（检测技术与自动化装置专业论文）设备管理与监测系统的研究与设计.pdf

警 毒： 志、 ”甄 、 ，一。-； ，矗麓。：_； 卜， r ， p = n m l m l r s i wrlliiiiiiij|l|ijlli|l y 1 7 5 9 0 7 9 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：煎虿丝日期：旌盘：丝 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 枷i q 。谒 。o。0 _ 溃7 ，_。-； 谴、，-i斜，7，：，j熬 哆 x 北京邮电大学硕士学位论文 设备管理与监测系统的研究与设计 摘要 现代工业及运营企业中，设备的安装、使用、维护及运行状态直 接影响着产品的质量和生产效率。而且随着科技地发展，企业中设备 更新日益频繁，造成设备使用及维护管理的工作量大、牵涉面广，因 而有必要建立一个设备的管理与监测系统。 本文首先阐述了国内外设备管理理论的研究历史概况，并对其发 展趋势进行了分析。针对国内工业自动化设备管理维护工作量大、维 护方法落后的状况，课题的具体研究按照信息系统的开发流程规范， 对设备管理与监测系统进行了数据需求及功能需求分析，在此基础上 完成了系统数据库的概念结构设计与逻辑结构设计，建立了目标系统 的功能模型，并给出了系统的具体实现过程。其中，系统应用核心分 为两个部分：前台设备信息管理结合基于m a p x 控件的g i s 开发平台， 主要完成设备录入、使用、维护及报废等属性信息的管理与查询；后 台数据服务可以不间断地接收远程设备的状态监测信号，掌握设备的 实时使用状况，并可根据设置提供故障报预警功能。文章最后总结了 本文的研究工作及系统功能实现上的特点，并对该研究的发展前景和 实用化进行了展望。 本设备管理与监测系统以稳定、高效的s q ls e r v e r2 0 0 0 为后台 数据库，采用数据处理能力强、安全性好的三层c 1 i e n t s e r v e r 架构， 利用适合信息系统快速开发的v i s u a lb a s i c6 0 集成开发环境开发、 调试，实现了设备信息的图形化管理与状态数据的不间断监测的总体 目标。 关键词：设备管理状态监测c s g i s 上 北京邮电大学硕士学位论文 j j ： h 产 北京邮电大学硕士学位论文 唧r e s e a r c ha n dd e s i g no fe q u 口n t m a n ag e m e n ta n dm o n i t o rs y s t e m a bs t r a c t i nm o d e mi n d u s t r ya n do p e r a t o r se n t e r p r i s e s ，p r o d u c tq u a l i t ya n d p r o d u c t i o ne f f i c i e n c yi si n f l u e n c e dd i r e c t l yb ye q u i p m e n ti n s t a l l a t i o n ，u s e , m a i n t e n a n c ea n dr u n n i n gs t a t u s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g ya n dt h es p e e d i n gu po fe q u i p m e n tr e n e w a ld a yb yd a y , e q u i p m e n tu s ea n dm a i n t e n a n c em a n a g e m e n ti s ab i gw o r k l o a da n d i n v o l v e s m a n ya r e a s ，s o i ti s n e c e s s a r yt o e s t a b l i s ha i l e q u i p m e n t m a n a g e m e n ta n d m o n i t o rs y s t e m ( e m m s ) t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s t l yd e s c r i b e st h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h h i s t o r yo fe q u i p m e n tm a n a g e m e n tt h e o r y , a n dt h e nc a r r y so nt h ea n a l y s i s t oi t st