我的軟考歷程
摘要
2023年2月，我司通過了研發紗線MES系統的立項，該系統為國內紗線工廠提供SAAS服務，旨在提高紗線工廠的數字化和智能化水平。我在本項目中擔任系統架構設計師，負責整個項目的架構設計工作。本文結合我在該項目中的實踐，詳細論述了ATAM（架構權衡分析方法）在本項目中的應用，ATAM分為四個階段：描述和介紹階段、調查和分析階段、測試階段、報告階段。本文詳細描述了這四個階段在本項目中的具體應用，并取得了顯著的效果。最終，2023年12月，該系統順利上線并運行至今，目前已經有879家紗線工廠接入我們的系統，各項功能和性能指標均達到客戶要求，得到了客戶工廠和公司領導的一致好評。
項目背景
隨著我國從制造業大國升級為制造業強國以及工廠數字化和智能化的持續推進，我所在的某地某科技公司基于自研的物聯網平臺相繼開發了染整一體化和織布一體化等系統，這些系統上線后，得到了工廠的追捧，也為公司帶來了豐厚的經濟回報。基于此，我司于2023年2月開始研發紗線MES系統，該系統預算730萬，建設工期10個月，涵蓋紗線工廠從清花、梳棉、并條、精梳、粗紗、細紗到絡筒的全流程工序，將為紗線工廠提供全面的生產管理解決方案以及基于數據的智能決策分析能力。該項目為物聯網層次架構，整體分為感知層、網絡層和應用層。其中網絡層為公司已有的物聯網平臺，這次重點建設內容為感知層和應用層，感知層使用Golang語言開發，作為聯網網關部署在工廠側，負責工廠數據的采集和云端指令的下發。應用層為紗線MES系統主體，采用Java語言開發，使用Spring Cloud微服務架構，數據庫使用Mysql，緩存使用Redis，前端框架使用vue.js，日志、監控和鏈路追蹤采用skywalking、prometheus、grafana和ELK，最終通過devops的方式部署在kubernetes集群中。系統上線后，將提供以下：基礎管理、數據接入、工單排產、數字孿生、工資計算、智控中心和數據分析等等功能，通過以上功能，可以全面提升紗線工廠的數字化和智能化水平，使其運營水平和生產效率得到質的提升。
論述內容
由于該項目涉及角色、單位、流程眾多，系統極為復雜，所以架構的設計就顯得非常重要，在架構設計完成后，架構設計是否合理，里面的缺陷和漏洞是否會影響后面的質量屬性，這都需要架構評估去進行驗證。我們在架構評估階段采用了ATAM（架構權衡分析方法），ATAM可以進行多個質量屬性的評估和折中，包括性能、可用性、安全性和可修改性。在具體實施過程中，ATAM分為四個步驟：描述和介紹階段、調查和分析階段、測試階段和報告階段。
一、描述和介紹階段
首先，我召集了公司的產品負責人、運維部門負責人、業務線專家以及公司內部的領導。然后，我作為該項目的系統架構設計師，為大家介紹了ATAM方法，簡單說明了ATAM的作用和效果，以及我們在該項目中使用ATAM的方法和步驟。其后，由產品負責人為大家詳細講了該項目的業務需求和市場分析，讓大家對該項目有了更深入的理解。最后，由我為大家詳細介紹了該項目采用的架構設計，整體分為三部分：邊端、物聯網平臺、云端（業務端）。邊端部署在工廠復雜的網絡環境中，需求量大，采用輕量級開發語言Golang，與物聯網平臺通過MQTT協議交互。物聯網平臺采用公司現有系統，負責協議解析和路由以及信息的上傳和下發。云端采用微服務架構模式，根據領域模型被分為多個微服務：工資域、接入域、數據分析域、基礎管理域、工單域等等，頁面采用vue.js技術，通過Nginx，對接微服務網關。在大家都對項目有了詳細的了解后，公司專家提出了一些質量屬性需求：1、頁面訪問必須在1秒內返回結果；2、工廠的數據到大屏呈現不能超過1分鐘；3、當物聯網平臺出現故障時，應該在5秒內恢復;4、系統必須保證用戶的信息安全等等將近200條質量屬性。
二、調查和分析階段
在同事們整理了將近200條系統需要滿足的質量屬性后，大家又在一起進行分析討論，把所有的質量屬性進行了分類整理，最終發現最重要的質量屬性就是安全性、性能、可用性和可修改性。其中關于安全性的有：1、系統安全認證系統要保證99.99%的可用性；2、重要的信息要采用加密措施等等。關于性能的有：1、頁面訪問必須在1秒內返回結果；2、工廠的數據到大屏呈現不能超過1分鐘等等。關于可用性的有：1、當物聯網平臺出現故障時，應該在5秒內恢復；2、當云端某微服務出現問題時，請求能負載均衡到其他服務上。關于可修改性的有：當有新數據過來時，能在10天內對系統進行改造等等。經過大家的調查和分析，把這些質量屬性整理成了效用樹，最后根據該系統的特點，對這四種質量屬性進行了評估和折中，我們系統重點要關注性能和可用性，安全性和可修改性可以放在后面加固。為了實現性能，我們采用分層處理，在數據層采用了主從分離和分庫分表，在應用服務層采用了集群模式，同時加入了緩存來提高返回數據的速度。在網絡層，我們采用了CDN和多地部署的方式，降低訪問的延遲。
三、測試階段
當采用ATAM進行了調查和分析后，我們對各種質量屬性進行了折中和評估，大家開動腦筋，進行頭腦風暴，對各種場景進行模擬和想象，大家充分交流，各抒已見，對架構的優缺點進行點評，在點評過程，由我對大家的意見進行記錄，然后進行架構分析，提起架構的優點和缺點以及要改造的點，最終經過調整，該架構設計已經滿足了現階段的要求。
四、報告階段
在經過前三個階段之后，我們產生了一系統的文檔，包括架構規格說明書和測試架構需求的質量屬性說明書，以及質量效用樹，需求說明書，一種場景等等。這些文檔都非常重要，并且由我為大家做了此次架構評估的報告，最后把整理過的報告上交給公司領導。
經過架構評估后，我們的項目在架構上滿足了各種非業務需求，在系統上線后，很好地支撐起了業務的執行，滿足了各種性能指標。
總結
通過采用ATAM的方式，我們有效地提升了系統的性能和數據容量，為大量工廠的接入提供了條件。最終在2023年12月，該項目正式投產并對外提供服務，至今穩定運行，各項功能和性能指標均遠遠超過了客戶的預期，得到了客戶工廠和公司領導的一致贊揚。雖然項目取得了成功，但是也遇到過一些問題，在項目初期，由于產品經理對紗線業務的不熟悉，導致很多功能的調整和返工，這打擊了開發人員的士氣，基于此，我提出兩個解決方式：1、派產品進入工廠一線，與工人交流，熟悉操作流程，徹底摸清紗線業務，保證需求質量；2、開發人員也要學習紗線業務，遇到問題反饋給產品，同時在做設計時，采用靈活的設計模式，為需求的變動留下可操作的空間。我們通過這兩個方法解決了這個問題，保證了項目的進展。通過這次實踐，我不僅學習到了ATAM的相關技術，也鍛煉了自己的架構和管理能力，我意識到只有不斷地學習和實踐才能讓知識融匯于自己的技術體系之中，才能在未來的工作中游刃有余、勇擔大任，為祖國的信息化建設貢獻自己的力量。
