云平臺環境下的采煤機設計數據匯交系統

陳思紅，丁 華，楊 琨

（1.太原理工大學機械與運載工程學院，山西 太原 030024；2.煤礦綜采裝備山西省重點實驗室，山西 太原 030024）

1 引言

采煤機在設計、生產、運行、監測、優化、評價、研究工作中產生了海量數據，這些數據是煤機裝備科學數據的重要組成部分，是實現采煤機信息化和智能化的基礎。隨著計算機網絡的快速發展，國內外學者相繼開展數據共享的研究工作[1?5]，構建網絡化、智能化的管理和應用服務為一體的共享服務體系也已經成為煤機行業首要任務。在實際加工中企業產生的采煤機設計數據具有種類復雜、分散性和多源異構性等特點，數據收集困難，構建采煤機設計數據匯交體系，實現數據高效匯交與共享，不僅為煤機裝備科學數據的集成研究奠定了數據基礎，而且在采煤機設計與生產中也具有指導意義。隨著計算機與現代網絡的發展，許多學者將其應用到采煤機的現代設計中，實現了采煤機異地選型系統[6]、采煤機數字化設計系統[7]、采煤機零件參數化CAD系統[8]、采煤機動力學分析系統[9]的開發，構建了基于云化QFD的采煤機服務制造模型[10]。這些應用研究雖然都為采煤機設計提供了一定的數據支撐，但是具有單項建設、單一應用的特點，缺乏對采煤機整個設計周期的規劃、數據資源的應用，造成了數據資源的流失與浪費，無法實現數據共享，因此，構建更安全、更高效的設計數據匯交體系與共享方式成為采煤機信息化建設的迫切需求。

針對采煤機數據共享的實際需求，研究了采煤機在設計過程和煤礦生產中數據的特征，提出了基于云平臺的采煤機設計數據匯交體系和數據匯交技術流程，并對匯交系統功能進行分析，開發了數據匯交系統，實現了采煤機設計數據高效匯交，為采煤機數據共享服務的數據集成奠定了基礎。

2 基于云平臺的匯交體系架構

2.1 匯交體系架構

數據匯交是以網絡為媒介實現數據的共享，在網絡、數據庫以及中間件等先進技術的支撐下，構建了基于云平臺的采煤機設計數據匯交系統體系架構，如圖1所示。

圖1 基于云平臺的采煤機設計數據匯交系統體系架構Fig.1 The Architecture of Collection System of Shearer Design Data Based on Cloud Platform

基于云平臺的采煤機設計數據匯交系統體系架構設計了3種云服務，劃分了5層體系結構，利用互聯網技術對數據資源集成化管理，實現對數據資源的科學性應用。其中，物理層（即云存儲服務）是整個體系的基礎，由計算機虛擬化資源和網絡資源組成；云平臺層（即采煤機設計數據匯交與整合服務）由數據源、數據匯交和數據集市組成，用戶通過采煤機設計數據匯交系統，實現對元數據和數據實體的高效匯交。應用層將所有資源和功能集成化，以基礎服務和專題服務、應用服務及下載服務的形式呈現，滿足用戶層中不同用戶的需求。

基于云存儲數據匯交體系的搭建不僅能夠自動提供虛擬基礎架構和集群化管理模式，實現系統的統一維護與管理，而且還采用分布式離散存儲策略，保證匯交數據的完整性與安全性，提高數據共享效率和存儲效率。

2.2 匯交工作流程

采煤機設計數據匯交是一項跨專業、跨部門、跨地區集成數據的研究工作，針對“數據的獲取與整理—數據的匯交與審核—數據的管理與發布”整個數據產品生產與共享的過程，設計了數據匯交工作流程，如圖2所示。在采煤機設計數據匯交工作流程中，每一個關鍵步驟都要遵循匯交數據標準規范，以保證匯交用戶能夠有序完成數據匯交，數據中心能規范數據匯交工作、確保設計數據產品的高質量。用戶在登錄采煤機設計數據匯交系統后，在相應的網頁中，提交元數據、數據實體，并填寫相關數據憑證，進一步詳細地描述設計數據產品。數據產品在匯交審核環節后，數據中心管理員根據審核結果，編寫數據質量報告，以便后續對數據產品的分類與管理。

圖2 匯交工作流程Fig.2 Collection Workflow

3 系統功能設計

在對數據匯交過程中，數據中心管理員需要對用戶匯交的每個環節、要素進行有效監督和管理，及時了解匯交動態，保證匯交用戶可以實現數據的有序匯交和科學匯交。采煤機設計數據匯交系統提供匯交注冊、數據匯交、匯交審核、數據管理和系統管理等功能。

3.1 匯交注冊

匯交注冊是數據中心對數據匯交資格的唯一認證，也是建立匯交數據產品的唯一標識，有助于用戶快速實現設計數據的匯交。普通用戶通過匯交注冊和實名認證后，成為匯交用戶，可以根據網站內部的采煤機科學數據匯交標準規范以及匯交流程文檔的指導，實現數據實體和相應元數據的在線匯交。

