云平臺(tái)環(huán)境下的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)

陳思紅，丁 華，楊 琨

（1.太原理工大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.煤礦綜采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024）

1 引言

采煤機(jī)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、監(jiān)測(cè)、優(yōu)化、評(píng)價(jià)、研究工作中產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是煤機(jī)裝備科學(xué)數(shù)據(jù)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)信息化和智能化的基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼開展數(shù)據(jù)共享的研究工作[1?5]，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、智能化的管理和應(yīng)用服務(wù)為一體的共享服務(wù)體系也已經(jīng)成為煤機(jī)行業(yè)首要任務(wù)。在實(shí)際加工中企業(yè)產(chǎn)生的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)具有種類復(fù)雜、分散性和多源異構(gòu)性等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)收集困難，構(gòu)建采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效匯交與共享，不僅為煤機(jī)裝備科學(xué)數(shù)據(jù)的集成研究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而且在采煤機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中也具有指導(dǎo)意義。隨著計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，許多學(xué)者將其應(yīng)用到采煤機(jī)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)異地選型系統(tǒng)[6]、采煤機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[7]、采煤機(jī)零件參數(shù)化CAD系統(tǒng)[8]、采煤機(jī)動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)[9]的開發(fā)，構(gòu)建了基于云化QFD的采煤機(jī)服務(wù)制造模型[10]。這些應(yīng)用研究雖然都為采煤機(jī)設(shè)計(jì)提供了一定的數(shù)據(jù)支撐，但是具有單項(xiàng)建設(shè)、單一應(yīng)用的特點(diǎn)，缺乏對(duì)采煤機(jī)整個(gè)設(shè)計(jì)周期的規(guī)劃、數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用，造成了數(shù)據(jù)資源的流失與浪費(fèi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，因此，構(gòu)建更安全、更高效的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交體系與共享方式成為采煤機(jī)信息化建設(shè)的迫切需求。

針對(duì)采煤機(jī)數(shù)據(jù)共享的實(shí)際需求，研究了采煤機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程和煤礦生產(chǎn)中數(shù)據(jù)的特征，提出了基于云平臺(tái)的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交體系和數(shù)據(jù)匯交技術(shù)流程，并對(duì)匯交系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，開發(fā)了數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)高效匯交，為采煤機(jī)數(shù)據(jù)共享服務(wù)的數(shù)據(jù)集成奠定了基礎(chǔ)。

2 基于云平臺(tái)的匯交體系架構(gòu)

2.1 匯交體系架構(gòu)

數(shù)據(jù)匯交是以網(wǎng)絡(luò)為媒介實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，在網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及中間件等先進(jìn)技術(shù)的支撐下，構(gòu)建了基于云平臺(tái)的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)體系架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 基于云平臺(tái)的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)體系架構(gòu)Fig.1 The Architecture of Collection System of Shearer Design Data Based on Cloud Platform

基于云平臺(tái)的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)了3種云服務(wù)，劃分了5層體系結(jié)構(gòu)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)資源集成化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)資源的科學(xué)性應(yīng)用。其中，物理層（即云存儲(chǔ)服務(wù)）是整個(gè)體系的基礎(chǔ)，由計(jì)算機(jī)虛擬化資源和網(wǎng)絡(luò)資源組成；云平臺(tái)層（即采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交與整合服務(wù)）由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)匯交和數(shù)據(jù)集市組成，用戶通過(guò)采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)實(shí)體的高效匯交。應(yīng)用層將所有資源和功能集成化，以基礎(chǔ)服務(wù)和專題服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)及下載服務(wù)的形式呈現(xiàn)，滿足用戶層中不同用戶的需求。

基于云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)匯交體系的搭建不僅能夠自動(dòng)提供虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)和集群化管理模式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一維護(hù)與管理，而且還采用分布式離散存儲(chǔ)策略，保證匯交數(shù)據(jù)的完整性與安全性，提高數(shù)據(jù)共享效率和存儲(chǔ)效率。

