基于構(gòu)件的電力計(jì)量中心運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)江蘇省電力計(jì)量中心運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)工程建設(shè)需要，介紹了基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)在該系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用思路，重點(diǎn)討論了基于構(gòu)件技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)架構(gòu)、典型業(yè)務(wù)構(gòu)件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、領(lǐng)域構(gòu)件庫(kù)設(shè)計(jì)、構(gòu)件組裝應(yīng)用系統(tǒng)等，提供了一種新的系統(tǒng)建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng) 軟件復(fù)用 構(gòu)件技術(shù) 業(yè)務(wù)構(gòu)件 構(gòu)件庫(kù)

中圖分類號(hào)：TP311.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0018-04

近年來，國(guó)家電網(wǎng)計(jì)量工作緊緊圍繞“一強(qiáng)三優(yōu)”戰(zhàn)略目標(biāo)，計(jì)量工作質(zhì)量和效率不斷提高，計(jì)量管理水平穩(wěn)步提升。隨著“五大”體系的深入建設(shè)，省公司電力計(jì)量中心作為一個(gè)全新的機(jī)構(gòu)，需要著力新建業(yè)務(wù)體系和信息支撐系統(tǒng)，需要進(jìn)一步總結(jié)、提升省級(jí)電力計(jì)量中心信息系統(tǒng)建設(shè)水平，研究建設(shè)省電力計(jì)量中心運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)（文中簡(jiǎn)稱“運(yùn)管系統(tǒng)”）。

本文介紹了省電力計(jì)量中心業(yè)務(wù)構(gòu)件模型，業(yè)務(wù)構(gòu)件以及構(gòu)件庫(kù)的設(shè)計(jì)開發(fā)，基于構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行構(gòu)件組裝系統(tǒng)開發(fā)的過程，探討了一種省級(jí)電力計(jì)量中心信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法、新思路，為電力信息化工程和建設(shè)大型復(fù)雜系統(tǒng)提供一定的借鑒。

1 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

省電力計(jì)量中心運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)包括作業(yè)設(shè)備層的自動(dòng)化庫(kù)房、AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車，Automated Guided Vehicle）、機(jī)器人、檢定臺(tái)等設(shè)備，調(diào)度控制層的集中調(diào)度控制系統(tǒng)、自動(dòng)化庫(kù)房調(diào)度系統(tǒng)、AGV調(diào)度系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)和檢定臺(tái)控制系統(tǒng)，管理層的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)和監(jiān)控展示層的運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1系統(tǒng)組成圖所示。

系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

（1）業(yè)務(wù)功能繁雜，且涉及多技術(shù)領(lǐng)域。

（2）業(yè)務(wù)子系統(tǒng)多，接口多，集成難度大。

（3）作業(yè)設(shè)備種類多，數(shù)量多。

（4）數(shù)據(jù)種類多，海量數(shù)據(jù)，交互復(fù)雜。

（5）系統(tǒng)建設(shè)周期長(zhǎng)，需求多變。

（6）包括超大規(guī)模智能電能表全自動(dòng)檢定系統(tǒng)，需滿足年檢定1000萬只智能電能表的生產(chǎn)能力。

（7）各網(wǎng)省公司業(yè)務(wù)不完全相同，需要各自定制或移植開發(fā)。

從信息化建設(shè)角度來講，運(yùn)管系統(tǒng)屬于大型電力信息化復(fù)雜系統(tǒng)，不宜用傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)的開發(fā)模式來設(shè)計(jì)開發(fā)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電力系統(tǒng)的開發(fā)模式已表現(xiàn)出它的缺點(diǎn)。

前端需要大量的維護(hù)工作；用戶界面和應(yīng)用模塊混在一起，無法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的封裝；隨著用戶不斷變化的要求帶來大量的版本和硬件更新，造成人力、物力的資源浪費(fèi)；前端大量的數(shù)據(jù)查詢和計(jì)算，加重了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)不便于管理。并且傳統(tǒng)的軟件工程是以數(shù)據(jù)流為中心，以結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，不支持大粒度繼承和封裝，這些都使得設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)難于擴(kuò)展、不易維護(hù)，難以適應(yīng)電力計(jì)量系統(tǒng)的新要求。