r e n do fd e v e l o p m e n t b a s e do nt h eb u r d e no fm a i n t e n a n c ea n dt h e b a c k w a r d n e s so fm a i n t e n a n c em e t h o d si nc h i n a , d u r i n gt h ec o n c r e t e r e s e a r c h ，d e f e r r i n gt ot h ep r i n c i p l eo fi n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n t ， t h ed i s s e r t a t i o nm a k e st h ea n a l y s i so fd a t ar e q u i r e m e n ta n df u n c t i o n d e m a n dt ot h ee m m s ，a n dc o m p l e t e st h ec o n c e p ts t r u c t u r a ld e s i g na n d t h el o g i c a l o r g a n i z a t i o nd e s i g no fd a t a b a s eo ft h es y s t e m ，a n dt h e n e s t a b l i s h e st h ef u n c t i o n a lm o d e lo ft a r g e ts y s t e m ，w h i c hi sd i v i d e di n t o t w op a r t s u s i n gt h eg i sc o m p o n e n t ( m a p x ) ，f o r e g r o u n de q u i p m e n t i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tc a na c c o m p l i s hi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n d q u e r ys u c ha se q u i p m e n ti n p u t ，u s e ，m a i n t e n a n c ea n do b s o l e s c e n c e a t t h es a m et i m e ，b a c k g r o u n dd a t as e r v i c ec a nc o n t i n u o u s l yc o l l e c t c o n d i t i o nm o n i t o rs i g n a l so fr e m o t ee q u i p m e n t ss or e a l t i m ec o n d i t i o no f e q u i p m e n tu s a g ei sa c q u i r e d f a u l ta l a r mf u n c t i o ni sp r o v i d e da c c o r d i n g t ot h es e t u po ft h es y s t e m f i n a l l y , r e s e a r c hw o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o na n d c h a r a c t e r i s t i c so ff u n c t i o n so fs y s t e ma r es u m m a r i z e d ，a n dt h ef o r e c a s ti s a l s oc a r r i e do nf o rt h ed e v e l o p m e n tp r o s p e c t so ft h i sr e s e a r c ha n dt h e 上厂 p r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h ee m m s ，w h i c hu s e ss t a b l ea n dh i g h l y - e f f i c i e n ts q l s e r v e r2 0 0 0 a s b a c k g r o u n dd a t a b a s ea n da d o p t ss t r o n g d a t a h a n d l i n ga n dg o o d s e c u r i t yt h r e e