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沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统方案

应急安全在线    2012-07-01  来源:指挥调度网 字体【
H3C 多媒体视讯
  1. 概述

  企业数字化、信息化是企业现代化的一个重要标志,是企业核心竞争力的重要组成部分,它影响着企业管理水平和持续发展能力,关系企业的生存和发展。
  随着计算机技术、网络技术和多媒体通信技术的飞速发展,如何使企业领导和管理者随时了解员工工作情况,车间生产情况,及时了解和掌握生产平衡、动力平衡等状况,已成为当前沈飞的迫切需要和重要研究课题。
现代工业生产是人员、物流、设备等各种要素相互作用的复杂过程。沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统,就是为了让领导和管理者实现在复杂的生产过程中,进行资源配置,现场生产调度,生产进度控制,质量监督等;让领导在办公室可实时掌握现场人员工作情况,使领导更加了解各环节运作情况;为领导作决定提供更多依据。
  为沈飞量身定制的数字化综合视频指挥调度系统,在一航树立起一个数字化技术、信息技术在传统行业应用的典范。

  2. 沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统的特点:

 领导与各级生产线之间能够通过双向视频交互的方式下达生产调度指令,了解生产计划执行情况,达到各级管理部门之间的有效沟通。
 企业管理部门能够及时了解各监控点的工作情况和生产状况并及时进行生产协调与调度;
 企业领导应对各种突发事故的应急处置能力增强,企业信息化管理水平和企业的生产效率提高。
 通过双向视频指挥生产调度和远程指挥协调各机构运转,实现了统一调度、统一指挥、集中管理。
 实现了视频指挥调度、视频会议、电话会议、视频监控、生产数据管理、生产热动力节能等监控与控制。
 实现了视频、语音与数据等业务有机地结合,实现了三网合一的生产指挥调度系统。
 先进性:采用先进的MPEG-4/H.264 视频编码技术,压缩比高,图像质量好;
 整合性:综合实现了远程监控,视频指挥调度,视频会议,电话会议功能,将现场的控制及生产数据与办公室的管理系统,统一在一个平台上管理,实现多项业务的有机结合
 兼容性:支持多种视频监控系统的接入;
 安全性:独有的多级别、多权限的指挥调度管理。
 实时性:支持用户多级别实时指挥调度;
 多业务性:单一用户终端支持多项业务应用;
 可扩展性:支持环境数据采集、视频报警联动;
  沈飞通过该系统真正实现了企业生产调度和生产管理的可视化和智能化的有机结合,是一个真正实现了企业中视频指挥调度和多业务统一管理的综合视频管理应用平台。

  3. 设备系统设计

  初步建设一套以指挥调度系统及主视频会议为核心的应急指挥调度系统。该系统主要用于沈飞领导应急指挥、厂房监控、调度、会务、培训、传达上级领导指示等功能。系统示意图见图3-1。

 
 
 
 
 
  3.1系统设备功能组成
  整个系统基于沈飞现有的IP局域网而建,系统功能组成:指挥调度系统、主视频会议系统、分调度室系统、监控前端系统,系统功能组成见图3-2。
  3.1.1 指挥调度系统

  系统主要功能:视频指挥、视频监控、电话调度、动力热源监控。包括:指挥调度终端、监控终端、电视墙系统、视频浏览软件、调度管理软件等。

 指挥调度终端

  指挥调度终端主要作用是完成对生产进度指挥和双向音视频交流,以及远端的视频监控和现场视频显示。企业通过指挥调度终端实时监控现场图像,查询生产过程信息,从而完成对生产计划实施情况的指挥和命令下达与监控调度。
指挥调度终端具有双向音视频编解码能力,它对现场采集的音视频模拟信号进行编码处理,对从网络接收的数字音视频数据进行解码处理,输出至指挥调度中心的监示器上。
 监控终端
监控终端分两种:视频监控、模拟信号监控
视频监控:各车间视频信号通过监控室集中录像存储,具有手动录像、定时计划录像、报警录像等多种录像方式;磁盘自动管理,支持多硬盘,硬盘录满后自动循环覆盖;简便的录像文件的检索,支持单帧回放、快放、慢放、回放抓图,屏幕大小可选;录像、回放、网络浏览可同时进行,相互独立;支持远程回放,远程摄像头控制功能等。
动力热源监控:对动力热源管网压力、温度信号实时模拟信号监控,在大屏幕上显示热网模拟图及监控点,还可根据电脑记录的实时信息进行温度、压力分析。
 电视墙系统
电视墙系统由监视器、网络视频矩阵和网络视频矩阵控制软件构成。电视墙由多个监视器组成,每个监视器对应一个车间,每个车间可设置多个监视点,每个监视器可看多路远端车间监控点的实时图像。电视墙的作用是接收网络上的多个监看点的数字视频流,经过视频解压缩,把多路模拟视频信号输出到显示设备上集中显示,便于领导集中调度、统一指挥。
 视频浏览软件
通过在PC 机上安装本系统的视频浏览软件方便地接入系统并浏览前端画面,它能为用户提供灵活便捷的系统接入方式,节省成本。视频浏览软件具有视频解码和语音双向编解码功能。
 调度管理软件
 电话调度(见触摸屏调度网络图3-3)
 