針對(duì)以上特點(diǎn)和問題，為了降低系統(tǒng)開發(fā)難度，提高系統(tǒng)開發(fā)效率，減少系統(tǒng)的部署和維護(hù)成本，并考慮將來系統(tǒng)移植和擴(kuò)展的需要，我們基于軟件復(fù)用，采用構(gòu)件技術(shù)來設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)省電力計(jì)量中心運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)。

2 軟件復(fù)用及構(gòu)件技術(shù)

軟件復(fù)用（Software Reuse）是將已有軟件的各種有關(guān)知識(shí)用于建立新的軟件，以縮減軟件開發(fā)和維護(hù)的花費(fèi)。軟件復(fù)用是提高軟件生產(chǎn)力和質(zhì)量的一種重要技術(shù)。

構(gòu)件（Component）技術(shù)是軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素，也是軟件復(fù)用技術(shù)研究的重點(diǎn)，可被用來構(gòu)造其他軟件。構(gòu)件是面向軟件體系架構(gòu)的可復(fù)用軟件模塊。構(gòu)件是可復(fù)用的軟件組成成份，可被用來構(gòu)造其他軟件。它可以是被封裝的對(duì)象類、類樹、一些功能軟件工程中的構(gòu)件模塊、軟件框架（Frame

work）、軟件構(gòu)架（或體系結(jié)構(gòu)Architectura

l）、文檔、分析件、設(shè)計(jì)模式（Pattern）等。構(gòu)件定義如下：構(gòu)件是指一個(gè)對(duì)象（接口規(guī)范、或二進(jìn)制代碼），它被用于復(fù)用，接口被明確定義。構(gòu)件是作為一個(gè)邏輯緊密的程序代碼包的形式出現(xiàn)的，有著良好的接口。像Ada的Package、Smalltalk-80和C++的class和數(shù)據(jù)類型都可屬于構(gòu)件范疇。但是，操作集合、過程、函數(shù)即使可以復(fù)用也不能成為一個(gè)構(gòu)件。開發(fā)者可以通過組裝已有的構(gòu)件來開發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)，從而達(dá)到軟件復(fù)用的目的。

目前，軟件開發(fā)已經(jīng)走過面向過程、面向?qū)ο?，走進(jìn)面向構(gòu)件的開發(fā)。

3 電力計(jì)量業(yè)務(wù)構(gòu)件

3.1 業(yè)務(wù)構(gòu)件概念

業(yè)務(wù)構(gòu)件是根據(jù)現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)抽象出的一個(gè)個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)活動(dòng)對(duì)象，它是對(duì)自治的業(yè)務(wù)概念或業(yè)務(wù)過程的軟件實(shí)現(xiàn)，表達(dá)某個(gè)相對(duì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)功能。業(yè)務(wù)構(gòu)件是較大粒度的構(gòu)件，便于分布式系統(tǒng)功能的封裝，業(yè)務(wù)構(gòu)件應(yīng)該定義完善的對(duì)外接口，而內(nèi)部則應(yīng)該被很好地封裝起來，使得每個(gè)業(yè)務(wù)構(gòu)件相對(duì)獨(dú)立，這樣一來，對(duì)某個(gè)業(yè)務(wù)構(gòu)件進(jìn)行修改或者新增業(yè)務(wù)構(gòu)件時(shí)，就不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，從而也增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。業(yè)務(wù)構(gòu)件的獨(dú)立是相對(duì)的，一般通過與其他業(yè)務(wù)構(gòu)件集合成為業(yè)務(wù)構(gòu)件層，它是系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有主要的業(yè)務(wù)邏輯。

綜上所述，業(yè)務(wù)構(gòu)件應(yīng)具備以下特點(diǎn)。

首先，業(yè)務(wù)構(gòu)件的分解是正交的，即如果業(yè)務(wù)需要發(fā)生變化，只影響該需求的業(yè)務(wù)構(gòu)件，而不會(huì)影響其他業(yè)務(wù)構(gòu)件。

其次，業(yè)務(wù)構(gòu)件應(yīng)該有明晰的接口，便于調(diào)用，能夠適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，易于理解、管理、組裝和復(fù)用，即具有穩(wěn)定性。

