李 偉, 朱海麗

(1.黑龍江科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院, 哈爾濱 150022; 2.黑龍江科技大學(xué) 黑龍江省煤礦深部開采地壓控制與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150022)

0 引 言

在數(shù)字化礦山建設(shè)過程中,我國礦山企業(yè)正逐步向環(huán)?；?、信息化、智能化方向轉(zhuǎn)型,以信息技術(shù)支撐新型煤炭行業(yè)[1]。煤礦作業(yè)規(guī)程作為煤礦三大規(guī)程之一,是煤礦生產(chǎn)管理過程中的核心環(huán)節(jié),是現(xiàn)場生產(chǎn)及施工指導(dǎo)的關(guān)鍵依據(jù)[2]。作業(yè)規(guī)程轉(zhuǎn)為線上編制后仍然暴露出很多問題,有些地區(qū)煤礦作業(yè)規(guī)程編制粗糙,編制不清楚、不規(guī)范,內(nèi)容不夠全面、規(guī)程舉措太片面,規(guī)程圖表較為凌亂[3],在管理階段不能很好地實(shí)現(xiàn)上傳下達(dá),出現(xiàn)問題不能立刻責(zé)任到人,且審批時(shí)間長,不能真正實(shí)現(xiàn)辦公一體化,浪費(fèi)了大量人力。編制的采煤作業(yè)規(guī)程不能有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工,給煤礦安全、高效地組織生產(chǎn)帶來了困難[4]。通過應(yīng)用系統(tǒng)可以起到規(guī)范編制內(nèi)容、規(guī)范編制過程、規(guī)范管理流程、加強(qiáng)煤礦生產(chǎn)安全基礎(chǔ)管理工作的作用,是實(shí)現(xiàn)“管理規(guī)范化、工作標(biāo)準(zhǔn)化和辦公自動(dòng)化”很好的技術(shù)管理平臺[5],因此,特提出了基于B/S架構(gòu)前后端分離開發(fā)模式的采煤作業(yè)規(guī)程編制及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 作業(yè)規(guī)程編制與管理系統(tǒng)開發(fā)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

在整體架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),按結(jié)構(gòu)劃分為6層,如圖1所示。

(1)訪問層:煤礦人員以何種方式訪問系統(tǒng),如PC端瀏覽器。

(2)表示層:供前端煤礦人員使用,用戶訪問系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)輸入等功能。前端用戶輸入規(guī)程編輯所需參數(shù),實(shí)現(xiàn)編輯以及接收生成的文檔。

(3)接口層:系統(tǒng)中前端與后端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的中間層。

(4)Web層:Web服務(wù)器,處理請求,返回響應(yīng)。

(5)服務(wù)層:后端業(yè)務(wù)及系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的記錄日志及后端所用技術(shù)框架。①規(guī)程編制子系統(tǒng):用于專門編輯和修改作業(yè)規(guī)程,實(shí)現(xiàn)作業(yè)規(guī)程文檔的生成,通過輔助編輯庫實(shí)現(xiàn)編輯,借助智能手段實(shí)現(xiàn)智能化輸入,并根據(jù)煤礦實(shí)際條件補(bǔ)充安全措施。②作業(yè)規(guī)程管理系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)規(guī)程任務(wù)的管理、審批、貫宣,審批人員接收規(guī)程提出審批意見,規(guī)程執(zhí)行后全礦人員學(xué)習(xí)貫徹。③權(quán)限控制臺:是對用戶設(shè)置必要的用戶資源訪問權(quán),只允許合法用戶訪問且只能訪問被授權(quán)資源[6],鑒于煤礦用戶角色分類過多,在規(guī)程管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)權(quán)限劃分及用戶管理較為復(fù)雜,特設(shè)計(jì)此控制臺進(jìn)行菜單管理,也為后期實(shí)現(xiàn)編輯過程中的協(xié)同編輯技術(shù)提供幫助。

(6)數(shù)據(jù)層:后端框架與數(shù)據(jù)庫MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫等操作。主要包括綜采面關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)、規(guī)程編輯所需參數(shù)、審批管理數(shù)據(jù)、各種圖形庫表格庫、設(shè)備選型規(guī)則庫、注冊用戶數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志等管理數(shù)據(jù)。

