一種船舶全周期信息集成模型設計

黃 薇，蘇清華

(1.荊州理工職業學院 照明與電氣工程系，湖北 荊州434000，2.長江大學信息與數學學院，湖北 荊州434000)

0 引 言

現代造船業是多部門共同作業的大型業務，從合同的簽訂、產品設計、材料選擇、工藝制作及最后的產品交互，需要經歷很長時間，并且整個過程涉及到船舶設計研究機構、設備制造公司、造船廠以及后續的監測部門等多個單位，如何在所有單位之間建立船舶全周期信息系統，以實現數據的分析及共享事關整個造船周期的效率及經濟效應，同時對船舶的質量進行嚴格控制。

在以往的船舶全周期信息系統中，一般采用EAI技術，包括DCOM、CORBA［1-2］等實現方式，這些方式的系統嚴重依賴單一廠商的技術實現及后續維護，系統結構異常復雜，并且后續的維護成本昂貴，不利于所有廠商對船舶全周期信息的數據共享維護。

利用現在互聯網技術提供的統一平臺，能夠解決傳統船舶全周期信息系統的以上缺點。本文研究了傳統船舶生命周期數據共享技術的優缺點，結合現有的數據共享技術及Web 技術，設計了全新的基于Web的船舶生命周期數據的共享及管理系統，并且設計了通用標志符的展示方法及針對二維數據交換對生命周期數據進行映射。

1 基于Web的信息集成原理

1.1 Web 技術應用

現有的Web 服務應用多是基于分布式架構系統，利用HTML 技術實現在Internet 網上的數據傳輸及展示，由于在分布式系統中，所有終端所使用的協議一致，所以能夠在所有廠商中構建統一平臺，從而降低了船舶生命周期數據共享系統的成本。

現有的Web 服務及應用程序通常使用分布式數據庫實現數據的冗余備份，基于此種方式的信息存儲架構較復雜，并且不利于后面的系統擴建升級。在本文提出了一種通用標志符UID (Universal Identifier)［3］的數據備份方法來存儲及展示所有廠商的內部數據，同時針對二維數據交換對生命周期數據進行映射，優化了系統復雜度。

基于Web的服務應用程序，其接口需要符合XML 標準協議，所有軟件之間文件描述、數據編碼、數據發送及最終都需要符合此協議。

由于Web 應用已經形成了標準組協議，其各廠商開發的船舶信息共享系統只需要符合標準協議即可實現各軟件之間的數據共享，具有很好的通用性，有利于分別進行系統開發，降低了開發的復雜度，并且具有很好的經濟效應。

圖1 為基于Web 開發模型圖。

圖1 基于Web的系統開發模型Fig.1 The system development model based on Web

1.2 船舶全周期信息系統目標分析

1)數據共享的作用

由于現代海上運輸業的發展，船舶大型化越來越明顯，同時由于環保觀念的深入人心，環保設施也增加了系統的復雜性。而現代造船產業競爭已經非常充分，如何在較短時間交付出質量較高的成品是現在造船企業競爭的核心所在。所以在整個造船環節中，包括結構設計、設備元器件的選型、生產制造、航行測試及后續的檢測維修，能夠提供船舶整個生命周期的信息共享就顯得尤為重要，包括船舶設計研究機構、設備制造公司、造船廠以及后續的監測部門互相看到對方的信息數據，從而對自身的設計生產進行優化改進。

2)全周期信息共享的最終目標［4］

船舶全周期信息共享系統一個中間平臺，船舶生產過程中的各家企業可以通過平臺把船舶數據進行共享，所以此平臺的意義在于對所有廠商共享數據進行實時的動態管理，以方便各廠商的數據分析。

由于船舶全周期信息系統關系到各家廠商的相互協調，所以在具體的信息技術標準方面需要達到以下要求:

①新的船舶全周期信息系統必須向下兼容各家企業現在的信息平臺，因為現有平臺已經包含了多年數據積累。同時在后續管理中，可以通過平臺的各項功能逐漸代替現有平臺的功能。

②在新的功能和業務上，需要和平臺的各終端進行統一架構。

③能夠動態實時的對平臺功能進行擴展，并且公共邏輯也需要具有伸縮性。

④需要滿足企業的信息安全機制，能夠對數據進行安全加密。

2 基于Web的系統實現方式

2.1 系統結構

利用Web 方式實現的船舶全周期信息集成模型采用了客戶端/服務端的方式，這個架構的應用系統，其客戶端的所有程序都是獨立存在的一種應用，同時這些服務應與服務器端在設計之前都明確了之間的接口規范及消息傳遞方式，可以對這些接口進行排列以形成一系列的業務流程。整個平臺的架構如圖2所示。

上述系統的關鍵是實現船舶行業協會定義的UDDI 及對各級單位之間的接口進行規范。當上述完成后，企業即可對自身已有的數據信息系統進行封裝來實現WEB 服務，通過在系統中按照UDDI 進行注冊。UDDI 其實就是行業協會規定的企業編號集，集中包含的企業注冊完成后，即可根據WSDL來開發全周期信息集成系統的Web 服務功能，并可以動態的進行管理、更新。

而針對原先并沒有自身信息數據系統的單位，僅需要滿足UDDI 注冊，通過規定好的接口，同樣可以從基于Web 方式實現的船舶全周期信息集成系統獲取其他企業的數據。

圖2 基于WEB的船舶全周期信息集成系統框架Fig.2 The structure of ship life-cycle information integration system based on WEB

