鐵路貨運綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)設計與關鍵技術研究

孔垂云

（北京經(jīng)緯信息技術有限公司，北京 100081）

鐵路貨運生產(chǎn)管理系統(tǒng)是鐵路貨物運輸?shù)闹匾ぞ撸?jīng)過20多年建設，目前，已建立覆蓋生產(chǎn)作業(yè)各環(huán)節(jié)的信息系統(tǒng)，包括電商系統(tǒng)、貨票系統(tǒng)和貨運站系統(tǒng)等。既有貨運生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)存在建設分散、數(shù)據(jù)共享度低、字典不統(tǒng)一和用戶體驗較差等問題。按照《鐵路信息化總體規(guī)劃》[1]要求，需要構建新一代鐵路貨運綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)，利用新架構、新技術重構再造既有系統(tǒng)，實現(xiàn)貨運作業(yè)管理信息化的長足進步，為鐵路開展對外服務、提升精細化管理水平提供業(yè)務支撐與數(shù)據(jù)支撐。

1 設計原則

按照《鐵路信息化總體規(guī)劃》要求，對貨運生產(chǎn)相關信息系統(tǒng)進行融合與集成，通過數(shù)據(jù)驅動運營服務模式創(chuàng)新，打破各業(yè)務板塊之間的信息壁壘，優(yōu)化再造當前鐵路各個業(yè)務應用系統(tǒng)。

基于以上要求，通過對既有生產(chǎn)業(yè)務系統(tǒng)融合再造，形成以一線生產(chǎn)作業(yè)為主體，以鐵路局集團公司（簡稱：鐵路局）、中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）管理決策為輔助的綜合貨運生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以作業(yè)流、信息流的全線貫通為目標，實現(xiàn)“重塑貨運對外形象，再造貨運信息系統(tǒng)”目標。整體設計滿足 “四大”原則。

（1）大整合：與貨運所有相關信息系統(tǒng)均納入該系統(tǒng)功能整合范圍，實現(xiàn)大整合，并不斷努力。

（2）大集中：依托中國鐵路主數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)貨運系統(tǒng)部署與數(shù)據(jù)存儲的大集中，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價值。

（3）大平臺：打造對外服務大平臺，實現(xiàn)貨運與鐵路外部系統(tǒng)、與市場客戶、與社會的互聯(lián)互通。

（4）大服務：服務一線崗位、服務站段鐵路局、服務外部企業(yè)和服務社會，以信息服務帶動經(jīng)營效益，實現(xiàn)多方互贏。

在技術設計上，除了滿足業(yè)務功能需求，兼顧以下方面：

（1）數(shù)字化轉型，引入敏捷開發(fā)、構建方法，增效率、降成本；（2）提高系統(tǒng)的客戶體驗，提高開發(fā)和運維效率；（3）利用平臺自動化能力，構建微服務、云原生和持續(xù)交付的業(yè)務應用；（4）通過微服務和云原生架構，避免和擺脫業(yè)務單體應用的強依賴關系，提高系統(tǒng)整體的可靠性、可擴展性；（5）用成熟的新技術，持續(xù)保持系統(tǒng)的領先性[2]。

2 系統(tǒng)架構設計

2.1 總體架構設計

生產(chǎn)部分以貨運站（貨運中心）為應用單元，以業(yè)務辦理及生產(chǎn)作業(yè)為依據(jù)，圍繞貨運票據(jù)電子化，進行子系統(tǒng)拆分，管理部分以鐵路局站段業(yè)務處室、國鐵集團各處室職能管理范圍為依據(jù)，以數(shù)據(jù)分析、決策支持為核心，進行專業(yè)化管理[3]，如圖1所示。

2.2 應用架構設計

以“平臺+組件”架構進行開發(fā)，形成可靈活組織、靈活集成的應用架構，即新一代開放能力共享架構[4]，如圖2所示。

（1）共享基礎平臺。基于云管平臺、彈性計算、分布式數(shù)據(jù)、分布式中間件等，構建共享基礎平臺，為上層共享能力中心提供基礎資源支撐。

（2）共享數(shù)據(jù)中心。以貨運核心作業(yè)數(shù)據(jù)及分析數(shù)據(jù)為基礎，構建共享數(shù)據(jù)中心，支撐核心生產(chǎn)業(yè)務。

