基于Android前端和Springboot后臺的檢測進度管理軟件的設計與實現

黃圣嫵，李曉琛，楊 宙，李 松

（廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司 廣州510500）

0 引言

試驗室信息管理系統（LIMS）是試驗室管理的核心軟件，它負責管理試驗室的“人機料法環”等信息。完善和發展LIMS 具有學術意義和社會效益。目前，經過數十年的發展，LIMS 已經在各行各業［1-8］得到了廣泛的應用，一些LIMS 強國還制定了詳盡的LIMS 功能標準和驗收標準［9，10］。還有一些課題使用手持機對LIMS 進行了功能擴展和使用場所擴展，例如在采樣過程中使用手持機對樣品信息進行加強管理［11］。

本項目甲方單位已有LIMS 系統，但不能滿足日益增長的檢測進度管理要求，并且不能通過直接采購軟件解決，因此委托課題組解決檢測進度管理問題，包括原始樣品的拆分、流轉、養護、同一個樣品各檢測項目的進度等的管理，并將該管理功能接入既有LIMS 系統。課題組針對這些要求，進行了基于An?droid 前端和Springboot 后臺的LIMS 檢測進度管理軟件的設計與實現。本項目的研究內容是：在樣品從進入到離開檢測中心的過程中，記錄接觸它的人員、試驗室、設備供追溯。

1 相關技術原理

本項目使用C/S架構，在后臺使用了Springboot框架、Thymeleaf框架等技術；在前端Android軟件使用了JSignature框架、WeUI框架等技術。簡而言之，選用的都是JAVA Springboot 家族的技術。選用這套技術的原因是：

⑴Springboot 框架使用自動配置依賴、注解等手段大大簡化了開發。以自動配置為例，只需在pom.xml 中進行少量配置，即可自動完成Spring-Data-Jpa、Web、Thymeleaf依賴。

⑵Spring-Data-Jpa 框架與Hibernate 一樣，是對JPA（Java Persistence Application Interface）規范的具體實現。Spring-Data-Jpa 的優點是單表操作的速度很快，適合該課題的具體情況。在此類ORM（Object Re?lational Mapping）技術中，JAVA 實體類的類名映射到數據庫的表名，JAVA 對象名映射到數據庫表中的一條記錄，JAVA 實體類屬性映射到數據庫表中的字段，通過JAVA 注解，容易實現數據的持久化和瞬時化，減輕數據庫操作的開發工作量。

⑶Thymeleaf框架簡化了HTML渲染。

⑷JSignature框架便于實現對手寫簽名的矢量圖捕捉和格式轉換。

⑸WeUI 是一個以HTML 和CSS 開發的UI 庫，通常用于微信公眾號的頁面美化，課題組將它用于課題中的Android軟件的美化。

2 需求陳述

課題組通過訪談、問卷等獲得了用戶需求，并通過名詞、動詞、形容詞整理等手段，整理成需求陳述。其中優先級較高的需求是：

⑴為每個試驗室、設備、樣品提供條碼，當樣品在各試驗室、各設備流轉時，可記錄樣品編號、流轉時間，可拍照上傳。

⑵記錄儀器設備使用前后的狀態。

⑶對試驗進度進行記錄和提醒（見圖1）。

圖1 檢測進度管理的用例Fig.1 Use Case of Testing Progress Management

3 面向對象分析（OOA）

3.1 分析階段一：需要哪些類

公知常識，本階段應當發現5 種不同的類，分別是：客觀實體、角色、應記錄的事件、對象間的相互作用和必須說明的概念。從上一節“需求陳述”中不難發現，本項目可發現的類有：

⑴客觀實體：包括設備、試驗室、照片、樣品、菜單選項、手寫簽名；

⑵角色：檢測員、檢測分類負責人、科室主任、系統管理員、手持機、原有LIMS；

⑶應記錄的事件：設備使用記錄、樣品流轉、委托；

⑷對象間的相互作用：登錄、檢測超期提醒；

⑸沒有“必須說明的概念”。

限于篇幅，選取上述類中的“設備”類和“設備使用記錄”類進行說明，如圖2所示。

圖2 設備實體類和使用記錄實體類Fig.2 Equipment Entity Class and Use Record Entity Class

3.2 分析階段二：識別類之間的關系

在分析階段，需要識別類之間的4 個關系，分別是：衍生、組合聚合、實例連接和消息連接。

例如“樣品”類和“試驗室”類之間的多對多的實例連接（見圖3），以及“樣品流轉控制”類與工具類、線程對象類、使用記錄類等類之間的復雜的靜態結構（見圖4）。

圖3 樣品和試驗室之間的實例連接Fig.3 Instance Connection between Sample Class and Lab Class

圖4 樣品流轉控制類與其他類間的結構Fig.4 Structure between Sample Flow Control Class and Other Classes

4 面向對象設計（OOD）

4.1 設計階段一：應用架構設計

本項目甲方單位原有一套基于Struts 的LIMS 系統，因此項目將設計成單獨的一套系統，通過原有LIMS系統的接口接入（見圖5）。

圖5 本項目的應用架構Fig.5 Application Architecture of the Project

4.2 設計階段二：軟件架構設計

本項目的后臺部分將在Springboot 框架下開發，該框架通常分為“業務邏輯層、服務層、DAO 層”。其中，業務邏輯層包含了控制類和Bean；服務層包含了服務接口和對服務接口的實現；DAO 層包含了DAO接口和實體類。

將分析階段的成果，即“需要哪些類”中提及的類融入Springboot 框架之后，得到的新的類如圖6 所示。圖6中，控制類本身不進行邏輯處理，而是調度各種工具類、服務層類進行邏輯處理。本項目的典型的工具類如圖7所示。

圖6 本項目的Springboot三層架構Fig.6 The Springboot Three Layers Architecture of the Project

圖7 負責格式轉換的工具類StringUtilFig.7 Tool Class Named StringUtil Responsible for Format Conversion

其他的工具類包括：承擔“分頁、統計分頁后的總頁數、統計總記錄數”職責的名為FundPage的類、承擔“對圖片進行Base64 編碼、解碼”的名為ImageUtil 的類、承擔“使用靜態方法打印日志，無需每個類中定義日志對象”職責的名為LoggerUtil 的類、承擔“對輸入的數據加密后返回”職責的名為PswUtil的類。

4.3 設計階段三：詳細設計

詳細設計階段，需要向當前設計成果中加入通信、進程管理等底層支撐環境概念。以及需要將設計成果結合設計模式進行規范化梳理。例如，手持機部分，將采用adapter 設計模式，使前端顯示能適應各種變化。

5 應用效果

本項目已投入運營，每一個樣品何時由誰從業務室轉入試驗室、何時由誰從試驗室轉入制樣室、何時由誰從制樣室轉入養護室、何時由誰從養護室轉入某臺試驗機、該試驗機何時由誰使用、使用前后的狀態如何、樣品上機前后的照片如何、相關人員的手寫簽名，均可通過手持機記錄在LIMS中（見圖8）。

圖8 運行效果展示Fig.8 Operation Effect Display

6 總結和展望

本項目旨在通過手持機記錄樣品的全生命期經歷，項目課題組通過對安卓前端、Springboot 后臺的設計與實現，解決了課題所提出的問題。目前該成果已投入使用，運行狀態良好，實現了課題的各項目標。