快堆工程信息管理系统方案研究

2011-04-26赵佳宁

核科学与工程 2011年1期

吕绯,赵佳宁

(中国原子能科学研究院,北京 102413)

中国实验快堆(CEFR)是我国第一座快堆,现在已经进入调试、装料阶段。但是,目前我国尚未针对中国实验快堆的特点开展科研、运行、管理等方面的信息资源体系研究、开发工作,没有建立用于收集、归纳和保存CEFR技术数据和经验知识的数据体系,而作为“数字化快堆信息资源体系开发技术研究”成果的快堆工程信息管理系统的开发将填补这一空白。

“数字化快堆信息资源体系开发技术研究”是“十一五”核能开发项目之一,该项目是利用信息资源规划方法和现代信息技术对中国实验快堆(CEFR)和快堆电站信息资源进行有效、快速的科学管理、知识固化存储和信息化应用。建立CEFR信息资源分类体系,设计开发基于主题数据库的CEFR信息资源架构模型,将CEFR产生的数据科学地收集和保存,并先行搭建快堆设计数据和快堆运行数据的有效整合和应用平台,以收集CEFR科研、设计、建造、调试、运行、维护各阶段的相关资料,尤其是运行、试验过程中产生的运行数据和试验数据。

本文在研究了信息管理系统的一般性技术方案的基础上,针对中国实验快堆本身的特点,分析研究得出了快堆工程信息管理系统的建设方案和技术方案。

1 快堆工程信息管理系统建设方案

1.1 建设策略

(1)急用先行、力求实效

快堆工程信息化建设是一个复杂的系统工程,不可能一蹴而就,要根据快堆工程部管理需求及各项调试、运行、试验对信息系统需求的优先级,在夯实基础后,建设当前业务中急需的信息系统,满足业务需求。同时,要合理地划分建设阶段,设置里程碑,围绕一系列的有限目标开展工作,坚持“小步快走,每一步都见效”的策略,逐步推进。

(2)优化整合、实用先进

在建设到一定程度后,需要进行集成优化,整合各级资源,实现总体最优,建立一套既实用又先进的信息系统。

1.2 快堆工程数据库结构

为了实现快堆工程信息资源的高效管理,通过信息资源规划得出快堆工程信息管理系统的整体蓝图。在不断建设和完善信息管理系统的过程中,需要开发较多的数据库来支持信息管理系统的应用,并且能够实现快堆源数据的高效存储和使用。

为了达到这一目的,有必要按照主体数据库的开发思想,结合信息资源规划的成果,建立快堆工程数据库的整体框架。

1.2.1 主题数据库的简介

这是一种真正意义上的数据库,经过科学的规划与设计,其结构与使用它的处理过程是独立的。各种面向业务主题的数据,通过一些共享数据库被联系和体现出来。这种主题数据库的特点是：经过严格的数据分析,建立模型需要花费时间,但其后的维护费用很低。最终(但不是立即)会使应用开发加快,并能使用户直接与这些数据库交互使用数据。

1.2.2 主题数据库的特征

(1)面向业务主题,不是面向单证、报表;

(2)信息共享,不是信息私有或者部门所有;

(3)一次一处输入系统,不是多次多处输入系统;

(4)由基本表(Base Table)组成。

1.2.3 主题数据库的优越性

主题数据库是一种集约化的数据库环境,当一系列这类数据库建成之后,他们就能构成独立于具体应用的数据资源。应用数据的各种功能将会随着时间的推移不断发生变化,但数据类型本身却并不经常发生变化,因此,将数据与应用数据的功能分开是有意义的。数据结构和存储方式都独立于应用数据的各种功能,数据按照业务主题相互联系地存放在可以由众多用户共享的数据库之中,系统开发人员只要描述稳定的数据库中数据的内在性质,建成的数据库与所要编程的功能或数据流无关,这就使数据作为一种独立的资源,成为支持所有应用项目的基石。整套数据分析和建库的方法,是“面向数据”的方法,与“面向过程”的方法相比较有明显的优越性：