（3）共享服務中心。業(yè)務建模，抽取業(yè)務核心能力，構建共享服務中心，形成一線業(yè)務的服務支撐[2]。

（4）貨運核心生產(chǎn)業(yè)務。基于共享數(shù)據(jù)中心和共享服務中心，依托貨運積累業(yè)務管理經(jīng)驗，業(yè)務流程的組織及搭建，降低試錯風險，提升上線能力。

2.3 數(shù)據(jù)架構設計

采用中國鐵路主數(shù)據(jù)中心集中存儲數(shù)據(jù)，采用邏輯拆分的架構。數(shù)據(jù)架構，如圖3所示。

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集區(qū)。生產(chǎn)庫滿足生產(chǎn)作業(yè)、市場經(jīng)營、設備資源各子系統(tǒng)的日常運行。輕量化數(shù)據(jù)資源，根據(jù)實際需要建立多個業(yè)務主題。

（2）統(tǒng)計分析區(qū)。生產(chǎn)庫同步復制至管理庫，管理庫主要滿足報表臺賬和統(tǒng)計分析功能。

（3）戰(zhàn)略決策區(qū)。管理庫通過ETL等工具，進入大數(shù)據(jù)倉庫，進行戰(zhàn)略分析決策的生成。

（4）數(shù)據(jù)共享區(qū)。為了方便各鐵路局的經(jīng)營數(shù)據(jù)分析，每日把生產(chǎn)經(jīng)營結果數(shù)據(jù)定時同步至各鐵路局共享庫。同時，把貨運相關數(shù)據(jù)同步至共享庫，便于收入、審計和清算等部門使用。

2.4 雙活及分布式架構設計

系統(tǒng)包括應用集中和數(shù)據(jù)集中，為了盡可能地提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定，采用雙活架構及分布式部署架構來實現(xiàn)，規(guī)避單點故障[5]，如圖4所示。

2.5 技術架構設計

（1）鐵路貨運綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)圍繞微服務治理體系，依托分布式消息服務、分布式應用部署、數(shù)據(jù)庫集群等中間件，打造“強平臺，富組件”的集成架構應用；（2）基于統(tǒng)一PaaS平臺打造流水線式的DevOps環(huán)境，支撐團隊規(guī)模化開發(fā)，提高軟件研發(fā)效率[6]；（3）利用SpringBoot、SpringCloud微服務架構體系形成統(tǒng)一應用開發(fā)框架，定義標準開發(fā)測試規(guī)范、版本管理規(guī)范；（4）構建自動化測試的持續(xù)集成環(huán)境[7]。整體技術架構，如圖5所示。

3 關鍵技術

3.1 系統(tǒng)整合集成技術

通過重構既有業(yè)務系統(tǒng)，以技術創(chuàng)新驅動業(yè)務流程再造的方式，以中國鐵路主數(shù)據(jù)中心建設為基礎，構建以開發(fā)能力共享架構為基礎的新一代鐵路貨運綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)整個貨運作業(yè)系統(tǒng)的重構再造，一級部署多級應用。實現(xiàn)鐵路IT資產(chǎn)與數(shù)據(jù)資產(chǎn)的雙提升和貨運生產(chǎn)數(shù)據(jù)大集中，為后續(xù)的延伸服務奠定業(yè)務基礎與數(shù)據(jù)基礎。

3.2 微服務架構

鐵路貨運綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)基于SpringBoot、SpringCloud框架構建基礎服務微服務、核心業(yè)務處理微服務，為展現(xiàn)層多端應用提供全面、可靠的服務支撐。運用領域驅動模型（DDD），引入EventSourcing事件源和CQRS讀寫責任分離，分庫分表進行系統(tǒng)詳細設計和微服務設計。把業(yè)務歸類、拆分，將各業(yè)務模塊發(fā)布為微服務；將各業(yè)務模塊的資源以業(yè)務能力的形式組織起來，通過微服務開發(fā)框架對這些業(yè)務能力進行封裝，形成易于共享的服務，實現(xiàn)業(yè)務能力粒度上的重用、組裝、維護和管理。采用分布式服務框架組件進行業(yè)務能力的搭建和管理，通過統(tǒng)一方式發(fā)布、調(diào)用服務，支持服務容量線性擴展，服務可根據(jù)部署需求自動上下線，提供接口級、方法級、參數(shù)級的服務路由、服務歸組、服務限流和安全控制追蹤等服務治理能力。

