基于SOA-BPM的军事装备管理综合信息系统体系结构研究*

代 铭 耿伯英 占明锋

(1.海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)(2.91551部队 九江 332000)

基于SOA-BPM的军事装备管理综合信息系统体系结构研究*

代 铭1,2耿伯英1占明锋2

(1.海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)(2.91551部队 九江 332000)

随着新型装备的不断涌现和装备管理模式的改革创新,当前各级研发使用的装备管理信息系统面临的性能瓶颈和新技术的冲击越来越大。从面向服务的系统设计需求出发,在对不同层次装备管理系统体系结构进行需求分析的基础上,引入了将面向服务(SOA)和业务流程管理(BPM)的思想,阐述了装备管理信息系统各框架的组成和参考模型,所设计框架具有较好的可靠性和可升级性,为军事装备管理信息系统的研制打下基础。

军事装备管理综合信息系统; 体系结构; 面向服务; 业务流程管理

ClassNumberTP393

1 引言

装备管理综合信息系统(Equipment Management Integrated Information Systems,EMIIS),是在信息化条件下对传统单系列装备管理系统的拓展和延伸。装备管理综合信息系统主要功能是:依托现有武器装备平台上配置的各种类型的传感器、故障诊断系统及各种维修资源,对多型装备在各种运行状态下的技术数据、战技术性能、可维护性等关键参数进行分析管理,从装备技术状态角度给出辅助决策信息。它覆盖从受领研发任务到装备退役报废各环节过程和各种职能角色(如图1),对各型装备实施全系统有效管控,为作战决策提供装备管理视角的全维度信息支撑。

图1 某型装备全寿命周期各阶段装备管理综合信息系统多角色分工示意图

面向服务架构(Service-Oriented Architecture,SOA)正是由于能根据环境、客户需求和业务流程的变化,对组织内分布的异构应用和数据资源进行有效地封装和集成,并以“服务组合”方式快速构建跨组织的复杂应用[2],而逐步成为美军大力发展面向网络中心战的GIG(Global Information Grid,全球信息栅格)和NCES(Net-Centric Enterprise Services,网络中心企业服务网)以及SoSCOE(System of Systems Common Operating Environment,体系的公共操作环境)的框架基础,这对我们打破当前各类装备管理信息系统“各自为战”和“信息孤岛”困境,完善系统一体化、网络化功能,充分发挥信息系统潜在效益给出了较好的实践样例。

业务流程管理(Business Process Management,BPM)是20世纪90年代初美国著名企业管理大师迈克尔汉默提出的一种“以规范化地构造端到端的卓越业务流程为中心,以持续地提高组织业务绩效为目的的系统化管理方法”,它通常以Web服务方式实现信息传递、数据同步、业务监控和企业业务流程的持续升级优化。具有很强的规范化和成熟的商业应用基础,能进一步标准化业务流程,解决系统流程建模的冗余。

当前及未来一个很长时期内,作战模式是基于信息系统的体系作战,参战的各类信息系统越来越庞杂,每个系统内部子系统之间的信息交换和信息融合也越来越频繁,信息资源共享的层级越来越扁平化;各系统间武器装备信息资源互联、互通、互操作的需求也越来越迫切。这些作战需求对系统构架在自适应性、分布性、自治性、移动性、交互性等方面上都有很高的要求。

针对以上要求,从装备管理综合信息系统建设的实际需求出发,引入SOA和BPM组合的思想,在对装备管理综合信息系统体系结构设计需求进行全面分析的基础上,给出了基于SOA-BPM的军事装备管理综合信息系统体系结构,以及各框架的组成和结构。

2 SOA及BPM介绍

2.1 SOA特性

SOA是一个粗粒度、松耦合基于服务的开发模型,它将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来,接口独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这种模型有两个优点: 1)适应性强,能够根据业务的变化而对系统进行相应的调整,以适应变化; 2)当业务发生变化需要对相应的服务进行修改时,并不影响其它服务,减少了相互之间的关联程度,便于系统的维护和升级。

SOA的基本运行模式是运用WSDL(Web Service Description Language,Web服务描述语言)、UDDI(universal description,discovery,integration,统一描述、发现和集成)和SOAP(simple object access protocol,简单对象访问协议)三个Web服务标准,在服务请求者(Service Requestor)、服务注册库(Service Provider)和服务方(Service Registry)等对象间进行发布(Publish)、查找(Find)、绑定(Bind)操作完成的服务,如图2所示[1～2]。

图2 基本SOA运行模式图

2.2 BPM特性

BPM是一套发源于大型跨国金融集团对复杂业务环节进行规范化、条理化整合的全面管理模式。近年来,BPM融合了过程建模、过程自动化和应用集成技术,在以流程为驱动建立知识库的基础上,支持企业对业务过程的运作,使业务逻辑与信息系统实现柔性集成和持续在线改进。2006年BPMN1.0标准推出后,使BPM继工作流、EAI和ERP之后,迅速成为流程描述和建模的全球性规范之一。