3.2 數據匯交

數據匯交主要是在用戶匯交注冊后，實現在線匯交的功能。采煤機設計數據匯交是實現遠距離的共享匯交，采用以Web Service 服務為實例的傳輸方式，在匯交數據的同時，需要填寫相關數據憑證，并提交數據產品說明文檔，為統一化數據管理奠定基礎。

3.3 匯交審核

匯交審核是數據管理中心確保上傳的數據產品科學性的主要手段，對該系統專題服務、應用服務等功能提供了保障，有利于深層挖掘設計數據產品的價值，促進數據產品的廣泛應用。

數據審核采用以數據領域專家團隊為主，數據中心管理員為輔的審核方式來確保數據品質。數據領域專家團隊主要由采煤機企業高管和高級工程師、科研機構資深研究員組成，對數據內容嚴格把控，保證數據科學性和實用性。數據管理員主要對數據產品進行二次標準審核，完成入庫管理和發布數據。

3.4 數據管理

數據管理主要是數據中心管理員對審核后的數據產品進行入庫管理和發布數據的功能，同時也可以對數據實體和元數據編輯，完成數據的更新。數據管理不僅是實現對匯交數據的管理而且也是對“匯交注冊—數據匯交—匯交審核”整個模式中產生的數據憑證進行管理，例如：數據技術說明文檔、數據匯交申請表和數據質量報告等。

3.5 系統管理

系統管理主要是為系統運行和維護過程，提供技術保障和管理功能。其中，為了更好地實現用戶的權責分明和促進系統管理員對用戶的管理，進行了明確的權限劃分，在采煤機設計數據匯交系統中，用戶被劃分為4個層次，分別為數據中心管理員，審核專家，匯交用戶，普通用戶。

4 關鍵技術

采用B∕S（Browser∕Server 瀏覽器∕服務器）的三層體系架構、利用C#語言、Ajax、Web Service等技術，在Visual Studio.NET2010開發平臺，完成對采煤機設計數據匯交系統的開發，實現了基于Web的數據匯交、審核和管理等功能。

4.1 Ajax技術

由于采煤機設計數據匯交任務量大，用戶范圍廣，為了解決系統運行時帶來的服務器端負載高、服務器工作效率低和站點性能差等問題，通過Ajax 技術，使匯交用戶同時提出一個或多個Web服務器請求，XML HttpRequest可以同步或異步返回Web服務器響應，降低了與服務器之間通信的數據量，加快了匯交用戶請求的響應時間，實現了用戶與Web服務器高效交換數據。

4.2 采用Web Service技術的數據傳輸

采煤機設計數據具有學科領域廣泛、實驗周期長、數據類型復雜多樣、數據分散性和數據多源異構性等特點，通過采用以Web Service 服務為實例的數據傳輸方法，實現松散耦合環境下的數據傳輸，如圖3所示。

圖3 數據傳輸Fig.3 Data Transmission

4.3 邀請領域專家參與的數據審核

由于采煤機設計數據具有針對性強、領域性強等特點，所以匯交審核以邀請領域專家為主，實現“選定類型、一對一”的數據審核方式，如圖4所示。采煤機數據管理中心根據待審核數據產品類型，以Email的形式邀請特定類型專家對數據產品審核，并根據專家審核結果對數據進行二次審核，將最終審核結果反饋給匯交用戶。邀請領域專家與數據中心管理員共同審核的方法，能夠確保匯交數據的正確性和規范性。

圖4 匯交審核方案Fig.4 The Scheme of Collection Review

5 應用實例

以某煤機裝備設計制造企業匯交設計產品數據為例，職員在采煤機設計數據匯交系統完成登錄、匯交注冊，實名認證后，進入數據發布環節，將數據產品上傳至數據中心，并上傳數據實體說明文檔。數據產品匯交界面，如圖5所示。

圖5 數據產品匯交Fig.5 The Collection of Data Products

數據中心管理員根據數據產品的類型以及數據關鍵字選定CAE 分析專家，以Email的形式發出邀請，專家根據特定的匯交審核ID和密碼登錄采煤機設計數據匯交系統，在線下載設計數據產品的所有資料，進行數據審核。數據中心管理員根據系統審核記錄對該數據產品進行二次審核，并根據專家給出的審核意見記錄，最終評價該設計數據具有創新性和實用性，確定發布數據。管理員根據已匯交的相應元數據將該產品實體整合并提交至專題數據中的CAE分析庫中，完成數據發布，并對元數據進一步整合、編寫，匯入元數據庫中，該數據將可以被其他用戶在專題服務中瀏覽、下載，實現一定意義的數據共享。

6 結論

云平臺環境下的采煤機設計數據匯交系統采用Ajax與Web Service相結合的Web系統框架，實現了松散耦合環境下的實時交互，并且通過邀請領域專家與數據中心管理員共同參與的數據審核方式，保證了匯交數據產品的科學性。

該系統不僅有利于實現各地采煤機設計數據的收集與整合，而且為設計人員提供了交流平臺，為煤機裝備的資源集成化、設計數字化、運行網絡化、管理信息化和服務智能化起到了重要作用。