第三，業(yè)務(wù)構(gòu)件應(yīng)該具備實(shí)用性，它總是為實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)功能而存在的。

3.2 電力計(jì)量業(yè)務(wù)構(gòu)件模型

構(gòu)件模型（Component Model）是對(duì)構(gòu)件本質(zhì)特征及構(gòu)件間關(guān)系的抽象描述。在基于構(gòu)件、構(gòu)架復(fù)用的軟件開發(fā)中，構(gòu)件模型是整個(gè)開發(fā)的基礎(chǔ)和核心，統(tǒng)一的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)是成功復(fù)用的基本前提。

電力計(jì)量業(yè)務(wù)構(gòu)件模型是在研究構(gòu)件概念模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力計(jì)量業(yè)務(wù)抽象精簡(jiǎn)而成，如圖2電力計(jì)量業(yè)務(wù)構(gòu)件模型圖。

電力計(jì)量業(yè)務(wù)構(gòu)件模型由5種元素組成，構(gòu)件（Component）中包括了接口（Interf

ace）、實(shí)現(xiàn)體（Implementation）以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（InnerStructure）。

4 基于構(gòu)件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

構(gòu)件化軟件開發(fā)的過程，包括面向復(fù)用的需求與建模、構(gòu)件化軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、面向復(fù)用的軟件過程管理和資產(chǎn)管理三部分。本文重點(diǎn)探討構(gòu)件化軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，內(nèi)容包括使用面向復(fù)用的需求與建模部分得到的需求規(guī)約作為輸入，使用面向復(fù)用的軟件管理方式進(jìn)行過程管理，從面向復(fù)用的資產(chǎn)庫(kù)中提取構(gòu)件進(jìn)行組裝，建設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)等。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖3系統(tǒng)架構(gòu)圖所示，系統(tǒng)劃分為設(shè)備、數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)、應(yīng)用系統(tǒng)和終端應(yīng)用五個(gè)部分。

4.2 電力計(jì)量構(gòu)件開發(fā)管理

電力計(jì)量構(gòu)件開發(fā)管理流程，如圖4計(jì)量構(gòu)件開發(fā)管理流程圖所示。

在業(yè)務(wù)需求過程分析中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中公共的業(yè)務(wù)應(yīng)用有必要封裝成業(yè)務(wù)構(gòu)件，以便復(fù)用，可以向構(gòu)件管理機(jī)構(gòu)提出構(gòu)件開發(fā)申請(qǐng)；由申請(qǐng)人進(jìn)行申請(qǐng)備案并告知召集人，并召開必要性評(píng)審會(huì)議；召集申請(qǐng)人、構(gòu)件設(shè)計(jì)人、開發(fā)人員開會(huì)討論此構(gòu)件開發(fā)是否必要；指定設(shè)計(jì)人員出具構(gòu)件設(shè)計(jì)方案及指導(dǎo)書；指導(dǎo)開發(fā)人員開發(fā)構(gòu)件源代碼；評(píng)審構(gòu)件源代碼，并提交評(píng)審記錄。

4.3 電力計(jì)量構(gòu)件設(shè)計(jì)

基于構(gòu)件化設(shè)計(jì)思想，將龐大而復(fù)雜的電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)業(yè)務(wù)抽象切分成相對(duì)獨(dú)立較小的對(duì)象，基于某種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)封裝成可復(fù)用的構(gòu)件，系統(tǒng)組裝時(shí)可重復(fù)使用，可以實(shí)現(xiàn)無代碼的可配置的二次開發(fā)模式，從而提高平臺(tái)的擴(kuò)展性，縮短業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期，提升業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。以檢定管理構(gòu)件及其相關(guān)業(yè)務(wù)構(gòu)件為例，說明電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)的構(gòu)件設(shè)計(jì)。

（1）系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析。

如圖5電力計(jì)量業(yè)務(wù)構(gòu)件設(shè)計(jì)過程圖所示，首先提煉業(yè)務(wù)構(gòu)件共同需求點(diǎn)，提取生產(chǎn)運(yùn)行業(yè)務(wù)構(gòu)件，以檢定管理業(yè)務(wù)為例，包括檢定管理構(gòu)件、倉(cāng)儲(chǔ)管理構(gòu)件、驗(yàn)收管理構(gòu)件、運(yùn)行管理構(gòu)件、質(zhì)量監(jiān)督構(gòu)件。