t i e rc l i e n t s e r v e rs t r u c t u r e ，i sd e v e l o p e da n dd e b u g g e di n v i s u a lb a s i c6 0i n t e g r a t e de n v i r o n m e n tw h i c hs u i t sf o rf a s td e v e l o p m e n t o fi n f o r m a t i o ns y s t e m s i ti m p l e m e n t st h eg r a p h i c a ld e v i c e si n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ta n dc o n t i n u o u s l ym o n i t o r st h e i rs t a t ed a t a s k e y w o r d s ：e q u i p m e n tm a n a g e m e n t c o n d i t i o nm o n i t o r c s g i s 4 ，fj，i净t e l j + 6 l q 0 。 ? 卢 北京邮电大学硕士学位论文 目录 第一章绪论。l 1 1 设备管理系统国内外研究发展概述一1 1 1 1 设备管理系统国内外研究历史l 1 1 2 设备管理的现状和发展趋势2 1 2 本课题的研究意义4 1 3 本文研究内容及论文结构4 第二章设备管理与监测系统软件技术方案的选择6 2 1 设备管理与监测系统开发方法的选择：6 2 1 1 结构化法6 2 1 2 原型法。6 2 1 3 开发方法的比较与选择8 2 2 软件系统结构的选择8 2 2 1 软件系统体系结构的发展8 2 2 2 软件系统体系结构的选择1 1 2 3 软件开发工具的选择1 l 2 3 1 嵌入式地图控件m a p x 1 1 2 3 2 后台数据库管理系统s q ls e r v e r2 0 0 0 1 3 2 3 3 系统开发工具的确定1 3 2 4 本章小结13 第三章设备管理与监测系统的分析与设计。1 5 3 1 设备管理与监测系统分析1 5 3 1 1 设备管理与监测系统数据需求。1 5 3 1 2 设备管理与监测系统功能需求1 6 3 2 数据库设计16 3 2 1 数据库需求分析1 7 3 2 2 数据库概念结构设计1 7 3 2 3 数据库逻辑设计2 1 3 3 设备管理与监测系统软件结构和功能设计2 5 3 3 1 系统软件的总体结构2 5 3 3 2 各模块的功能结构2 6 3 4 本章小结2 8 北京邮电大学硕士学位论文 第四章设备管理与监测系统的实现与应用2 9 4 1 系统运行环境及实验平台搭建2 9 4 1 1 系统软件运行环境。2 9 4 1 2 系统实验平台的搭建2 9 4 2 设备信息管理功能的实现与应用3 0 4 2 1 系统管理模块3 1 4 2 2 设备管理与维护模块3 3 4 2 3 设备状态监测模块4 0 4 2 4 设备数据统计查询模块4 3 4 3 数据服务功能的实现4 5 4 3 1 数据服务子系统关键流程设计：4 5 4 3 2 数据服务子系统功能实现分析4 8 4 4 本章小结5 2 结论与展望5 3 参考文献5 5 致谢5 9 攻读学位期间发表的学术论文目录6 0 支 4 、 吧 q 一 土 - i 翦 ， l ， h 0 ， 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 设备管理系统国内外研究发展概述 设备管理是研究领域广泛、得到迅速发展的应用科学，与现代工程技术和管 理科学的理论发展密切相关。设备管理，是指以企业设备系统为研究对象、企业 生产经营目标为依据，在调查研究的基础上，运用各种技术、经济和组织措施， 对设备从选型、安装与调试、使用与运行、修理与维护直至报废的整个生命周期 进行全过程管理，来追求设备综合使用效率与生命周期费用的经济性【l 】。 1 1 1 设备管理系统国内外研究历史 国外对设备管理理论的研究开展得比较早，现已进入了相当完善的阶段，形 成了包含辅助决策功能的设备综合管理信息系统，为企业的现代化生产和经营提 供了有力支划2 1 。总体上看，设备管理的历史发展主要体现在维修方式的演变上， 可分为下面四个阶段【3 卅： ( 1 ) 事后维修阶段( 1 9 5 0 年前) 该阶段又可细分为兼修和专修两个时代：在兼修时代，由于设备简单，设备 的操作人员也兼作维修人员；而随着设备复杂程度的不断提高，企业人员逐步有 了专业分工，便进入了专修时代。 ( 2 ) 预防维修阶段( 1 9 5 0 - - - , 1 9 6 0 ) 这个阶段国际上主要包含两大体系以美国为首的预防维修体制和以苏 联为首的计划预修体制。