话调度台功能
 调度呼叫内线:一键到位;呼叫外线:一键到位;
 调度应答内外线,自动接听。
 调度强插入、强拆除。
 调度会议10方双工、单工成员无限。
 分机、中继状态显示,来电显示,日期时间显示。
 有/无主叫可自由设置。
 超时间催挂。
 呼叫调度保留、切换。
 夜间服务分机、设定调度代接、代答、转接。
 通过调度台电脑上的参数设定对用户有鉴权功能:长途、市话、拨号、直通、允许应答、不能使用等多种鉴权功能,也可以用户自行设计。
 调度维护终端可以改变的数据参数及自测故障系统。
 调度可以任意设定分机等级,以满足分机在不同场合不同要求。调度可以任意设定中继等级,循环出局、局向出局、邮路出局。
 调度台配置:有触摸屏操作接口(2M数字中继),有局域网可以实现远程调度、远程维护等功能。
 调度机全网数字录音、录时系统。
2)分机功能
 分机间拨号交换机。
 分机直呼调度台。
 分机拨出外线(中继)。
 高级别分机强插入其它分机。
 当分机配置广播/对讲时,可以选呼广播/对讲,也可以拨特定号码190进行组呼(每组10个用户以内)广播/对讲。
 分机转接。
 超时自动催挂。
 拍叉服务功能。
3)本系统提供的新业务功能:
智能语音信箱、夜服功能、出局代拨、代接来话、三方通话
热线服务、电话会议、免打扰服务、闹钟服务、恶意电话追踪
转移呼叫、遇忙转移、遇忙回叫、无应答转移、帐号密码
电脑话务员(个性化引导语音、提示语音、查号语音系统)
3.1.2主视频会议系统
系统主要功能:会务、培训、传达上级领导指示。设备包括:电子白板、投影仪、大屏幕电视、摄像机、主席会议终端等。
视频会议可实现点到点或点到多点会议功能,召开多点视频会议像打电话一样方便易用。特别适用于应急指挥,领导不需要预定会议和IT维护人员的干预,就可以召开多点视频会议。
 电子白板
交互式电子白板与电脑进行信息通讯,将电子白板连接到PC,利用投影机将PC上的内容投影到电子白板屏幕上,构造一个大屏幕、交互式的协作会议或教学环境见图3-4。利用特定的定位笔代替鼠标在白板上进行操作,可以运行任何应用程序,可以对文件进行编辑、注释、保存等在计算机上利用键盘及鼠标可以实现的任何操作。一板多用。(1240X1690)

交互式电子白板也支持复印,将电子白板直接与打印机连接,通过特定的白板笔进行板书,需要打印时,只需按下面板上的打印键即可实现彩色或黑白打印。还可以作为PC白板使用,将电子白板与PC相连,此时的电子白板就相当于一个面积特别大的手写板,可以在上面任意书写、绘画并即时的在PC上显示,文件保存为图形文件。交互式电子白板就可以通过网络与其他办公室、会议室进行交流,实现网络会议。见图3-5
3.1.3分调度室系统
分调度室系统主要作用是浏览车间和会议室画面,显示视频图像,支持双向语音交互。设备包括:视频终端、摄像机、麦克风、监视器、PC机等
视频终端采用8036系列视讯终端,支持H.264图像编解码、H.329双视频流和高分辨率的XGA输入/输出特性,支持全景式视频会议,最高支持 4M的会议带宽。
视频终端支持两路活动图像同时传送,或1路活动图像+1路高分辨率的计算机桌面同时传送,计算机图像通过XGA输出到终端,最高分辨率达1280×1024,更好满足用户对高质量培训、协商会议的需求。
3.1.4监控前端系统
监控前端负责采集用户现场监控点的音视频数据并进行压缩编码,通过网络传输到指定终端。监控前端具有多路视频编码,支持多路报警输入输出。
监控前端可以接收指挥调度终端通过综合视频交换机发送的控制信令,进行命令解析,进行本地状态调整和对外接设备的控制。
监控前端系统由监控前端、音视频输入设备(摄像机、云台、云台解码器、防护罩、话筒)等组成,设置在各监控点现场。主要作用是:现场音视频采集,并把采集的数据上传,实现已建视频监控系统的物理接入。
3.2 系统组织结构
沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统从组织结构上应与企业生产管理体系相吻合,这样才能真正发挥视频指挥调度系统的作用。沈飞生产管理组织结构分为:总厂生产调度、分厂生产调度、分厂生产车间三级结构,该系统应按照以上结构来设计。系统分为主生产调度系统、分调度系统、监控前端系统,见图3-6。
1)主生产调度系统
由主视频会议系统、视频录像服务器、电视墙服务器、MCU、指挥调度终端、电视墙和音视频输入输出设备、滚动字幕LED显示屏等组成,设计在总厂生产调度中心。主要作用是:完成信令和控制信息交换、调度以及系统管理;实现视频指挥调度、远程视频浏览、视频录像、电视墙显示以及动力热源监控等功能。
滚动字幕LED显示屏,系统内嵌字幕播放功能。在主调度中心,可以同时发送字幕。
通过字幕方便消息通告、指示下达等。
2)分调度系统
该系统由指挥调度终端、音视频输入设备(摄像机、话筒等)和音视频输出设备等组成。主要作用是:通过指挥调度终端与总厂主指挥调度中心进行音视频双向沟通,参加视频会议,对所管辖监控现场进行监控管理。根据需要可增加网络视频矩阵与电视墙、大屏幕系统配合使用。
3)监控前端系统
监控前端系统由监控前端、音视频输入设备(摄像机、云台、云台解码器、防护罩、话筒)等组成,分别布置在各监控点现场。主要作用是:现场音视频采集,并把采集的数据上传;实现已建视频监控系统的物理接入。