2.2 匯交工作流程

采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交是一項(xiàng)跨專業(yè)、跨部門、跨地區(qū)集成數(shù)據(jù)的研究工作，針對(duì)“數(shù)據(jù)的獲取與整理—數(shù)據(jù)的匯交與審核—數(shù)據(jù)的管理與發(fā)布”整個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)與共享的過(guò)程，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)匯交工作流程，如圖2所示。在采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交工作流程中，每一個(gè)關(guān)鍵步驟都要遵循匯交數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以保證匯交用戶能夠有序完成數(shù)據(jù)匯交，數(shù)據(jù)中心能規(guī)范數(shù)據(jù)匯交工作、確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的高質(zhì)量。用戶在登錄采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)后，在相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)中，提交元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)實(shí)體，并填寫相關(guān)數(shù)據(jù)憑證，進(jìn)一步詳細(xì)地描述設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。數(shù)據(jù)產(chǎn)品在匯交審核環(huán)節(jié)后，數(shù)據(jù)中心管理員根據(jù)審核結(jié)果，編寫數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告，以便后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的分類與管理。

圖2 匯交工作流程Fig.2 Collection Workflow

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在對(duì)數(shù)據(jù)匯交過(guò)程中，數(shù)據(jù)中心管理員需要對(duì)用戶匯交的每個(gè)環(huán)節(jié)、要素進(jìn)行有效監(jiān)督和管理，及時(shí)了解匯交動(dòng)態(tài)，保證匯交用戶可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序匯交和科學(xué)匯交。采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)提供匯交注冊(cè)、數(shù)據(jù)匯交、匯交審核、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理等功能。

3.1 匯交注冊(cè)

匯交注冊(cè)是數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)匯交資格的唯一認(rèn)證，也是建立匯交數(shù)據(jù)產(chǎn)品的唯一標(biāo)識(shí)，有助于用戶快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的匯交。普通用戶通過(guò)匯交注冊(cè)和實(shí)名認(rèn)證后，成為匯交用戶，可以根據(jù)網(wǎng)站內(nèi)部的采煤機(jī)科學(xué)數(shù)據(jù)匯交標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及匯交流程文檔的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)體和相應(yīng)元數(shù)據(jù)的在線匯交。

3.2 數(shù)據(jù)匯交

數(shù)據(jù)匯交主要是在用戶匯交注冊(cè)后，實(shí)現(xiàn)在線匯交的功能。采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的共享匯交，采用以Web Service 服務(wù)為實(shí)例的傳輸方式，在匯交數(shù)據(jù)的同時(shí)，需要填寫相關(guān)數(shù)據(jù)憑證，并提交數(shù)據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明文檔，為統(tǒng)一化數(shù)據(jù)管理奠定基礎(chǔ)。

3.3 匯交審核

匯交審核是數(shù)據(jù)管理中心確保上傳的數(shù)據(jù)產(chǎn)品科學(xué)性的主要手段，對(duì)該系統(tǒng)專題服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等功能提供了保障，有利于深層挖掘設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的價(jià)值，促進(jìn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用。

數(shù)據(jù)審核采用以數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)為主，數(shù)據(jù)中心管理員為輔的審核方式來(lái)確保數(shù)據(jù)品質(zhì)。數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)主要由采煤機(jī)企業(yè)高管和高級(jí)工程師、科研機(jī)構(gòu)資深研究員組成，對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容嚴(yán)格把控，保證數(shù)據(jù)科學(xué)性和實(shí)用性。數(shù)據(jù)管理員主要對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行二次標(biāo)準(zhǔn)審核，完成入庫(kù)管理和發(fā)布數(shù)據(jù)。

3.4 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要是數(shù)據(jù)中心管理員對(duì)審核后的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行入庫(kù)管理和發(fā)布數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)也可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)體和元數(shù)據(jù)編輯，完成數(shù)據(jù)的更新。數(shù)據(jù)管理不僅是實(shí)現(xiàn)對(duì)匯交數(shù)據(jù)的管理而且也是對(duì)“匯交注冊(cè)—數(shù)據(jù)匯交—匯交審核”整個(gè)模式中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)憑證進(jìn)行管理，例如：數(shù)據(jù)技術(shù)說(shuō)明文檔、數(shù)據(jù)匯交申請(qǐng)表和數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告等。

3.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要是為系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程，提供技術(shù)保障和管理功能。其中，為了更好地實(shí)現(xiàn)用戶的權(quán)責(zé)分明和促進(jìn)系統(tǒng)管理員對(duì)用戶的管理，進(jìn)行了明確的權(quán)限劃分，在采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)中，用戶被劃分為4個(gè)層次，分別為數(shù)據(jù)中心管理員，審核專家，匯交用戶，普通用戶。

4 關(guān)鍵技術(shù)

采用B∕S（Browser∕Server 瀏覽器∕服務(wù)器）的三層體系架構(gòu)、利用C#語(yǔ)言、Ajax、Web Service等技術(shù)，在Visual Studio.NET2010開發(fā)平臺(tái)，完成對(duì)采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于Web的數(shù)據(jù)匯交、審核和管理等功能。

