李皓月，楊 平，張修建，丁亦嘉

(北京航天計量測試技術(shù)研究所 國家市場監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(人工智能計量測試與標(biāo)準(zhǔn))，北京 100076)

0 引言

計量是工業(yè)的“眼睛”，是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動。計量校準(zhǔn)是產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)支持，是國家質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)[1-2]。近年來，國家大力推行經(jīng)濟(jì)數(shù)字化建設(shè)，推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化變革，明確提出“發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群”[3]。數(shù)字化背景下，數(shù)字化制造的趨勢日益顯現(xiàn)。

數(shù)字制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得數(shù)字化計量檢測的需求逐漸顯現(xiàn)。和傳統(tǒng)的技術(shù)比較，現(xiàn)代計量測試技術(shù)中測量儀器的作用愈加重要，新的儀器不斷出現(xiàn)[4]。越來越多的數(shù)字化計量檢測系統(tǒng)，因?yàn)榕c現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，具備了智能化的基礎(chǔ)條件。在此基礎(chǔ)上，對儀器設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接口的開發(fā)成為可能。事實(shí)上，已經(jīng)有眾多相關(guān)的技術(shù)方法研究，取得了較好的效果。如在一些制造業(yè)企業(yè)中，通過計量系統(tǒng)接口程序的軟件接口技術(shù)，彌補(bǔ)了企業(yè)資源計劃(ERP，enterprise resource planning)等系統(tǒng)的缺陷，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了充分的應(yīng)用[5]。

計量檢定系統(tǒng)不僅需要與計量檢測設(shè)備進(jìn)行接口集成，也需要與其他信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行接口通訊，如與實(shí)物資產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備資產(chǎn)信息讀寫的接口需求，與ERP系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)獲取結(jié)果推送的接口需求。同時考慮到成本等特殊情況，需要和計量機(jī)構(gòu)的分支實(shí)驗(yàn)室或者特殊客戶的信息系統(tǒng)進(jìn)行接口集成。因此，計量檢定系統(tǒng)的接口需求是復(fù)雜的，接口種類是眾多的，接口實(shí)現(xiàn)方式也是多樣的，面對復(fù)雜的集成和管理需求，一般的單點(diǎn)開發(fā)方式是難以支持的。

計量檢定管理系統(tǒng)的軟件功能需求較為復(fù)雜，專業(yè)性較強(qiáng)，不同的用戶和機(jī)構(gòu)對功能模塊和計量檢定管理流程的要求也有差別。一般來說，其基礎(chǔ)功能模塊包括了計量首頁、計量人員管理、標(biāo)準(zhǔn)管理、器具管理、查詢統(tǒng)計、計量檢定流程管理、證書原始記錄管理、計量站點(diǎn)管理等[6]。計量管理作為質(zhì)量管理體系的一部分，需要貫徹《中華人民共和國計量法》、《中華人民共和國計量法實(shí)施細(xì)則》、《中華人民共和國強(qiáng)制檢定的工作計量器具檢定管理方法》等法律法規(guī)和各行業(yè)計量領(lǐng)域相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，計量檢定系統(tǒng)需要對管理要求的變化和細(xì)化作出及時響應(yīng)。因此，敏捷開發(fā)是計量檢定系統(tǒng)的必由之路。

目前，計量檢定管理系統(tǒng)的建設(shè)主要以行業(yè)為劃分，多關(guān)注業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)，針對異構(gòu)接口和敏捷開發(fā)的問題關(guān)注較少。本研究是結(jié)合面向服務(wù)架構(gòu)(SOA，service oriented architecture)軟件設(shè)計模式和業(yè)務(wù)流程管理(BPM，business process management)設(shè)計方法，開發(fā)大型通用化計量檢定軟件平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)計量檢定管理系統(tǒng)與豐富接口的集成，并對軟件接口進(jìn)行高效全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)大型計量檢定平臺的搭建，實(shí)現(xiàn)基于流程的快速開發(fā)，對變更的需求進(jìn)行快速響應(yīng)。

1 平臺總體設(shè)計

圖1 計量檢定平臺的角色劃分

應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)的總體設(shè)計從需要分析開始，系統(tǒng)而全方位地形成系統(tǒng)軟件設(shè)計的總輪廓，并把應(yīng)用軟件平臺劃分為多個主要模塊，說明各個主要模塊間的相互關(guān)系。