4. 系统功能
4.1生产调度指挥功能
上级领导或管理者通过指挥调度终端可以向下级发布指挥和调度命令,上下级各个部门、各级领导与下属之间可以实时地进行音、视频信息的双向交流。
指挥调度人员可实现多种指挥方式:
 点对点指挥调度:一个上级对一个下级的指挥调度。
 点对多点指挥调度:某指挥调度终端根据权限设置可以呼入召集多个指挥调度终端,进行一对多的指挥调度。
 多组指挥调度:系统中可以有多个指挥调度组共存,各个指挥调度组之间互不干扰。
 插入指挥调度:上级指挥调度终端可以呼叫插入其它正在进行的指挥调度组,并得到指挥调度组的指挥权;上级指挥调度终端可以呼叫其它正在进行的指挥调度组内的终端用户,经指挥调度组指挥者同意后,可加入上级指挥调度组。
被指挥调度者可随时加入和退出指挥调度组。
指挥调度者对多个监控前端进行语音广播。
生产调度中心的调度人员在日常生产过程中可以利用视频指挥调度功能与各分厂调度中心的值班人员、各车间现场的工作人员进行业务协调。
当车间现场发生意外事故或设备发生故障,现场人员不能解决,各级领导和相关专家又不能及时赶到现场,此时可以利用系统的指挥调度功能召集相关业务主管和专家实时的监视现场情况,并与现场人员进行语音实时交流,共同指导现场进行意外事故的处理以及对设备抢修的技术指导,为现场解决问题提供有力的技术支持,大大节省时间,提高工作效率。
4.2模拟图/流程图展示
本方案以系统模拟图的方式允许用户通过网络实时监测生产现场系统运行的实际情况,并实时观测现场的各项指标。
本功能主要完成对控制系统上各个需要监控的设备在系统模拟图上的显示形式、显示位置、相互之间的连接信息等参数的定义,由此组态出一幅逼真的生产现场模拟图,如图4-1。包括:模拟设备的实时数据显示、开关量的实时图形显示等;定义各模拟设备的报警限值以实现故障报警显示。
系统使用目前最流行、功能最强大的图形编辑软件作为组态工具的绘图引擎部分(具有容量小、缩放不失真、网络传输速率高的特点),见图4-2。
系统提供丰富的可扩展的组态元件图库,设计者可将自己设计的图形存入自定义图库或者新建图库当中,图库元件采用拖拽的方式直接放到需编辑的矢量图中使用,大大减少了组态图形绘制的工作量。

4.3报表组态与展示

系统提供了灵活的报表功能,用户无需编写代码,只需简单配置即可实现查询和报表功能,节省了90%的工作量。系统具有可视化查询和报表配置界面,可以批量生成文件;针对复杂的报表,系统提供可引用的报表模板。
这种灵活报表功能可以满足沈飞的日报表、月报表等的查询需求,可以快速地收集和显示所关心的现场设备数据。由于报表通过对长期的生产过程数据进行分析统计,使报表的每列数据可以是控制系统的某一项指标,也可以是某几项指标的运算表达式,并可以在报表内进行自动计算、汇总等操作。报表反应了现场的实时情况,管理者和系统维护人员能够实时地掌握生产情况并及时地进行分析,从而为沈飞积累了丰富的经验数据,见图4-3。
系统同时为用户提供了功能强大的查询功能,针对实时数据进行分析、展现,针对历史数据(包括历史数据、巡检数据、网络数据、监控节点数据)应用商业智能工具进行数据挖掘。该功能可根据需要灵活设置各种查询条件,提供单棒图、多棒图、直方图、曲线图等多种统计分析报表,见图4-4,并可与时间排程、邮件发送功能相结合,生成PDF、Excel、HTML等多种输出格式的报表发送给指定用户,丰富决策分析功能,方便用户查询数据、分析趋势、制定调整方案。同时,系统具有扩展性,能够提供给二次开发人员以图形化配置界面,可以便捷地为新查询应用进行定制开发。

图4-4多种统计报表图
4.3实时趋势曲线及历史数据曲线组态展示

通过本系统的实时趋势曲线,管理者可以查看某一个指定的数据库点或中间点在当前时刻下的状态,同时还可以保存一小段时间的数据趋势,这样通过系统相关人员就可以及时了解当前生产设备的运行状况,便于他们对生产现场进行实时监控,见图4-5。

图4-5
 
历史数据曲线可以显示现场设备的某个参数在指定时间内的点值变化曲线及其报警线,见图4-6;可以同时观察多个参数曲线的对比显示,并支持动态的添加、删除曲线;可以查看各个参数的报警限值,统计每个参数在指定时间段内的最大值、最小值及其对应的取值时间;也可以任意缩放曲线来查看各指定时间精确的点值信息和总体趋势。


图4-6
4.4报警信息与超限时间统计

在本系统中,用户可以根据需要灵活地设置基于实时数据的报警规则和控制执行策略规则。系统提供GSM/GPRS短信、e-Mail、网页等多种报警发送机制,系统管理员和用户可在系统配置页面(可远程)上根据预定权限设置进行报警事件的记录、操作、跟踪。系统还可以根据联动规则执行视频联动,并对报警提供数字预案辅助处理功能。

图4-7
超限统计功能可以查看任意时间段内某个参数超过报警限值运行的时间累计情况,见图4-7,同时还可以实现所有重要参数的超限额运行时间统计报表,从而使管理者能据此实时地对生产现场进行优化调整。