4.1 Ajax技術(shù)

由于采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交任務(wù)量大，用戶范圍廣，為了解決系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的服務(wù)器端負(fù)載高、服務(wù)器工作效率低和站點(diǎn)性能差等問(wèn)題，通過(guò)Ajax 技術(shù)，使匯交用戶同時(shí)提出一個(gè)或多個(gè)Web服務(wù)器請(qǐng)求，XML HttpRequest可以同步或異步返回Web服務(wù)器響應(yīng)，降低了與服務(wù)器之間通信的數(shù)據(jù)量，加快了匯交用戶請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了用戶與Web服務(wù)器高效交換數(shù)據(jù)。

4.2 采用Web Service技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸

采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)具有學(xué)科領(lǐng)域廣泛、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣、數(shù)據(jù)分散性和數(shù)據(jù)多源異構(gòu)性等特點(diǎn)，通過(guò)采用以Web Service 服務(wù)為實(shí)例的數(shù)據(jù)傳輸方法，實(shí)現(xiàn)松散耦合環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸Fig.3 Data Transmission

4.3 邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c的數(shù)據(jù)審核

由于采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)具有針對(duì)性強(qiáng)、領(lǐng)域性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以匯交審核以邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜覟橹?，?shí)現(xiàn)“選定類型、一對(duì)一”的數(shù)據(jù)審核方式，如圖4所示。采煤機(jī)數(shù)據(jù)管理中心根據(jù)待審核數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型，以Email的形式邀請(qǐng)?zhí)囟愋蛯＜覍?duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品審核，并根據(jù)專家審核結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次審核，將最終審核結(jié)果反饋給匯交用戶。邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜遗c數(shù)據(jù)中心管理員共同審核的方法，能夠確保匯交數(shù)據(jù)的正確性和規(guī)范性。

圖4 匯交審核方案Fig.4 The Scheme of Collection Review

5 應(yīng)用實(shí)例

以某煤機(jī)裝備設(shè)計(jì)制造企業(yè)匯交設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)為例，職員在采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)完成登錄、匯交注冊(cè)，實(shí)名認(rèn)證后，進(jìn)入數(shù)據(jù)發(fā)布環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)產(chǎn)品上傳至數(shù)據(jù)中心，并上傳數(shù)據(jù)實(shí)體說(shuō)明文檔。數(shù)據(jù)產(chǎn)品匯交界面，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)產(chǎn)品匯交Fig.5 The Collection of Data Products

數(shù)據(jù)中心管理員根據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的類型以及數(shù)據(jù)關(guān)鍵字選定CAE 分析專家，以Email的形式發(fā)出邀請(qǐng)，專家根據(jù)特定的匯交審核ID和密碼登錄采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)，在線下載設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的所有資料，進(jìn)行數(shù)據(jù)審核。數(shù)據(jù)中心管理員根據(jù)系統(tǒng)審核記錄對(duì)該數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行二次審核，并根據(jù)專家給出的審核意見記錄，最終評(píng)價(jià)該設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)具有創(chuàng)新性和實(shí)用性，確定發(fā)布數(shù)據(jù)。管理員根據(jù)已匯交的相應(yīng)元數(shù)據(jù)將該產(chǎn)品實(shí)體整合并提交至專題數(shù)據(jù)中的CAE分析庫(kù)中，完成數(shù)據(jù)發(fā)布，并對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)一步整合、編寫，匯入元數(shù)據(jù)庫(kù)中，該數(shù)據(jù)將可以被其他用戶在專題服務(wù)中瀏覽、下載，實(shí)現(xiàn)一定意義的數(shù)據(jù)共享。

6 結(jié)論

云平臺(tái)環(huán)境下的采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)采用Ajax與Web Service相結(jié)合的Web系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)了松散耦合環(huán)境下的實(shí)時(shí)交互，并且通過(guò)邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜遗c數(shù)據(jù)中心管理員共同參與的數(shù)據(jù)審核方式，保證了匯交數(shù)據(jù)產(chǎn)品的科學(xué)性。

該系統(tǒng)不僅有利于實(shí)現(xiàn)各地采煤機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的收集與整合，而且為設(shè)計(jì)人員提供了交流平臺(tái)，為煤機(jī)裝備的資源集成化、設(shè)計(jì)數(shù)字化、運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)化、管理信息化和服務(wù)智能化起到了重要作用。