計量檢定集成平臺總體的功能分三大部分，分別為計量實(shí)驗(yàn)室部分、計量器具管理部分和計量監(jiān)督管理部分。計量實(shí)驗(yàn)室部分的特點(diǎn)是把實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來，做到以實(shí)驗(yàn)室為中心，進(jìn)行委托單、樣品、庫房、環(huán)境、證書的管理，以及計量原始數(shù)據(jù)的收集、傳遞、計量、展示的全面管理。既能適應(yīng)外部的日?？刂菩枰?，又能確保實(shí)驗(yàn)室對分析數(shù)據(jù)的嚴(yán)格管理與控制[9]，既滿足了實(shí)驗(yàn)室全流程全要素的便捷管理，也切實(shí)貫徹了質(zhì)量體系的管理要求?？蛻羝骶吖芾碇饕怯嬃坑脩暨M(jìn)行計量器具的全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)周檢計劃、在線送檢、在線預(yù)約、計量確認(rèn)、計量技術(shù)文件管理等。計量監(jiān)督管理主要監(jiān)督計量工作的執(zhí)行情況，監(jiān)督周檢計劃的執(zhí)行情況，確保送檢率、完成率、計量確認(rèn)率等符合計量管理的要求，通過對計量數(shù)據(jù)的及時追蹤和統(tǒng)計分析，了解計量業(yè)務(wù)的管理情況。該模塊跟蹤計量業(yè)務(wù)系統(tǒng)從信息錄入到出具結(jié)論，包含儀器設(shè)備、原始記錄和計量證書流轉(zhuǎn)的全生命周期狀態(tài)，及時糾正信息錄入錯誤、流轉(zhuǎn)不及時、數(shù)據(jù)處理不規(guī)范、結(jié)論出具錯誤等的情況，對業(yè)務(wù)操作不規(guī)范、技術(shù)方法錯誤等行為進(jìn)行警告和整改督辦。同時，也關(guān)注對計量標(biāo)準(zhǔn)器、計量規(guī)程規(guī)范等狀態(tài)的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)裝置故障和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范超期情況，以數(shù)據(jù)監(jiān)控和統(tǒng)計的方法保證計量服務(wù)的優(yōu)質(zhì)開展，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析[10]。

平臺整體架構(gòu)利用BPM實(shí)現(xiàn)敏捷化，對開發(fā)、交付、運(yùn)維進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)，更加快速的實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能迭代。架構(gòu)引入云原生、低代碼、微服務(wù)、容器化等技術(shù)重構(gòu)傳統(tǒng)的計量檢測應(yīng)用體系，推動敏態(tài)業(yè)務(wù)的靈活快速發(fā)展。平臺整體架構(gòu)(含基礎(chǔ)技術(shù)棧)如圖2所示。

圖2 計量檢定平臺的整體架構(gòu)

2 平臺軟件設(shè)計

計量檢定綜合集成平臺的軟件設(shè)計，應(yīng)從計量實(shí)驗(yàn)室管理、計量器具管理以及企業(yè)計量監(jiān)督管理工作的實(shí)際需要入手，按照需求分析所確定的信息系統(tǒng)主要功能，實(shí)施軟件架構(gòu)設(shè)計、模塊功能設(shè)計、用戶界面設(shè)計、業(yè)務(wù)流程設(shè)計，以形成應(yīng)用軟件平臺的具體實(shí)施設(shè)計方案。

2.1 基于SOA的軟件架構(gòu)設(shè)計

獨(dú)立實(shí)體在SOA中通常被描述為服務(wù)單元，即服務(wù)。服務(wù)雙方使用規(guī)定好的協(xié)議和接口進(jìn)行交流，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)之間的聯(lián)系。接口和契約具有系統(tǒng)無關(guān)性、硬件無關(guān)性、語言無關(guān)性等特點(diǎn)，使其不僅能夠適應(yīng)整合各種已有系統(tǒng)，并具有對未來系統(tǒng)的兼容能力[11]。 不論是微服務(wù)架構(gòu)還是企業(yè)服務(wù)總線，理論上都是貫徹了SOA的設(shè)計理念。SOA中所定義的服務(wù)、接口和契約構(gòu)成了一個完整的架構(gòu)。

