铁路科技创新平台资源管理系统的设计与实现

戚小玉，徐贵红，杨连报，刘彦军，曾祥坤

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁路大数据研究与应用创新中心，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081）

铁路科技创新平台包括多个铁路行业相关专业的国家工程实验室、国家重点实验室、国家工程技术研究中心和国家城市轨道交通装备试验线等[1]。目前，铁路科技创新平台试验数据年增长量为近百TB级，数据类型既包括结构化数据，也包括文本、图纸、视频、音频等半结构化或非结构化数据。此外，还有维持实验室运行的实验室管理数据和实验室资源数据。传统的数据处理技术无法满足海量数据的存储、共享和分析的需求，铁路科技创新平台资源管理系统将计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术等引入实验室管理中，提升了工作效率和对数据资源的利用率。

随着科研工作的开展和科研信息量的增加，从现有数据中提取决策支持类信息变得越来越重要，通过铁路科技创新平台资源管理系统可将科研试验流程及各个阶段形成的数据进行信息化管理，实现信息共享，使不同角色的用户可以在不同的权限下进行数据录入、管理和查询，并支持多角度、多层次分析展示，提供决策支持。

对于国家科技创新平台试验计划，需要在统一的平台上进行申请、制定和发布，以便各单位各专业之间进行信息共享，进而基于现有主试验信息申请搭载试验。

铁路科技创新平台资源管理系统的设计与实现，有助于发挥平台综合优势，提供实验室试验资源管理的基础性平台支持，并实现海量试验数据的共享和分析，从而为综合性的科研试验、检验检测和技术服务提供技术支撑。

图2 铁路科技创新平台资源管理系统功能框图

1 系统架构

系统采用多层应用体系作为软件的结构模式，基于B/S架构，包括数据库服务器、应用服务器、Web服务器、客户端4个部分，与C/S架构相比，B/S架构有客户端无需安装和交互性强等优点[2]。系统架构如图1所示。其中，数据库服务器采取双机热备的方式。

图1 系统架构图

2 系统功能与实现

根据不同类别实验室相关管理办法[3-7]中的要求，铁路科技创新平台资源管理系统主要设计实现了以下几个方面的功能：试验流程管理、试验计划管理、实验室资源管理、实验室综合展示、认证与体系管理、科研成果管理及系统管理。如图2所示。

其中，试验流程管理功能根据实际试验任务流程，通过工作流机制实现试验任务在系统中流转，支持从任务下达直至报告归档发放的全部过程；试验计划管理功能实现对基于创新平台进行的试验计划的管理；实验室资源管理功能主要包括对科技创新平台及其涵盖的各实验室进行人员管理、设备管理、样品管理；实验室综合展示功能通过不同方式将人、机、料、法、环各类信息进行综合展示；认证与体系管理功能实现检测项目管理、试验方法管理、试验能力管理、质量体系管理等；科研成果管理包括评审与鉴定管理、标准审查管理、奖励管理、专利管理、报告与图纸管理、论文与著作管理和成果转化等；系统管理功能实现组织机构管理、用户角色管理、本地用户管理、系统参数设置、登录日志管理、操作日志监控等。

2.1 试验流程管理

试验流程管理部分采用工作流技术，实现试验过程在系统环境下的自动化，支持不同用户角色之间的协同工作。从试验任务下达开始，业务受理人员通过本功能填写试验委托书，包括委托信息、委托方信息、样品信息、试验项目和方法。业务受理人员填写的委托书提交后，试验负责人收到任务提醒，进行任务安排。试验部门中的业务负责人对试验任务指派测试试验负责人和测试试验工程师。测试试验工程师在试验过程中或试验结束后录入相关数据和结果。试验结束后报告编制人编制试验报告，然后相关人员陆续完成报告的审核、批准、发放或归档。具体流程如图3所示。

图3 试验流程图

2.2 试验计划管理

试验计划管理功能实现对基于铁路科技创新平台进行的试验项目计划的管理，通过系统性的计划管理实现各试验单位之间科学协作，试验时间合理安排并充分利用，试验场地与设备资源优化调配，以达到在规定时间内完成试验任务的目的。

2.2.1 多级试验计划申请流程管理

试验类别包括主试验和搭载试验两级，由于部分主试验包括搭载试验所需的试验环境，如：试验列车、线路条件、速度条件等，故搭载试验可作为这部分主试验项目的附属试验一同进行。在试验计划申请流程管理中，同样采用的是工作流技术，但需要对不同级别的试验项目加以区分，在主试验项目基本完成申请后，搭载试验开始申请，主试验计划流程图如图4所示。

