鄧展鵬，李妮妮，杜冠廷

1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510530；2.中汽檢測技術有限公司，廣東廣州 510530

0 引言

隨著汽車零部件檢測行業(yè)競爭日趨激烈，智能化、信息化、數(shù)字化、辦公便捷化等特征已經(jīng)影響著檢測試驗室業(yè)務的快速增長，并且檢測中產(chǎn)生大量試驗數(shù)據(jù)對其進行人工管理和應用分析提出了極高的成本和苛刻的時間需求，為了減少人力記錄、處理數(shù)據(jù)的成本和誤差率，試驗室信息管理系統(tǒng)(laboratory information management system,LIMS)被越來越多的汽車檢測行業(yè)所認可，并充分應用到試驗室的各個管理環(huán)節(jié)。在大規(guī)律分散性的原始數(shù)據(jù)采集與應用環(huán)境中，更好、更便捷的信息化能帶給檢測機構更大的優(yōu)勢，更低的人為誤差率和更高的辦公效率。

基于 Windows 平臺C/S 架構的傳統(tǒng)LIMS，從20世紀90年代初發(fā)展至今，架構與模式已經(jīng)相當成熟，而且得到了廣泛的應用，其PC端可以在計算機上較好、較快地處理各種復雜結(jié)構的數(shù)據(jù)，以及運行各類辦公文件。但仍然存在一些普遍而又緊急的場景響應短板，例如:企業(yè)管理者、市場業(yè)務員異地出差，或開會途中的移動辦公便捷性低，對檢測合同進行審閱、查看、歷史工作流溯源時效性差；還有大量的現(xiàn)場檢測工作執(zhí)行、檢測工程師或試驗員定時跟進檢測任務以及審批檢測流程管理規(guī)范化弱。針對這些場景下，對檢測業(yè)務流程進行協(xié)同辦公高效簡約化、功能提升數(shù)字化、終端交互響應移動便捷化是試驗室信息管理的重點工作，也是困擾試驗室檢測效能提升和數(shù)據(jù)管理規(guī)劃的技術短板。與此同時，隨著移動信息通信技術與手機、PDA(personal digital assistant)等智能終端的快速發(fā)展，使檢測企業(yè)的移動信息化需求越來越迫切，甚至已成為眾多企業(yè)信息化必備功能之一。移動辦公可以更好規(guī)劃和利用碎片化時間，能夠?qū)鹘y(tǒng)信息系統(tǒng)的時效性不足加以彌補，對檢測任務信息實現(xiàn)即時響應、流程審批全時空覆蓋處理。將LIMS與移動平臺的這些特性相結(jié)合，能夠很好地提高檢測行業(yè)工作效率，也符合國家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略中明確支持的數(shù)字賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求。

綜上，本文擬采用目前流行的HTML5架構開發(fā)相關的移動應用技術，針對LIMS系統(tǒng)的檢測流程審批業(yè)務設計一套C/S架構的移動檢測流程管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)整體架構由5個功能模塊組成，分別是檢測報告管理模塊、合同管理模塊、檢測進度管理模塊、輔助模塊、信息通知模塊。通過對不同的檢測角色移動辦公的需求設計出以上功能模塊，使用戶合理利用碎片化時間，隨時隨地對檢測任務進行審批處理，即時響應檢測任務，提高工作效率。該系統(tǒng)是使用Python的Web框架Flask開發(fā)Restful API后端實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，HTML5技術與漸進式JavaScript框架Vue.js技術以及Uni APP開發(fā)技術相結(jié)合，為Android客戶端構建一套操作簡易、交互性強的用戶界面，而數(shù)據(jù)庫則采用SQL Server技術進行數(shù)據(jù)管理與應用。

1 相關技術概述

1.1 HTML5 與Vue.js簡介

HTML5是HTML最新的修訂版本，由萬維網(wǎng)聯(lián)盟(W3C)于2014年10月完成標準制定。廣義論及HTML5時，實際指的是包括HTML、CSS和JavaScript在內(nèi)的一套技術組合。相對于HTML4，HTML5提高了交互體驗，加強了視覺感受，并且增加了很多非常實用的新功能和新特性。HTML5提供了豐富的音視頻新技術支持，解決了移動端的蘋果或安卓系統(tǒng)與Flash的兼容問題。文中所研究的移動檢測流程管理系統(tǒng)通過使用H5+技術Video標簽，使應用程序支持在線實時監(jiān)控視頻流。HTML5技術作用在移動平臺，使應用程序與網(wǎng)頁功能相輔相成，互補兩者的不足，增加了APP開發(fā)的擴展性，該系統(tǒng)的在線查閱檢測報告文檔功能即是使用了相關技術。

