一种船舶全周期信息集成模型设计

黄 薇，苏清华

(1.荆州理工职业学院 照明与电气工程系，湖北 荆州434000，2.长江大学信息与数学学院，湖北 荆州434000)

0 引 言

现代造船业是多部门共同作业的大型业务，从合同的签订、产品设计、材料选择、工艺制作及最后的产品交互，需要经历很长时间，并且整个过程涉及到船舶设计研究机构、设备制造公司、造船厂以及后续的监测部门等多个单位，如何在所有单位之间建立船舶全周期信息系统，以实现数据的分析及共享事关整个造船周期的效率及经济效应，同时对船舶的质量进行严格控制。

在以往的船舶全周期信息系统中，一般采用EAI技术，包括DCOM、CORBA［1-2］等实现方式，这些方式的系统严重依赖单一厂商的技术实现及后续维护，系统结构异常复杂，并且后续的维护成本昂贵，不利于所有厂商对船舶全周期信息的数据共享维护。

利用现在互联网技术提供的统一平台，能够解决传统船舶全周期信息系统的以上缺点。本文研究了传统船舶生命周期数据共享技术的优缺点，结合现有的数据共享技术及Web 技术，设计了全新的基于Web的船舶生命周期数据的共享及管理系统，并且设计了通用标志符的展示方法及针对二维数据交换对生命周期数据进行映射。

1 基于Web的信息集成原理

1.1 Web 技术应用

现有的Web 服务应用多是基于分布式架构系统，利用HTML 技术实现在Internet 网上的数据传输及展示，由于在分布式系统中，所有终端所使用的协议一致，所以能够在所有厂商中构建统一平台，从而降低了船舶生命周期数据共享系统的成本。

现有的Web 服务及应用程序通常使用分布式数据库实现数据的冗余备份，基于此种方式的信息存储架构较复杂，并且不利于后面的系统扩建升级。在本文提出了一种通用标志符UID (Universal Identifier)［3］的数据备份方法来存储及展示所有厂商的内部数据，同时针对二维数据交换对生命周期数据进行映射，优化了系统复杂度。

基于Web的服务应用程序，其接口需要符合XML 标准协议，所有软件之间文件描述、数据编码、数据发送及最终都需要符合此协议。

由于Web 应用已经形成了标准组协议，其各厂商开发的船舶信息共享系统只需要符合标准协议即可实现各软件之间的数据共享，具有很好的通用性，有利于分别进行系统开发，降低了开发的复杂度，并且具有很好的经济效应。

图1 为基于Web 开发模型图。

图1 基于Web的系统开发模型Fig.1 The system development model based on Web

1.2 船舶全周期信息系统目标分析

1)数据共享的作用

由于现代海上运输业的发展，船舶大型化越来越明显，同时由于环保观念的深入人心，环保设施也增加了系统的复杂性。而现代造船产业竞争已经非常充分，如何在较短时间交付出质量较高的成品是现在造船企业竞争的核心所在。所以在整个造船环节中，包括结构设计、设备元器件的选型、生产制造、航行测试及后续的检测维修，能够提供船舶整个生命周期的信息共享就显得尤为重要，包括船舶设计研究机构、设备制造公司、造船厂以及后续的监测部门互相看到对方的信息数据，从而对自身的设计生产进行优化改进。

2)全周期信息共享的最终目标［4］

船舶全周期信息共享系统一个中间平台，船舶生产过程中的各家企业可以通过平台把船舶数据进行共享，所以此平台的意义在于对所有厂商共享数据进行实时的动态管理，以方便各厂商的数据分析。

由于船舶全周期信息系统关系到各家厂商的相互协调，所以在具体的信息技术标准方面需要达到以下要求:

①新的船舶全周期信息系统必须向下兼容各家企业现在的信息平台，因为现有平台已经包含了多年数据积累。同时在后续管理中，可以通过平台的各项功能逐渐代替现有平台的功能。

②在新的功能和业务上，需要和平台的各终端进行统一架构。

③能够动态实时的对平台功能进行扩展，并且公共逻辑也需要具有伸缩性。

④需要满足企业的信息安全机制，能够对数据进行安全加密。

2 基于Web的系统实现方式

2.1 系统结构

利用Web 方式实现的船舶全周期信息集成模型采用了客户端/服务端的方式，这个架构的应用系统，其客户端的所有程序都是独立存在的一种应用，同时这些服务应与服务器端在设计之前都明确了之间的接口规范及消息传递方式，可以对这些接口进行排列以形成一系列的业务流程。整个平台的架构如图2所示。