按照SOA的思想，計量檢定業(yè)務(wù)被分離為多個獨(dú)立的服務(wù)，通過對這些服務(wù)的管理和重組實(shí)現(xiàn)原有的業(yè)務(wù)邏輯，完成計量檢定業(yè)務(wù)的使用管理需求。SOA架構(gòu)以服務(wù)為核心的設(shè)計思想服務(wù)，根據(jù)業(yè)務(wù)功能、訪問壓力、接口實(shí)現(xiàn)等因素合理劃分計量檢定服務(wù)是優(yōu)化設(shè)計平臺架構(gòu)的重點(diǎn)。

將泄漏點(diǎn)設(shè)為補(bǔ)給濃度邊界。根據(jù)污染情形分析，氟化物初始濃度設(shè)為100 mg/l，模擬期為20 a，以50 d為時間步長，共模擬了144個應(yīng)力期。利用MODFLOW 和MT3D 軟件，聯(lián)合運(yùn)行水流和水質(zhì)模型，得到氟化物擴(kuò)散預(yù)報結(jié)果(見圖4～8，圖中1C：100，1—代表情景1，F(xiàn)HW—分別代表氟化物濃度(mg/l)，100—代表時間)，各圖分別給出了在固體廢物填埋場底泄漏發(fā)生100 d、1 000 d、5 000 d、7 200 d后的預(yù)測結(jié)果。預(yù)測情景圖坐標(biāo)網(wǎng)格為每格1 000 m。

2.2 以ESB為中心的接口管理

ESB實(shí)現(xiàn)計量檢定集成平臺SOA架構(gòu)模式的基礎(chǔ)。其本質(zhì)上是一個基于網(wǎng)絡(luò)的分布式總線[12]，能夠使不同的軟硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等通過相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)與配合，為SOA項(xiàng)目提供服務(wù)。ESB還實(shí)現(xiàn)了類似的路由、緩沖、信息交換等功能。ESB包括了以下組件[13]:異質(zhì)消息、動態(tài)轉(zhuǎn)換、可配置的路由、消息日志與監(jiān)控、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、SLA/SLO支持、策略驅(qū)動的安全等功能組件。以ESB為中心的軟件平臺集成架構(gòu)如圖3所示。

圖3 ESB軟件平臺集成架構(gòu)

ESB實(shí)現(xiàn)了多異構(gòu)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)資源共享與交互服，支撐計量技術(shù)部門、計量客戶與計量監(jiān)督部門節(jié)點(diǎn)間以端對端對等的形式共享XML格式的信息，并可按照信息內(nèi)容自主分配信息路由，包括計量任務(wù)信息、計量器具信息、計量檢定過程記錄、原始記錄數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)路由技術(shù)還能夠按照業(yè)務(wù)規(guī)則，支持動態(tài)和靈活的接入。同時，ESB平臺還提供了不同數(shù)據(jù)格式間的交換，支持各種數(shù)據(jù)通信和傳輸方式，并提供了數(shù)據(jù)交換的安全機(jī)制，提供了集中統(tǒng)一部署、監(jiān)視、追蹤、日志記錄與檢測等功能，適應(yīng)了設(shè)備集中部署與集中管理的需求。

基于網(wǎng)絡(luò)接口的集成支持各系統(tǒng)的直接使用，融合了計量機(jī)構(gòu)、計量客戶、計量管理部門的異構(gòu)環(huán)境。用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行特色開發(fā)和界面集成。根據(jù)統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)規(guī)范，完成了同質(zhì)異構(gòu)計量與應(yīng)用系統(tǒng)間的銜接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)信息封裝、交換和數(shù)據(jù)信息資源共享，以創(chuàng)造良好的互通性。