而系統同樣需要考慮自身數據安全的問題，整個平臺構架了2個不同優先級的UDDI 注冊模塊，一個是行業級別的注冊(B2bi)，提供對外的數據服務，外部單位只能通過此種注冊進行有權限的數據訪問;另外一個是企業級別的注冊(EAI)，提供企業內部的數據服務，內部單位可以分享所有有用數據。通過這種有差別的注冊機制，實現了內外分離，保證了一些機密數據的安全。

最后，整個平臺WEB 服務應用的開發是基于JAVA 組件，此種實現方式的優點是可以利用其中的EJB 組件的會話協調協議，同時將應用服務進行按類型進行分類管理，組成不同的邏輯單元。當接收到SOAP 消息時，解析SOAP 消息中的服務類型關鍵字，并按照順序調用不同的后臺服務器進程。如果服務器進程返回錯誤，則需要對請求的事務進行回滾，保證數據的一致性。

企業內部信息處理流程如圖3所示。

2.2 全周期信息數據映射

由于整個造船行業中，不同類型的企業需要的船舶圖形類型不同，例如船舶的設計機構需要的是船舶結構及動力學圖形、生產制造企業需要的則是比較細節的制造圖形，而維修企業則需要的則是船舶維修圖形。雖然這些圖形之間的結構完全不同，但是有些數據可以共享，所有這些圖形具有很強的關聯性及互補性。如果能夠實現這些圖像之間的相互映射，則對提高整個船舶生產效率具有明顯的作用。如維修企業的船舶維修視圖，反應了船舶運行時的出錯數據以及維修數據，若前端船舶的設計機構及生產制造企業能夠提取這些出錯維修數據，應用于自身過程及流程的改進，將會提升整個船舶質量。

圖3 內部信息系統交換流程Fig.3 Internal information exchange process

由于不同企業針對視圖的編碼類型不同，如果需要在各企業間共享各自的視圖數據，完成視圖間的映射，則需要完成數據間編碼信息的轉換及各自糾冗余信息的異構。在本文，利用約定的通過標志符UID 及利用二層數據交換來完成映射過程。第1 層數據交換解決同一單位內部不同部門之間的數據冗余及服務歸并，生成對外的統一數據調度接口。第2 層數據交換統一船舶制造協會制定的交互接口，各單位把各自的數據通過統一交互接口進行封裝。而原先沒有自身信息數據庫的企業則直接進行第2 步的數據交換步驟。這種通過各企業內部完成的視圖信息數據的分封及交換，有效地降低了對中心平臺的使用率，提高了整個船舶全周期信息系統的可擴展性。

圖4 為此種方式的船舶各企業數據轉換流程。

圖4 視圖映射結構圖Fig.4 The structure diagram of view mapping

3 系統基于類的實現架構

本文利用J2EE的開放平臺［5］進行系統的設計，架構采用STRUCTS的MAC 框架，頁面部分采用SERVLET 及JSP 技術實現。

基于STRUCTS的船舶全周期信息系統架構如圖5所示。

圖5 基于J2EE的開發模型Fig.5 The development model based on J2EE

1)系統瀏覽器

來自各企業的客戶端，通過瀏覽器發送HTTP請求來進行數據請求。

2)服務控制端

服務器端接收來自企業客戶端的請求，并進行消息的解析，并最終發送給目的終端。利用STRUCTS 結構實現，Structs-config.xml 對服務器端進行屬性配置操作。

3)業務邏輯

業務邏輯功能實現，對應用程序的邏輯進行管理。

4)視圖模塊

對于J2EE 開放平臺而言，其為JSP的文件，視圖本身沒有業務邏輯及信息屬性，可以利用框架模型進行數據的提取。

4 結 語

現代化的造船行業對于造船的效率及質量要求越來越高，在傳統的基于EAI 技術的船舶生命周期數據的系統中，各企業單獨對自身的數據進行存儲及維護，系統架構復雜，維護成本較高，并且不利用各企業之間的信息共享。

本文研究了傳統的船舶生命周期數據的共享技術的優缺點，結合現有的數據共享技術及Web 技術，設計了全新的基于Web的船舶生命周期數據的共享及管理系統，并且設計了通用標志符的展示方法及針對二維數據交換對生命周期數據進行映射。

［1］SOLUTIONS A，Web services architect，Part 3:Is Web services the reincarnation of CORBA［EB/OL］.http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/webservices/wsarc/part3 /index_eng.shtml，July，2001.

［2］HOLT A，DAN G，JAMES S，et al.Best practices for Web services［EB/OL］.http://www- 900.ibm.com/developerWorks/cn/webservices/ws-best，September，2002.

［3］GREIDANUS H，LEMOINE G，KOURTI N.Satellite ship detection for fishery control［C］//NURC International Symposium Remote Sensing Applications to support NATO Expeditionary Operations.Lerici.Italy，2005.

［4］張祖國.船舶行業企業信息化建設目前面臨的問題［J］.艦船科學技術，2008，30(7):2-4.ZHANG Zu-guo.Challenges to the shipbuilding industry informationization［J］.Ship Science and Technology，2008，30(7):2-5.

［5］孫曉軍.造船生產現場管理的信息化應用方向［J］.艦船科學技術，2009，31(11):3-6.SUN Xiao-jun.A direction of informationization of shipbuilding field management［J］.Ship Science and Technology，2009，31(11):3-6.