高校教學(xué)科研儀器設(shè)備統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

計(jì)培良，林燕芬

（1.湖州師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，浙江 湖州 313000；2.中國(guó)美術(shù)學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)中心，浙江 杭州 310000）

一、引言

在教育部2006年制定的 “高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室信息統(tǒng)計(jì)”指標(biāo)體系中，教學(xué)科研儀器設(shè)備相關(guān)報(bào)表有2個(gè)，它們分別是“基表一：教學(xué)科研儀器設(shè)備表（SJ1）”和“基表二：教學(xué)科研儀器設(shè)備增減變動(dòng)情況表（SJ2）”。

文獻(xiàn)[1]提出了基于Excel軟件的數(shù)據(jù)處理方法，其主要思路是在電子表格中維護(hù)數(shù)據(jù)，用專門編寫的公式將表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定格式的文本數(shù)據(jù)，然后通過(guò)一次復(fù)制和粘貼操作生成文本文件（報(bào)表）。由于Excel展示數(shù)據(jù)比較直觀，便于人對(duì)其進(jìn)行瀏覽，在上報(bào)方案的討論和匯報(bào)等工作環(huán)節(jié)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。如果不考慮表格數(shù)據(jù)的維護(hù)成本，那么基于Excel的數(shù)據(jù)處理方法是非常便捷和高效的。對(duì)于使用電子表格進(jìn)行資產(chǎn)日常管理的學(xué)校，可以直接使用該方法。而對(duì)于使用專門的信息系統(tǒng)進(jìn)行資產(chǎn)日常管理的學(xué)校，可以選擇升級(jí)相應(yīng)的管理系統(tǒng)，使之能夠輸出相應(yīng)的Excel表；也可以選擇開(kāi)發(fā)一個(gè)教學(xué)科研儀器設(shè)備統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，專門輸出相應(yīng)的Excel表。升級(jí)原有系統(tǒng)需要原系統(tǒng)相關(guān)開(kāi)發(fā)人員完成，而新開(kāi)發(fā)一個(gè)統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)則可能不受此限制。

應(yīng)該選擇哪種方式應(yīng)根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況做出判斷，筆者遇到的情形比較特殊，資產(chǎn)管理系統(tǒng)已經(jīng)使用近15年，而且還是兩校共享同一個(gè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)，因此選擇了后一種方式，專門開(kāi)發(fā)了一個(gè)教學(xué)科研儀器設(shè)備統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)概述

教學(xué)科研儀器設(shè)備統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)學(xué)校內(nèi)部使用的軟件系統(tǒng)，采用B/S架構(gòu)，主要解決各個(gè)年度的報(bào)表生成及其管理。系統(tǒng)主要分為資產(chǎn)庫(kù)管理、“基表一”管理、“基表二”管理及系統(tǒng)配置管理四個(gè)模塊，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

在資產(chǎn)庫(kù)管理中，要做好資產(chǎn)信息管理，例如導(dǎo)入、報(bào)廢等。“基表一”管理中，主要做好報(bào)表項(xiàng)的管理，由于儀器設(shè)備數(shù)量大，系統(tǒng)應(yīng)具有批量處理數(shù)據(jù)的能力。在“基表一”和“基表二”的管理中，具有按年度導(dǎo)出Excel表的功能，報(bào)表導(dǎo)出時(shí)可設(shè)定選項(xiàng)，選項(xiàng)一為適合人閱讀，選項(xiàng)二為適合生成報(bào)表。例如，對(duì)于“國(guó)別”字段，設(shè)定選項(xiàng)一時(shí)輸出名稱“中國(guó)”，設(shè)定選項(xiàng)二時(shí)輸出代碼“156”。

該系統(tǒng)集成學(xué)?，F(xiàn)有的統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)，信息統(tǒng)計(jì)人員不需要專門設(shè)定本系統(tǒng)的登錄憑證。系統(tǒng)能夠分角色管理權(quán)限，實(shí)現(xiàn)工作項(xiàng)責(zé)任到人。

