基于云計(jì)算的高速公路機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

程仁德

（河南交投中原高速鄭洛建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，隨著我國科技水平的不斷提高，云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)憑借著自身虛擬化、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、按需部署、靈活性高等特征被廣泛地應(yīng)用于高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅為用戶有效地創(chuàng)建了虛擬化場(chǎng)景，為用戶提供了良好的互動(dòng)體驗(yàn)服務(wù)，還能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。因此，在云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)設(shè)計(jì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目的

高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)目的主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①提高設(shè)備檢修工作的開展效率和效果；②提高設(shè)備檢測(cè)工作評(píng)定結(jié)果的精確性和真實(shí)性；③規(guī)范機(jī)電工程養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容；④構(gòu)建系統(tǒng)化、統(tǒng)一化的機(jī)電設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)中心庫；⑤為用戶提供強(qiáng)大的輔助管理功能和統(tǒng)計(jì)分析功能；⑥通過構(gòu)建智能化終端，使機(jī)電設(shè)備檢修效率得以大幅度提升。

1.2 系統(tǒng)N層架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)功能架構(gòu)在具體的設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格按照“低耦合、高內(nèi)聚”設(shè)計(jì)要求，利用云計(jì)算技術(shù)，確保該系統(tǒng)具有較高的可拓展性、可維護(hù)性和可操作性[1]，以滿足系統(tǒng)非功能服務(wù)需求。此外，該系統(tǒng)在參照現(xiàn)有系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，逐一設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理模塊、故障分析預(yù)處理模塊、維護(hù)計(jì)劃模塊、倉庫管理模塊、GIS 庫管理模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和決策分析模塊等。

1.2.2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，技術(shù)人員需利用云計(jì)算設(shè)計(jì)與分層設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，完成對(duì)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)被劃分為以下四個(gè)層次：

（1）數(shù)據(jù)層。該層主要通過借助SQLServer 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全、可靠存儲(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)訪問層。該層主要用于對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫操作指令的安全存儲(chǔ)，該關(guān)系數(shù)據(jù)庫操作指令主要是由數(shù)據(jù)訪問層在文件進(jìn)行讀寫時(shí)所發(fā)出的指令，該指令包含數(shù)據(jù)增刪改查等操作，這些操作的實(shí)現(xiàn)需要利用云計(jì)算技術(shù)所構(gòu)建的虛擬平臺(tái)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的增刪改查以及備份、遷移和擴(kuò)展。通過利用數(shù)據(jù)訪問層，可以為用戶提供關(guān)系數(shù)據(jù)庫的訪問功能。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層。該層主要包含兩大類[2]，一類是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，另一類是業(yè)務(wù)邏輯。應(yīng)用程序在處理各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)期間，通常需要集中存儲(chǔ)于該層中，利用業(yè)務(wù)邏輯層，可以提高多種事務(wù)的管理水平。通過多種組件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)底層系統(tǒng)各個(gè)功能的有效封裝，通過所封裝好的底層功能組件，構(gòu)建出符合用戶個(gè)性化使用需求的功能服務(wù)模塊。

（4）表示層。該層位于業(yè)務(wù)邏輯層的上方[3]，通過該層，可以向用戶提供強(qiáng)大的接口服務(wù)功能。此外，通過利用表示層，可以為用戶提供強(qiáng)大的人機(jī)交互功能，確保系統(tǒng)將用戶將提交后的信息數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸于業(yè)務(wù)邏輯層中，由業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)對(duì)這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。該層主要包含決策分析模塊、權(quán)限管理模塊等多種模塊[4]。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸、存儲(chǔ)和管理的基礎(chǔ)，因此，為進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的運(yùn)行性能，保證系統(tǒng)核心功能的實(shí)現(xiàn)效果，技術(shù)人員要做好對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。下文以“設(shè)備分類表、入庫單明細(xì)管理表”為例，對(duì)數(shù)據(jù)庫具體設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，如表1、表2所示。

表1 設(shè)備分類表

表2 入庫單明細(xì)管理表

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法及過程

該系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中，主要參照了軟件工程的設(shè)計(jì)過程，同時(shí)，嚴(yán)格按照CMMI3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，借助B/S 三層架構(gòu)模式，使用JAVA 編程語言，運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，完成對(duì)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程還利用了云計(jì)算技術(shù)和UML建模技術(shù)，完成對(duì)系統(tǒng)核心功能的設(shè)計(jì)。為更好地提升高速公路機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能，滿足用戶的多樣化使用需求，現(xiàn)將該系統(tǒng)劃分為以下五大模塊，分別是設(shè)備管理模塊、故障分析預(yù)處理模塊、維護(hù)計(jì)劃模塊、倉庫管理模塊、GIS 庫管理模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊和決策分析模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)示意圖

2.2 基于臺(tái)賬的設(shè)備管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前，高速公路機(jī)電設(shè)備臺(tái)賬均采用手工制表方式，然后在各個(gè)收費(fèi)站形成相應(yīng)的設(shè)備臺(tái)賬。采用手工方式制作臺(tái)賬期間，如果存在漏填問題，將造成數(shù)據(jù)缺乏一定的全面性、完整性和真實(shí)性，同時(shí)，也增加了后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的難度。為解決這一問題，現(xiàn)針對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備使用需求，設(shè)計(jì)機(jī)電設(shè)備臺(tái)賬管理模塊，該管理模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，不僅為各個(gè)收費(fèi)站提供了強(qiáng)大數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)功能，也便于操作人員高效化、智能化統(tǒng)計(jì)設(shè)備分類結(jié)果，為操作人員的日常工作提供了極大的便利。臺(tái)賬管理對(duì)象主要包含機(jī)電設(shè)備的ID 編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備；型號(hào)、設(shè)備生產(chǎn)廠家、設(shè)備參數(shù)等，然后，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫的統(tǒng)一化、規(guī)范化管理和維護(hù)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫實(shí)際使用需求，完成對(duì)機(jī)電設(shè)備臺(tái)賬的科學(xué)構(gòu)建。應(yīng)用該臺(tái)賬，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況以及維修情況的全面了解和把控，便于后期機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作的有效開展。