4.5视频会议功能

召开传统视频会议,进行双向音视频交流互动。主席可以设定多个例会,每个例会包含相对固定的成员,主席可以方便地组织会议。会议成员可随时加入和退出会议组。主席可以对各个会场的发言权进行控制,并可广播某一分会场。
总厂管理层,可根据需要适时召开视频会议,实现交班会、生产会、总结会等各种会议,进行多点多方双向音视频交流互动。

4.6生产过程视频监控功能

企业生产调度中心利用本系统提供的功能,对各分厂调度、动力热源及各生产现场等部位进行视频监视。
用户能灵活切换现场视频画面、控制云台和摄像头,方便地组合显示多路视频画面显示。通过网络,可以实现多种监控方式(单摄像头监控、画中画监控、四画面监控、三九画面监控、十六画面监控等)实时监控图像,见图4-8。并可以进行云台控制,如控制摄像头的左右上下转动以及焦距的拉伸等操作并且具有实时的画面截取和视频的录像、回放功能。
点对点监控:某指挥调度终端或视频浏览终端可以监视其他指挥调度终端及监控前端的图像,必要时可进行语音对讲。
点对多点监控:某指挥调度终端或视频浏览终端可以同时监视其他监控前端,通过流媒体服务器,同样带宽条件下可以实现同时对更多点的监控。
多点对一点监控:系统中可以有多个不同级别的指挥调度终端或视频浏览终端监视同一监控前端。
多点对多点的监控:系统可以做到多个指挥调度终端或视频浏览终端对多个监控前端的同时交叉监控。
各分厂调度室、对本厂生产现场等部位进行视频监视。可实现现场画面灵活切换、对远端摄像云台遥控,方便地组合显示多路视频画面等功能。

4.7领导办公室

企业领导在办公室里直接对生产调度中心、各分厂调度中心的值班人员或生产现场进行视频监控或生产现场人员下达命令。

4.8电视墙多画面显示功能

总厂生产调度中心可安装多台网络视频矩阵,用户通过网络视频矩阵控制终端任意选择浏览监视现场多路视频画面,通过大屏幕电视墙实时显示。若监控点较多时,可以根据需求设置各种图像显示轮询方案,保证监控点的实时显示,便于系统管理员统一指挥、集中调度。

4.9数字录音、录像功能

总厂生产调度中心设计集中录像服务器,录像服务器支持音视频的录制和查询检索回放等功能, 见图4-9。用户通过录像服务器控制终端选择任意多路现场的画面随时手动录像、也可根据要求设定定时录像和设定联动报警触发录像。

4.10文件/数据传输整合功能

各分厂生产调度中心、工艺室等可以利用系统数据转换系统的文件传输功能将每天生产报表等重要文件传到生产部总调度中心或其他部门,方便快捷。并可以批量完成数据抽取(Extract)、转换(Transformation)、装载(Loading)等任务,见图4-10。不但满足了对种类繁多的异构数据库进行整合的需求,同时可以通过增量方式进行数据的后期更新,一体化的解决了数据整合过程中遇到的种种困难。
4.11多种级别权限设置

用户权限管理规定了对其他各终端的三种权限:指挥权、监视权和控制权。系统进行配置时可以根据实际的隶属关系进行灵活的权限设置。发生争用时,级别不同的级别优先,级别相同的时间优先。
通过综合视频交换机可以根据用户管理需求进行灵活的级别和权限设置,能够适用于各种管理方式。
多种级别与权限设置:比如,将总厂生产调度中心设置为对所有下属单位具有最高三种权限,可以对下属单位终端具有指挥、监视和控制。分厂调度中心只对本厂生产现场监控点进行指挥、监视和控制,而不能对其他分厂监控点图像进行指挥、监视和控制。总厂领导可设置为对所有下属单位具有监视和控制权,可以随时任意监控浏览下属监控点图像。

5.软件系统设计

5.1总体架构

总体技术架构从大的架构上分为三层结构,分别是数据通讯层、应用处理层和用户展现层。各层功能模块以组件的方式存在,包括通讯接口、处理程序和用户界面等程序,见图5-1。
下面对总体技术架构各个层次进行介绍。
5.1.1数据层
数据层由控制系统层和数据通讯层组成,控制系统层提供各子系统实时或存储数据服务,数据通讯层提供数据的采集、转换和传输功能。
1、控制系统层
控制系统层由各异构子系统的实时或者非实时存储数据组成,主要包括视频数据(音频信号、视频信号)、报警数据、各种实时数据,包括设备运行、计算机信号等开关量和模拟量数据。

2、数据通讯层

数据通讯层主要实现对数据信息的访问、写入(控制)、更新与维护操作,以及对部署在下级、远程的控制系统层的访问机制。
数据通讯层针对不同的数据来源类型采用了不同的访问引擎技术,以“面向接口编程”的设计思想保证系统对于不同的业务系统数据的整合需要和未来的不断扩充。
数据通讯层还通过数据转换、加工、提取和过滤等过程,可与其他指挥调度平台进行数据交换,另外,数据交换与共享采用企业服务总线功能。对信息管理层,通过企业服务总线可用于帮其迅速建立基于标准的、分布式的、事件驱动的、并可支持中央管理的应用与流程集成体系,可为应用系统的集成与流程的协同提供基于标准的信息转换和路由,基于标准的服务总线体系可保证性能的线性增长和灵活多样的部署模式,为用户提供了渐进式发展的途径,从而增加了实施中的可重复利用性,避免了重复建设。