BPM的基本功能主要体现在两个方面:流程的自动流转和流程监控(如图3所示)。利用可视化的流程建模工具能够有效、灵活、快速地构建业务流程模型图,并通过映射生成描述文档(XML),工作流引擎和监控构件根据描述文档进行流程调度和重组,从而完成基本的流程管理。

图3 BPM管理流程描述图

3 军事装备管理综合信息系统体系结构设计需求分析

军事装备管理综合信息系统作为从岸基延伸到舰船、从单个装备到覆盖全局武备资源的作战辅助系统,在整个作战系统中担任装备保障业务中枢神经的职责。当前各类装备管理信息系统遭遇的瓶颈主要体现在以下几个方面:

1)系统兼容性差,数据共享困难。各类单系列管理信息系统由于缺乏统一的建设规划和技术标准,造成各种管理系统功能单一、兼容性差,致使装备业务管理重纵向的业务环节轻体系架构设计,导致内部外部衔接不够紧密,没有形成真正的管理信息闭环,信息反馈不够及时准确,不能实现装备管理的信息资源共享和业务互动处理。

2)业务流程缺乏优化,系统资源复用率低。现行管理系统多数是模拟传统的手工管理方式,基本业务流程设计缺乏对建模的整体思考,流程冗余较多,影响和制约了系统效能的提升[3～5]。

3)平战结合不紧,辅助决策水平低。多数系统主要针对平时业务管理进行开发,很少考虑与战时系统的接口,使得平时业务管理中积累的大量数据,由于缺乏辅助决策模型和数据挖掘工具,而难以为战时装备保障指挥提供数据支持,装备管理信息潜能没有得到挖掘和应用。

有针对性进行需求分析是确保整个系统设计管用好用的基础,这里仅列出影响其体系结构设计的关键性需求:

1)多层次、多任务、多用户需求

现存的各层次各类型装备管理系统,分布层次广,各层次各业务方向承担使命任务不同,每个任务对上对下的数据需求差异性较大。如此广泛的任务需求决定了装备管理综合信息系统除了满足通用性要求之外,还要能体现各个层次各种装备在管理使用上的灵活性、专业性、自组织性。

2)联合作战、协同作战能力需求

系统构架要适应当前装备协同保障模式的不断发展,统一规范业务信息表述、加强装备管理业务流程优化、完善数据标准化建设,提升交互、重组、抗损能力,具有即插即用,互操作和动态重组的能力。

3)持续升级、全程管控需求

可维护性是当前各种信息系统开发的短板,一方面是信息技术发展迅速与大型系统较长的研制开发周期相矛盾,另一方面是装备革新带来的新战法新模式与现行系统标准不兼容的矛盾。因而要求系统具有很强的更新升级能力和自主学习功能。

4)辅助决策、数据挖掘、云计算服务需求

作为覆盖武器装备全寿命周期的综合信息系统,数据容量大、数据更新频繁、密级程度不一、同步管理难度大,保护和利用好这些数据资源是建立信息系统的出发点之一,这要求系统在海量数据存储、数据挖掘、辅助决策、云计算兼容方面有构架上的考虑和预留空间。

4 军事装备管理综合信息系统体系结构框架设计

基于上一节的分析,装备管理综合信息系统体系结构着重从服务解耦、规范接口映射关系和数据交换规则定义、流程整合完善两个方面进行设计。

4.1 SOA-BPM组合

图4所示的组合中,SOA集成层通过对系统各种服务的解构和分类,能够快速实现各系统间的松散耦合(也称解耦过程),形成彼此独立的基本服务构件。

图4 SOA-BPM组合逻辑关系示意图

中间层(WEB service与workflow action映射层)则是将基本的服务构件通过映射规则与工作流模块映射匹配。

业务流程管理层(BPM层)则通过对业务流程的分析解构、自动流转、封装(自动重组),不仅克服了单一关系重复映射带来的效能过低,同时加强了流程的约束管控,为应用层实现各种交互提供了可控可信的组合方式。

这种基于SOA-BPM的组合架构,对内部已存的或即将兼并入的异构系统不作改变或都只需要做少量的改变就能实现系统间的协同工作与数据交换,而不需对系统进行大的改变,能够为新系统的开发节省大量资源。

4.2 体系结构框架

4.2.1 系统支撑层

系统支撑层是由软件和硬件共同构成,是组成应用系统的底层基础。

硬件支撑层由网络基础设施、安全保密设施、信息服务(采集)设施等部分组成,主要是异构分布的计算机硬件环境、武器装备接口、传感器接口、网络通信等支撑环境。

软件支撑则是由操作系统、数据库系统、开发环境工具等软件组成,是其他软件的开发和应用基础。

4.2.2 核心构件层

核心构件层对上为服务层提供核心功能,对下操纵控制和访问系统支持层,主要包括数据库访问构件、安全认证构件、网络通信构件、地理信息构件等。

数据支撑层是存储军事装备管理综合信息系统数据资源的存储中心,并为数据源提供一个可供外界访问的接口,主要包括公共基础数据库、业务数据库和共享数据库。

4.2.3 服务层

共性应用服务层在基础层和数据支撑层之上,为上层业务软件提供业务流程、报表管理、信息交换服务等,主要包括业务流程服务、软件集成工具、服务支撑工具、数据库管理工具、运行监控环境等;专项服务包括各种武器平台装备系统信息采集服务、传输服务和信息交换服务等。