2.3 基于流程的故障分析與處理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)電設(shè)備故障分析和處理子系統(tǒng)作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，在具體的設(shè)計(jì)中，需要采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方式，做好對(duì)機(jī)電設(shè)備故障信息的全面化、完整化記錄和保存，同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)提醒功能，便于操作人員快速區(qū)分出需要維修的設(shè)備，為后期領(lǐng)導(dǎo)決策的制定提供重要的依據(jù)和參考。目前，維修和采購機(jī)電設(shè)備期間均采用手工整理的方式完成對(duì)設(shè)備采購表格的制作，并利用打印機(jī)將其打印出來，然后提交給上級(jí)部門，由上級(jí)部門對(duì)其進(jìn)行審核，操作流程比較復(fù)雜繁瑣，嚴(yán)重降低了辦公效率和效果。為解決這一問題，設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)化、電子化的電子采購審批流程，不僅可以降低操作失誤率，還能避免因領(lǐng)導(dǎo)不在場(chǎng)而影響審批工作的有效開展。故障處理流程主要包括設(shè)備故障分析、設(shè)備故障申報(bào)、設(shè)備維修受理確認(rèn)、向代維單位故障申報(bào)、故障處理跟蹤、設(shè)備維修、維修完成確認(rèn)與評(píng)價(jià)七個(gè)環(huán)節(jié)。

2.4 計(jì)劃管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

計(jì)劃管理作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)重要功能，主要負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)電設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)、員工培訓(xùn)計(jì)劃以及設(shè)備庫存計(jì)劃落實(shí)情況的追蹤和記錄。其中，以月為劃分標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)計(jì)劃主要?jiǎng)澐譃檠矙z月計(jì)劃、抽查月計(jì)劃、養(yǎng)護(hù)月計(jì)劃等。

2.5 倉庫管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

倉庫管理子系統(tǒng)除了可用于對(duì)基本工作的管理以及對(duì)出入庫異常信息資料的記錄外，還能為用戶提供多種即時(shí)性報(bào)表，便管理人員全面地了解和把握當(dāng)前倉儲(chǔ)貨物所對(duì)應(yīng)的實(shí)際收發(fā)情況、盤點(diǎn)情況，為后期科學(xué)管控倉儲(chǔ)貨物奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該子系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)流程主要包含以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）設(shè)備采購。在這一環(huán)節(jié)中，需要針對(duì)設(shè)備故障分析結(jié)果，根據(jù)實(shí)際需要，采購相應(yīng)的設(shè)備，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入設(shè)備采購流程中，達(dá)到電子化辦公的目的，提高機(jī)電設(shè)備智能化管理水平。

（2）備品備件分類。系統(tǒng)針對(duì)用戶的個(gè)性化使用需求，完成對(duì)備件分類的科學(xué)定義[5]，便于用戶根據(jù)所劃分的備件類別，更好地開展機(jī)電設(shè)備信息化管理工作。

（3）備品備件入庫與出庫。當(dāng)設(shè)備被成功購買后，在保證設(shè)備質(zhì)量的達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，以物品屬性為分類標(biāo)準(zhǔn)，將其分門別類地放入不同的倉庫內(nèi)，同時(shí)，用戶根據(jù)自己的需求，從倉庫中取出相應(yīng)的設(shè)備。

2.6 設(shè)備分析與輔助決策子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

設(shè)備分析與輔助決策子系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠確保高速公路機(jī)電系統(tǒng)具有強(qiáng)大的決策分析功能，該子系統(tǒng)能從系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)分析與挖掘等環(huán)節(jié)出發(fā)，采用柱狀圖，將維修頻率高的機(jī)電設(shè)備形象、直觀地呈現(xiàn)在用戶面前，便于后期對(duì)這些機(jī)電設(shè)備的及時(shí)維護(hù)和更換維修[6]。該子系統(tǒng)在對(duì)機(jī)電設(shè)備故障次數(shù)進(jìn)行分析期間，用戶可以根據(jù)所設(shè)置的時(shí)間段以及地理位置，從眾多的故障設(shè)備中挑選出維修頻率較高的5 個(gè)設(shè)備，然后采用報(bào)表的方式，將這些設(shè)備的信息直觀、形象地呈現(xiàn)在用戶面前，提醒維修人員及時(shí)維修和更換設(shè)備，避免因設(shè)備維修、更換不及時(shí)而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語

綜上所述，本文利用云計(jì)算技術(shù)，在充分結(jié)合系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照軟件工程設(shè)計(jì)過程，提出一系列切實(shí)可行的系統(tǒng)功能以及架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)中，首先采用B/S 三層架構(gòu)模式、云計(jì)算技術(shù)和Java 開發(fā)技術(shù)，保證系統(tǒng)核心功能的實(shí)現(xiàn)效果，同時(shí)，利用SQLServer 數(shù)據(jù)庫，在結(jié)合相關(guān)建模技術(shù)的前提下，設(shè)計(jì)出一款滿足高速公路使用需求的高速公路機(jī)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝靈活、操作簡(jiǎn)單，具有一定的應(yīng)用前景。