5.1.2应用处理层

应用数据处理层是综合应用系统实现对沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统业务数据加工和处理的重要部分。
该层所有的服务及管理组件都是基于OGSI Bundle开发的,OSGi Bundle运行管理平台提供了对框架事件的支持。如服务事件(Service Event),包事件(Bundle Event)等。前者报告的是服务对象(Service)的注册,撤销,属性变化等事件,后者报告的是Bundle的涉及生命周期变化的事件,如更新,启动,停止等。每一个Bundle都是可热插拔的,对一个特定的Bundle 进行修改不会影响到容器中的其它应用,系统运行的大部分应用组件还可照常工作。此特性在一些及时性很强的系统中尤其重要,当服务器因为要更新某个组件或运行参数而花上数分钟时间重新启动整个系统的话,必然导致系统的数据流失和运行隐患,但是采用OSGi 架构的应用则完全可以将损失降到最低,此外还具有运行稳定高效和可复用性强的特点。
该层提供了系统数据采集、运行控制策略及用户界面所需的经逻辑处理的所有数据。由于底层各个控制系统提供的接口千差万别,在该层对数据进行了转换并将采集到的数据通过数据层ezGate网关接口存储到实时数据库中,如图图5-2所示。
实时数据库相当于一个数据处理中心,同时也起到公用数据交换区的作用。用实时数据库来管理所有实时数据。实时数据库所存储的单元,不单单是变量的数值,还包括变量的特征参数(属性)及对该变量的操作方法(报警属性、报警处理和存盘处理等)。这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术,为其它组件模块提供实时数据服务,并提供了系统内各个功能组件的数据共享。
数据处理各组件控制与其他子系统的通讯和中心数据库的连接以及业务处理功能,可通过实时数据库分析出报警信息,从而在发生报警时进行响应处理,此外还包括报警通知功能(Email, SMS等)、任务调度、定时排程、软件升级等功能。

