基于構件的電力計量中心運營管理系統設計

摘 要：針對江蘇省電力計量中心運營管理系統工程建設需要，介紹了基于構件的軟件復用技術在該系統建設中的應用思路，重點討論了基于構件技術的系統設計與實現，包括系統架構、典型業務構件設計與實現、領域構件庫設計、構件組裝應用系統等，提供了一種新的系統建設思路。

關鍵詞：運營管理系統 軟件復用 構件技術 業務構件 構件庫

中圖分類號：TP311.11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0018-04

近年來，國家電網計量工作緊緊圍繞“一強三優”戰略目標，計量工作質量和效率不斷提高，計量管理水平穩步提升。隨著“五大”體系的深入建設，省公司電力計量中心作為一個全新的機構，需要著力新建業務體系和信息支撐系統，需要進一步總結、提升省級電力計量中心信息系統建設水平，研究建設省電力計量中心運營管理系統（文中簡稱“運管系統”）。

本文介紹了省電力計量中心業務構件模型，業務構件以及構件庫的設計開發，基于構件庫進行構件組裝系統開發的過程，探討了一種省級電力計量中心信息系統設計的新方法、新思路，為電力信息化工程和建設大型復雜系統提供一定的借鑒。

1 系統組成及特點

省電力計量中心運營管理系統包括作業設備層的自動化庫房、AGV（自動導引運輸車，Automated Guided Vehicle）、機器人、檢定臺等設備，調度控制層的集中調度控制系統、自動化庫房調度系統、AGV調度系統、機器人控制系統和檢定臺控制系統，管理層的生產調度系統和監控展示層的運營監控系統，如圖1系統組成圖所示。

系統具有如下特點。

（1）業務功能繁雜，且涉及多技術領域。

（2）業務子系統多，接口多，集成難度大。

（3）作業設備種類多，數量多。

（4）數據種類多，海量數據，交互復雜。

（5）系統建設周期長，需求多變。

（6）包括超大規模智能電能表全自動檢定系統，需滿足年檢定1000萬只智能電能表的生產能力。

（7）各網省公司業務不完全相同，需要各自定制或移植開發。

從信息化建設角度來講，運管系統屬于大型電力信息化復雜系統，不宜用傳統的電力系統的開發模式來設計開發，因為傳統的電力系統的開發模式已表現出它的缺點。

前端需要大量的維護工作；用戶界面和應用模塊混在一起，無法實現業務的封裝；隨著用戶不斷變化的要求帶來大量的版本和硬件更新，造成人力、物力的資源浪費；前端大量的數據查詢和計算，加重了網絡的負擔不便于管理。并且傳統的軟件工程是以數據流為中心，以結構化設計為基礎，不支持大粒度繼承和封裝，這些都使得設計出來的系統難于擴展、不易維護，難以適應電力計量系統的新要求。

針對以上特點和問題，為了降低系統開發難度，提高系統開發效率，減少系統的部署和維護成本，并考慮將來系統移植和擴展的需要，我們基于軟件復用，采用構件技術來設計與實現省電力計量中心運營管理系統。

2 軟件復用及構件技術

軟件復用（Software Reuse）是將已有軟件的各種有關知識用于建立新的軟件，以縮減軟件開發和維護的花費。軟件復用是提高軟件生產力和質量的一種重要技術。

構件（Component）技術是軟件復用的關鍵因素，也是軟件復用技術研究的重點，可被用來構造其他軟件。構件是面向軟件體系架構的可復用軟件模塊。構件是可復用的軟件組成成份，可被用來構造其他軟件。它可以是被封裝的對象類、類樹、一些功能軟件工程中的構件模塊、軟件框架（Frame

work）、軟件構架（或體系結構Architectura

l）、文檔、分析件、設計模式（Pattern）等。構件定義如下：構件是指一個對象（接口規范、或二進制代碼），它被用于復用，接口被明確定義。構件是作為一個邏輯緊密的程序代碼包的形式出現的，有著良好的接口。像Ada的Package、Smalltalk-80和C++的class和數據類型都可屬于構件范疇。但是，操作集合、過程、函數即使可以復用也不能成為一個構件。開發者可以通過組裝已有的構件來開發新的應用系統，從而達到軟件復用的目的。

