本文是一篇工程论文发表，本文针对中药生产车间的信息化系统以及车间管理的需求，对微服务架构、多源异构数据感知以及数据可视化相关技术及应用进行了深入研究，并基于研究相关成果开发了中药生产车间数据感知及可视化系统并在某企业生产车间成功应用，为车间的生产管理与生产决策提供了有力的数据支持，为中药生产行业的信息化建设提供了可行的解决思路。
第1章绪论
1.1课题研究背景
我国制药企业总数约5000余家，其中中药相关制药企业超过制药企业总数的50%[1]。研究中药制药行业相关的信息化、数字化技术及其应用对于推动中药制药行业的发展具有重要意义。
面对科技日新月异的发展，企业信息化软件规模也越来越大，对信息化软件的开发技术及架构技术都提出了新的要求，传统的单体架构以及SOA架构已经很难满足架构需求。微服务架构的组件化、去中心化等架构思想对于大型应用软件的开发在互联网行业已得到大量应用，对于大规模软件的建设具有明显的优势。但目前在中药制药行业针对微服务架构相关的技术研究较少，截至本文撰写，以“微服务”+“制药”、“微服务”+“药业”、“微服务”+“中药制药”为关键词在知网进行检索，暂未发现相关的应用研究。
企业信息化、数字化的发展离不开生产实体，生产实体本身数据以及与之相关数据是生产实体与虚拟网络的融合的媒介，实现生产相关数据的感知是其中的核心环节。传统制造在向数字化、信息化发展的过程中，需要依赖于物联网技术实现人、设备、系统、材料等关键生产元素的数据感知，利用数据在虚拟世界中构建现实场景下的生产活动，模拟仿真并研究其生产方法、管理手段，反过来指导现实世界中的生产活动。信息化、数字化的金字塔结构其底层的支撑是各种各样的设备、传感器等物理实体，在物理实体上通过技术手段实现底层异构数据的自动实时感知，将这些数据积累成海量的数据资源，通过对海量数据资源的利用为企业提供可靠、准确的数据支持。
1.2国内外研究现状
1.2.1微服务架构的应用现状
微服务架构的本质是一种软件架构风格，与开发技术无关，在软件架构开始流行之前，软件系统采用的主要是单体架构和SOA架构，随着业务需求越来越复杂，传统架构在响应复杂的业务场景时变得越来越困难，因此，才出现了微服务的概念。下面对微服务在需求、设计与实现、测试与重构几个方面的国内外研究现状进行描述。
有关微服务架构的需求方面，这里主要指的是非功能需求，功能需求与具体的业务有关，需要根据具体的应用场景进行分析。文献[4]中，Richter等人基于一致性、服务容错及可扩展性考虑将原有的电子座位预定系统架构重构成微服务架构；在文献[5]中，Wizenty等人在开发远程护理系统时重点考虑了可扩展性、数据安全、高可用以及功能独立性；在文献[6]中，Schneider等人重点考虑了组件的可复制性以及持续部署能力，并应用于相应的互联网解决方案上；在文献[7]中，窦卓基于高性能、可靠性和易用性方面的开发了报警平台；在文献[8]中，彭建魏基于高并发性、高可用性、数据可靠性以及松耦合性重构了PDM系统。
有关微服务架构的设计与实现方面，在文献[9]中，Vienno等人设计了一个可以在关系型数据库和非关系型数据之间可以进行数据复制的Synapse框架，实现限制微服务之间相互访问数据库的能力；在文献[10]中，Messina等人将数据库也当做一组微服务，提出了数据即服务的概念，相关的业务逻辑直接在数据库中处理，实现数据与其他组件之间的松耦合；在文献[11]中，Evanst提出了领域驱动设计DDD(domain-driven design，DDD)方法用于进行服务划分，指导微服务组件的拆分；在文献[12]中，张国生利用领域驱动设计方法构建模型，将软件系统拆分为多组微服务，每个微服务独立开发测试和部署，只需实现一个业务功能；在文献[13]中，吴文峻等人提出了利用微服务开发复杂系统的技术路线，并结合共享出行的案例进行分析验证。
第2章中药生产车间微服务架构总体研究
2.1中药生产车间现状分析
2.1.1中药生产工艺流程分析
（1）复杂的生产工艺流程
中药产品可分为中药材、中药饮片、中药制剂、中药汤剂等多种类别，每种类别下包含有多种功能主治不同的药品及规格，其配方及生产工艺流程也各不相同。生产车间可以分为提取车间、固体制剂车间、外包车间等。生产流程主要包括提取、过滤、浓缩、水/醇降、洗脱、吸附、收膏、干燥等工艺[39]。以某中药企业生产的A药品的提取生产工艺为例，其工艺流程图如2-1所示。
2.2企业信息化建设需求
通过对中药制药企业生产现状进行分析，发现由于中药行业的特殊性、生产工艺的复杂性导致生产管理困难，企业通过引入自动化生产设备、自动化控制设备以及信息化管理系统，解决了在工艺控制、流程管理上的部分难题。然而，这些自动化设备、自动化控制系统和信息化系统本身也给企业带来了新的挑战。通过对企业生产管理的难题和对这些挑战的进一步分析，总结出企业在管理过程中的业务痛点及需求，分为非功能需求和功能需求进行描述。