5.1.3用户展现层

用户展现层集成综合应用系统和其他指挥业务系统的业务功能,是整个系统的对外展现窗口,包括各种监控、查询、配置的功能模块,以统一的展现风格和个性化工作界面实现用户的操作要求。
展现层提供对不同渠道的接入服务,如报警监控、实时监控、数据库监控、视频监控、决策分析等用户应用组件,通过相应的渠道服务对象将渠道接入的信息转换成调用业务层服务所需要的统一格式,同时将返回结果转换成各渠道能接受的格式。
展现层包括基于大屏的输出展现和基于客户端网络终端两种展现方式。
1、基于大屏的输出展现
可将各种综合信息经过加工、处理后通过大屏集中、直观展现。
2、客户端
用户可通过自己的电脑访问此系统按照自己的权限查看所需内容。
5.2技术路线
沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统是一个业务全面、应用广泛、涉及众多技术领域的复杂业务系统,因此应尽量采用软件工业化的标准,遵从技术规范;采用先进的、开放的、标准的、主流的、成熟的系统平台、开发手段与信息技术规范,以满足指挥调度平台先进性、开放性、标准化、稳定性、可扩展性的需要。
沈飞生产数字化综合视频指挥调度系统采用的技术路线主要有:
1、采用基于SOA的系统构建方法搭建系统
SOA(Service-Oriented Architecture),即面向服务的架构,是一种面向企业级服务的系统架构。
利用基于SOA的系统构建方法,一个基于SOA架构的系统中的所有的程序功能都被封装在一些功能模块中,我们就是利用这些已经封装好的、提供统一接口定义方式的功能模块组装构建我们所需要的程序或者系统,而这些功能模块就是SOA架构中的不同的服务(services)。
SOA 架构具有一些典型特性,主要包括松耦合性,位置透明性以及协议无关性。松耦合性要求 SOA 架构中的不同服务之间应该保持一种松耦合的关系,也就是应该保持一种相对独立无依赖的关系;位置透明性要求 SOA 系统中的所有服务对于他们的调用者来说都是位置透明的,也就是说每个服务的调用者只需要知道他们调用的是哪一个服务,但并不需要知道所调用服务的物理位置在哪里;而协议无关性要求每一个服务都可以通过不同的协议来调用。
2、采用全程建模的技术路线
大型信息系统通常十分复杂,很难直接对它进行分析设计,人们经常借助模型来设计分析系统。模型是现实世界中的某些事物的一种抽象表示。抽象的含义是抽取事物的本质特性,忽略事物的其它次要因素。因此,模型既反映事物的原型,又不等于该原型。模型是理解、分析、开发或改造事物原型的一种常用手段。
模型的表示形式可以是数学公式、缩小的物理装置、图表文字说明,也可以是专用的形式化语言。模型建立的思路有两种:自顶向下、逐步求精和自底向上、综合集成。
模型的目标即模型研究的目的,知识是指现实系统的知识和模型构造知识,数据是指系统的原始信息,这三方面构成了建模过程的输入。模型构造是具体的建模技术的运用过程。可信性分析是指分析所建模型能否满足系统目标。
业务模型是软件设计的核心。任何底层的问题都会反馈到业务模型上来,而业务模型和需求非常的接近,因此测试用例的设计难度比较低。测试工作最难的就是如何权衡测试工作量和软件质量的关系,把测试的力量集中在业务模型上,能够有不错的效果(这并不是说其它的部分不需要测试,单元测试的主要思路是测试一切可以测试的东西)。但是这种测试也需要付出额外的代价,最典型的是测试环境的建立,由于是业务模型测试,不可能像单元测试那样容易,所以需要有周全的测试数据和测试计划。这项工作应该放到业务模型的类设计中,成为进度的一部分。如果是业务模型的关联性很大,还要从整体上考虑。
建模的好处是可以执行一个模型来验证它的正确性和进行后续的研究。另一个好处是最终可以将把模型转到开发语言,所以省去翻译转换工作。在这次项目建设中采用业界认可的统一建模语言(UML)进行软件从业务到设计的全程建模,通过建模保证整个项目的可视化。
3、采用基于大颗粒构件复用和基于平台的技术路线
对应用系统进行集中、统一的规划,制定相应的技术标准,并在此基础上进行系统的开发与管理。
在信息资源整合平台的建设中所选用的软件系统可以方便地实现集成,使系统搭建过程中无需花费过多的精力从事于系统平台的集成,而将精力集中到应用软件的开发和调试中,从时间和精力上保证本项目的成功。集成的应用系统降低了系统维护的难度和要求,能够随着应用的逐步完善和入网用户的逐渐增加不断地进行扩展,整个系统可以进行平滑地过渡,也方便用户日后的管理和维护。
软件构件是一种定义良好的独立、可复用的二进制代码,包括功能模块、被封装的对象类、软件框架和软件系统模型等。这些封装起来的对象就是目标管理系统软件的骨干成分,或者看成是一些“标准件”,已经实现了用户需求的大部分。这样,用户需求中极具个性化的部分可以花较少的资源和代价即可完成。这种方式把标准化与个性化这两个相克之物隔离开来,先解决通用问题,再解决个性要求问题,符合人类解决问题、完成工作任务的规律,例如汽车制造厂,总是首先将很多部件做成标准的,底盘、发动机、传动系统等等,然后就可以在车型、外装修、个别的高级选装部件等分别加以解决,从而满足不同用户的不同需求。