试验实施需求方发起主试验计划申请，试验实施组织方进行审核，并将审核通过的试验计划进行发布，对于已发布的试验计划，当试验条件等信息变化或更新时，试验实施需求方可对其进行变更申请，提交给试验实施组织方进行审核，变更申请可根据实际情况的变化多次提交，审核通过后的主试验计划执行过程中，可对其进行工作日计划的编制，直到完成该项主试验计划。

2.2.2 试验计划信息展示与共享

图4 主试验计划流程图

由于一项试验任务经常需要多个单位合作完成，需要将已经确定实施的试验计划共享到试验计划看板中，以供各个单位实时查询试验项目排程，对各自涉及的试验工作做出合理的安排。试验计划编制人员随时将已确定可以进行的试验，录入到系统中，系统自动生成试验计划看板，如图5所示。

图5 试验计划看板

2.2.3 试验计划科学管理

将工作流技术应用到试验计划管理中并进行统一展示，以供计划制定人员综合考虑和对比不同类型的试验条件，当具备试验条件时才考虑安排相应的试验内容，有助于确保试验计划的科学性。利用此系统，试验计划制定人员可以严格检查同一时间段安排的试验内容及其所需的试验条件是否冲突，避免发生危险，保障试验安全[8]。

2.2.4 试验计划闭环控制

通过铁路科技创新平台资源管理系统可将各项试验项目相关信息统一归集，前期试验结果和计划执行效果作为后期试验计划编制的依据，即后期计划编制工作的反馈环节，为后期计划的安排和执行提供有效参考，实现试验计划的闭环控制。

2.2.5 工作日计划管理

为了进一步细化试验计划相关信息，系统中设置了工作日计划管理界面，提供精确到分钟的日计划和线路条件选择功能。以分钟为最小时间单位的试验计划排程为实际上环天数的科学计算提供了前提条件，使计算结果更加接近实际试验工作量。如图6所示。

2.3 实验室资源管理

实验室资源管理功能部分包括：人员管理、设备管理、样品管理。通过人员管理模块建立人员信息库，包括人员学历职称信息、技能培训信息、岗位职能信息及相关资质证书等附件。设备管理模块实现设备基本信息的维护更新及设备全生命周期的管理。样品管理部分包含样品的接收、领用、归还、处置等整个样品在试验室周期的全生命期管理。

图6 工作日计划管理界面

2.3.1 试验设备全生命周期管理

系统中对设备进行全生命周期管理，具体为：设备申请管理、设备验收管理、设备卡片管理、设备过程管理、设备借用与归还管理、设备报废管理。全生命周期管理中强调对设备从采购到使用再到报废的整个过程实施持续不断、协调统一的管理，保证各个阶段的工作前后衔接，保持一致，达到设备在全生命周期内最优。

（1）检定周期提醒。对于仪器设备的检定管理，设定检定周期，系统将在检定日期即将到达时消息提醒给相关责任人，管理仪器设备的状态。同时，对设备检定证书提交不全或超过检定日期等的设备做不同颜色的标示以做警示。

（2）试验设备台账管理。可以按照样品、试验项目、试验人员等查看仪器设备的使用情况并统计试验设备的使用频次等。

（3）附件管理功能。此模块管理仪器设备说明书、调试验收报告、操作规程、维修记录和检定证书等。

2.3.2 样品全生命周期管理

样品全生命周期管理包含样品的接收、领用、归还、处置等，具体流程如图7所示。

系统通过本功能，完成样品的接收工作：填写送样人信息，上传样品照片，系统自动生成样品标签，标签中的信息包括：样品基本信息、状态（待检、检中、已检）等，支持一维条码、二维条码标签的生成和识别。同时，系统支持自定义样品标签数量、填写和修改存样位置等。标签贴到样品上后，后续的样品全生命期活动都可通过扫描条码的方式进行，包括：入库、出库、实验室间流转、回库、留样、还样、销毁等。

2.4 实验室综合展示

系统支持对铁路科技创新平台各个实验室的相关内容进行综合展示，包括：试验项目信息、试验流程进度、设备状态、人员情况、年度计划、资质管理等。展现方式包括：KPI数据、图表、文字、音频、视频等。如图8和图9所示。

实验室业务人员可以通过设置综合展示管理模块中的相关文字、图片和视频等内容来选择和调整综合展示页面中所展示的信息。此外，综合展示模块支持与显示大屏的接口，可将各类图表与视频投射到大屏，丰富了实验室展示方式。