3.3 統(tǒng)一PaaS平臺

系統(tǒng)通過統(tǒng)一的PaaS平臺構建應用程序開發(fā)、運行環(huán)境。提供PaaS平臺用戶安全認證、多租戶管理、自動化安全補丁升級、安全傳輸?shù)绕脚_安全相關能力。提供分布式服務管理、分布式消息隊列、分布式業(yè)務監(jiān)控、分布式緩存和事務、分布式數(shù)據(jù)庫、平臺健康監(jiān)控、應用性能監(jiān)控、日志聚合等功能，為整個系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運行提供有力的技術平臺支撐[8]。

3.4 軟件研發(fā)和運維全生命周期管理

系統(tǒng)構建完善的研發(fā)和運維全生命周期管理機制，包括業(yè)務需求提交、協(xié)同研發(fā)、代碼倉庫、持續(xù)集成、持續(xù)交付、性能測試、灰度發(fā)布及日志追蹤等，建立完整的軟件運維團隊,實現(xiàn)系統(tǒng)自動化開發(fā)、測試和交付[9]。通過PaaS平臺提供一鍵式應用部署、彈性伸縮、監(jiān)控等交付和運維能力。

4 實施策略建議

系統(tǒng)的建設是一個錯綜復雜、交互迭代的過程，本著“先核心后外圍，快速迭代”原則，分為兩階段實施。

第1階段：以貨運票據(jù)電子化生產(chǎn)作業(yè)為主線，重構既有生產(chǎn)作業(yè)相關系統(tǒng)。

（1）設計統(tǒng)一研發(fā)平臺。以“平臺+組件”模塊化開發(fā)為目標，結合目前企業(yè)研發(fā)主流技術，結合鐵路貨運既有系統(tǒng)的研發(fā)實際，制定研發(fā)標準及規(guī)范，編寫示例代碼，組織集中技術培訓，整體提升各項目組開發(fā)水平。

（2）內(nèi)部生產(chǎn)作業(yè)相關系統(tǒng)集成。以生產(chǎn)作業(yè)為主線，梳理電商系統(tǒng)、貨運站系統(tǒng)、集裝箱系統(tǒng)、零散平臺、集裝化用具系統(tǒng)、貨票系統(tǒng)自身功能及對外服務和數(shù)據(jù)共享內(nèi)容，本著不改變或少改變既有操作方式，業(yè)務代碼盡量復用的原則，重構既有系統(tǒng)，形成統(tǒng)一登錄、統(tǒng)一基礎字典維護、統(tǒng)一用戶操作方式的一體化貨運生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)。設計貨運外勤手持機原型，涵蓋外勤作業(yè)各個環(huán)節(jié)，并基于上述原型進行開發(fā)實現(xiàn)。

（3）統(tǒng)計分析集成。梳理國鐵集團、鐵路局、站段各級業(yè)務管理部門所需的管理統(tǒng)計報表，形成基礎臺賬報表、統(tǒng)計分析兩大塊管理統(tǒng)計功能來支撐各級管理需求。

（4）周邊系統(tǒng)改造。針對集中式部署的貨運整合系統(tǒng)建設實際，梳理同外部系統(tǒng)關系，并同步解決。整合的系統(tǒng)包括現(xiàn)車系統(tǒng)、集成平臺、十八點系統(tǒng)、貨運精密、收入系統(tǒng)和審計系統(tǒng)等。

第2階段：重構集成其余系統(tǒng)，針對第一階段的研發(fā)經(jīng)驗，其余貨運相關系統(tǒng)進行集成，含保價、接取送達、危險品、貨檢、計量、貨運資源、運到時限和施封鎖等。

5 結束語

本文針對鐵路貨運綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)的架構設計及關鍵技術進行了詳細闡述，對后續(xù)的實施策略提出了針對性建議。由于該系統(tǒng)的建設是一項綜合性工程，僅從整體上完成的設計還不能落地實施，后續(xù)要綜合考慮既有系統(tǒng)的應用范圍、研發(fā)團隊能力、整體投資估算等一系列因素，進一步研究其實施策略。