两大体制本质上相同，均以磨损理论为基础，但在具体 形式和作法上有所区别，效果上也存在一些差异。 ( 3 ) 生产维修阶段( 1 9 6 0 - - - , 1 9 7 0 ) 生产维修体制以预防性维修为指导思想，是兼顾设备设计制造及使用的综合 设备管理方法，主要由四部分内容组成，即：预防维修、改善维修、维修预防、 事后维修，以美国为代表的西方国家多采用此维修管理体制。 ( 4 ) 多种设备管理模式并行阶段( 1 9 7 0 年至今) 随着生产的智能化、自动化水平不断提高，企业不再只孤立地考虑设备本身， 而是从技术、经济等多方面加以综合考虑，设备综合管理的作用和重要性与日俱 增。因而，设备综合管理的理论应运而生，主要包括：美国的后勤学、英国的设 北京邮电大学硕士学位论文 备综合工程学以及日本的全员生产维修制等。 相较国外，我国的设备管理理论发展起步相对较晚，建国以来设备管理工作 大体经历了如下三个阶段阿： ( 1 ) 引进阶段( 1 9 4 9 1 9 5 8 ) 1 9 5 6 年在设备管理方面，我国引进了苏联的计划预修制。经过几年的推广和 实践，培养了自己的设备工程师、管理人员和维修技工，建立和健全了相应的管 理组织。从此，我国设备管理工作逐步走上正轨。 ( 2 ) 发展阶段( 1 9 5 8 1 9 6 5 ) 这个时期，在实行计划预修制的基础上，我国结合实际情况逐步地创造出一 套自己的设备管理与维修制度，如“三级保养大修制”、“三好四会 、“润滑五定 等，还设立了群专结合的管理组织，经常交流相关管理经验。 ( 3 ) 恢复和发展阶段( 1 9 7 7 年以来) 通过学习和借鉴国外设备管理与维修工作的先进理论，创造出符合我国国情 的设备管理与维修的新路子。 1 1 2 设备管理的现状和发展趋势 随着科学技术的进步、现代化水平的不断提高，面对快速变化的市场，当代 企业必须能够做出适时反应，提供满足消费对象需求的产品与服务【5 1 。而作为企 业生产和运营的物质基础设备，它的高效管理与安全监测日益受到关注与重 视。而当前设备的技术进步飞快，正朝着流程化、综合化的方向发展，其管理总 的发展趋势是向设备管理的现代化方向发展，即设备管理集成化、网络化、智能 化；设备维修社会化、专业化、规范化。 由国际标准化组织( 简称i s o ) 发布的“质量管理体系标准”( i s 0 9 0 0 0 ) 验 证了部分设备管理内容，其规定的设备管理基础工作有凭证管理、数据管理、定 额管理、档案资料管理和规章制度管理五部分【6 】： ( 1 ) 凭证管理是指在设备的技术管理和经济管理活动中，管理用于记录设备 管理和技术活动，以及经济核算、明确管理各方责任的书面证明。 ( 2 ) 数据管理是指通过对数据收集、处理加工和解释，使其成为对管理决策 有用的信息。它包括对数据进行收集、分类、排序、检索、修改、存储、传输、 计算、输出( 报表或图形) 等这一整个过程。 ( 3 ) 定额是企业产品生产过程中消耗的一种数量标准，是指在一定时期内和 ，一定的生产技术组织条件下，为完成单位合格产品或任务所规定的物化劳动和活 劳动的消耗量。对该数量标准的管理，即为定额管理。 ( 4 ) 设备档案与资料的管理是指设备档案与资料( 包含各类技术手册、设备 图表图纸等) 的收集整理、存放保管、供阅传递、修改更新等环节的管理。 2 一 冬 耘 ； 1，飞0；一 ， 北京邮电大学硕士学位论文 ( 5 ) 设备管理规章制度是指导、检查有关设备管理工作的各种规定，是设备 管理、使用、修理各项工作实施的依据与检查的标准。规章制度的管理，是指规 章制度的制订、修改与贯彻等活动。 依据i s 0 9 0 0 0 标准中规定的设备管理的基础内容，业界将设备管理的内容融 合到企业的资产管理中，通常将该类软件统称为e a m ( e n t e r p d s ea s s e tm a n a g - e m e n t ) 软件，可理解为针对企业资产进行的管理，而管理的核心内容是企业资产 ( 主要对象是企业设备) 使用过程的维护、维修管理，核心目标是设备的最大化利 用，提高企业效益及投资回报率。国际上有许多e a m 领域的软件开发商和成熟 的商品化软件，基本上分为两大阵营：一类是单纯的c m m s ( c o m p u t c r i z e x im a i n t o - r a n g em a n a g e m e n ts y s t e m ) 开发商，如m r o 软件公司；另一类是e r p ( e n t e r p d s e r e s o u r c ep l a n n i n g ) 软件商，如s a p 软件公司，下面简要介绍。 m r o 软件公司( 2 0 0 6 年被m m 收购) 主推的m a x i m o 系列e a m 软件是该公 司为推动企业产业协作而推出的解决方案，它通过延长设备寿命，降低运行费用 和加强企业与供应商间的协作，帮助资产密集型企业创建价值f 丌。