區(qū)別是C/S架構(gòu)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(gòu)的客戶端是直接通過電腦的瀏覽器訪問的，能上網(wǎng)就可以直接使用。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，B/S架構(gòu)的軟件開發(fā)使用越來越廣泛。本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于Spring Boot和Vue進行設(shè)計的。本系統(tǒng)從邏輯系統(tǒng)體系上分成了四個層次，分別為“交互層”“業(yè)務(wù)邏輯控制層”“數(shù)據(jù)對象層”和“數(shù)據(jù)庫”。

1）交互層（表現(xiàn)層）

交互層主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)和用戶交互部分的實現(xiàn)，包括與用戶進行交互的頁面及執(zhí)行操作的請求處理類。本系統(tǒng)的交互層采用基于Vue作為核心框架的 MVVM開發(fā)模式，是一套用于構(gòu)建用戶界面的漸進式框架，聲明式渲染和組件系統(tǒng)是Vue的核心庫所包含內(nèi)容。在頁面組件的實現(xiàn)中引入Element-ui組件庫，Element-ui是餓了么團隊在Vue基礎(chǔ)上封裝的業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)錄入組件比如日期選擇器、輸入框、單選框、多選框、級聯(lián)選擇框、上傳控件等，多樣的數(shù)據(jù)展示組件比如表格、時間軸、樹形控件、描述列表等。

2）業(yè)務(wù)邏輯控制層

構(gòu)建系統(tǒng)模塊所需的業(yè)務(wù)處理方法，交互層將調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯控制層的業(yè)務(wù)方法來完成業(yè)務(wù)操作。它是應(yīng)用的主體，它包括了應(yīng)用中全部的業(yè)務(wù)處理程序。業(yè)務(wù)邏輯控制層一方面起傳遞數(shù)據(jù)作用，一方面進行強大的數(shù)據(jù)處理。該層還承擔(dān)安全性檢查的任務(wù)。該層本系統(tǒng)是基于Spring Boot開發(fā)。Spring Boot是一個簡化Spring開發(fā)的框架，用來監(jiān)護spring應(yīng)用開發(fā)，約定大于配置，去繁就簡，直接運行就能創(chuàng)建一個獨立的、產(chǎn)品級的應(yīng)用[3]。

3）數(shù)據(jù)持久層

使用相關(guān)技術(shù)進行對象/關(guān)系數(shù)據(jù)庫的映射，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)資源的封裝。對于數(shù)據(jù)持久層的開發(fā)，開發(fā)人員只面對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對象或接口，不涉及底層數(shù)據(jù)庫的訪問。該層本系統(tǒng)是基于Mybatis開發(fā)。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(biāo)是抽象化應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)訪問層和持久層的表示方式和位置，使它遠(yuǎn)離應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)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(zhí)行獲得Java Bean、XML、Map等對象[4]。

4）數(shù)據(jù)庫

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

3.2 系統(tǒng)的功能設(shè)計

本系統(tǒng)主要包括權(quán)重設(shè)置、指標(biāo)評分規(guī)則、爐況診斷及歷史數(shù)據(jù)分析4大部分。

其中權(quán)重設(shè)置是系統(tǒng)上線后根據(jù)鋼鐵廠的實際情況，對三級指標(biāo)層的39個指標(biāo)和二級指標(biāo)層的5個指標(biāo)進行權(quán)重設(shè)置。該模塊會內(nèi)置權(quán)重校驗，即輸入的值為數(shù)值型，同時滿足5個二級指標(biāo)層的權(quán)重和為1，每個二級指標(biāo)層對應(yīng)的三級指標(biāo)層的權(quán)重和為1，否則權(quán)重設(shè)置失敗，界面進行彈框提示。

指標(biāo)評分規(guī)則也是系統(tǒng)上線后根據(jù)鋼鐵廠的數(shù)據(jù)情況進行標(biāo)定的，每個三級指標(biāo)都有評分規(guī)則，評分規(guī)則的范圍和段數(shù)不固定。該模塊要求評分規(guī)則的范圍內(nèi)的值需要連續(xù)。同時該模塊需要支持輸入三級指標(biāo)的數(shù)值能夠得到對應(yīng)的分值。

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

歷史數(shù)據(jù)分析主要是用來展示各個三級指標(biāo)層的計算值和得分以及二級指標(biāo)和一級指標(biāo)的得分。支持多維度查詢，比如支持指標(biāo)名稱的查詢、時間維度的查詢，支持歷史數(shù)據(jù)包括帶有圖片的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

4 基于SpringBoot+Vue的爐況評價系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

4.1 整體實現(xiàn)