三、需求描述

1.參與者描述

該系統(tǒng)根據(jù)教學(xué)科研儀器設(shè)備表生成流程，確定了資產(chǎn)庫(kù)管理員、本部報(bào)送員、求真報(bào)送員共3類參與者。每一類參與者都需要通過(guò)統(tǒng)一身份認(rèn)證登錄系統(tǒng)。各參與者描述為：①資產(chǎn)庫(kù)管理員，有同步資產(chǎn)信息的權(quán)限，有辦理資產(chǎn)變動(dòng)業(yè)務(wù)的權(quán)限；②本部報(bào)送員，有管理本部報(bào)表的權(quán)限；③求真報(bào)送員，有管理求真報(bào)表的權(quán)限。

2.用例描述

（1）資產(chǎn)庫(kù)管理

資產(chǎn)庫(kù)管理是指資產(chǎn)管理員維護(hù)資產(chǎn)信息所需的功能，主要分為同步及變動(dòng)管理兩部份。同步是指將校資產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備信息導(dǎo)入到本系統(tǒng)，為本系統(tǒng)后續(xù)的報(bào)表形成做準(zhǔn)備。變動(dòng)管理主要是指設(shè)備報(bào)廢，每一輪資產(chǎn)報(bào)廢工作結(jié)束后，資產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就會(huì)有相應(yīng)的變化，本系統(tǒng)的資產(chǎn)庫(kù)也應(yīng)該做出相應(yīng)的變動(dòng)。為了控制變化的傳導(dǎo)，本系統(tǒng)要求有自動(dòng)和非自動(dòng)兩種變動(dòng)處理方式。此外，系統(tǒng)還提供資產(chǎn)庫(kù)內(nèi)設(shè)備信息的查詢、統(tǒng)計(jì)與導(dǎo)出功能。資產(chǎn)庫(kù)管理用例如圖2所示。

圖2 資產(chǎn)庫(kù)管理用例圖

（2）報(bào)表管理

報(bào)表管理是指報(bào)送員管理“基表一”和“基表二”兩個(gè)報(bào)表所需的功能，有報(bào)本部、報(bào)求真、（手動(dòng)/自動(dòng)）不報(bào)送、新增、鎖定、解鎖及報(bào)表導(dǎo)出等功能。能夠根據(jù)資產(chǎn)庫(kù)中的信息提出報(bào)送建議，例如：儀器設(shè)備的分類號(hào)是 “01”、“02”、“11”、“13”、“15”及“16”開(kāi)頭的不報(bào)，使用方向?yàn)椤靶姓钡牟粓?bào)等。自動(dòng)不報(bào)送就是根據(jù)建議自動(dòng)將設(shè)備設(shè)定為不報(bào)送。鎖定是指報(bào)表數(shù)據(jù)確定后，可將報(bào)表鎖定，鎖定后報(bào)表內(nèi)容不可變更，但解鎖后可再次變更報(bào)表內(nèi)容，新年度的報(bào)表被創(chuàng)建后，前一年度的報(bào)表處于存檔狀態(tài)并不能再被變更。在報(bào)表鎖定前，導(dǎo)出的報(bào)表是適合人閱讀的形式，鎖定后導(dǎo)出的Excel表是適合形成最終報(bào)表的形式。報(bào)表管理用例如圖3所示。

圖3 報(bào)表管理用例圖

3.主要對(duì)象狀態(tài)模型

本項(xiàng)目用狀態(tài)機(jī)描述對(duì)象并分析對(duì)象行為，記錄刺激對(duì)象反應(yīng)的業(yè)務(wù)規(guī)則。以下是本系統(tǒng)的5個(gè)主要業(yè)務(wù)對(duì)象。

（1）資產(chǎn)項(xiàng)

