快堆工程信息管理系統(tǒng)方案研究

呂 緋,趙佳寧

(中國原子能科學(xué)研究院,北京 102413)

中國實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)是我國第一座快堆,現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入調(diào)試、裝料階段。但是,目前我國尚未針對中國實(shí)驗(yàn)快堆的特點(diǎn)開展科研、運(yùn)行、管理等方面的信息資源體系研究、開發(fā)工作,沒有建立用于收集、歸納和保存CEFR技術(shù)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)知識的數(shù)據(jù)體系,而作為“數(shù)字化快堆信息資源體系開發(fā)技術(shù)研究”成果的快堆工程信息管理系統(tǒng)的開發(fā)將填補(bǔ)這一空白。

“數(shù)字化快堆信息資源體系開發(fā)技術(shù)研究”是“十一五”核能開發(fā)項(xiàng)目之一,該項(xiàng)目是利用信息資源規(guī)劃方法和現(xiàn)代信息技術(shù)對中國實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)和快堆電站信息資源進(jìn)行有效、快速的科學(xué)管理、知識固化存儲(chǔ)和信息化應(yīng)用。建立CEFR信息資源分類體系,設(shè)計(jì)開發(fā)基于主題數(shù)據(jù)庫的CEFR信息資源架構(gòu)模型,將CEFR產(chǎn)生的數(shù)據(jù)科學(xué)地收集和保存,并先行搭建快堆設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和快堆運(yùn)行數(shù)據(jù)的有效整合和應(yīng)用平臺,以收集CEFR科研、設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)各階段的相關(guān)資料,尤其是運(yùn)行、試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本文在研究了信息管理系統(tǒng)的一般性技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,針對中國實(shí)驗(yàn)快堆本身的特點(diǎn),分析研究得出了快堆工程信息管理系統(tǒng)的建設(shè)方案和技術(shù)方案。

1 快堆工程信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案

1.1 建設(shè)策略

(1)急用先行、力求實(shí)效

快堆工程信息化建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,不可能一蹴而就,要根據(jù)快堆工程部管理需求及各項(xiàng)調(diào)試、運(yùn)行、試驗(yàn)對信息系統(tǒng)需求的優(yōu)先級,在夯實(shí)基礎(chǔ)后,建設(shè)當(dāng)前業(yè)務(wù)中急需的信息系統(tǒng),滿足業(yè)務(wù)需求。同時(shí),要合理地劃分建設(shè)階段,設(shè)置里程碑,圍繞一系列的有限目標(biāo)開展工作,堅(jiān)持“小步快走,每一步都見效”的策略,逐步推進(jìn)。

(2)優(yōu)化整合、實(shí)用先進(jìn)

在建設(shè)到一定程度后,需要進(jìn)行集成優(yōu)化,整合各級資源,實(shí)現(xiàn)總體最優(yōu),建立一套既實(shí)用又先進(jìn)的信息系統(tǒng)。

1.2 快堆工程數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)快堆工程信息資源的高效管理,通過信息資源規(guī)劃得出快堆工程信息管理系統(tǒng)的整體藍(lán)圖。在不斷建設(shè)和完善信息管理系統(tǒng)的過程中,需要開發(fā)較多的數(shù)據(jù)庫來支持信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用,并且能夠?qū)崿F(xiàn)快堆源數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和使用。

為了達(dá)到這一目的,有必要按照主體數(shù)據(jù)庫的開發(fā)思想,結(jié)合信息資源規(guī)劃的成果,建立快堆工程數(shù)據(jù)庫的整體框架。

1.2.1 主題數(shù)據(jù)庫的簡介

這是一種真正意義上的數(shù)據(jù)庫,經(jīng)過科學(xué)的規(guī)劃與設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)與使用它的處理過程是獨(dú)立的。各種面向業(yè)務(wù)主題的數(shù)據(jù),通過一些共享數(shù)據(jù)庫被聯(lián)系和體現(xiàn)出來。這種主題數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)是：經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)分析,建立模型需要花費(fèi)時(shí)間,但其后的維護(hù)費(fèi)用很低。最終(但不是立即)會(huì)使應(yīng)用開發(fā)加快,并能使用戶直接與這些數(shù)據(jù)庫交互使用數(shù)據(jù)。