4.2.4 业务过程和服务集成层

业务过程和服务集成层,主要是根据任务目的对各种服务进行侦听、发现并按照流程进行规范封装。

其中通用业务按照日常办公业务进行封装管理,是各级通用应用功能的主要支撑平台;专项、独立业务软件是以专项训练、重大任务保障为主线,在通用业务软件的基础上,通过功能扩展和新研方式,为各级各专项业务应用提供服务环境和业务处理支持。

4.2.5 业务呈现层[6](表示层)

业务呈现层是面向军兵种、不同级别系统和不同装备管理专业,由相应的专业软件和通用软件、支撑软件按需组合配置而成,用于完成单个、集群、局部乃至全局展现的人机交互服务。

4.2.6 云计算(云服务集成)接口

云计算作为一种商业计算模型,是以往包括效用计算、分布式计算、软件即服务(SaaS)、网格计算、虚拟化技术、Web服务以及面向服务架构(SOA)等诸多技术的自然进化。常见的云计算(服务)有:Google在线云存储中心、Windows azure平台、i-cloud平台等。

SOA和云计算均强调服务的概念,二者均承诺为用户低成本地提供能够灵活快速地应对业务需求变化的应用,区别在于,在SOA描述中基本组成元素是可重用的服务集合,云计算认为一切资源(从硬件到软件)皆服务。由于众多一致性特点,学界通常认为SOA是云计算的预备技术,或云计算是SOA的一种实现。因而基于SOA和BPM的架构能够通过对应的整合和迁移,顺利平滑过渡到云计算框架。

同时利用云计算强大的数据处理和挖掘能力,作为数据管理和挖掘的新手段,在体系结构设计和数据管理方式上为系统预留云计算升级接口,是系统构架中不能忽视的一个环节。

4.3 系统构建和开发流程描述

在设计好装备管理综合信息系统体系结构的框架后,可以按照图5所示的角色分工和功能组件开发流程构建系统。

图5 装备管理综合信息系统总体架构

5 结语

在结合分析了军事装备管理综合信息系统设计需求的基础上,引入SOA和BPM组合,并以此为基础设计了体系结构的框架模型,给出了系统构建和开发流程图。采用面向服务的思想和业务流程管理方法构建该信息系统,可以最大限度地减少系统内不同应用程序之间以及不同系统间的耦合差异性,且当某个服务出现故障时,可动态甚至是在不中断系统运行的情况下替换另一个服务,大大提高系统的可扩展性和可靠性。我们还将深入研究具体实现技术如服务的描述与封装,服务管理中的注册、发现、选择、组合等方法,信息安全保证措施和原型系统开发等。

[1][美]Thomas Erl,王满红,陈荣华,译.SOA概念、技术与设计[M].第1版.北京:机械工业出版社,2007:1.

[2]方江雄,何红波,李义兵.基于SOA和BPM的ERP系统的研究与实现[J].计算机应用,2007(5):1264-1267.

[3]赵恒,王振宇.SOA在海战场综合电子信息系统中应用的构想[J].舰船科学技术,2006,28(6):17-21.

[4]沈涛,周曼,周荣坤,等.面向服务的综合电子信息系统软件策略[J].中国电子科学研究院学报,2008,3(2):158-164.

[5]张宣,陈云翔,朱荣昌.网格构建装备管理信息系统研究[J].计算机工程与设计,2006,27(12):2211-2212,2226.

[6]郭勇.构建面向服务(SOA)的军事信息系统[J].舰船电子工程,2010,30(9):5-9.

StudyontheArchitectureFrameworkoftheMilitaryEquipmentManagementIntegratedInformationSystemsBasedonSOA-BPM

DAI Ming1,2GENG Boying1ZHAN Mingfeng2

(1. College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

(2. No. 91551 Troops of PLA, Jiujiang 332000)

With the emergence of new equipments and rennouation of equipment management patlerns, the currently-used equipment management information systems are faced with performance bottleneck and crushes from new technologies. Starting from the design needs of service-oriented systems, service-oriented architecture and business process management are introduced based on the need analysis of different levels of equipment management system structure. Then the components and architecture of equipment management information system are elaborated. The designed structure has good reliability and saclability, and lays foundations for the research on equipment management information system.

military equipment management integrated information systems, architecture framework, SOA, BPM

2013年10月12日,

:2013年11月21日

代铭,男,硕士研究生,研究方向:信息系统融合,数据挖掘。耿伯英,男,博士,副教授,研究方向:信息系统构架,装备保障。占明锋,男,硕士,研究方向:装备保障管理。

TP393DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.04.030