图8 综合展示模块文字图表部分

图9 综合展示模块视频部分

2.5 认证与体系管理

其中，检测项目管理、试验方法管理及试验能力管理3部分相互关联，方便试验人员进行查询和引用，试验方法管理中支持对专业标准信息及文本的维护更新。质量体系管理模块包括对相关质量体系的质量手册、体系文件及质量记录的管理。

2.6 科研成果管理

科研成果管理各功能模块如图10所示。

图10 科研成果管理各功能模块

此功能不仅实现科研成果的电子归档，同时，支持成果、奖励、专利、标准等申报流程管理，在实际流程中，建立成果库，为科技创新平台评价与评估工作提供数据支持。

2.7 系统管理

系统管理功能模块为各级管理员用户提供用户、角色、菜单资源、日志等信息的管理和查询功能，主要包括权限管理功能和系统日志监控功能。权限管理功能包括组织机构设置、角色管理及用户管理，分别完成组织机构框架的设置及调整，不同角色的功能配置以及不同角色用户群组的管理。日志监控功能支持对用户登录日志和操作日志的存储和查询，通过此功能对数据增删改查操作及异常现象进行全过程跟踪和记录，确保数据安全。

3 数据共享与系统接口

由于铁路科技创新平台资源管理系统中需要的部分人员、设备、科研项目等基本信息在高速铁路轨道技术国家重点实验室的项目管理系统中已被归集整理，为保证系统间数据一致性和共享性，避免重复录入工作或形成信息孤岛，需设计实现此系统与项目管理系统的接口。系统中主要通过两种方式来完成数据共享：通过向Oracle数据库导入/导出Excel数据表的方式；通过Web Service接口方式。

3.1 Excel表导入/导出

由于Oracle数据库中的数据表对各个字段的格式均有要求，在Excel表数据导入中，需要进行数据格式的校验，具体流程如图11所示。

图11 数据导入流程图

而对于Excel表格导出功能，系统支持设置特定查询条件，选择性进行数据导出。

3.2 Web Service接口

由于此系统与高速铁路轨道技术国家重点实验室的项目管理系统数据库均部署在企业局域网内，网络有着足够的带宽和稳定性，同时，对数据的增删改查可以一次性完成，因此，可以用Web Service方式完成系统间的数据共享和同步[9]。当用户对一个系统的数据进行操作时，另一系统数据库中所对应的数据置为锁定状态，即不可修改状态，当操作完成时，两系统中的该条数据均置为空闲状态，即可修改状态，之后，完成由已修改的数据库向未修改的数据库发起的数据同步。通过此方式，可有效防止多个系统对同一条数据同时操作，确保不同系统中相同数据条目的一致性。

4 结束语

铁路科技创新平台资源管理系统已在高速铁路系统试验国家工程实验室、高速铁路轨道技术国家重点实验室等实验室开展试点应用。通过试验流程管理、试验计划管理等模块为专业人员提供了及时、准确、可靠、可追溯的实验室数据；通过试验流程管理、实验室资源管理等模块实现了试验数据综合管理和共享应用；通过试验流程管理、认证与体系等模块加强了样品监督测试过程中对各个环节的监控力度；通过实验室资源管理、实验室综合展示等模块实现了实验室设备资产的统一信息化管理；通过实验室资源管理模块提高了科技创新平台中各个实验室管理及资源调配的能力；该系统的建设与应用全面提高了科技创新平台的现代化管理水平。

参考文献：

[1] 郭树东，苗 蕾，曾祥坤.我国铁路行业国家级试验平台绩效评价体系构建[J]. 中国铁路，2014（6）：8-10.

[2] 董宇翔.机车整备系统电子信息化的研究[J]. 铁路计算机应用，2017，25（5）：31-38.

[3] 中华人民共和国科学技术部.依托企业建设国家重点实验室管理暂行办法[Z].北京：中华人民共和国科学技术部，2012.

[4] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家工程实验室管理办法（试行）[Z].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2007.

[5] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家工程技术研究中心暂行管理办法[Z].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，1993.

[6] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家工程研究中心管理办法[Z].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2007.

[7] 中国铁道科学研究院.国家科技创新平台管理办法[Z].北京：中国铁道科学研究院，2012.

[8] 龚增进，冯仲伟，王 峰，等.沪昆高速铁路综合试验技术[J].铁道建筑，2016（4）：134-138.

[9] 崔中伟，王 璞，乔成珍，等.铁路物资管理系统2.0中采购功能的设计与实现[J]. 铁路计算机应用，2017，26（6）：24-26.