1.2.2 主題數(shù)據(jù)庫的特征

(1)面向業(yè)務(wù)主題,不是面向單證、報(bào)表;

(2)信息共享,不是信息私有或者部門所有;

(3)一次一處輸入系統(tǒng),不是多次多處輸入系統(tǒng);

(4)由基本表(Base Table)組成。

1.2.3 主題數(shù)據(jù)庫的優(yōu)越性

主題數(shù)據(jù)庫是一種集約化的數(shù)據(jù)庫環(huán)境,當(dāng)一系列這類數(shù)據(jù)庫建成之后,他們就能構(gòu)成獨(dú)立于具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)資源。應(yīng)用數(shù)據(jù)的各種功能將會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)生變化,但數(shù)據(jù)類型本身卻并不經(jīng)常發(fā)生變化,因此,將數(shù)據(jù)與應(yīng)用數(shù)據(jù)的功能分開是有意義的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式都獨(dú)立于應(yīng)用數(shù)據(jù)的各種功能,數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)主題相互聯(lián)系地存放在可以由眾多用戶共享的數(shù)據(jù)庫之中,系統(tǒng)開發(fā)人員只要描述穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的內(nèi)在性質(zhì),建成的數(shù)據(jù)庫與所要編程的功能或數(shù)據(jù)流無關(guān),這就使數(shù)據(jù)作為一種獨(dú)立的資源,成為支持所有應(yīng)用項(xiàng)目的基石。整套數(shù)據(jù)分析和建庫的方法,是“面向數(shù)據(jù)”的方法,與“面向過程”的方法相比較有明顯的優(yōu)越性：

(1)面向數(shù)據(jù)的方法可以避免文件數(shù)目過多、維護(hù)工作量大、數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致等問題;

(2)數(shù)據(jù)庫建成之后,某些類型的應(yīng)用項(xiàng)目可以用高級數(shù)據(jù)庫語言迅速地加以開發(fā);

(3)最終用戶能夠?qū)?shù)據(jù)庫直接進(jìn)行存取操作,可以建立他們自己的報(bào)表處理和應(yīng)用項(xiàng)目,因此,常?？梢悦馊ヒ话阆到y(tǒng)分析所需要的各種煩雜緩慢的手續(xù),以及等候數(shù)據(jù)處理部門行動(dòng)所需的時(shí)間。

1.2.4 快堆工程數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

根據(jù)國內(nèi)外先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方式,借鑒我國已有的“核電工程數(shù)據(jù)庫”整體結(jié)構(gòu),并且充分考慮中國實(shí)驗(yàn)快堆信息資源規(guī)劃成果,可以得出在主題數(shù)據(jù)庫指導(dǎo)思想下建立快堆工程數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 快堆工程數(shù)據(jù)庫框架Fig.1 CEFR database structure

每個(gè)主題數(shù)據(jù)庫還包括二級子庫,具體內(nèi)容如下：

(1)快堆文檔數(shù)據(jù)庫：文件數(shù)據(jù)庫、資料數(shù)據(jù)庫;

(2)快堆基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)庫：堆截面數(shù)據(jù)、堆物理性能、堆熱工水力、堆力學(xué)、熱物性參數(shù)、堆化學(xué)研究;

(3)快堆運(yùn)行數(shù)據(jù)庫：燃料管理、異常事件、設(shè)備信息、設(shè)備可靠性、設(shè)備老化、運(yùn)行管理、試驗(yàn)管理、維修管理、在役檢查、個(gè)人劑量;

(4)快堆項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫：人力資源、進(jìn)度控制、投資控制、質(zhì)量控制、設(shè)備采購管理、生產(chǎn)準(zhǔn)備;

(5)快堆安全分析數(shù)據(jù)庫：風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、臨界安全、事故應(yīng)急、抗震分析、重大設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī);

(6)快堆設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫：廠址評價(jià)、總參數(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、電氣儀表設(shè)計(jì)、常規(guī)島設(shè)計(jì)、回路設(shè)計(jì)、廠房結(jié)構(gòu);

(7)快堆材料數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)設(shè)備、零件材料、材料性能、材料標(biāo)準(zhǔn)、國外快堆材料及材料性能;