Vue.js是一套構建用戶界面的漸進式框架。Vue只關注視圖層，采用自底向上增量開發(fā)的設計。因此程序的擴展性及模塊化設計程度高，這對提高前期開發(fā)效率，以及降低后期維護難度有良好的效果。該框架擁有負責連接視圖層和數(shù)據(jù)層的雙向數(shù)據(jù)綁定庫，保證視圖和數(shù)據(jù)的一致性。

1.2 移動APP(應用程序)開發(fā)方式與Uni APP技術簡介

移動互聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展迅猛，前端技術日新月異。目前為止，移動APP開發(fā)有3種方式，分別是Native APP、Web APP、Hybrid APP。

(1)Native APP指的是原生程序，一般依托于操作系統(tǒng)，有很強的交互，是一個完整的APP，可拓展性強，需要用戶下載安裝使用。原生應用程序的功能開發(fā)完善，運行性能與渲染效果是最佳的。

(2)Web APP是一種框架型APP開發(fā)模式(HTML5 APP框架開發(fā)模式)。采用標準的Web技術，使用HTML5、JavaScript和CSS3編寫界面，掛載在瀏覽器上，不需要下載安裝程序，但無法利用會話管理、安全離線存儲以及訪問原生設備功能。

(3)Hybrid APP指的是半原生半Web的混合類APP?；旌蠎贸绦蜃岄_發(fā)人員可以把HTML5應用程序嵌入到一個細薄的原生容器里面，能夠同時使用原生應用程序的功能以及H5+應用的擴展。HTML5的特性使得更多的移動應用在開發(fā)過程中使用混合開發(fā)的模式，將原生應用和HTML5頁面結(jié)合，這種開發(fā)方式可全由Web開發(fā)，也可結(jié)合原生開發(fā)方式進行插件擴展。相比Native APP，開發(fā)成本更低，一套代碼兼容多平臺，可線下使用;相比Web APP，用戶體驗與運行性能更接近原生程序。

本文設計的移動檢測流程管理系統(tǒng)正是基于Hybrid APP的方式進行移動應用的開發(fā)。

Uni APP是一個使用 Vue.js 開發(fā)所有前端應用的框架,開發(fā)者通過編寫一套代碼,可編譯發(fā)布到iOS、Android、H5以及各種小程序等多個平臺，帶有圖形化插件控制管理功能，對Vue以及ES6(JavaScript的新版本標準)、CSS3、HTML5等語法校驗及編譯優(yōu)化的支持比較完善。使用Uni APP原生的網(wǎng)絡API(Uni.request)向后端編寫的Restful風格Web接口發(fā)起請求，獲取處理好的數(shù)據(jù)后渲染在應用界面，與用戶進行人機交互。

1.3 Flask技術及Restful簡介

Flask是一個使用Python編寫的Web應用程序框架。特點小而輕,原生組件僅實現(xiàn)了最基本的功能，即架構自由、編程靈活、可擴展性強、第三方庫資源豐富,也能兼?zhèn)渥盍餍?、最強大的Python庫。

Restful是一種網(wǎng)絡應用程序的設計風格和開發(fā)方式，Restful的Web Services 接口的核心就是“資源”。資源可以用URI來表示;移動端使用 HTTP 協(xié)議定義的方法來發(fā)送請求到這些 URIs,使用Json格式的數(shù)據(jù)進行資源交互。

2 系統(tǒng)功能需求分析及模塊設計

2.1 功能需求分析

隨著移動通信技術及智能設備不斷發(fā)展，企業(yè)移動信息化水平日益提高，移動應用已成為檢測流程管理系統(tǒng)的載體和必選項。在設計和實現(xiàn)本系統(tǒng)的過程中，貫徹軟件工程的思想，對系統(tǒng)進行需求分析，面向檢測業(yè)務各環(huán)節(jié)的用戶角色進行權限設計，明確需要開發(fā)的功能模塊。

移動檢測流程管理系統(tǒng)的用戶由4種角色構成，分別是技術審核人、業(yè)務經(jīng)理、檢測試驗員和試驗室安全負責人。技術審核人主要負責檢測任務的技術審核，使用該系統(tǒng)應可以查閱當前檢測任務的信息以及回溯審閱過的歷史任務，并能在線查看檢測報告的內(nèi)容，技術審核人最核心的操作應該是檢測任務的工作流審核；業(yè)務經(jīng)理對檢測合同進行信息審核，合同批閱；檢測試驗員使用系統(tǒng)對檢測項目進度更新，檢測樣品信息管理；試驗室安全負責人通過移動應用可以把控企業(yè)安防。用戶需求分析如圖1所示。