根據(jù)前文的功能設(shè)計，本系統(tǒng)創(chuàng)建了3張數(shù)據(jù)庫表，分別為權(quán)重表（diagnosis_furnace_weights）、評分規(guī)則表（diagnosis_furnace_rules）和評價表（diagnosis_furnace_evaluation）。其中權(quán)重表是用來保存指標(biāo)層的39個三級指標(biāo)權(quán)重和5個二級指標(biāo)權(quán)重。評分規(guī)則表用來保存所有三級指標(biāo)的評分規(guī)則，主要包含code（指標(biāo)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(dāng)前時刻39個三級指標(biāo)的數(shù)值和得分、5個二級指標(biāo)的得分以及順行指數(shù)的得分。

在交互層即界面展示層，評價權(quán)重設(shè)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(xiàn)。評分規(guī)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(xiàn)。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(xiàn)，圖1為爐況診斷的界面展示圖。歷史數(shù)據(jù)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(xiàn)。

4.2 關(guān)鍵功能的詳細(xì)實現(xiàn)

1）三級指標(biāo)的得分實現(xiàn)

每個三級指標(biāo)的評分規(guī)則會根據(jù)高爐的具體情況進行設(shè)置，不是固定不變的。同時，設(shè)計的代碼需要具有通用性，即39個三級指標(biāo)的評分使用同一個函數(shù)，而不是針對每個指標(biāo)進行設(shè)計。

通過分析，本文實現(xiàn)了getMark函數(shù)，該函數(shù)有兩個輸入?yún)?shù)分別為指標(biāo)名稱和指標(biāo)數(shù)值，返回double類型的結(jié)果。此函數(shù)的具體實現(xiàn)邏輯為：首先根據(jù)指標(biāo)名稱到評分規(guī)則表（diagnosis_furnace_rules）中查詢此指標(biāo)對應(yīng)的所有評分規(guī)則記錄，根據(jù)評分規(guī)則記錄確定出本指標(biāo)的起始點和終止點。然后判斷輸入的指標(biāo)數(shù)值所在的區(qū)間，即如果輸入的指標(biāo)數(shù)值超出本指標(biāo)的終止點，則得分為終止點對應(yīng)的分值；如果輸入的指標(biāo)數(shù)值低于本指標(biāo)的起始點，則得分為起始點對應(yīng)的分值，如果指標(biāo)數(shù)值在起始點和終止點之間，則需要利用指標(biāo)數(shù)值在x_start（起點）和x_end（終點）之間的條件再次查詢評分規(guī)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(shù)[y=kx+b]中求出參數(shù)k和b，最后根據(jù)指標(biāo)數(shù)值得到對應(yīng)的得分。

2）高爐順行狀態(tài)評價實現(xiàn)

整個高爐順行狀態(tài)評價過程是在業(yè)務(wù)邏輯控制層通過定時任務(wù)實現(xiàn)的，即每隔1個小時對高爐順行狀態(tài)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(biāo)的數(shù)值，并對這39個三級指標(biāo)調(diào)用getMark函數(shù)得到每個指標(biāo)對應(yīng)的得分。然后讀取權(quán)重表（diagnosis_furnace_weights），計算出39個三級指標(biāo)的權(quán)重分值，從而計算出5個二級指標(biāo)的得分，再分別乘以二級指標(biāo)的權(quán)重得到二級指標(biāo)的權(quán)重分值，最后求出一級指標(biāo)的得分，并將三級指標(biāo)的數(shù)值、三級指標(biāo)的得分、二級指標(biāo)的得分和一級指標(biāo)的得分保存到評價表（diagnosis_furnace_evaluation）中。

3）爐況診斷的界面實現(xiàn)

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(biāo)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(xiàn)。首先是這三個元素的定位均是通過在父級div上設(shè)置樣式屬性display為fixed，自身設(shè)置樣式屬性position為relative實現(xiàn)。然后每個二級指標(biāo)外圍框的四個弧度角通過設(shè)置樣式屬性border-radius實現(xiàn)。其次每根斜線通過設(shè)置樣式屬性transform實現(xiàn)傾斜，通過設(shè)置樣式屬性top和left實現(xiàn)斜線的具體位置。最后高爐圖片上的小圓點是通過設(shè)置樣式屬性border-radius實現(xiàn)小圓點，通過設(shè)置樣式屬性top和left實現(xiàn)小圓點的具體位置。

5 結(jié)束語

本研究從裝料參數(shù)、送風(fēng)參數(shù)、氣流監(jiān)控、出鐵參數(shù)和爐體溫度五方面制定了39個高爐爐況評價指標(biāo)，并利用Spring Boot+Vue技術(shù)快速開發(fā)出一套爐況評價軟件系統(tǒng)。主要優(yōu)點在于：

1）可配置化的權(quán)重模型使其能適應(yīng)不同鋼鐵廠的實際情況；

2）評價規(guī)則可動態(tài)設(shè)置使其評價更具有科學(xué)性；

3）友好的界面展示給操作人員提供很大的便利。

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