(1)面向数据的方法可以避免文件数目过多、维护工作量大、数据冗余和数据不一致等问题;

(2)数据库建成之后,某些类型的应用项目可以用高级数据库语言迅速地加以开发;

(3)最终用户能够对数据库直接进行存取操作,可以建立他们自己的报表处理和应用项目,因此,常常可以免去一般系统分析所需要的各种烦杂缓慢的手续,以及等候数据处理部门行动所需的时间。

1.2.4 快堆工程数据库结构

根据国内外先进的数据库构建方式,借鉴我国已有的“核电工程数据库”整体结构,并且充分考虑中国实验快堆信息资源规划成果,可以得出在主题数据库指导思想下建立快堆工程数据库的结构如图1所示。

图1 快堆工程数据库框架Fig.1 CEFR database structure

每个主题数据库还包括二级子库,具体内容如下：

(1)快堆文档数据库：文件数据库、资料数据库;

(2)快堆基础研究数据库：堆截面数据、堆物理性能、堆热工水力、堆力学、热物性参数、堆化学研究;

(3)快堆运行数据库：燃料管理、异常事件、设备信息、设备可靠性、设备老化、运行管理、试验管理、维修管理、在役检查、个人剂量;

(4)快堆项目管理数据库：人力资源、进度控制、投资控制、质量控制、设备采购管理、生产准备;

(5)快堆安全分析数据库：风险评价、临界安全、事故应急、抗震分析、重大设备、标准与法规;

(6)快堆设计数据库：厂址评价、总参数设计、设备设计、电气仪表设计、常规岛设计、回路设计、厂房结构;

(7)快堆材料数据库：系统设备、零件材料、材料性能、材料标准、国外快堆材料及材料性能;

(8)快堆经济分析数据库：核电厂经济、技术经济参考、燃料循环经济、核电环境;

(9)快堆环境评价数据库：事故应急、环境影响评价、现场辐射防护、放射物质运输、固体废物、固体废物处置场、核电厂退役。

2 快堆信息管理系统技术方案

2.1 软件系统结构

信息管理软件系统结构一般分为C/S(Client/Server客户端/服务器)结构和 B/S(Brow ser/Server浏览器/服务器)结构。

C/S结构是需要在每台机器上安装客户端软件,通过它可以充分利用两端硬件环境的优势,将任务合理分配到客户端和服务器端来实现,降低了系统的通信开销。通过客户端程序与服务器进行交互,客户端分担了服务器的相关工作,服务器会比较轻松。但是这种结构需要针对不同的操作系统开发不同版本的客户端软件,加之软件的更新换代十分快,所以该种结构已经很难适应百台电脑以上局域网用户同时使用。

B/S结构就是只安装维护1个服务器(Server),而客户端采用浏览器(Brow se)运行软件。用户工作界面是通过WWW浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(Brow ser)实现,主要事务逻辑在服务器端(Server)实现,形成所谓3层(3-tier)结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本。它是随着Internet技术的兴起,是对C/S结构的一种变化和改进。

B/S结构与C/S结构对比如图2所示。

B/S结构与C/S结构比较如表1所示。

结合快堆办公网络系统的特点以及未来的使用方式,本信息系统采用的是浏览器/服务器系统(Brow ser/Server,简称B/S)结构。

选择该种结构的优势在于：

(1)无须开发客户端软件,维护和升级方便;

(2)可跨平台操作,任何一台机器只要装有WWW浏览器软件,均可作为客户机来访问系统;

(3)具有良好的开放性和可扩充性;