基于J2EE標(biāo)準(zhǔn)建模和設(shè)計(jì)構(gòu)件：通過業(yè)務(wù)分析過程，提煉出各業(yè)務(wù)構(gòu)件共用性較強(qiáng)的通用構(gòu)件，即基礎(chǔ)構(gòu)件/底層構(gòu)件，主要是綜合常規(guī)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的增、刪、改、查詢操作，封裝成通用構(gòu)件，完全脫離業(yè)務(wù)邏輯，可以獨(dú)立運(yùn)行。這樣大大降低了構(gòu)件對(duì)數(shù)據(jù)層的依賴性，從而減輕構(gòu)件之間的耦合度，如圖6典型業(yè)務(wù)構(gòu)件設(shè)計(jì)圖所示。

（2）業(yè)務(wù)構(gòu)件細(xì)化處理。

如圖7構(gòu)件內(nèi)部組成圖所示，檢定管理構(gòu)件可以細(xì)化為檢定方案管理組件、檢定計(jì)劃管理組件、制定任務(wù)和分配任務(wù)組件、檢定/檢測(cè)/校準(zhǔn)組件等；倉(cāng)儲(chǔ)管理構(gòu)件可以細(xì)化為出庫(kù)管理組件、入庫(kù)管理組件等；驗(yàn)收管理構(gòu)件可以細(xì)化為到貨后全檢驗(yàn)收組件等；運(yùn)行管理構(gòu)件可以細(xì)化為運(yùn)行表抽驗(yàn)等組件；質(zhì)量監(jiān)督構(gòu)件可以細(xì)化為檢定質(zhì)量核查組件、庫(kù)存復(fù)檢組件、委托仲裁檢定組件、臨時(shí)檢測(cè)組件、委托檢定組件、人工復(fù)檢組件等。

接口的定義是構(gòu)件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的焦點(diǎn)，業(yè)務(wù)構(gòu)件中對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)功能需要相互協(xié)作的接口都給予了明確的定義包括接口內(nèi)的方法、方法參數(shù)及返回類型等。

構(gòu)件對(duì)外是以接口的形式提供使用的，具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)是隱藏的，構(gòu)件開發(fā)是采用面向?qū)ο蟮姆绞?，面向接口編程開發(fā)的。使用者無需關(guān)心構(gòu)件的具體實(shí)現(xiàn)，通過API的方式來相互調(diào)用。

（3）構(gòu)件封裝。

檢定管理構(gòu)件是通過小粒度的構(gòu)件組封裝成在電力計(jì)量領(lǐng)域可復(fù)用的大粒度業(yè)務(wù)構(gòu)件，里面包含編制檢定方案，根據(jù)方案編制檢定計(jì)劃，然后根據(jù)計(jì)劃制定出樣品比對(duì)檢定任務(wù)或制定檢定/檢測(cè)/校準(zhǔn)任務(wù)，完成檢定管理的業(yè)務(wù)功能。

（4）注冊(cè)/發(fā)布構(gòu)件至構(gòu)件庫(kù)。

通用構(gòu)件、業(yè)務(wù)構(gòu)件開發(fā)完成后，針對(duì)不同的構(gòu)件編寫對(duì)應(yīng)的幫助文檔/手冊(cè)，即JAVA典型的API幫助文檔，包括接口名稱，屬性說明，參數(shù)聲明，異常處理機(jī)制等信息。最后構(gòu)件以JAR的形式注冊(cè)到構(gòu)件庫(kù)中，并配有構(gòu)件相關(guān)較為詳細(xì)的描述文件。

4.4 電力計(jì)量構(gòu)件庫(kù)

電力計(jì)量構(gòu)件庫(kù)是電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)構(gòu)件的有機(jī)組合，根據(jù)構(gòu)件的使用范圍，將電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)的構(gòu)件分為3個(gè)層次，如圖8電力計(jì)量構(gòu)件庫(kù)組成圖所示。