1.2 開發(fā)方法

1.2.1 前后端分離開發(fā)模式

此設(shè)計(jì)基于前后端分離開發(fā)模式,前端使用Vue.js框架以及Element-UI組件進(jìn)行界面設(shè)計(jì),后端基于MVC 設(shè)計(jì)模式[7]、SpringBoot + Mybatis 框架實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯[8]。實(shí)現(xiàn)前后端解耦,前端Nginx服務(wù)器負(fù)責(zé)控制頁面引用、跳轉(zhuǎn)路由,后端應(yīng)用服務(wù)器Tomcat負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù),加快整體響應(yīng)速度[9]。其核心思想是前端HTML頁面通過Ajax調(diào)用后端的Restuful api接口并使用JSON數(shù)據(jù)進(jìn)行交互[10]。

前后端分離會(huì)導(dǎo)致跨域問題[11],即阻止一個(gè)域的JavaScript界面去訪問另一個(gè)域的頁面。針對前后端口不一致引起的跨域問題,使用Nginx反向代理解決[12],搭建Nginx環(huán)境,修改配置文件nginx.conf,配置完成后Nginx服務(wù)器上所有的域名、協(xié)議、端口都是同源的,從根本上解決跨域問題。

1.2.2 軟件開發(fā)

前端采用微軟開發(fā)的輕量級開發(fā)編輯器Visual Studio Code,使用谷歌公司Chrome瀏覽器作為代碼調(diào)試工具,后端使用IntelliJ IDEA軟件開發(fā),數(shù)據(jù)庫選用MySQL AB公司開發(fā)的MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)持久化,前端頁面設(shè)計(jì)采用Element-UI組件庫設(shè)計(jì)。

1.3 功能模塊

將規(guī)程編制與管理兩部分化為一整體結(jié)構(gòu),作業(yè)規(guī)程編輯及管理系統(tǒng)可分為作業(yè)規(guī)程管理、審批管理、規(guī)程貫宣、系統(tǒng)管理及其他功能五個(gè)功能模塊。系統(tǒng)功能如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 作業(yè)規(guī)程文檔生成及拼接技術(shù)

作業(yè)規(guī)程中最為核心的功能就是將在系統(tǒng)內(nèi)編寫的作業(yè)規(guī)程按照標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成文檔,一般是前端Javascript直接操作Word,但這種做法安全性較差[13]。本設(shè)計(jì)中采用在后臺生成Word文檔,一般是開源框架Apache POI解析操作HTML數(shù)據(jù)流,但POI的Jar包操作Execl文件技術(shù)成熟[14],對于Word文檔有所欠缺,因此,后臺以IO流來實(shí)現(xiàn)上傳下載,具體設(shè)計(jì)方法是,首先,建立作業(yè)規(guī)程的通用模板,在富文本框編輯器Tinymce填入模板,保存成HTML格式,然后,后臺通過字節(jié)輸出流OutputStream寫出數(shù)據(jù)到文本,在寫出前需先將模板關(guān)鍵字符全部替換完成,采用Replace()函數(shù)進(jìn)行循環(huán)遍歷替換,最后關(guān)閉流即可。在模板設(shè)計(jì)上,文中采用兩端“+”作為分隔符號(也可以采用其它符號),比如“+回采位置+”形式來填充關(guān)鍵字符,方便后期讀寫文件流時(shí)可以正確替換。

在實(shí)際項(xiàng)目中,在處理較大的文件時(shí),常常將文件拆分為多個(gè)子文件進(jìn)行處理,最后再合并這些子文件。在此設(shè)計(jì)上,由于需要將各個(gè)章節(jié)生成的文檔進(jìn)行合并,使用Java后臺循環(huán)實(shí)現(xiàn)文檔合并,首先遍歷文件夾下所有的文檔,循環(huán)獲取每個(gè)文件的OPCPackage對象,使用OPCPackage將每一個(gè)文檔打開并且存儲(chǔ)起來,然后將其轉(zhuǎn)成字符串合并,再將字符串轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的XWPFDocument對象寫出即可。

2.2 文字及圖表處理技術(shù)