(4)可采用防火墙技术来保证系统的安全性,有效地适应了当前用户对管理信息系统的新需求。

2.2 系统逻辑结构

B/S结构从功能逻辑上分为表示层、业务逻辑层和数据存储层3个不同的处理层次,如图3所示。这3个层次的划分是从功能逻辑上分的,其具体的物理分法可以有多种组合。这种3层结构在层与层之间相互独立,任何一层的改变不会影响其他层的功能。

图2 B/S结构与C/S结构Fig.2 B/S structure&C/S structure

表1 B/S结构与 C/S结构比较Table1 B/Sstructure vs C/Sstructure

图3 B/S 3层体系结构Fig.3 B/S three layer structure

2.3 系统物理结构

信息系统物理结构一般分为两层结构和多层结构。具体结构图如图4、图5所示。

图4 数据库两层物理结构Fig.4 Database double layer physical struc ture

图5 数据库系统多层物理结构Fig.5 Databasemultip le layer physical structure

此两种结构的应用服务器,在信息系统中的功能还可以具体划分为Web服务器和流程引擎(WF服务器),此两种物理结构的功能逻辑结构如图6所示。

图6 快堆信息管理系统功能逻辑结构图Fig.6 CEFR in formation management system logical fuction structure

具体选择什么样的物理结构进行硬件部署,可以按照以下原则来进行设计。说明见表2。

表2 物理部署原则Table2 Princip le of physical deploy

由于本信息系统是针对快堆工程的信息资源进行开发,该系统的用户约为350人左右,其使用并发人数一般按照1/10使用人数来估算,大约为35人。所以,采用的方案为Web服务器、流程引擎、数据库服务安装在一台物理服务器上。即为两层物理结构。

随着该系统的扩展使用以及信息量的不断加大,将本信息系统将进行升级,其物理结构可以改为多层结构,此时,现在的服务器可以继续作为数据库服务器使用,仅添加Web服务器、流程引擎即可。

2.4 开发平台

2.4.1 数据库管理系统平台

现在广泛应用的数据库管理系统主要为Access、SQL Server、O racle 和 Informix 数据库管理系统,系统类型对比如表3所示。

表3 数据库管理系统比较Table3 Databacemanagement system comparison

考虑到数据库的规模、易用性、维护成本,以及现有数据库系统类型等综合因素,快堆信息管理系统选择使用SQL Server2005作为数据库管理系统软件进行开发。

SQL Server2005是一种典型的关系数据库管理系统,它提供图形化界面,拥有丰富的编程接口工具,且与W indow s NT完全集成,具有良好的伸缩性,同时具有高性能,高可靠性和扩充性的特点,是杰出的数据库平台,完全满足要求。

2.4.2 软件开发平台

现在流行的数据库系统开发平台有 PB、NET和J2EE,平台对比如表4所示。

表4 开发平台对比Table4 Development platform comparison

通过对于数据库开发技术以及用户需求的调研,考虑了软件系统的规模,以及易开发性,易维护行,程序类型需要B/S结构等综合因素,所以选择.NET开发平台,即 Microsoft Visual Studio2005作为开发工具。

M icroso ft Visual Studio2005是一套完整的开发工具,用于生成 ASP Web应用程序、XM LWeb services、桌面应用程序和移动应用程序。它包含了开发.NET程序中需要的几乎任何功能：编码、调试、部署、维护等。

ASP.NET建立在 .NET Framework的编程类的基础上,为Web应用程序模型提供了一组可简化Web应用程序生成的控件和基础结构。ASP.NET包括可用于封装通用HTM L用户界面元素(如文本框、按钮和列表框)的一组控件。但这些控件在Web服务器上运行,并以 HTM L的形式将其用户界面呈现在浏览器中。在服务器上,这些控件公布面向对象的编程模型,该模型为Web开发人员提供面向对象编程的丰富功能。ASP.NET还提供基础结构服务,如状态管理和进程回收,从而可以进一步减少开发人员必须编写的代码数量,并提高应用程序的可靠性。另外,ASP.NET使用这些同样的概念使开发人员能够以服务的形式交付软件。