框架構(gòu)件：框架構(gòu)件是指軟件開發(fā)和運(yùn)行所采用的框架，根據(jù)電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)的實(shí)際情況采用多種開發(fā)框架和運(yùn)行框架（B/S與C/S兩類），同時(shí)框架構(gòu)件中包含一些常用基礎(chǔ)技術(shù)組件，如用戶界面管理、數(shù)據(jù)管理、日志管理等。

通用構(gòu)件：可以被電力計(jì)量中心共享的構(gòu)件。此系統(tǒng)中主要的通用構(gòu)件包括通信構(gòu)件、操作構(gòu)件、構(gòu)件設(shè)計(jì)工具等，實(shí)現(xiàn)這些服務(wù)的構(gòu)件可在電力計(jì)量領(lǐng)域內(nèi)復(fù)用。

業(yè)務(wù)構(gòu)件：即電力計(jì)量領(lǐng)域構(gòu)件，是針對(duì)省電力計(jì)量中心的特定系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的業(yè)務(wù)功能構(gòu)件，是與領(lǐng)域相關(guān)的，在電力計(jì)量領(lǐng)域內(nèi)有一定復(fù)用價(jià)值。這些服務(wù)的實(shí)現(xiàn)嵌入了電力計(jì)量中心所特有的業(yè)務(wù)功能，如電能表檢定管理、檢定調(diào)度等。

4.5 電力計(jì)量構(gòu)件組裝

系統(tǒng)開發(fā)就是電力計(jì)量構(gòu)件的組裝過程，從系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)，采用內(nèi)部組裝和外部組裝兩種構(gòu)件組裝形式。

內(nèi)部組裝：生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)從計(jì)量構(gòu)件庫(kù)的管理構(gòu)件中選取相應(yīng)的業(yè)務(wù)構(gòu)件，以二次編程或連接件的形式來組裝一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在這種情況下，構(gòu)件被集成進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)，并成為系統(tǒng)的一個(gè)固有的內(nèi)在部分，以源碼或可運(yùn)行代碼（如JAR包）的形式存在。

外部組裝：調(diào)度構(gòu)件單獨(dú)部署運(yùn)行，通過進(jìn)程間通信等方式與機(jī)器人控制系統(tǒng)、檢定臺(tái)控制系統(tǒng)等其他構(gòu)件進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢定各子系統(tǒng)的集中調(diào)度，在這種情況下，構(gòu)件以獨(dú)立的程序形態(tài)運(yùn)行。

外部組裝：調(diào)度構(gòu)件單獨(dú)部署運(yùn)行，通過進(jìn)程間通信等方式與機(jī)器人控制系統(tǒng)、檢定臺(tái)控制系統(tǒng)等其他構(gòu)件進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢定各子系統(tǒng)的集中調(diào)度，在這種情況下，構(gòu)件以獨(dú)立的程序形態(tài)運(yùn)行。

4.6 基于構(gòu)件的電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)

江蘇省電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)已經(jīng)開始試運(yùn)行，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程和試運(yùn)行的實(shí)際情況來看，已經(jīng)初步達(dá)到構(gòu)件化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，制訂了省電力計(jì)量中心業(yè)務(wù)構(gòu)件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)領(lǐng)域核心業(yè)務(wù)構(gòu)件的開發(fā)，建立了省電力計(jì)量中心業(yè)務(wù)構(gòu)件庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件組裝式快速開發(fā)，尤其是在多系統(tǒng)的復(fù)雜集成方面，體現(xiàn)了構(gòu)件化軟件開發(fā)的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到軟件復(fù)用的目的，提高效率，降低成本。

5 結(jié)語

本文介紹了構(gòu)件化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)省電力計(jì)量中心運(yùn)管系統(tǒng)的開發(fā)方法，將通用的功能進(jìn)行封裝，建立電力計(jì)量構(gòu)件庫(kù)，對(duì)調(diào)用者只提供相應(yīng)的構(gòu)件接口，而不必關(guān)心內(nèi)部的方法及操作的實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)各部分之間的耦合性，減少了系統(tǒng)內(nèi)部功能的相互依賴，能夠很好地解決系統(tǒng)中面臨的復(fù)雜問題，提高了系統(tǒng)的兼容性、可移植性，使系統(tǒng)獲得了擴(kuò)展能力強(qiáng)、成本低、使用靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

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