作業(yè)規(guī)程主要包含文字、公式和圖表。頁面設(shè)計(jì)中組件均來自Element-UI,文字以文本框輸入,長文本輸入需預(yù)先初始化該部分內(nèi)容,關(guān)鍵字用*替代,在Input獲得焦點(diǎn)時(shí)觸發(fā),用戶可按需修改。用Upload加載圖片,圖片是以地址格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫上,圖片插入可以來自外部或利用CAD制圖軟件繪圖插入,但CAD軟件與此設(shè)計(jì)融合實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜繪圖目前有一定的技術(shù)壁壘。在表格的處理上,Select選擇器實(shí)現(xiàn)下拉菜單展示,菜單內(nèi)容由讀取后臺表格庫顯示,展示給用戶的表格是已完善好的,用戶打開表格后可以直接編輯。在公式處理上,同表格處理相似,彈框時(shí)會(huì)顯示相關(guān)公式,填入公式各項(xiàng)參數(shù)傳入后臺,通過后臺的Jep(JAVA表達(dá)式轉(zhuǎn)化器)將字符串形式的公式,配置對應(yīng)的參數(shù)得到計(jì)算結(jié)果。但由于公式參數(shù)不定,處理時(shí)采用循環(huán)綁定實(shí)現(xiàn)參數(shù)自增。

2.3 關(guān)鍵設(shè)備選型

在規(guī)程編制階段,設(shè)備選型技術(shù)的實(shí)現(xiàn)能夠很好地為平臺服務(wù),設(shè)備選擇不再以人工選擇為主,一般通過系統(tǒng)內(nèi)部專家?guī)炀駬?后臺模擬人工,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化選擇[15]。原理為用戶通過輸入地質(zhì)條件參數(shù),查詢數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備庫和實(shí)例庫、規(guī)則庫,將庫建立聯(lián)系,通過檢索相似實(shí)例得出設(shè)備選型結(jié)果[16],當(dāng)出現(xiàn)多種型號符合結(jié)果時(shí),再進(jìn)行人工抉擇。以采煤機(jī)選型為例,主要是實(shí)現(xiàn)滾筒式采煤機(jī)選型,采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)包括滾筒直徑、生產(chǎn)率、截割速度、裝機(jī)功率等。頁面輸入?yún)?shù),包括最大采高、最小采高、平均采高、煤層傾角、煤層硬度、工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及風(fēng)流中瓦斯平均濃度等。輸入完參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行決策推理,得出匹配度最高結(jié)果,若不滿意,也可自行根據(jù)價(jià)格等因素篩選。

3 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

3.1 規(guī)程編制子系統(tǒng)

子系統(tǒng)可細(xì)分為新建規(guī)程、編輯作業(yè)規(guī)程、輔助編輯庫、設(shè)備選型、生成作業(yè)規(guī)程五個(gè)模塊。開發(fā)技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 編制子系統(tǒng)技術(shù)路線

(1)新建規(guī)程是指建立起作業(yè)規(guī)程的基本屬性信息,包含編輯人、規(guī)程名稱、編輯時(shí)間、開工日期、作業(yè)地點(diǎn)等。

(2)編輯作業(yè)規(guī)程即開始規(guī)程具體內(nèi)容的編纂,按照文章的層次結(jié)構(gòu)劃分章節(jié),用戶編輯完后保存并生成Word文檔。