该软件以资产、 设备台帐为基础，以工作单的提交、审批、执行为主线，按照缺陷处理、预防性 维修、预测性维修等几种可能模式提高设备维修效率，降低其总体维护成本为目 标，将采购管理、库存管理、人力资源管理集成在一个数据充分共享的信息系统 中，体现了以预防性维修和预测性维修为主、强化成本核算的设备管理特点。 m a x i m o 架构在i n t e m e t 网上，可运行在多种类型的服务器硬件平台和网络操作 系统上，支持w i n d o w sn t 9 5 9 8 2 0 0 0 x p 客户机环境，同样适用商业化关系型数 据库，女l o r a c l e 和m i c r o s o f t 公司的s q l ? u ：品。 德国s a p 公司作为世界第一的e r p 软件公司，利用自身优秀的e r p 设计资源 和经验实现了其e a m 产品与企业其他流程的最佳集成，如企业财务、库存、采 购、人力资源的管理与分析等【8 】。s a p 的b w 服务与资产管理解决方案可帮助改 善企业和组织安装、维护、维修和淘汰企业的设备、资产和设施，其将企业资产 的生命周期规划为资产规划、资产建设、资产运行、资产维护、资产退役和资产 报废六个阶段。而实际在软件设计和实旌过程中，是以企业的资产设备为中心， 通过设计和计划、购置和建设、运行和维护、退役和拆除四个业务范围来全程管 理企业设备的各类数据手册和使用记录，包括资料文档、设备参数和设备定值、 维护工单、运行记录、缺陷和故障记录等。同样，其产品也可运行在多种类型的 服务器硬件平台和网络操作系统上，并具备丰富的扩展接口可与企业已有的各类 信息系统无缝连接，例如与电力系统及电信运营商等离散型企业的g i s 高效结合。 相较发展较为完善的国夕f e a m 软件，国内的软件商在e a m 领域涉猎较少， 有限的几家基本限于某行业内部，以备件库存及设备台帐为主，局限性大，如用 3 北京邮电大学硕士学位论文 友软件公司的u 8 系统。同时，国内的部分高校也开展了设备管理软件系统方面 的研究，并取得了一定的成果。例如，华中科技大学研究开发了基于j 2 e e 的设备 管理系统，提供服务器端和客户机端的支持和各种服务，将复杂的事务逻辑与界 面表示相分离，最大限度地利用企业原有的信息系统投资。 总体上来说，国内开发的设备管理信息系统，功能仍然局限在对设备基本信 息的统计和管理上。这主要与国内企业现代化程度低、自动化水平落后、没有完 善的设备故障诊断专家系统有关【9 1 。而国外广泛应用的e a m 软件，虽然结构和功 能较为完善，但因其高昂的价格以及后期的使用培训和维护成本，并不适合在国 内大量存在的中小型企业中应用。因此，国内的设备管理软件发展方兴未艾，国 内设备管理现代化之路任重而道远。 1 2 本课题的研究意义 在国内企业转换经营机制、建立现代企业制度的形势下，随着设备的技术进 步，维修的技术含量逐年上升，管理维护人员则基本持平，而设备管理系统是企 业使用现代化管理工具与技术增强管理实力与水平的重要方式。 如前所述，设备作为企业产品和服务的载体，其明显的变化趋势是向精密化、 高速化、综合化的方向发展：由此，设备的功能越来越多、生产效率越来越高， 同时设备的精密程度、复杂程度和自动化程度也越来越高。这极大地促进了生产 的发展，取得了巨大的社会和经济效益，但也相应地带来一些新的问题【1 0 1 ： ( 1 ) 由于设备的功能增多，各结构单元间的联系日趋复杂，导致影响设备安 全和性能的因素越来越多； ( 2 ) 设备的结构越来越复杂，规模越来越庞大，造价也就越来越高； ( 3 ) 设备日益向极限效率与速度方向发展，安全隐患与机械故障增多，连锁 反应造成的损失巨大。 综上所述，现代设备作为企业生产和运营的物质基础，其使用和维护直接影 响着产品质量及其生产效率，因而迫切需要建立一个设备的管理与监测系统。 1 3 本文研究内容及论文结构 本文主要研究构建设备管理与监测系统的问题，结合形象直观的地理信息系 统( g i s ) 建立了设备的录入、维修、调拨与报废等常规信息的管理系统，不仅包 含基本的系统管理与数据统计查询功能，还融合了设备状态监测功能，并通过构 建三层c s 体系结构增强了设备管理与监测系统的数据处理能力、扩大了其应用 范围。文章的结构安排如下： 4 气 一 ： j 毒 旗 一 一 北京邮电大学硕士学位论文 第一章，主要介绍了设备管理信息系统相关理论的历史与现状，并针对目前 国内外设备管理系统应用的实际情况与发展趋势，提出了构建集成化的设备管理 与监测系统的课题目标。 第二章，对当前应用广泛的系统开发方法进行了分析，并比较了当前三种管 理系统软件体系结构的优劣。在此基础上，确定结合结构化法与原型法，采用数 据处理能力强、安全性高、适合远程应用的三层c s 模式开发目标系统。