上述系统的关键是实现船舶行业协会定义的UDDI 及对各级单位之间的接口进行规范。当上述完成后，企业即可对自身已有的数据信息系统进行封装来实现WEB 服务，通过在系统中按照UDDI 进行注册。UDDI 其实就是行业协会规定的企业编号集，集中包含的企业注册完成后，即可根据WSDL来开发全周期信息集成系统的Web 服务功能，并可以动态的进行管理、更新。

而针对原先并没有自身信息数据系统的单位，仅需要满足UDDI 注册，通过规定好的接口，同样可以从基于Web 方式实现的船舶全周期信息集成系统获取其他企业的数据。

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

而系统同样需要考虑自身数据安全的问题，整个平台构架了2个不同优先级的UDDI 注册模块，一个是行业级别的注册(B2bi)，提供对外的数据服务，外部单位只能通过此种注册进行有权限的数据访问;另外一个是企业级别的注册(EAI)，提供企业内部的数据服务，内部单位可以分享所有有用数据。通过这种有差别的注册机制，实现了内外分离，保证了一些机密数据的安全。

最后，整个平台WEB 服务应用的开发是基于JAVA 组件，此种实现方式的优点是可以利用其中的EJB 组件的会话协调协议，同时将应用服务进行按类型进行分类管理，组成不同的逻辑单元。当接收到SOAP 消息时，解析SOAP 消息中的服务类型关键字，并按照顺序调用不同的后台服务器进程。如果服务器进程返回错误，则需要对请求的事务进行回滚，保证数据的一致性。

企业内部信息处理流程如图3所示。

2.2 全周期信息数据映射

由于整个造船行业中，不同类型的企业需要的船舶图形类型不同，例如船舶的设计机构需要的是船舶结构及动力学图形、生产制造企业需要的则是比较细节的制造图形，而维修企业则需要的则是船舶维修图形。虽然这些图形之间的结构完全不同，但是有些数据可以共享，所有这些图形具有很强的关联性及互补性。如果能够实现这些图像之间的相互映射，则对提高整个船舶生产效率具有明显的作用。如维修企业的船舶维修视图，反应了船舶运行时的出错数据以及维修数据，若前端船舶的设计机构及生产制造企业能够提取这些出错维修数据，应用于自身过程及流程的改进，将会提升整个船舶质量。

图3 内部信息系统交换流程Fig.3 Internal information exchange process

由于不同企业针对视图的编码类型不同，如果需要在各企业间共享各自的视图数据，完成视图间的映射，则需要完成数据间编码信息的转换及各自纠冗余信息的异构。在本文，利用约定的通过标志符UID 及利用二层数据交换来完成映射过程。第1 层数据交换解决同一单位内部不同部门之间的数据冗余及服务归并，生成对外的统一数据调度接口。第2 层数据交换统一船舶制造协会制定的交互接口，各单位把各自的数据通过统一交互接口进行封装。而原先没有自身信息数据库的企业则直接进行第2 步的数据交换步骤。这种通过各企业内部完成的视图信息数据的分封及交换，有效地降低了对中心平台的使用率，提高了整个船舶全周期信息系统的可扩展性。

图4 为此种方式的船舶各企业数据转换流程。

图4 视图映射结构图Fig.4 The structure diagram of view mapping

3 系统基于类的实现架构

本文利用J2EE的开放平台［5］进行系统的设计，架构采用STRUCTS的MAC 框架，页面部分采用SERVLET 及JSP 技术实现。

基于STRUCTS的船舶全周期信息系统架构如图5所示。

图5 基于J2EE的开发模型Fig.5 The development model based on J2EE

1)系统浏览器

来自各企业的客户端，通过浏览器发送HTTP请求来进行数据请求。

2)服务控制端

服务器端接收来自企业客户端的请求，并进行消息的解析，并最终发送给目的终端。利用STRUCTS 结构实现，Structs-config.xml 对服务器端进行属性配置操作。

3)业务逻辑

业务逻辑功能实现，对应用程序的逻辑进行管理。

4)视图模块

对于J2EE 开放平台而言，其为JSP的文件，视图本身没有业务逻辑及信息属性，可以利用框架模型进行数据的提取。

4 结 语

现代化的造船行业对于造船的效率及质量要求越来越高，在传统的基于EAI 技术的船舶生命周期数据的系统中，各企业单独对自身的数据进行存储及维护，系统架构复杂，维护成本较高，并且不利用各企业之间的信息共享。

本文研究了传统的船舶生命周期数据的共享技术的优缺点，结合现有的数据共享技术及Web 技术，设计了全新的基于Web的船舶生命周期数据的共享及管理系统，并且设计了通用标志符的展示方法及针对二维数据交换对生命周期数据进行映射。

［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］张祖国.船舶行业企业信息化建设目前面临的问题［J］.舰船科学技术，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］孙晓军.造船生产现场管理的信息化应用方向［J］.舰船科学技术，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.