資產(chǎn)項(xiàng)對(duì)象有三個(gè)狀態(tài)，分別是初始、未（報(bào)送）處置和已（報(bào)送）處置，如圖4所示。

圖4 資產(chǎn)項(xiàng)狀態(tài)圖

新導(dǎo)入的資產(chǎn)項(xiàng)處于未報(bào)送處置狀態(tài)，在不報(bào)（或者上報(bào)、或者報(bào)廢）操作后轉(zhuǎn)換為已處置狀態(tài)。已處置的資產(chǎn)項(xiàng)可進(jìn)行報(bào)廢、撤銷不報(bào)、撤銷報(bào)廢和撤銷上報(bào)操作。已處置狀態(tài)的資產(chǎn)項(xiàng)均關(guān)聯(lián)一個(gè)資產(chǎn)報(bào)送摘要對(duì)象。

（2）報(bào)送摘要

資產(chǎn)報(bào)送摘要對(duì)象有四個(gè)狀態(tài)，分別是初始、不報(bào)送、已報(bào)送和已報(bào)廢，如圖5所示。

圖5 報(bào)送摘要狀態(tài)圖

該對(duì)象負(fù)責(zé)管理資產(chǎn)項(xiàng)的報(bào)送處置結(jié)果。報(bào)廢和撤銷報(bào)廢的規(guī)則略顯復(fù)雜，資產(chǎn)可以直接報(bào)廢，也可以是先在某個(gè)年度上報(bào)然后再在以后的某個(gè)年度報(bào)廢，還可以將不報(bào)的資產(chǎn)報(bào)廢，相應(yīng)地報(bào)廢撤銷后可以轉(zhuǎn)換到初始、已報(bào)送或者不報(bào)送狀態(tài)。

（3）學(xué)校

學(xué)校對(duì)象有三個(gè)狀態(tài)，分別是無(wú)報(bào)表、當(dāng)期填報(bào)和當(dāng)期已報(bào)，如圖6所示。

圖6 學(xué)校狀態(tài)圖

創(chuàng)建（新一期）報(bào)表、刪除（當(dāng)期）報(bào)表、鎖定（當(dāng)期）報(bào)表和解除鎖定會(huì)導(dǎo)致學(xué)校的狀態(tài)發(fā)生變化。其它的業(yè)務(wù)規(guī)則有：僅在當(dāng)期填報(bào)階段可以變更報(bào)表內(nèi)容，即添加報(bào)表項(xiàng)、移除報(bào)表項(xiàng)和刪除報(bào)表；報(bào)廢和導(dǎo)出報(bào)表操作在各個(gè)階段有不同的邏輯。

（4）報(bào)表（基表一）

報(bào)表對(duì)象有三個(gè)狀態(tài)，分別是編輯（填報(bào)中）、已鎖定和已存檔，如圖7所示。

圖7 報(bào)表狀態(tài)圖

創(chuàng)建下期報(bào)表、鎖定（當(dāng)期）報(bào)表、解除鎖定和報(bào)廢會(huì)導(dǎo)致報(bào)表的狀態(tài)發(fā)生變化。只有處于當(dāng)期填報(bào)階段的報(bào)表才可以被銷毀，也只有處于此狀態(tài)的報(bào)表可以添加報(bào)表項(xiàng)和移除報(bào)表項(xiàng)。此外，與學(xué)校對(duì)象類似，報(bào)廢和導(dǎo)出報(bào)表等業(yè)務(wù)操作，在不同階段有完全不同的處理邏輯。