同时说 明了系统开发的语言、工具以及所使用的主要控件。 第三章，首先对系统进行了全面地分析，明确了系统的数据需求和功能需求。 在此基础上，完成系统数据库的概念结构设计与逻辑设计，并规划系统的总体结 构与各模块的具体功能。 第四章，详细分析了设备管理与监测系统各功能模块的程序实现，并结合实 验室的应用展示了系统实际运行时的情况，主要对设备状态监测功能进行了实际 数据采集模拟并对结果进行了分析。 最后，对论文的工作进行了概括与总结，并指出了系统实现与应用中的主要 特点，还对系统的前景及实际应用进行了相关的展望。 5 北京邮电大学硕士学位论文 第二章设备管理与监测系统软件技术方案的选择 2 1 设备管理与监测系统开发方法的选择 如前所述，设备管理具有多学科性、综合性的特点，科学合理的方法对软件 系统开发的效率、质量和成本的控制具有决定性意义。 2 1 1 结构化法 结构化开发是软件开发应用最普遍的一种方法。用该方法开发软件系统，通 常将整个开发过程划分为首尾相连的五个阶段，即一个生命周蝌1 1 】： ( 1 ) 系统规划：根据用户的开发需求进行初步调查与分析，确定系统目标和 总体结构以及各开发阶段的实施进度，然后进行可行性研究。 ( 2 ) 系统分析：分析数据实体及其业务流程、分析系统功能与数据之间的关 系，提出分析处理模式和系统的逻辑方案。 ( 3 ) 系统设计：进行系统总体结构设计、数据库设计、模块结构与功能设计。 根据总体设计，安装与配置部分设备，进行模拟试验，最终给出设计方案。 ( 4 ) 系统实施：同时进行软件编程和用户培训，以及数据准备( 由业务人员 完成) ，然后将系统投入试运行。 ( 5 ) 系统运行与维护：进行系统的日常运行评价，进而进行修改或局部调整。 当出现不可调和的问题时，用户可以提出开发新系统的请求，旧系统生命周期结 束，构成软件系统的一个生命周期。 结构化方法的最大缺点是目标系统难以适应环境的变化，系统的修改和扩充 困难，开发周期长。 2 1 2 原型法 随着计算机软件技术的发展，在关系数据库和第四代编程语言等开发环境基 础上，8 0 年代兴起了一种新的开发模式原型法。它以直观认识问题的方法和 先进的计算机技术为手段，通过实验先建立起一个简化的系统原型系统，然 后再经过反复试用、修改完善该系统，直至满足用户需求为止，此时的系统就是 最后的目标系统【1 2 - 1 4 1 。 采用原型法进行系统开发的主要流程如图2 1 所示： 6 一 毒 l m 女棼j 北京邮电大学硕士学位论文 图2 1原型法开发流程图 如上图所示，采用原型法进行系统开发通常包括四个步裂1 3 】： ( 1 ) 明确用户需求：主要任务是开发者和用户共同确定基本的系统需求，包括 数据的抽象和过程的模拟。用户的责任是根据系统的输出来清晰地表述自己的基 本需求，规定系统的基本范围；而开发者构建出若干个关键性问题向用户询问， 通过对问题答案的分析来明确用户对系统的基本需求，同时开发者还要估算开发 这一原型的成本。 ( 2 ) 开发原始模型：在该阶段开发者需要建立一个原型系统。该原型系统并 不是一个完整的软件系统，功能和数据都不很完善，它的主要目的是为了反映开 发者对用户需求的理解程度。 ( 3 ) 征询用户的改进意见：该阶段让用户在实际操作中对原型做出评价，以 求找出原型系统与用户所期望的系统间的偏差之处。如果用户认为目前的原型系 统与他们所期望的系统间相差太远，或者开发者认为用户所提出的要求或意见在 当前条件下无法实现，从而终止系统的开发返回到第二阶段重新构建原型系统。 ( 4 ) 修改原型系统：主要是根据用户的反馈意见对原型加以修改和完善，再 7 北京邮电大学硕士学位论文 把修改后的原型系统返回到第三阶段接受用户的重新评价。 开发过程中，三、四阶段反复迭代使得整个系统不断细化、不断完善，而且 越来越接近用户的期望要求，成为最终的应用系统。 2 1 3 开发方法的比较与选择 原型法与结构化法相比较【1 5 - 1 7 1 ，其优点为： ( 1 ) 开发周期短、开发风险和成本低，适合结构不稳定、需求多变的系统； ( 2 ) 需求表示清楚，用户满意度较高； ( 3 ) 原型法提供原型系统给用户试用，使用户的参与、反馈更有建设性； ( 4 ) 易学易用，减少用户的培训时间。原型系统可作为培训及学习工具，用 户稍加培训就能很好地使用系统。 而缺点表现为： ( 1 ) 不适合开发大型的信息系统； ( 2 ) 开发过程管理要求高：原型的开发要经过“修改一评审一再修改 的多 次反复，每次循环均需花费人力、物力，而且需要用户很好地合作； ( 3 ) 用户较早接触系统原型，容易先入为主盲目纠错，拖延开发进程； ( 4 ) 需要选取快速生成软件的工具。 根据本课题开发的实验环境限制，决定将原型法和结构化法结合起来使用。 在系统的分析和规划阶段采用结构化法明确系统目标、数据需求以及功能需求， 而在系统程序的具体功能实现上采用原型法。