2.2.1 數(shù)字化檢定裝置與ESB的集成

自微處理器技術(shù)尤其是單片微式電子計算機(jī)問世至今，傳統(tǒng)單一的測量儀器大大擴(kuò)大了使用功能，提升了準(zhǔn)確度。尤其是配備了電子計算機(jī)的大型數(shù)據(jù)處理采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果即能夠用硬盤長時間存放、用打印機(jī)打印、用繪圖儀繪制曲線，也能夠直接在計算機(jī)屏幕上查看。20世紀(jì)末，國外學(xué)者提出了虛擬儀器的概念，在普通電子計算機(jī)上，可以使用與此計算機(jī)系統(tǒng)兼容的板卡和組態(tài)應(yīng)用軟件構(gòu)造帶有測量控制功用的設(shè)備控制系統(tǒng)[14]。計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使單點(diǎn)檢定測量系統(tǒng)與服務(wù)器端信息系統(tǒng)的接口集成可以簡易、高效地實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字化檢定設(shè)備接入ESB，主要以面向?qū)ο蠓椒ǖ倪h(yuǎn)程過程調(diào)度(RPC，remote procedure call)和面對消息的單一對象訪問協(xié)議(SOAP，simple object access protocol)兩種實(shí)現(xiàn)方式。PRC調(diào)用本地服務(wù)一樣調(diào)用服務(wù)器的服務(wù)，只是傳輸數(shù)據(jù)形式有所不同。SOAP已經(jīng)是一種工業(yè)規(guī)范，它擁有良好定義的協(xié)議，和一個良好確立的規(guī)范，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個發(fā)送層或應(yīng)用層協(xié)議的結(jié)合，如TCP/HTTP/SMTP等，在大規(guī)模和小型系統(tǒng)中都有廣泛應(yīng)用。不論實(shí)現(xiàn)接口采用何種方式，為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集成管理，其基本功能接口列表如表1所示。

表1 檢定裝置與ESB集成的基本接口列表

計量檢定裝置的制造廠商、規(guī)格型號、數(shù)據(jù)接口類型等相當(dāng)繁多，協(xié)議轉(zhuǎn)換過程也可交給經(jīng)過特殊設(shè)計的邊緣互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完成，將標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于異構(gòu)裝置上的協(xié)議，使各種協(xié)議之間實(shí)現(xiàn)了互操作。

2.2.2 內(nèi)外部軟件管理系統(tǒng)與ESB的集成

目前常用的計量業(yè)務(wù)信息化模式是:計量機(jī)構(gòu)的將門戶網(wǎng)站在互聯(lián)網(wǎng)上部署上，進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)的信息系統(tǒng)則是部署與內(nèi)部業(yè)務(wù)網(wǎng)。而內(nèi)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室信息體系隨著計量機(jī)構(gòu)組織層級管理、計量學(xué)科領(lǐng)域的不同，又建立了相應(yīng)的垂直管理模式，對計量服務(wù)的開展將采取“外網(wǎng)受理，內(nèi)網(wǎng)辦理，外網(wǎng)回復(fù)”的模式。建立起由多個系統(tǒng)，多個網(wǎng)絡(luò)平臺、多重架構(gòu)、多個數(shù)據(jù)庫的多個業(yè)務(wù)部門互聯(lián)起來的計量服務(wù)檢定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。以統(tǒng)一平臺對整合這種單一的、異構(gòu)的、封閉的服務(wù)體系將具有重大的意義。隨著ESB信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，其面向業(yè)務(wù)、便于集成異構(gòu)信息系統(tǒng)和可保護(hù)投資的特性為克服這一困難奠定了基石[15]。

為滿足機(jī)構(gòu)整的各項(xiàng)業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)，OA、CRM、ERP、資產(chǎn)管理系統(tǒng)等會在企業(yè)中部署。但是各個軟件的數(shù)據(jù)一般都是相互獨(dú)立的。信息孤島的產(chǎn)生導(dǎo)致了業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率大打折扣。計量業(yè)務(wù)也是需要與其他業(yè)務(wù)有豐富的信息接口交互的。一些相關(guān)的辦公業(yè)務(wù)流程不可避免的需要與OA做接口，如計量監(jiān)督下達(dá)的督察督辦；與生產(chǎn)相關(guān)的不可避免要與生產(chǎn)管理系統(tǒng)如CRM、ERP進(jìn)行接口交互；一些計量器具本身也屬于固定資產(chǎn)的一部分，與資產(chǎn)管理系統(tǒng)的交互也是必不可少的。ESB實(shí)現(xiàn)對于消息的控制、傳送、分派、解析[16]，使得能成功地應(yīng)答并返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)到上述不同的異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。改造的改動非常小，成本也很低。