（5）報(bào)表項(xiàng)（基表一表項(xiàng)）

報(bào)表項(xiàng)對(duì)象有四個(gè)狀態(tài)，分別是編輯（初始）、已報(bào)、已報(bào)廢和下期報(bào)廢，如圖8所示。

圖8 報(bào)表項(xiàng)狀態(tài)圖

設(shè)備添加到報(bào)表、從報(bào)表中移除、報(bào)廢、撤銷報(bào)廢、設(shè)定報(bào)廢期和清除報(bào)廢期會(huì)導(dǎo)致報(bào)表項(xiàng)的狀態(tài)發(fā)生變化。已報(bào)狀態(tài)的報(bào)表項(xiàng)可以是往年上報(bào)的設(shè)備，也可以是今年新增的設(shè)備，下期報(bào)廢和已報(bào)廢兩種狀態(tài)是由已報(bào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換而來(lái)的，轉(zhuǎn)換的觸發(fā)條件是報(bào)廢操作。如果存在當(dāng)期報(bào)表，則報(bào)廢的設(shè)備數(shù)量和金額將影響當(dāng)期報(bào)表減少數(shù)；如果當(dāng)期報(bào)表不存在，被報(bào)廢的往期設(shè)備將影響下一期報(bào)表減少數(shù)。只有處于已報(bào)狀態(tài)的報(bào)表項(xiàng)才可以進(jìn)行報(bào)廢操作。此外，設(shè)定報(bào)廢期、清除報(bào)廢期、添加到報(bào)表和從報(bào)表中移出等操作，都對(duì)應(yīng)著特定的狀態(tài)。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.分層設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[2]對(duì).Net平臺(tái)上面向領(lǐng)域的N層架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的討論。根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，系統(tǒng)分基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層、領(lǐng)域?qū)印?yīng)用層和表現(xiàn)層共4層，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層主要含倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)模型、持久化框架（EF）等，領(lǐng)域?qū)又饕蓄I(lǐng)域?qū)嶓w、領(lǐng)域服務(wù)、驗(yàn)證規(guī)則、倉(cāng)儲(chǔ)接口等，應(yīng)用層主要包括服務(wù)、服務(wù)接口及DTO等。

2.領(lǐng)域?qū)釉O(shè)計(jì)

領(lǐng)域?qū)拥闹饕獌?nèi)容是實(shí)體，要做好聚合劃分及行為設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[3]介紹了聚合劃分的4個(gè)經(jīng)驗(yàn)原則，本項(xiàng)目主要參考該規(guī)則進(jìn)行聚合劃分，具體劃分如圖9所示。

圖9 對(duì)象模型圖

主要的實(shí)體對(duì)象被劃分成兩個(gè)聚合，學(xué)校和資產(chǎn)項(xiàng)是聚合根實(shí)體。在資產(chǎn)項(xiàng)聚合內(nèi)，報(bào)送摘要是非聚合根實(shí)體，部分摘要信息是冗余的，允許冗余信息存在的原因是便于查詢。資產(chǎn)項(xiàng)與報(bào)送摘要是一對(duì)一關(guān)系。在學(xué)校聚合內(nèi)，報(bào)表和報(bào)表項(xiàng)是非聚合根實(shí)體，學(xué)校與報(bào)表是一對(duì)多關(guān)系，報(bào)表與報(bào)表項(xiàng)是一對(duì)多關(guān)系。每一報(bào)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)著一個(gè)資產(chǎn)項(xiàng)，但并不設(shè)計(jì)成實(shí)體引用關(guān)系，而僅是引用了資產(chǎn)項(xiàng)的實(shí)體標(biāo)識(shí)。

實(shí)體的行為規(guī)則已經(jīng)在圖4-圖8中進(jìn)行了描述，下面以學(xué)校實(shí)體為例，利用狀態(tài)模式對(duì)對(duì)象行為進(jìn)行建模，類設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10 學(xué)校對(duì)象類圖

其主要的行為接口如表1所示。

3.應(yīng)用層設(shè)計(jì)

應(yīng)用層是表現(xiàn)層和領(lǐng)域?qū)拥倪吔?，它是領(lǐng)域模型層的直接客戶，同時(shí)為表現(xiàn)層提供粗粒度的接口方法供其調(diào)用，達(dá)到表現(xiàn)層與領(lǐng)域?qū)咏怦畹哪康摹?/p>

本項(xiàng)目主要依據(jù)用例分析和用戶界面設(shè)計(jì)應(yīng)用服務(wù)接口。應(yīng)用服務(wù)設(shè)計(jì)為無(wú)狀態(tài)類，其功能是組織領(lǐng)域?qū)ο蟆f(xié)調(diào)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的倉(cāng)儲(chǔ)對(duì)象，管理包括事務(wù)、安全等事項(xiàng)，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)操作。

4.基礎(chǔ)架構(gòu)層設(shè)計(jì)