圖1 用戶需求分析

2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

基于上述用戶需求分析設計了5個功能模塊，分別是檢測報告管理模塊、合同管理模塊、檢測進度管理模塊、輔助模塊、信息通知模塊，如圖2所示。

圖2 功能模塊設計

不同用戶角色登錄該系統(tǒng)，需要根據(jù)權限分配不同的功能模塊。各功能模塊詳細介紹如下：

(1)檢測任務管理模塊

技術審核人通過該模塊即使處于試驗現(xiàn)場或開會途中也能隨時快速查看最新的檢測信息，按條件檢索歷史檢測任務，在線預覽檢測報告文檔流，以及對檢測任務的工作流審批等操作。

(2)合同管理模塊

該模塊主要實現(xiàn)市場業(yè)務人員外派出差，參加大型展會等場景，能隨時隨地刷新檢測合同信息，合理利用碎片化時間，按條件查詢檢測合同，對合同的工作流進行審批。

(3)檢測進度管理模塊

檢測試驗員在現(xiàn)場進行檢測試驗時，可以及時響應檢測任務，無須回到辦公計算機前對檢測任務的子項目進行進度更新，查看檢測項目審批信息。

(4)輔助模塊

該模塊集成了檢測試驗室現(xiàn)場實時監(jiān)控供試驗室安全負責人查看現(xiàn)場監(jiān)控及試驗員使用移動設備進行掃碼查詢樣品信息，用戶可使用手機設備實行信息管理，需要硬件條件(監(jiān)控攝像頭、移動設備需支持攝像頭)支持。

(5)信息通知模塊

該模塊監(jiān)控以上模塊，對后端服務器進行輪詢，有最新通知第一時間在終端提醒用戶，實行快速響應檢測相關工作。

3 系統(tǒng)開發(fā)架構及核心功能

3.1 系統(tǒng)架構和開發(fā)技術

移動檢測流程管理系統(tǒng)采用了基于移動平臺的C/S架構,主要分為基于HTML5的混合模式移動應用客戶端和Python3編寫Restful架構的Web服務端程序兩大模塊。該系統(tǒng)使用自下向上的設計過程，分為數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)訪問層、服務層、通信層和表示層5個層級，從下往上、逐步抽象，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)應用架構

(1)表示層使用漸進式JavaScript框架Vue.js來編寫代碼，配合調(diào)用H5+API擴展程序功能，構建應用界面，結(jié)合DCloud公司的前端框架Uni APP，通過HTML5的Web開發(fā)IDE HBuilderX 來編譯代碼，開發(fā)出Hybrid APP，兼?zhèn)淞薟eb APP(基于Web的系統(tǒng)和應用)、Native APP(基于Android、Ios等用原生程式編寫的第三方應用程序)這兩者之間的優(yōu)勢。

使用Vue.js編寫程序的擴展性及模塊化設計程度高，提高了前期開發(fā)效率，降低后期維護難度。結(jié)合Uni的技術棧，將編寫的JS,HTML,CSS3代碼打包編譯成可直接在移動平臺上安裝運行的高性能應用，向后端的Restful風格Web接口發(fā)起請求，對獲取的數(shù)據(jù)進行渲染。

(2)通信層由Http協(xié)議、Socket協(xié)議，以及用于實時視頻流傳輸?shù)腞TSP協(xié)議組成。后端的Web服務端程序使用uWSGI服務器配合Nginx反向代理，用于表示層與服務器進行Http或者Https協(xié)議的數(shù)據(jù)交互通信。

由于信息化的時代下Web后臺復用可用于不同終端，開發(fā)者逐漸采用HTML5技術開發(fā)跨平臺移動產(chǎn)品，且大多基于通用的 HTTP 協(xié)議,但在實時數(shù)據(jù)推送(如APP通知欄推送)、流媒體、接入文件管理云解決方案進行文件傳輸?shù)葢脠鼍跋?，采用Socket 協(xié)議的長連接才能保證實時通信的質(zhì)量。對于檢測企業(yè)各類試驗工作的開展和過程結(jié)果的管理，出于安全考慮或?qū)旆繕悠伏c檢的考慮，部分檢驗檢測中心對檢測現(xiàn)場布置攝像頭進行安防監(jiān)控。目前比較主流的攝像頭支持使用Rtsp協(xié)議，通過開啟Uni APP的VideoPlayer模塊配置，可開發(fā)流媒體擴展進行試驗室安防在線監(jiān)控，如圖4所示。