(3)輔助編輯庫是指在編輯過程中所用的庫,有圖形庫、表格庫、公式庫。

(4)設(shè)備選型是指利用案例機(jī)、學(xué)習(xí)機(jī)、推理機(jī)實(shí)現(xiàn)工作面開采設(shè)備一體化選型。以液壓支架選型為例,①架型確定:液壓支架的類型可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式,用戶在瀏覽器上輸入老頂(基本頂)來壓顯現(xiàn)強(qiáng)度級別(Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級)和直接頂類別(1類、2類、3類、4類),由系統(tǒng)對其進(jìn)行后臺分析確定。②支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算:采用實(shí)測統(tǒng)計(jì)法、頂板載荷估算法、老頂來壓步距法、放頂煤頂板結(jié)構(gòu)分析法等分析額定支護(hù)強(qiáng)度,用戶需輸入巖石體積力、設(shè)計(jì)采高等相應(yīng)方法的參數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算。③工作阻力計(jì)算:用戶輸入支架中心距、支撐效率、控頂高度及前邊計(jì)算的支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算出工作阻力。④結(jié)構(gòu)高度計(jì)算:用戶輸入煤層最小采高、最大采高、考慮周期來壓的下沉量、偽頂冒落的最大厚度,按照結(jié)構(gòu)高度公式計(jì)算出液壓支架的最大高度、最小高度。⑤選型:按照計(jì)算出的架型、支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力、結(jié)構(gòu)高度參數(shù)查詢數(shù)據(jù)庫液壓支架參數(shù)表,選擇出符合條件的設(shè)備型號。⑥擇優(yōu):若選型結(jié)果不滿意,可按照其他因素自主選型。

(5)生成作業(yè)規(guī)程是將各章節(jié)Word文檔進(jìn)行整合,合并成一個(gè)文檔。

3.2 作業(yè)規(guī)程管理

(1) 任務(wù)管理

規(guī)程任務(wù)管理可以表現(xiàn)為對規(guī)程的查詢?yōu)g覽,可通過填入編輯人或者規(guī)程編號等模糊信息進(jìn)行查詢,也可以實(shí)現(xiàn)規(guī)程的增刪改以及內(nèi)容的修改。

(2)審批管理

審批人員進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)看見需審核的作業(yè)規(guī)程信息,經(jīng)過審批員的下載后,輸入審批意見,實(shí)現(xiàn)在線審批和會(huì)簽。在審批時(shí)是由多方部門聯(lián)合審批,實(shí)現(xiàn)快速審核,審批完成后自動(dòng)轉(zhuǎn)換作業(yè)規(guī)程狀態(tài)(審核或未審核)。

(3)規(guī)程貫宣

這部分主要是規(guī)程學(xué)習(xí)及考核,當(dāng)規(guī)程制定完成后,可供全礦人員進(jìn)行學(xué)習(xí)誦讀并對下井人員進(jìn)行培訓(xùn)考試,考試合格者可下井作業(yè),不合格者再重新進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

3.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理包括用戶管理、角色管理、系統(tǒng)維護(hù)及規(guī)程維護(hù)。角色管理是對人員角色進(jìn)行劃分,根據(jù)角色劃分相應(yīng)的權(quán)限,以便后期分配相應(yīng)可視界面。用戶管理能夠設(shè)置包括用戶名、密碼、所屬角色和所屬部門等使用系統(tǒng)用戶的信息。角色管理與用戶管理二者的實(shí)現(xiàn)依賴于權(quán)限控制臺的引入。系統(tǒng)管理是系統(tǒng)定期數(shù)據(jù)備份、更新和維護(hù)。規(guī)程維護(hù)下又分為模板、設(shè)備、表格、公式維護(hù),隸屬管理員權(quán)限,例如公式維護(hù)是建立相應(yīng)的公式庫,在表格里實(shí)現(xiàn)對公式的增刪改。

3.4 權(quán)限控制臺

訪問控制技術(shù)是保證Web服務(wù)組合增值應(yīng)用安全性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù),也是實(shí)現(xiàn)保密性、完整性的主要方式[17],煤礦系統(tǒng)的用戶復(fù)雜多變,角色繁多,想實(shí)現(xiàn)不同角色頁面不同絕非易事,例如要實(shí)現(xiàn)的協(xié)同編制,就需要一個(gè)部門一個(gè)用戶編制人員,因此引入此控制臺,將完整規(guī)程劃分為幾部分,每一部分都由不同的技術(shù)人員編纂,最后經(jīng)系統(tǒng)將生成的各個(gè)文檔進(jìn)行整合。在角色權(quán)限及用戶管理時(shí)集成通用權(quán)限控制臺,通過接口將二者聯(lián)系起來,在控制臺內(nèi)主要實(shí)現(xiàn)用戶管理、應(yīng)用管理及權(quán)限管理等功能,該控制臺有權(quán)限分配直觀、擴(kuò)展性強(qiáng)、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。用戶管理是對煤礦人員管理,實(shí)現(xiàn)用戶的增刪改查,用戶主要可分為管理員、煤礦工人(普通用戶)、工程技術(shù)員(編輯人員)、各部門審批(審批人員)四類角色;應(yīng)用管理是對接入的組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行管理,當(dāng)前為煤礦采煤作業(yè)規(guī)程編輯與管理系統(tǒng);權(quán)限管理則是根據(jù)角色分配權(quán)限,角色不同權(quán)限不同,角色不同可視頁面不同:①編輯人員登錄時(shí),主要顯示規(guī)程編制部分。②審批人員可進(jìn)入審批模塊對各規(guī)程填寫審批意見審批。③普通人員主要學(xué)習(xí)規(guī)程內(nèi)容及考核,考核通過則下井作業(yè),④管理員則是會(huì)對一系列表格進(jìn)行維護(hù)等。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 規(guī)程編制