这样，就使得系统的目标和功能均 得以保证，而且能够较快地研制出满足需求的目标系统。 2 2 软件系统结构的选择 2 2 1 软件系统体系结构的发展 所谓系统体系结构，是用来定义软件结构及其成员模块间关系的一套规则。 从单机时代的主机终端模式、文件服务器时代的数据共享模式、客户机服务器 时代的c s 模式、电子商务时代的b s 网络模式，到目前最先进的三层甚至多层模 式，软件系统的体系结构发生了巨大的变化【1 8 之o 】： ( 1 ) 客户机j j 艮务器模式 客户机h i 务器模式即c l i e n t s e e r 模式，属于分布式计算模式，通常具有两 层结构：第一层为在客户机上结合表示与业务逻辑的客户端；第二层为通过网络 结合数据库服务器的服务器端，该模式的结构示意图如下： 8 。寸 北京邮电大学硕士学位论文 图2 - 2c s 模式结构示意图 客户机是主要运行产生用户服务请求的应用程序的计算机终端，将用户的数 据请求发送到数据库服务器。客户端实现的主要功能包括：管理用户接口、接收 用户数据、处理逻辑、产生数据请求、向服务器发送请求、从服务器接收结果并 格式化显示接收结果给用户。 数据库服务器是主要用来接收客户机请求和传送响应结果的计算机服务 器。服务器实现的主要功能包括：接收客户机的数据请求、处理数据请求、格式 化结果并传送给客户机、提供访问控制、执行恢复以及优化查询和更新处理。服 务器的软件既包括开放系统互联( o s i ) 结构的网络软件，也包括提供数据及结果 给客户端的应用程序和服务软件。 在c s 模式中，客户端有完整的应用程序，在出错提示及在线帮助等方面都 有强大的功能，并且可以在子程序间自由切换。其次，通过将任务合理分配到客 户端和服务器，c s 模式降低了系统的通讯开销，充分利用了两端硬件环境的优 势。此外，由于是点对点的结构模式，并且采用安全性好的网络协议，所以c s 模式满足数据的安全性和完整性约束；它还可将大量计算由前台转移到后台数据 库中处理，既大大提高了系统处理速度，也增强了数据访问的正确性。 但是随着应用网络规模地日益扩大，以及程序复杂程度地不断提高，c s 模 式也逐渐暴露出一些缺点：开发成本高，移植困难；维护复杂，升级麻烦；当客 户端与服务器数据交换频繁并且数据量较大时，容易造成网络瓶颈。 ( 2 ) 浏览器服务器模式 浏览器服务器模式h p b r o w s e r s e r v e r 模式，是一种包括客户端、应用服务器 和数据库服务器的三层结构系统。 客户端是用户与系统的接口，其上的应用程序精简为通用的浏览器软件( 如 i n t 戗- n e te x p l o r e r ) ，浏览器将超文本传输语言( h t m l ) 转化为具备一定交互功能的 网页，允许用户在其界面提供的参数表单上输入请求信息，提交给应用服务器提 出处理请求。而应用服务器将启动相应的进程来响应这一请求，并动态生成一串 嵌入处理结果的h t m l 代码，返回给客户端的浏览器。数据库服务器的任务则类 似于c s 模式的相同结构，负责协调应用服务器发出的s q l 请求，当然也包括管 9 北京邮电大学硕士学位论文 理数据库等基本任务。该模式的结构如图2 3 所示： 图2 - 3b s 模式结构示意图 b s 模式通常建立在广域网中，具有界面统一、使用简单、易于维护、扩展 性好等优点。但从当前国内的i n t e r n e t 网技术水平来看，b s 模式在数据处理方面 仍有很大不足，因此适于系统同用户交互量不大的应用开发。 ( 3 ) - - - - 层c s 模式 三层c s 模式将应用系统划分为表示层、业务逻辑层、数据层三部分，分别 对应客户应用程序、应用服务器和数据库服务器，如图2 4 所示： 图2 4 三层c s 模式结构示意图 客户机同样是系统的用户接口，负责用户与系统的交互。由交互程序向网络 上的应用服务器提出服务请求，应用服务器验证后将请求数据返回给客户机。 应用服务器是系统的应用逻辑处理核心，主要包含事务处理逻辑。它建立实 1 0 毫 矿 孓 4 一 f 茹。 北京邮电大学硕士学位论文 际的数据库连接，根据客户机的请求生成s q l 语句检索或更新数据库，并把处理 结果及数据返回给客户机。 数据库服务器则负责实际的数据存储和检索管理，以传统的基于s q l 的数据 库管理系统( d b m s ) 实现。它接受客户对数据库操纵的请求，实现对数据的查询 及更新等功能，把结果通过应用服务器返回给客户机。 在具体的系统实施上，应用服务器和数据库服务器既可以在一台主机上，也 可以在不同的主机上，而所谓的三层仅为逻辑上的划分。相较于两层c s 模式， 三层c s 模式具有安全性强、效率高、易于维护等特点，但这种模式初期开发成 本比较高，适合于开发大型分布式应用系统。 