圖4 監(jiān)控與消息推送界面

(3)檢測檢驗中心業(yè)務變化與日俱增，需要程序迭代周期縮短，該系統(tǒng)的后端服務技術棧選擇了開源的、可移植性靈活(解釋型語言幾乎天生就是跨平臺的)、開發(fā)效率高的Python3及Flask。服務層使用該技術棧創(chuàng)建了一套Restful的Web Service，主要提供了系統(tǒng)各大功能模塊的底層業(yè)務邏輯的實現(xiàn)，與表示層進行數(shù)據(jù)交互，并為表示層提供了三大服務模塊，分別是手機推送服務模塊，AES 128對稱加密模塊和數(shù)據(jù)分析及處理模塊。

手機推送服務是指服務端定向?qū)⑿畔崟r送達手機的服務，該系統(tǒng)選擇了第三方推送的Gt_push_sdk進行二次開發(fā)，實現(xiàn)前后端消息實時推送，通過利用WebSocket協(xié)議維持TCP連接。為了數(shù)據(jù)傳輸安全，該系統(tǒng)使用了高級加密標準(advanced encryption standard，AES)對稱算法,它是一種典型的對稱加密算法,與檢查報文是否被篡改的信息摘要算法不一樣，是一種真正的加密報文的算法。對用戶密碼以及一些重要數(shù)據(jù)信息進行加密，作為一層安全防護，此系統(tǒng)在開發(fā)AES加密功能模塊時使用了Crypto庫?？紤]到檢測檢驗中心產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)有量大、多樣、數(shù)字標準化不一致等特點，該系統(tǒng)使用了Python3擴展模塊Pandas，Numpy對數(shù)據(jù)進行處理、優(yōu)化、傳輸?shù)角岸恕?/p>

(4)數(shù)據(jù)訪問層使用了Python中成熟的ORM框架SQLAlchemy，通過將編寫對象和數(shù)據(jù)庫關系模型建立映射關系，增強系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互能力。為了系統(tǒng)更靈活地處理數(shù)據(jù)，還應用Pymssql模塊，使系統(tǒng)能夠應用原生Sql語句與數(shù)據(jù)庫交互。通過兩種技術的結(jié)合，使數(shù)據(jù)訪問層能實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的大部分操作。

(5)數(shù)據(jù)庫采用了SQL Server，該數(shù)據(jù)庫具備易用性好、容量適中、應用廣泛等優(yōu)點。

此系統(tǒng)通過Python3、Flask構建流行的Restful風格的 API接口，用于與前端(表示層)進行 Json 格式的數(shù)據(jù)交互，通過對稱加密技術保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，通過擴展庫實現(xiàn)消息推送及數(shù)據(jù)處理。前端使用Uni APP編譯生成運行在移動平臺上的APP。Web后端應用程序部署在Nginx(為了避免訪問量過大，減少客戶端請求連接的長時間等待，由Nginx實現(xiàn)反向代理)+uWSGI(uWSGI實現(xiàn)了WSGI協(xié)議的一個Web服務器，用于掛載Python3程序)+Sql Server 技術搭建的服務器上，提高整個系統(tǒng)后端服務的性能。系統(tǒng)部署如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)部署

3.2 系統(tǒng)核心功能及代碼

3.2.1 預覽檢測報告PDF文件流

移動檢測流程管理系統(tǒng)主要是以檢測任務的工作流程為核心，各個審核節(jié)點通過查閱檢測報告草稿版進行檢測任務審批。一般來說，在手機終端預覽PDF格式文件可以選用兩種方法，一種是基于瀏覽器的模塊來閱讀在線文檔，另一種是下載文件后通過第三方應用打開，前者用戶體驗更流暢。該系統(tǒng)使用Uni APP框架中的Web瀏覽器組件Web-view來實現(xiàn)網(wǎng)頁承載，在移動應用中加載本地網(wǎng)頁，通過JavaScript插件Pdf.js實現(xiàn)在線預覽服務器端的文件路徑，使用內(nèi)嵌網(wǎng)頁進行加載文件流統(tǒng)一了技術棧，維護性更好且模塊化程度高，而且代碼簡潔。

預覽文件流代碼塊如下:

3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用芘c解密模塊

汽車零部件檢測行業(yè)的某些數(shù)據(jù)需要保密，為了保證數(shù)據(jù)傳輸安全，此系統(tǒng)使用了對稱加密算法對關鍵數(shù)據(jù)進行處理，設計的思路是后端通過AES算法使用128位密鑰加密某些數(shù)據(jù)明文，將密文傳輸至移動終端后使用相同密鑰解密為明文,需要注意的是如果前后端使用的技術棧不同，需要統(tǒng)一AES算法的模式，以及處理好密鑰補位。

AES對稱加密功能核心代碼塊如下:

from Crypto.Cipher import AES

import base64

key="xxxxxxxxxxxxxxxx" # 16的倍數(shù)的密鑰

new_aes=AES.new(str.encode(key),AES.MODE_ECB) #初始化AES算法庫

def pad(length,text):

count=len(text.encode(′utf-8′))

add=length-(count % length)

enStr=text+(chr(add)* add)

return enStr

def encrypt(self,data): #加密函數(shù)

res=new_aes.encrypt(pad(data).encode("utf8"))

miwen=str(base64.b64encode(res),encoding=

"utf8")

return miwen

//前端核心代碼如下:

const crypto=require(′crypto′);

const jami=(data,key)=>{

var iv="";//初始向量

const cipher=crypto.createCipheriv(′aes-128-ecb′,key,iv);

var cipherResult=cipher.update(data,′utf8′,′base64′);

cipherResult+=cipher.final(′base64′); //返回hex編碼的字符串

return cipherResult;

}

const jemi=(encrypted,key)=>{

var iv="";//初始向量

const decipher=crypto.createDecipheriv(′aes-128-ecb′,key,iv);

var decrypted=decipher.update(encrypted,′base64′,

′utf8′);

decrypted +=decipher.final(′utf8′);

return decrypted;

}

module.exports={

jami,

jemi

}

3.2.3 檢測任務及檢測合同的信息檢索

檢測任務及檢測合同的數(shù)據(jù)量大、單表字段多，單次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量多少直接影響到網(wǎng)絡傳輸?shù)馁|(zhì)量。此系統(tǒng)根據(jù)出差、開會等使用場景可能遇到的網(wǎng)絡環(huán)境差、移動設備接收和渲染大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生卡死現(xiàn)象等問題，對數(shù)據(jù)進行分表查詢，降低單次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，并使用Web服務器后端對數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)處理，并對查詢結(jié)果進行了緩存。前端只需要通過服務器端提供的Restful API請求，即可獲取格式處理后的輕量級的、便于解析、傳輸?shù)腏son格式數(shù)據(jù)，加以渲染界面。該系統(tǒng)通過使用Python的面向?qū)ο笏枷?，利用了ORM框架將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構化，配合Python3的Pandas庫，將結(jié)構化的數(shù)據(jù)對象放于Pandas的表格容器中，再使用Numpy對部分需要進行科學計算處理的數(shù)據(jù)進行運算，最后將篩選好的檢測任務及檢測合同的結(jié)果傳輸至移動前端。用戶界面如圖6所示。

圖6 用戶界面

4 結(jié)論

移動檢測流程管理系統(tǒng)是對傳統(tǒng)的PC端的試驗室管理系統(tǒng)的技術擴展，將檢測試驗室的檢測業(yè)務放到移動終端上，既可以服務試驗室內(nèi)部檢測工作者信息更新、審批管理又可以實現(xiàn)業(yè)務人員合同評審等功能。

(1)此系統(tǒng)使用混合模式(Hybrid APP)及模塊化后端設計開發(fā)，可跨平臺，降低開發(fā)、維護成本，服務器端部署系統(tǒng)使用了Nginx負責靜態(tài)內(nèi)容，uWSGI負責處理Restful接口的技術，兩者結(jié)合實現(xiàn)了更高效和負載均衡的Web服務。

(2)混合模式(Hybrid APP)的移動應用雖然用戶體驗可與Native App媲美，但涉及調(diào)用設備底層的功能仍存在不少問題，后期需要結(jié)合Uni APP的APP端原生架構開發(fā)插件，對應用的交互性能和功能多樣化需進行優(yōu)化與豐富。后端仍可以對uWSGI和Nginx兩大Web服務器進行調(diào)試，優(yōu)化服務器端的性能與并發(fā)。

(3)檢測檢驗業(yè)務發(fā)展與日俱進，此系統(tǒng)目前實現(xiàn)的功能仍比較簡單，未來的開發(fā)將集成更多的功能模塊，更好地利用移動通信技術進一步賦能試驗室檢測業(yè)務。