新建作業(yè)規(guī)程界面是規(guī)程編制的第一步,主要包含規(guī)程的基本信息,如編號、煤礦名稱、作業(yè)地點(diǎn)、施工隊(duì)組等。規(guī)程編制頁面中,左側(cè)展示規(guī)程具體章節(jié),右側(cè)展示用戶需要填寫的內(nèi)容。以第1章第4節(jié)地質(zhì)構(gòu)造為例,用戶點(diǎn)擊該模塊后,右側(cè)展示頁面,此頁面較為簡單,主要填寫是否含有斷層、褶曲及其他因素影響,對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡要闡述,當(dāng)含有褶曲時(shí),就會(huì)彈出包含褶曲詳細(xì)信息的富文本編輯器,內(nèi)置表格是在表格模板維護(hù)時(shí)就已建立,只需完善表格保存即可。規(guī)程編制界面如圖4所示。

圖4 規(guī)程編制界面

4.2 設(shè)備選型及管理

關(guān)鍵設(shè)備選型以液壓支架為例介紹,液壓支架的選型設(shè)計(jì)主要是確定支架類型、支護(hù)阻力、支護(hù)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)高度范圍,按照綜采采煤工藝進(jìn)行液壓支架的選型設(shè)計(jì),圖5為液壓支架選型界面。

圖5 液壓支架選型界面

圖6 設(shè)備管理界面

設(shè)備管理以采煤機(jī)為例,右邊欄會(huì)顯示已添加好的所有采煤機(jī)型號及參數(shù),表格尾部的操作按鈕可以實(shí)現(xiàn)增刪改,此頁面的設(shè)計(jì)是為后期的設(shè)備選型鋪墊,完善設(shè)備庫,存儲(chǔ)設(shè)備參數(shù)。此作業(yè)規(guī)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含的所有的管理類頁面均如同此頁面,不再贅述,設(shè)備管理界面如圖 6所示。

5 結(jié) 論

(1)提出了一種作業(yè)規(guī)程編制及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,前端使用Vue框架,后端基于MVC設(shè)計(jì)模式以及SpringBoot + Mybatis框架,構(gòu)建規(guī)程編制子系統(tǒng)和規(guī)程管理子系統(tǒng)。規(guī)程編制子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)規(guī)程的編制問題,利用便捷方式實(shí)現(xiàn)參數(shù)化輸入;規(guī)程管理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)規(guī)程的審批和學(xué)習(xí),并實(shí)現(xiàn)對于各種規(guī)程的自身管理,使作業(yè)規(guī)程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。權(quán)限控制臺的引入實(shí)現(xiàn)了采煤作業(yè)規(guī)程設(shè)計(jì)的菜單設(shè)置和角色管理。

(2)作業(yè)規(guī)程文檔生成及拼接技術(shù)闡明在設(shè)計(jì)過程中如何生成單個(gè)作業(yè)規(guī)程,文字及圖表處理技術(shù)解決了如何對規(guī)程中主要內(nèi)容進(jìn)行處理,這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)并用才使得設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

(3)利用案例機(jī)、學(xué)習(xí)機(jī)、推理機(jī)實(shí)現(xiàn)工作面開采設(shè)備一體化選型,建立完備的專家?guī)?通過輸入各項(xiàng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備選型,為用戶編輯規(guī)程實(shí)現(xiàn)智能化輸入提供幫助。