(8)快堆經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)庫：核電廠經(jīng)濟(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)參考、燃料循環(huán)經(jīng)濟(jì)、核電環(huán)境;

(9)快堆環(huán)境評價(jià)數(shù)據(jù)庫：事故應(yīng)急、環(huán)境影響評價(jià)、現(xiàn)場輻射防護(hù)、放射物質(zhì)運(yùn)輸、固體廢物、固體廢物處置場、核電廠退役。

2 快堆信息管理系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信息管理軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般分為C/S(Client/Server客戶端/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)和 B/S(Brow ser/Server瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)。

C/S結(jié)構(gòu)是需要在每臺機(jī)器上安裝客戶端軟件,通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢,將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實(shí)現(xiàn),降低了系統(tǒng)的通信開銷。通過客戶端程序與服務(wù)器進(jìn)行交互,客戶端分擔(dān)了服務(wù)器的相關(guān)工作,服務(wù)器會(huì)比較輕松。但是這種結(jié)構(gòu)需要針對不同的操作系統(tǒng)開發(fā)不同版本的客戶端軟件,加之軟件的更新?lián)Q代十分快,所以該種結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難適應(yīng)百臺電腦以上局域網(wǎng)用戶同時(shí)使用。

B/S結(jié)構(gòu)就是只安裝維護(hù)1個(gè)服務(wù)器(Server),而客戶端采用瀏覽器(Brow se)運(yùn)行軟件。用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實(shí)現(xiàn),極少部分事務(wù)邏輯在前端(Brow ser)實(shí)現(xiàn),主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實(shí)現(xiàn),形成所謂3層(3-tier)結(jié)構(gòu)。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷,減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量,降低了用戶的總體成本。它是隨著Internet技術(shù)的興起,是對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化和改進(jìn)。

B/S結(jié)構(gòu)與C/S結(jié)構(gòu)對比如圖2所示。

B/S結(jié)構(gòu)與C/S結(jié)構(gòu)比較如表1所示。

結(jié)合快堆辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及未來的使用方式,本信息系統(tǒng)采用的是瀏覽器/服務(wù)器系統(tǒng)(Brow ser/Server,簡稱B/S)結(jié)構(gòu)。

選擇該種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：

(1)無須開發(fā)客戶端軟件,維護(hù)和升級方便;

(2)可跨平臺操作,任何一臺機(jī)器只要裝有WWW瀏覽器軟件,均可作為客戶機(jī)來訪問系統(tǒng);

(3)具有良好的開放性和可擴(kuò)充性;

(4)可采用防火墻技術(shù)來保證系統(tǒng)的安全性,有效地適應(yīng)了當(dāng)前用戶對管理信息系統(tǒng)的新需求。

2.2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)從功能邏輯上分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層3個(gè)不同的處理層次,如圖3所示。這3個(gè)層次的劃分是從功能邏輯上分的,其具體的物理分法可以有多種組合。這種3層結(jié)構(gòu)在層與層之間相互獨(dú)立,任何一層的改變不會(huì)影響其他層的功能。

圖2 B/S結(jié)構(gòu)與C/S結(jié)構(gòu)Fig.2 B/S structure&C/S structure

表1 B/S結(jié)構(gòu)與 C/S結(jié)構(gòu)比較Table1 B/Sstructure vs C/Sstructure

圖3 B/S 3層體系結(jié)構(gòu)Fig.3 B/S three layer structure

2.3 系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

信息系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)一般分為兩層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)圖如圖4、圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫兩層物理結(jié)構(gòu)Fig.4 Database double layer physical struc ture

圖5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多層物理結(jié)構(gòu)Fig.5 Databasemultip le layer physical structure

此兩種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用服務(wù)器,在信息系統(tǒng)中的功能還可以具體劃分為Web服務(wù)器和流程引擎(WF服務(wù)器),此兩種物理結(jié)構(gòu)的功能邏輯結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 快堆信息管理系統(tǒng)功能邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig.6 CEFR in formation management system logical fuction structure

具體選擇什么樣的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬件部署,可以按照以下原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)。說明見表2。