綜上所述，ESB平臺將是計量檢定集成平臺的核心組成部分，提供分布式的工作環(huán)境以及節(jié)點(diǎn)間的安全數(shù)據(jù)傳輸管理機(jī)制。能夠?qū)⒉煌h(huán)境下的應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)等進(jìn)行無縫銜接。提供了靈活動態(tài)的接入方法和路由機(jī)制，在平臺的數(shù)據(jù)格式定義上，形成了統(tǒng)一的各種數(shù)據(jù)格式集合體，所有應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)集合體中的所有各種數(shù)據(jù)格式，來設(shè)定各數(shù)據(jù)信息格式間的對應(yīng)關(guān)系。由此實(shí)現(xiàn)了實(shí)物資產(chǎn)管理、在線送檢、預(yù)約取送、基礎(chǔ)主數(shù)據(jù)推送、計量監(jiān)督等功能服務(wù)的接口集成。在該模型下，開發(fā)者可以把CRM、ERP、OA、實(shí)物資產(chǎn)管理系統(tǒng)、計量檢定實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、計量器具管理系統(tǒng)、計量監(jiān)督管理系統(tǒng)等都看成一個個掛在總線上的子模塊。通過ESB可以進(jìn)行對消息的通知、分配、匯總。當(dāng)系統(tǒng)在掛接在總線的同時，也注冊了響應(yīng)的觸發(fā)的事件，在接口調(diào)用生效的同時傳遞XML消息給系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線上所有的系統(tǒng)都經(jīng)過注冊，這些消息的數(shù)據(jù)分配到新注冊的系統(tǒng)上，然后每個系統(tǒng)都把消息轉(zhuǎn)換成自身所認(rèn)識的信息，并存儲在系統(tǒng)中進(jìn)行信息的共享。

2.3 基于BPM流程平臺的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)流程管理經(jīng)歷了三次大發(fā)展，其概念起源于20世紀(jì)20年代初期美國Taylor的現(xiàn)代管理體系理論。到了20世紀(jì)90時代，JamesChampy與MichealHammer對業(yè)務(wù)流程理論進(jìn)行了第二次發(fā)展，在《Reengineering the Corporation》一書中提出了對業(yè)務(wù)流程重組(BPR，business process reengineering)的新定義，并主張利用軟件系統(tǒng)對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行鞏固。2003年，HowardSmith與PeteFingar對業(yè)務(wù)流程理論進(jìn)行了進(jìn)一步的發(fā)展，清晰詳細(xì)地論述了現(xiàn)代BPM理論，第三代流程管理思想由此出現(xiàn)[17]?；贐PM思想的流程軟件平臺能幫助企業(yè)快速構(gòu)建業(yè)務(wù)流程整合的管理模式，是業(yè)務(wù)流程思想與現(xiàn)代軟件工程結(jié)合的成功應(yīng)用。

2.3.1 BPM流程管理

BPM的核心思想是將流程作為操作元素，流程成為了一種特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被作為直接編排操作的對象。其數(shù)學(xué)依據(jù)來源于現(xiàn)代數(shù)學(xué)研究思想中的Process-Calculi(進(jìn)程代數(shù))，描述交互并發(fā)系統(tǒng)、移動和結(jié)構(gòu)變化的π演算為其提供了數(shù)學(xué)框架和理論工具。業(yè)務(wù)流程可以被形式化的描述、建模實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)流程也由此具備了直接被靈活查詢、分析、分類、讀寫的功能。BPM流程管理確保了流程設(shè)計與實(shí)際需求的一致性，保證了流程設(shè)計的正確性和可靠性，減輕了設(shè)計、開發(fā)、測試、驗(yàn)證的工作量，對開發(fā)者和最終用戶具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[17]。

BPM以流程管理為核心的管理模式，支持了計量檢定的業(yè)務(wù)需求流程設(shè)計的復(fù)雜實(shí)現(xiàn)和測試驗(yàn)證，器具送檢流程、器具檢定流程、器具流轉(zhuǎn)流程、計量確認(rèn)流程、追溯流程、計量監(jiān)督流程等多種復(fù)雜流程可以被方便地控制和管理，增加了計量檢定流程管控的靈活性，增也加了計量業(yè)務(wù)整體的應(yīng)變能力[18]。

2.3.2 基于BPM的SOA梳理

SOA思想其本質(zhì)上是以功能列表的形式充分列舉系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的所有功能，進(jìn)行合理的功能拆分，合理組成不同的子系統(tǒng)，彼此間進(jìn)行接口通信，從而成為支持需求實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)整體。SOA更多的注重軟件的功能特點(diǎn)，而并不是從業(yè)務(wù)流程的角度出發(fā)，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中可能造成與實(shí)際業(yè)務(wù)的脫節(jié)，子系統(tǒng)功能散亂分布，彼此通信復(fù)雜，維護(hù)難度增大。