业务基础平台对软件的发展而言是模式的创新,它突破了软件开发商固有的模式。在这个模式中,可以形成所谓“绿色软件产业生态链”,平台供应商可以透过软件企业之间的合作来完成最终产品的交付。
4、采用基于组件的开发和分层的技术路线
基于组件的开发是普通应用程序开发的变体,它具有如下特点:
应用程序由各自独立的组件组成,这些组件的开发和部署保持相对的独立性,而且很可能是由不同的团队开发和部署;
通过仅对这种应用程序的某些组件进行升级,从而对其进行小幅度的升级;
组件可以在不同应用程序之间共享,因此可对它们复用,但同时也产生了项目之间的依赖关系;
尽管并非与基于组件完全密不可分,但基于组件的应用程序倾向于分布式结构;
建设多种信息技术渠道的解决方案,多渠道共享业务逻辑;
分层是从逻辑上将子系统划分成许多集合,而层间关系的形成要遵循一定的规则。通过分层可以降低子系统间的依赖关系,使系统以更松散的方式耦合,从而更易于建设、维护和进化;可以根据业务的变化,通过快速开发或者配置调整系统以适应系统新的业务需求。
5、采用基于XML信息交换标准
为了能够在异构平台、在不同的指挥平台系统中实现数据交换和业务自动处理,必须涉及到数据和文档格式的标准化、统一化的问题,需要建立一个能够描述不同系统之间的数据交换和业务处理流程的标准,以解决数据在处理过程中因标准不统一而引起的诸多问题。
可扩展标记语言XML,是现代信息领域重要的技术发展之一,已经逐渐成为WEB领域的通用语言,也是进行应用集成的较佳语言规范。目前,在国家主管部门确定的电子政务的总体标准中,已经确定把XML作为数据交换的标记语言。作一个形象的比喻人,XML就好像是不同应用系统中的普通话,通过它使纷繁复杂的不同应用系统不再讲各自的“方言”,而是通过XML这个普通话进行交流,这样大家都能以最简便的方式明白各自的要表达的含义,实现彼此的沟通。XML信息交换系统的建设目的,就是通过XML这一种“普通话”,实现不同业务数据,不同信息之间顺畅的完成信息交换,是整个信息交换系统的基石。
XML是一种具有数据描述功能、高度结构性及可验证性的置标语言。XML允许用户自行定义标记和属性。并可以依照所定义的标记与属性的语法来开发应用程序。XML可以通过标记来描述数据,或配合属性来辅助描述数据;并且可以借助验证规则来规范一个XML文件的内容和结构。XML文档是由XML元素、XML属性、XML实体组成的。这些元素、属性和实体描述了文本内容是如何组成的。元素是XML文档中最主要的组成部分,用于创建单独的数据块,实体描述XML中的存储单元,总的来说,XML语言主要特点有:
(1)XML数据交互的透明性、易读性。与IPv4等底层通信、数据交互协议不同,XML具备很强的透明性、可读性强。XML的透明性使得人们可以更多地去关注交互的数据内容本身,而不用过多地去关心底层细节。
(2)XML的安全性。与其它的数据交互方式不同,XML中不仅包含了交互数据的内容本身,而且还可以包含应用系统的安全属性信息,不符合安全设置的请求将被拒之门外,这提高了应用安全性、使得不同的角色具备不同的功能访问权限。
(3)XML的可靠性。众所周知,IPv4具有无序不可控性、服务质量不可保障性和不可管理性等弱点,采用XML结合中间件IBM Websphere等,可以确保数据交互的可靠性。
(4)XML的灵活性和可扩展性。作为对SGML语言标准的一种改良,XML更具有灵活性和可扩展性。同时,它又没有SGML那么复杂以致难于实施。作为一种标记语言,XML允许任意定义标记以及多层次嵌套。正是由于XML的专业性和可扩展性,许多行业纷纷采用XML来制订行业的数据交互标准。
(5)XML的平台无关性、开发语言无关性。XML与操作系统平台无关、与应用系统所采用的具体开发语言无关,正是这一点使之成为异构系统之间互联互通的国标通行标准,也成为第二代互联网技术的技术基础。
5.3软件应用模型
综合应用系统不是孤立的,须考虑不同数据库和应用系统间的关系和联系,形成基于共享的新的应用体系,提高沈飞生产指挥调度中心体系各级应用系统间的信息共享和业务协同能力及水平。
通过对有关地区和部门实施信息共享互联互通工程经验的总结、分析和研究,沈飞生产指挥调度中心综合应用系统开发方案同时考虑了基于数据层面的共享数据库技术,以及基于应用系统间的集成和整合技术,从而满足指挥管理对信息实时、多样、可变的需求,实现相关信息在指挥调度中心平台体系中按一定规则流动和共享,以提高各系统间实时、安全、准确的协同能力,并解决应用系统因业务管理流程变化,而需不断重新建设的状况。根据应用的特殊需求以及用户对象的操作特点,对指挥综合应用系统不同的应用子系统模块,采用基于B/S模式与C/S模式相结合的软件体系结构进行构建。