在面向領(lǐng)域設(shè)計(jì)中，本層主要解決持久化透明、并發(fā)控制及事務(wù)控制等方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題。本項(xiàng)目使用EntityFramework（EF）框架實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理；使用EF框架內(nèi)置樂(lè)觀并發(fā)鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制；使用工作單元模式進(jìn)行事務(wù)控制，特別要指出的是，這里的事務(wù)應(yīng)界定為“業(yè)務(wù)事務(wù)”，與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等“系統(tǒng)事務(wù)”是不同的。每個(gè)聚合根有一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)，領(lǐng)域?qū)拥脑O(shè)計(jì)依賴倉(cāng)儲(chǔ)接口，因此能實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域?qū)优c倉(cāng)儲(chǔ)的解耦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)持久透明。

5.表現(xiàn)層設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用Asp.net mvc框架進(jìn)行表現(xiàn)層設(shè)計(jì)，mvc模式實(shí)現(xiàn)了表現(xiàn)層與其它層、表現(xiàn)邏輯與界面的分離。

五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)使用Visual Studio 2017集成開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)，編程語(yǔ)言為C#，.Net Framework版本為4.5.1，服務(wù)器端為Windows Server 2008 Enterprise SP1及IIS7.5，數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server 2008 R2。其它主要技術(shù)如表2所示。

本系統(tǒng)的功能點(diǎn)并不算多，但存在兩處需要進(jìn)行性能優(yōu)化的地方：一是資產(chǎn)庫(kù)管理中的資產(chǎn)信息同步操作；二是導(dǎo)出Excel表的操作。

1.資產(chǎn)信息同步

資產(chǎn)信息同步操作中，要將校資產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中當(dāng)年新增的資產(chǎn)信息添加到本系統(tǒng)的資產(chǎn)庫(kù)中。第一次同步操作有5萬(wàn)條左右的數(shù)據(jù)，此后每年新增的資產(chǎn)套數(shù)也會(huì)達(dá)到5000左右，系統(tǒng)采用的O/RM框架為EF框架，當(dāng)向數(shù)據(jù)庫(kù)插入大量數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)明顯的不可接受的延時(shí)。本項(xiàng)目通過(guò)采用MS SQL 2008的表值類型參數(shù)實(shí)現(xiàn)了同步操作的性能優(yōu)化，優(yōu)化后插入數(shù)據(jù)的性能明顯提高，達(dá)到平均每萬(wàn)條數(shù)據(jù)需要的時(shí)間為1-2秒。

2.導(dǎo)出 Excel表

本項(xiàng)目中，共有5個(gè)導(dǎo)出Excel表的功能點(diǎn)，而且每次導(dǎo)出的數(shù)據(jù)量都比較大，最多的資產(chǎn)表有近5萬(wàn)條數(shù)據(jù)。常規(guī)的做法是在內(nèi)存中創(chuàng)建Excel表后按單元格填充數(shù)據(jù)，但這種做法性能極其低下，3萬(wàn)條數(shù)據(jù)耗費(fèi)時(shí)間達(dá)到小時(shí)級(jí)別，不可接受。本項(xiàng)目最終采用數(shù)據(jù)區(qū)域填充矩陣的方法，性能得到明顯優(yōu)化，數(shù)據(jù)填充時(shí)間優(yōu)化到秒級(jí)。

六、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)于2018年8月上線，并在學(xué)校2017-2018學(xué)年實(shí)驗(yàn)室信息統(tǒng)計(jì)工作中發(fā)揮了重要作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)功能正?？煽?，性能良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。工作人員的工作效率明顯提高，在2天時(shí)間內(nèi)完成了兩?！盎硪弧焙汀盎矶钡膱?bào)送工作，而在以往，這項(xiàng)工作需要約2周時(shí)間。系統(tǒng)還降低了對(duì)工作人員的技能要求，崗位新人也能快速完成數(shù)據(jù)報(bào)送任務(wù)。

將教學(xué)科研儀器設(shè)備統(tǒng)計(jì)功能從學(xué)校資產(chǎn)管理系統(tǒng)分離出來(lái)后，降低了相關(guān)軟件的復(fù)雜度，有利于降低軟件開(kāi)發(fā)成本，也有利于后期各自進(jìn)行功能升級(jí)。