采用BPM來定義業(yè)務(wù)模塊，結(jié)合SOA的架構(gòu)體系，可以設(shè)計構(gòu)建出更貼近業(yè)務(wù)且架構(gòu)清晰、更加健壯且易于維護(hù)的軟件系統(tǒng)。如圖4所示，通過BPM驅(qū)動的方法來劃分計量檢定的業(yè)務(wù)流程，將主要業(yè)務(wù)流程以圖表的方式說明，進(jìn)而層層劃分。這樣計量檢定過程中需要完成的工作更加清晰明了，需要的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)模式也更加容易確定。原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的功能模塊的能夠被更加輕松的定位分析，開發(fā)者能夠判斷服務(wù)的內(nèi)容和形式，復(fù)用已有的軟件模塊，開發(fā)缺失的服務(wù)功能。在更好地完成數(shù)據(jù)共享的同時，發(fā)揮整個系統(tǒng)的最大作用。而對于計量檢定業(yè)務(wù)從業(yè)務(wù)者，通過對計量業(yè)務(wù)流程的梳理，也能夠更加明確地了解信息系統(tǒng)所提供的功能，了解信息系統(tǒng)對計量檢定行業(yè)運(yùn)作的實(shí)際價值。

圖4 BPM劃分計量檢定的業(yè)務(wù)流程示意圖

2.3.3 BPM與ESB的集成

面向?qū)崟r計量檢定業(yè)務(wù)的SOA-BPM組合框架分為四層，降低了服務(wù)之間的耦合關(guān)系實(shí)現(xiàn)了更有效的服務(wù)管理[19]。各層的主要作用及相互之間的關(guān)系如下：

1)計量檢定業(yè)務(wù)資源層：該層主要包括計量檢定行業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和需要數(shù)據(jù)交互的信息系統(tǒng)。上述應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)在計量檢定行業(yè)發(fā)揮了必要的基礎(chǔ)性作用[20]，在計量檢定行業(yè)仍將廣泛應(yīng)用。但是，由于系統(tǒng)之間缺乏通信能力，數(shù)量和能力無法復(fù)用。

2)SOA層：SOA層在計量檢定服務(wù)資源層的基礎(chǔ)上，按照2.3.2節(jié)的功能梳理和確定方法，合理的封裝功能服務(wù)，由BPM層進(jìn)行調(diào)用合并，形成業(yè)務(wù)流程。ESB總線實(shí)際就是SOA層的一種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)形式，將計量檢定的功能接口連接到ESB總線上，BPM層對業(yè)務(wù)進(jìn)行管理響應(yīng)。

3)BPM層：BPM層的作用是對計量檢定的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理、維護(hù)與操作。以送檢流程為例，BPM層對整體的流程節(jié)點(diǎn)、流轉(zhuǎn)規(guī)則進(jìn)行控制，SOA層提供服務(wù)實(shí)現(xiàn)儀器狀態(tài)更改、送檢單生成等功能。SOA層以Web業(yè)務(wù)等為主要的操作對象，BPM通過對操作對象的整合與編排建立其完整業(yè)務(wù)流程。

4)界面層：界面層是最終呈現(xiàn)給計量管理人員、計量技術(shù)人員的功能頁面或桌面進(jìn)程。一般提供良好的GUI接口為使用者服務(wù)，方面使用人員進(jìn)行操作。目前豐富的前端框架和圖表插件等使得界面層的構(gòu)建更加方便。

通過SOA層對資源層中的各種功能實(shí)行了服務(wù)封裝，并把流程、業(yè)務(wù)規(guī)則等單獨(dú)抽取到BPM層中加以管理，大大提高了對現(xiàn)有體系的使用率[21]，進(jìn)一步完善了流程的概念，也提高了計量檢定業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的靈活性和效率。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)分析

軟件平臺的設(shè)計通過利用BPM進(jìn)行軟件需求研究，確定了軟件需求的無二義性、可視化、高準(zhǔn)確性、可更改性、可追蹤性，以及易使用性。通過ESB實(shí)現(xiàn)SOA的高內(nèi)聚、低耦合的模塊化設(shè)計，計軟件模塊采用簡化設(shè)計原則，模塊接口為單入單出結(jié)構(gòu)，提高了模塊的獨(dú)立性。