5.4ezRIMS系统介绍

ezRIMS实时信息监控管理系统提供了企业级的设备及子系统集成服务,包括各子系统和设备的接入服务、数据存储服务、与应用软件进行数据交换的协议以及实现此协议的接口等,形成了一套基于此平台的应用软件所使用的应用服务框架。其最终目标是对辖区内所有设备进行全面有效的监控和管理,确保各设备及子系统处于高效、节能、最佳运行状态。图5-3是ezRIMS一个典型的实施(Deployment)架构图,它表现了其在整个系统中所处的位置和与各种子系统之间的连接关系。
通用数据网关(ezGate)将各种通讯接口以插件(驱动)安装的形式集合在通用通讯网关中,以统一的XML标准数据格式为系统平台提供数据通讯服务,是现场硬件设备数据的通道和提供者,它将系统平台与第三方控制系统(包括现场硬件系统/控制器、弱电设备上位机软件系、应用子系统)相联通。数据网关从控制系统取得的数据信息,将系统平台所关心的数据信息传送给平台系统,同时也对系统平台提供通用报警服务并支持系统平台通过数据网关(ezGate)下发指令到相应的控制系统。
ezRIMS采用统一的开发框架,快加针对智能设备/子系统集成业务逻辑开发其表现层和控制层,加上与基于门户(Portal)的统一的安全模块,可独立运行,具有系统开销小的特点,广泛适用于中小型智能设备集成系统。
对于大中型集成系统,ezRIMS可采用Struts-Portlet形式,布署在Portal上,其核心基础构件提供一个基于Portlet的可复用框架, 还包括个性化的安全权限控制、配置管理、内容和数据库管理、查询、数据挖掘和报表生成、协同事务处理和工作流、基于Web Services的系统集成等通用业务基础功能。
整个系统基于最新的Portal/Portlet/XML/SVG/Ajax等技术标准,同时兼顾对 .NET/ActiveX的支持。
ezRIMS产品以标准化、模块化的方式提供一个M2M行业集成系统“半成品”。 在M2M行业系统实施工程中,针对项目具体要求,二次开发人员只要把相关的“半成品”模块作一些“量体裁衣”的细加工(有时甚至可以不用加工,只需做配置和部署),再和ezONE平台结合,就能构成一个完整的智能设备/子系统集成系统。
用户可以在ezRIMS系统基础之上继续定制用户界面和使用功能模块,再利用组态工具开发仿真智能设备、结构外观和建筑物内部图形的组态SVG监控图,对不符合通用标准(Opc/LonWorks/Bacnet)的子系统设备,只要其具备RS232、RS485串行通讯口或基于以太网(TCP/IP)的通讯接口,并提供其通讯指令集,则可通过数据网关的XML Schema协议配置转换功能进行通用接口类型实例设置,无须编程既可生成设备驱动,与现场设备的进行信息互换,进而实现与其系统的通信和联动。
实践表明,以这样的方式实施的系统集成项目,最高可以减少70%左右的工作量,不仅可以提高项目进度,也大大降低了开发成本。
ezRIMS的各子系统将以应用模块的方式存在,包括用户界面,处理程序,和通讯接口程序,见5-4图。
其功能如下所示:
 系统集成及网络共享、个性化定制、用户、资源管理功能:
 工程管理功能:
以向导方式对实施项目进行功能模块定制,生成针对实施项目的应用框架,在此基础上进行项目实施工作(基础数据录入、SVG组态定制、I/O绑定等),在完工后,可对此项目的所属资源进行打包导出,并可供工程管理功能模块进行导入部署。
 服务管理功能:
对ezRIMS平台(WEB)的基础服务(包括与数据网关的通讯配置,远程用户数据的异步更新服务,一卡通数据服务等)进行管理(包括启动、停止、重启)和配置(如服务端口、刷新时间间隔、分页设置等),从而无需手动更改配置文件。
 监控配置管理功能:
用户能够可视化配置管理ezRIMS系统所监控的界面及数据节点,完成对系统、设备、项信息以及监控分区和监控界面的浏览、创建、编辑、删除、动画效果定义等功能。
 视频监控功能:
通过浏览器,可以实现多种监控方式(单个摄像头的监控,对数字监控可支持画中画监控、四画面监控、三九画面监控、十六画面监控等)实时监控图像,并可以进行云台控制,如控制摄像头的左右上下转动以及焦距的拉伸等操作并且具有实时的画面截取和视频的录像、回放功能;
 数据库表监控功能:
通过数据库连接池,采用JDBC方式访问集成的子系统数据库,具有多数据源支持,可灵活配置各应用子系统的数据采集源,实现包括数据的对比、抽取、转换、过滤、查询、实时状态监控功能。
 设备实时监控功能:
实时监控模块采用SVG的图形格式,让用户实时的在浏览器上监控各种状态信息。在M2M行业中,主要采集了智能设备及应用数据库系统的实时数据,并采用图形、动画的方式显示其实时状态。
 基于规则引擎的报警和联动功能:
在 ezRIMS系统中,用户可以根据需要灵活设置基于实时数据的报警规则和控制执行策略规则。系统提供GSM/GPRS短信、e-Mail、网页等多种报警发送机制,系统管理员和用户可在系统配置页面(可远程)上根据预定权限设置进行报警事件的记录、操作、跟踪。系统可以根据联动规则执行I/O点联动及视频联动,并对报警提供数字预案辅助处理功能。
 配方管理功能:
配方不仅是几种原料间的配比关系,还可以包括温度压力,时间等因素。广泛应用于食品、印染、饲料加工、油品调合等行业。在 ezRIMS系统中为配方的编辑、装载提供了方便的手段。组态环境中可以定义配方,运行时装载或切换配方,甚至在运行时也可以修改配方。
 设备巡检/润滑功能:
用户可对关键设备进行巡检预案设定,与时间排程结合,定时检测设备状态,生成设备状态报表,以邮件和短信的方式发送给指定用户,提醒用户进行处理。
 通用数据挖掘和查询报表功能:
通过数据挖掘和报表功能可以快速地收集和显示指定的生产过程数据。报表既能反应系统实时的生产情况,也能对长期的生产过程进行统计、分析,使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。
系统为用户提供了强大的查询功能,针对实时数据应用Dashboard进行数据分析、展现,针对历史数据包括历史数据、巡检数据、网络数据、监控节点数据应用ezBI进行数据挖掘,提供多种统计分析报表,如单棒图、双棒图、三棒图、多线图、X-Y图(坐标点绘图)、数字式(列表)等形式,并可与时间排程、邮件发送功能相结合,生成excel、pdf等报表,发送给指定用户,丰富决策分析功能。同时,系统具有扩展性,为新的查询应用进行定制开发。
 能源管理功能:
具有时间排程功能和节假日设定功能,使用者可根据实际情况,灵活定制排程预案,定制联动节能机制。并提供了丰富、灵活的统计报表功能,令使用者能够充分掌握各种资源的使用情况和趋势,及时发现问题,制订合理的执行计划降低能源采购成本。
 设备管理功能:
充分利用ezRIMS平台提供的智能设备管理信息,实现对设备运行、维护管理,对各种设备运行数据、事件进行处理。从而减少突发性故障,消除设备故障隐患,保持智能化设备的完好率,降低管理成本,统计分析运营相关数据,提高智能化系统管理水平。处理通过智能控制系统采集的设备数据,通过对这些数据的分析统计,提高了管理效率,帮助领导掌握系统运行状态。
 双机热备功能:
双机冗余是ezRIMS的一个重要组成部分,它可以有效地提高系统的稳定性和可靠性。系统可以工作在三种模式下:
1)独立站:系统以单独方式运行,没有冗余系统。这是系统的缺省方式。
2)主站:系统启用双机冗余系统,本机是主站。
3)从站:系统启用双机冗余系统,本机是从站。从站可不需要进行数据库和人机界面组态的,可以从主站自动获取组态内容。
5.4系统优势
 ezRIMS基于ezONE平台开发、运行,由此继承了ezONE的所有功能,如:可以集成各种企业业务系统(如ERP、CRM、CMS)、办公应用系统、决策支持系统、电子邮件系统等;定制个性化的页面风格、布局;对用户、资源的统筹管理等等。
 强大、快速、灵活的报表组态工具:通过很短的时间即可定制生成企业需要的报表。
 互动HMI:基于网络分布式协作的灵活矢量图互动组态功能,丰富的可扩充图库支持,所见即所得的开发环境, 依托Illustrator的矢量图编辑功能可以使组态图形的绘制变得轻松且易于培训。
 跨平台:ezRIMS支持Windows,Linux,UNIX等操作系统,支持SQL Server, Oracle等多种数据库。
 安全性:提供身份认证、权限控制、信息保密、确保数据完整性等一整套安全保障体系,保证了个性化使用的安全性。
 支持标准化接口:支持OPC、DDE、ODBC等标准化通讯接口,并且提供接口二次开发工具,可以方便地开发驱动,与其它非标准系统接口建立通讯连接。
 支持4A:多层架构,支持个性化界面(包括无线、WML、网页),基于规则引擎的报警(短信、e-Mail、声音)和视频联动,真正实现4A(Anytime, Anywhere, Any device, Any network),使得管理者和工程维护人员无论身在何处,都可以实时地通过Internet或Intranet使用标准的浏览器在线监控生产现场的情况,处理现场的异常状况或进行工程维护,使维护工作变得及时、高效,并降低了工程维护成本。
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