目前，軟件開發已經走過面向過程、面向對象，走進面向構件的開發。

3 電力計量業務構件

3.1 業務構件概念

業務構件是根據現實業務抽象出的一個個獨立的業務活動對象，它是對自治的業務概念或業務過程的軟件實現，表達某個相對獨立的業務功能。業務構件是較大粒度的構件，便于分布式系統功能的封裝，業務構件應該定義完善的對外接口，而內部則應該被很好地封裝起來，使得每個業務構件相對獨立，這樣一來，對某個業務構件進行修改或者新增業務構件時，就不會影響整個系統架構，從而也增強了系統的靈活性和擴展性。業務構件的獨立是相對的，一般通過與其他業務構件集合成為業務構件層，它是系統的核心，實現系統所有主要的業務邏輯。

綜上所述，業務構件應具備以下特點。

首先，業務構件的分解是正交的，即如果業務需要發生變化，只影響該需求的業務構件，而不會影響其他業務構件。

其次，業務構件應該有明晰的接口，便于調用，能夠適應復雜的網絡環境，易于理解、管理、組裝和復用，即具有穩定性。

第三，業務構件應該具備實用性，它總是為實現特定的業務功能而存在的。

3.2 電力計量業務構件模型

構件模型（Component Model）是對構件本質特征及構件間關系的抽象描述。在基于構件、構架復用的軟件開發中，構件模型是整個開發的基礎和核心，統一的構件標準是成功復用的基本前提。

電力計量業務構件模型是在研究構件概念模型的基礎上，結合電力計量業務抽象精簡而成，如圖2電力計量業務構件模型圖。

電力計量業務構件模型由5種元素組成，構件（Component）中包括了接口（Interf

ace）、實現體（Implementation）以及內部結構（InnerStructure）。

4 基于構件的系統設計與實現

構件化軟件開發的過程，包括面向復用的需求與建模、構件化軟件設計與實現、面向復用的軟件過程管理和資產管理三部分。本文重點探討構件化軟件設計與實現，內容包括使用面向復用的需求與建模部分得到的需求規約作為輸入，使用面向復用的軟件管理方式進行過程管理，從面向復用的資產庫中提取構件進行組裝，建設應用系統等。

4.1 系統架構

電力計量中心運管系統的體系架構如圖3系統架構圖所示，系統劃分為設備、數據、應用服務、應用系統和終端應用五個部分。

4.2 電力計量構件開發管理

電力計量構件開發管理流程，如圖4計量構件開發管理流程圖所示。

在業務需求過程分析中，發現系統中公共的業務應用有必要封裝成業務構件，以便復用，可以向構件管理機構提出構件開發申請；由申請人進行申請備案并告知召集人，并召開必要性評審會議；召集申請人、構件設計人、開發人員開會討論此構件開發是否必要；指定設計人員出具構件設計方案及指導書；指導開發人員開發構件源代碼；評審構件源代碼，并提交評審記錄。

4.3 電力計量構件設計

基于構件化設計思想，將龐大而復雜的電力計量中心運管系統業務抽象切分成相對獨立較小的對象，基于某種技術標準封裝成可復用的構件，系統組裝時可重復使用，可以實現無代碼的可配置的二次開發模式，從而提高平臺的擴展性，縮短業務應用系統的開發周期，提升業務應用系統穩定性和可靠性。以檢定管理構件及其相關業務構件為例，說明電力計量中心運管系統的構件設計。

（1）系統業務分析。

如圖5電力計量業務構件設計過程圖所示，首先提煉業務構件共同需求點，提取生產運行業務構件，以檢定管理業務為例，包括檢定管理構件、倉儲管理構件、驗收管理構件、運行管理構件、質量監督構件。

基于J2EE標準建模和設計構件：通過業務分析過程，提煉出各業務構件共用性較強的通用構件，即基礎構件/底層構件，主要是綜合常規對數據庫的增、刪、改、查詢操作，封裝成通用構件，完全脫離業務邏輯，可以獨立運行。這樣大大降低了構件對數據層的依賴性，從而減輕構件之間的耦合度，如圖6典型業務構件設計圖所示。