與傳統(tǒng)單點(diǎn)接口開發(fā)接口的模式方法進(jìn)行對比，基于ESB和BPM集成平臺的實(shí)現(xiàn)方式極大減少了單點(diǎn)接口開發(fā)的工作量。以異構(gòu)系統(tǒng)間的檢定任務(wù)推送為例，傳統(tǒng)的人工手動開發(fā)形式如圖5所示，需要在不同的系統(tǒng)間多次開發(fā)。集成平臺只需要進(jìn)行接口的字段匹配和動態(tài)消息路由等工作，即可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的接口集成。在年設(shè)計調(diào)試10臺設(shè)備(系統(tǒng))的條件下，以單個設(shè)備接口開發(fā)10人/天計算，接口調(diào)試的工作量為100人/天，隨著設(shè)備、系統(tǒng)數(shù)量的增加，接口開發(fā)和管理的難度也隨之持續(xù)增長。

圖5 手動開發(fā)接口連接情況

基于ESB和BPM的軟件平臺可以將此過程的開發(fā)開銷成本壓縮至最低，如圖6所示，通過字段轉(zhuǎn)換和消息路由，訂單任務(wù)可以經(jīng)過配置推送至多個信息系統(tǒng)。同時設(shè)備缺乏統(tǒng)一的管理平臺也會存在相當(dāng)量的維護(hù)操作成本，在集成平臺上進(jìn)行統(tǒng)一管理可以大大節(jié)省管理的難度。經(jīng)實(shí)際效果驗(yàn)證，本平臺的設(shè)計開發(fā)工作可解決單獨(dú)開發(fā)調(diào)試的時間和經(jīng)濟(jì)成本，同時提高對整體檢定業(yè)務(wù)的管理效率。

圖6 通過集成平臺向多異構(gòu)系統(tǒng)推送信息

3.2 平臺可靠性分析

對比傳統(tǒng)單體架構(gòu)的開發(fā)模式，基于ESB和BPM集成平臺圍繞設(shè)計、運(yùn)維兩大周期，加強(qiáng)了接口和功能的安全、穩(wěn)定、可管理，實(shí)現(xiàn)了基于接口的實(shí)時監(jiān)控和全生命周期管理。配合相應(yīng)的計量檢定業(yè)務(wù)邏輯和流程，整合諸多API，形成了功能完整，運(yùn)行可控的軟件平臺。通過日志監(jiān)控、容災(zāi)備份、加密安全認(rèn)證等技術(shù)方法，計量業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定更加運(yùn)行，給用戶和技術(shù)人員帶來更良好的服務(wù)體驗(yàn)。

同時，集成平臺軟件的存儲量、吞吐能力及處理時序同硬件更加匹配，在滿足需求的情況下有近20%的余量。系統(tǒng)保證7×24小時不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，出現(xiàn)故障能夠及時告警。能夠在非工作時間對系統(tǒng)進(jìn)行局部維護(hù)，不影響業(yè)務(wù)連續(xù)性。針對故障發(fā)生有應(yīng)對機(jī)制，不僅能夠及時恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且可以降低因系統(tǒng)故障對平臺造成的損失。具有完整的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，通過增量和全備份相結(jié)合，文件數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)全異地容災(zāi)備份的方式，保障了平臺的安全可靠。

4 結(jié)束語

計量檢定集成平臺，采用ESB和BPM平臺化的軟件架構(gòu)方法，不僅實(shí)現(xiàn)了大量異構(gòu)接口的快速接入和全生命周期管理，也實(shí)現(xiàn)了基于計量業(yè)務(wù)流程的快速低代碼開發(fā)；經(jīng)實(shí)際應(yīng)用提升了軟件質(zhì)量和可靠性，提升了軟件項(xiàng)目開發(fā)速度和效率，滿足了大中型企業(yè)計量管理的應(yīng)用需求。

平臺實(shí)現(xiàn)了計量實(shí)驗(yàn)室“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五位一體的管理模式，建立了動態(tài)高效的計量器具全壽命周期管理方法，為管理者和使用人員提供了實(shí)時動態(tài)的信息支撐。建立了全覆蓋的信息化計量監(jiān)督檢查機(jī)制,大幅度提高了日常計量業(yè)務(wù)工作效率。實(shí)現(xiàn)了計量管理標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)規(guī)范化、資源共享化、數(shù)據(jù)可視化，推動了計量管理工作的轉(zhuǎn)型升級。實(shí)現(xiàn)了計量管理體系與信息化數(shù)字化的深度融合的目標(biāo)，達(dá)到了以計量業(yè)務(wù)管理促進(jìn)質(zhì)量管理的重要戰(zhàn)略目的。