表2 物理部署原則Table2 Princip le of physical deploy

由于本信息系統(tǒng)是針對快堆工程的信息資源進(jìn)行開發(fā),該系統(tǒng)的用戶約為350人左右,其使用并發(fā)人數(shù)一般按照1/10使用人數(shù)來估算,大約為35人。所以,采用的方案為Web服務(wù)器、流程引擎、數(shù)據(jù)庫服務(wù)安裝在一臺物理服務(wù)器上。即為兩層物理結(jié)構(gòu)。

隨著該系統(tǒng)的擴(kuò)展使用以及信息量的不斷加大,將本信息系統(tǒng)將進(jìn)行升級,其物理結(jié)構(gòu)可以改為多層結(jié)構(gòu),此時(shí),現(xiàn)在的服務(wù)器可以繼續(xù)作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器使用,僅添加Web服務(wù)器、流程引擎即可。

2.4 開發(fā)平臺

2.4.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)平臺

現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要為Access、SQL Server、O racle 和 Informix 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),系統(tǒng)類型對比如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)比較Table3 Databacemanagement system comparison

考慮到數(shù)據(jù)庫的規(guī)模、易用性、維護(hù)成本,以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)類型等綜合因素,快堆信息管理系統(tǒng)選擇使用SQL Server2005作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)。

SQL Server2005是一種典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),它提供圖形化界面,擁有豐富的編程接口工具,且與W indow s NT完全集成,具有良好的伸縮性,同時(shí)具有高性能,高可靠性和擴(kuò)充性的特點(diǎn),是杰出的數(shù)據(jù)庫平臺,完全滿足要求。

2.4.2 軟件開發(fā)平臺

現(xiàn)在流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)平臺有 PB、NET和J2EE,平臺對比如表4所示。

表4 開發(fā)平臺對比Table4 Development platform comparison

通過對于數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)以及用戶需求的調(diào)研,考慮了軟件系統(tǒng)的規(guī)模,以及易開發(fā)性,易維護(hù)行,程序類型需要B/S結(jié)構(gòu)等綜合因素,所以選擇.NET開發(fā)平臺,即 Microsoft Visual Studio2005作為開發(fā)工具。

M icroso ft Visual Studio2005是一套完整的開發(fā)工具,用于生成 ASP Web應(yīng)用程序、XM LWeb services、桌面應(yīng)用程序和移動(dòng)應(yīng)用程序。它包含了開發(fā).NET程序中需要的幾乎任何功能：編碼、調(diào)試、部署、維護(hù)等。

ASP.NET建立在 .NET Framework的編程類的基礎(chǔ)上,為Web應(yīng)用程序模型提供了一組可簡化Web應(yīng)用程序生成的控件和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。ASP.NET包括可用于封裝通用HTM L用戶界面元素(如文本框、按鈕和列表框)的一組控件。但這些控件在Web服務(wù)器上運(yùn)行,并以 HTM L的形式將其用戶界面呈現(xiàn)在瀏覽器中。在服務(wù)器上,這些控件公布面向?qū)ο蟮木幊棠Ｐ?該模型為Web開發(fā)人員提供面向?qū)ο缶幊痰呢S富功能。ASP.NET還提供基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù),如狀態(tài)管理和進(jìn)程回收,從而可以進(jìn)一步減少開發(fā)人員必須編寫的代碼數(shù)量,并提高應(yīng)用程序的可靠性。另外,ASP.NET使用這些同樣的概念使開發(fā)人員能夠以服務(wù)的形式交付軟件。

3 結(jié)論

本文對快堆信息管理系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行了簡單的介紹,作為“十一五”核能開發(fā)課題“數(shù)字化快堆信息資源體系開發(fā)技術(shù)研究”中的前期研究工作,該方案已經(jīng)通過了專家評審,獲得了較好的評價(jià)。該方案,能夠滿足快堆信息管理系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求,是進(jìn)一步開展快堆信息管理系統(tǒng)開發(fā)工作的基礎(chǔ)。

[1] 高彥峰,張貴山.核電工程數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀及發(fā)展設(shè)想[J].核動(dòng)力工程,1996,17(6).

[2] 邵菊英,方朝霞.核電運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的研制與應(yīng)用[J].核動(dòng)力工程,1996.

[3] 高復(fù)先.信息資源規(guī)劃——信息化建設(shè)基礎(chǔ)工程[J].北京：清華大學(xué)出版社,2002.