（2）業務構件細化處理。

如圖7構件內部組成圖所示，檢定管理構件可以細化為檢定方案管理組件、檢定計劃管理組件、制定任務和分配任務組件、檢定/檢測/校準組件等；倉儲管理構件可以細化為出庫管理組件、入庫管理組件等；驗收管理構件可以細化為到貨后全檢驗收組件等；運行管理構件可以細化為運行表抽驗等組件；質量監督構件可以細化為檢定質量核查組件、庫存復檢組件、委托仲裁檢定組件、臨時檢測組件、委托檢定組件、人工復檢組件等。

接口的定義是構件設計與實現的焦點，業務構件中對各個業務功能需要相互協作的接口都給予了明確的定義包括接口內的方法、方法參數及返回類型等。

構件對外是以接口的形式提供使用的，具體實現細節是隱藏的，構件開發是采用面向對象的方式，面向接口編程開發的。使用者無需關心構件的具體實現，通過API的方式來相互調用。

（3）構件封裝。

檢定管理構件是通過小粒度的構件組封裝成在電力計量領域可復用的大粒度業務構件，里面包含編制檢定方案，根據方案編制檢定計劃，然后根據計劃制定出樣品比對檢定任務或制定檢定/檢測/校準任務，完成檢定管理的業務功能。

（4）注冊/發布構件至構件庫。

通用構件、業務構件開發完成后，針對不同的構件編寫對應的幫助文檔/手冊，即JAVA典型的API幫助文檔，包括接口名稱，屬性說明，參數聲明，異常處理機制等信息。最后構件以JAR的形式注冊到構件庫中，并配有構件相關較為詳細的描述文件。

4.4 電力計量構件庫

電力計量構件庫是電力計量中心運管系統構件的有機組合，根據構件的使用范圍，將電力計量中心運管系統的構件分為3個層次，如圖8電力計量構件庫組成圖所示。

框架構件：框架構件是指軟件開發和運行所采用的框架，根據電力計量中心運管系統的實際情況采用多種開發框架和運行框架（B/S與C/S兩類），同時框架構件中包含一些常用基礎技術組件，如用戶界面管理、數據管理、日志管理等。

通用構件：可以被電力計量中心共享的構件。此系統中主要的通用構件包括通信構件、操作構件、構件設計工具等，實現這些服務的構件可在電力計量領域內復用。

業務構件：即電力計量領域構件，是針對省電力計量中心的特定系統設計開發的業務功能構件，是與領域相關的，在電力計量領域內有一定復用價值。這些服務的實現嵌入了電力計量中心所特有的業務功能，如電能表檢定管理、檢定調度等。

4.5 電力計量構件組裝

系統開發就是電力計量構件的組裝過程，從系統的實際情況出發，采用內部組裝和外部組裝兩種構件組裝形式。

內部組裝：生產調度系統從計量構件庫的管理構件中選取相應的業務構件，以二次編程或連接件的形式來組裝一個業務系統。在這種情況下，構件被集成進一個系統，并成為系統的一個固有的內在部分，以源碼或可運行代碼（如JAR包）的形式存在。

外部組裝：調度構件單獨部署運行，通過進程間通信等方式與機器人控制系統、檢定臺控制系統等其他構件進行通信，實現全自動檢定各子系統的集中調度，在這種情況下，構件以獨立的程序形態運行。

外部組裝：調度構件單獨部署運行，通過進程間通信等方式與機器人控制系統、檢定臺控制系統等其他構件進行通信，實現全自動檢定各子系統的集中調度，在這種情況下，構件以獨立的程序形態運行。

4.6 基于構件的電力計量中心運管系統

江蘇省電力計量中心運管系統已經開始試運行，從系統的設計實現過程和試運行的實際情況來看，已經初步達到構件化設計與實現的目標，制訂了省電力計量中心業務構件技術標準，實現了多個領域核心業務構件的開發，建立了省電力計量中心業務構件庫和構件庫管理系統，實現了構件組裝式快速開發，尤其是在多系統的復雜集成方面，體現了構件化軟件開發的優勢，達到軟件復用的目的，提高效率，降低成本。

5 結語

本文介紹了構件化設計與實現省電力計量中心運管系統的開發方法，將通用的功能進行封裝，建立電力計量構件庫，對調用者只提供相應的構件接口，而不必關心內部的方法及操作的實現，降低了系統各部分之間的耦合性，減少了系統內部功能的相互依賴，能夠很好地解決系統中面臨的復雜問題，提高了系統的兼容性、可移植性，使系統獲得了擴展能力強、成本低、使用靈活、可靠性高等優點。

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