2.2.1非功能需求
企业对信息化系统建设的非功能需求可以分为系统架构能有效把控业务功能实现、避免重复建设以及快速响应企业业务需求等，分别进行描述如下：
（1）系统架构能有效把控业务功能实现
企业的信息化建设属于顶层设计，很难兼顾到具体功能模块的定义、实现手段以及功能应用等环节。但在信息化系统的应用中，具体环节的功能实现与业务直接关联并具体到使用方式、流程以及输入输出等，是信息化建设的重要内容。整体建设规划需要从应用架构、开发模式、应用技术等方面进行综合考虑从而实现对业务模块的功能实现的把控。
（2）避免重复建设
大规模系统如ERP、MES等包含有大量的功能模块，各模块之间相互关联，在具体应用中，各系统间经常出现功能相近的模块，但却不能从ERP、MES中移除对应的功能，导致模块重复，浪费成本。另外，系统耦合性越大，对系统功能的扩展和调整就越复杂，不利于系统的升级优化。
（3）快速响应企业业务需求
企业在不断开展业务的过程中，由于规模扩大、新产品开发、优化调整、设备引入以及更换地点等都有可能对原有系统的功能提出新的需求，但传统的开发模式会导致成本高、周期长。希望信息化系统像产品一样更新迭代提供持续高效的服务，而非作为项目交付即完成，保证企业在快速的发展过程中始终提供持续高效的服务能力。
第3章多源异构数据感知技术研究..................................23
3.1中药生产车间数据多源及异构性............................23
（1）多源性.....................................23
（2）异构性.................................24
第4章数据分析与可视化研究...........................43
4.1.数据可视化相关技术.............................43
4.1.1前端可视化开发语言......................43
4.1.2浏览器绘图技术.........................43
第5章数据感知与可视化系统设计与实现.................................65
5.1微服务的开发架构...............................65
（1）SpringBoot框架.........................65
（2）SpringCloud框架.................................66
第5章数据感知与可视化系统设计与实现
5.1微服务的开发架构
微服务与特定的技术栈无关，在不同的开发语言下有不同的架构方式，在Java语言下也有众多优秀的微服务架构方式，目前来说，最为主流的是SpringCloud/SpringBoot架构，采用Restful的轻量级通讯方式以及JSON的数据交互格式，由于Restful支持跨语言，对微服务的集体实现语言只需要有HTTP客户端均可接入，因此本文选择使用SpringCloud与SpringBoot的开发架构。
（1）SpringBoot框架
SpringBoot框架是由Pivotal团队基于Spring 4.0提供的用于简化Spring应用的框架。Spring框架于2003年6月发布，是一个采用IOC（Inversion of Control，IOC）和AOP（Aspect Oriented Programming，AOP）技术的轻量级的容器框架，设计的目的是为了解决企业应用开发的复杂性问题。但在发展过程中，Java Web开发涉及到越来越多的开发框架、工具以及数据库技术，从开发语言上有Java、JSP、Scala、Kotlin、Clojure、Groovy等，从开发框架有Spring、Struts、Hibernate、Mybatis、JPA、Velocity、Thymeleaf等，从数据库技术有MySQL、Oracle、Redis、MongoDB、Redis等，从工具上有Maven、Gradle、Ant等，每个开发框架、工具以及数据库技术各有所长，在不同的应用场景以及不用的项目下均有应用，而且在使用Spring框架开发过程中需要对应每个框架、工具和数据库技术进行相应的配置。导致大量的XML配置以及复杂的依赖管理，使得项目维护越来越困难，SpringBoot就是为了解决这些困难应运而生。
SpringBoot框架继承Spring框架的优秀基因，通过整合Java Web开发框架、工具和数据库技术，遵循“约定优于配置”的理念，极大减轻了开发过程中的配置