2 2 2 软件系统体系结构的选择 由于课题目标是构建图形化的设备管理与监测系统，必然会涉及到大量的数 据处理，特别是涉及设备空间数据文件的操作，所以最终选用具有较强数据操纵 能力和事务处理能力的c s 模式。同时为了适应分布式应用，增强系统的可扩展 性，我们拟选用三层的c s 模式。该模式可以建立在广域网的网络环境中，很适 合企业的远程设备管理与监测系统应用，并且具有较高的安全性，系统维护升级 也比较方便。 2 3 软件开发工具的选择 2 3 1 嵌入式地图控件m a p x m a p x 是美i 垂l m a p i n f o 公司向用户提供的基于a c t i v e x 技术，具有强大地图分 析功能的可编程控件。由于它是一种基于w i n d o w s 操作系统的标准控件，因而支 持目前常用的可视化集成开发环境，如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、d e l p h i 等。 利用m a p x 控件，能够简单快速地在应用系统中嵌入地图化功能，增强系统 的空间分析能力，实现应用的增值【2 1 1 。m a p x 采用与m a p i n f op r o f e s s i o n a l 相同的 地图化技术，通过其提供的各种属性和方法，可以实现m a p i n f op r o f e s s i o n a l 的绝 大部分地图编辑和空间分析功能【2 2 1 。下面简要介绍m a p x 组件的主要特征和其应 用的空间数据结构： ( 1 ) m a p x 组件的主要特征【2 3 - 2 4 ： 灵活的图层 简单高效地显示和控制图层的缩放及使用，还支持一些特殊的应用，比如可 以绘制包含特殊图形的用户自定义图层，以及用于实时跟踪的活动图层。 数据访问支持 支持m i c r o s o f t 数据库常用的数据访问方法，包括对m i c r o s o f ta c c e s s ( d a o3 6 ) 北京邮电大学硕士学位论文 和m i c r o s o f ts q ls e r v e r 的访问。 专题地图 用空间数据库表中的特定值定义地图对象的颜色、图案或符号，可以创建范 围值、等级符号、点密度、独立值、直方图和饼图6 种方式的专题地图。 可深入的地图 通过简单的点击即可浏览与地图上对象相匹配的各类数据信息。 地图编辑 允许用户添加、修改或删除地图上的文本、编辑区域、点等特殊地图对象。 工具 使用m a p x 的标准工具或根据需要创建的用户自定义工具，用户可通过点击 或拖拽对地图直接进行操作。 ( 2 ) m a p x 的空间数据结构： 空间数据结构是地理信息系统( g i s ) 的基石，通过这种空间拓扑结构，g i s 建 立地理图形的空间数据模型并定义各数据间的关系，从而实现地理图形和数据库 的结合 2 4 - 2 6 1 ，如图2 5 所示： 综合地图 图层1 图层2 空间实体 对应的空间数据表 对应的空间数据表 图2 - 5m a p x 空间数据结构示意图【2 3 】 m a p x 的空间数据结构是基于实体和索引相结合的一种结构：空间实体是地 理图形的抽象模型，主要包括点、线、面三种类型。点可以表示成一组坐标( x ， y ) ；对于线和面，则均被表示成多组坐标( x l ，y 1 ；x 2 ，y 2 ；x n ，y n ) 。通过其使用 的空间索引机制，用户能够以较快的速度查询到给定坐标范围内的空间实体及其 所对应的数据。 此外，m a p x 的空间数据结构还是一种分层存放的结构：通过分层技术，用 户可以根据自己的需求或标准对空间实体进行分层组合，将一张地图分成不同图 1 2 t 一 0 0 一 爿 一卜 北京邮电大学硕士学位论文 层。采用这种分层存放的结构，可以提高图形的搜索速度，便于各种不同数据的 灵活调用、更新和管理。 2 3 2 后台数据库管理系统s o ls e r v e r2 0 0 0 s q ls e r v e r2 0 0 0 是m i c r o s o f t 公司推出的一种服务器级的关系数据库管理系 统( d b m s ) ，主要用来管理大量的数据，数据库中的数据都以关系的形式存在鲫。 针对目标系统的开发，s q ls e r v e r2 0 0 0 主要具备如下特点【2 7 】： ( 1 ) 真正的客户机服务器( c s ) 体系结构； ( 2 ) 用户界面是图形化的，使系统管理和数据库管理更加直观、简单； ( 3 ) 丰富的编程接口工具，为用户进行程序设计提供了更大的选择余地，支 持v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc * 、c 群和d e l p h i 等； ( 4 ) s q ls e r v e r2 0 0 0 与w i n d o w sn t 完全集成，利用了n t 架构的许多功能，