TOGAF在數字鐵路頂層設計中的應用研究

羅翔

摘要：企業架構設計是數字鐵路建設的基礎。本文在對鐵路運輸和信息化現狀的認識基礎上，介紹了企業頂層設計的開放群組架構框架（TOGAF）模型，闡述了架構規劃各階段內容，分別說明了業務架構、應用架構和數據架構中的基線架構以及目標架構的規劃方法，和技術架構的規劃內容，并設計了總體架構規劃路線圖和數字鐵路信息系統基本結構圖。解決各架構層次中基線架構到目標架構的遷移路線，完成數字鐵路頂層架構設計，以提升鐵路的運輸能力，加快數字鐵路建設。

關鍵詞：TOGAF；數字鐵路；EA；架構設計

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1引言

數字鐵路規劃研究的本質，是對鐵路運輸信息系統進行頂層設計，即企業架構（Enterprise Architecture）設計。加快數字鐵路建設，消除信息化孤島現象，充分開發利用信息資源，必須從企業架構設計入手，進行數字鐵路規劃、數字鐵路企業架構規劃與設計，避免信息化主線的缺乏，實現IT與業務的一致，促進鐵路信息化發展方式的轉變[1]。

企業信息化的目的，是為企業提供無邊界信息流動能力，實現充分的信息共享，并在此基礎上利用計算機的處理能力，實現自動化和智能化應用，提高生產效率和決策水平。企業架構設計是對企業信息化布局的戰略性規劃，是一門復雜的系統科學，需要系統的方法論支撐[2]。

2TOGAF簡介

目前業界常見的企業架構設計方法有Zachman、TOGAF、FEAF、DoDAF等方法，其中國際開放群組（TOG）的開放群組架構框架（The Open Group Architecture Framework，簡稱TOGAF）具有通用開放、過程完備、參考信息豐富等優點，是目前最為開放、使用最多的規劃方法論，是非專用領域企業架構設計的首選方法論。TOGAF從業務架構、應用架構、數據架構、技術架構四個角度來描述企業架構，提供了完整的架構開發方法（ADM），定義了詳細的架構制品結構，并提供了大量可供參考的資料和最佳實踐[3]。

TOGAF總體架構組成如圖1所示：

圖1 TOGAF總體架構

TOGAF繼承了主流EA設計的理念，將企業架構分解為業務架構、應用架構、數據架構、技術架構四個部分。業務架構是對機構關鍵業務戰略及其對業務功能和流程影響的表達，業務架構定義了機構行使職能的目的、如何行使職能以及機構部門內外的協作關系。應用架構對部門當前應用系統狀態進行描述，并需要理清應用系統間的交互關系、應用與核心業務、管理對象的對應關系。數據架構描述了邏輯數據、物理數據資產及管理數據資產的結構，并建立關鍵信息流模型，描述業務事件的關鍵輸入、輸出信息，為應用架構提供數據支持。技術架構給出了實現應用架構與數據架構的技術途徑[4]。

在TOGAF框架的基礎上，將數字鐵路總體架構規劃分為6個階段，如圖2所示。

圖2 架構規劃階段

其中各階段規劃內容為：

預備階段：確認業務目標、驅動力和約束；界定被影響的組織范圍和項目范圍；描述企業組織結構，識別利益相關者、關注點和業務功能需求；確認企業架構治理和支持的框架，并對其架構開發和治理組織結構提出建議；選擇和定制架構框架；識別架構原則，包含業務原則和架構原則；選擇、確定并實現架構工具；簡要描述企業的關鍵業務流程和業務能力改進要求，評估業務能力現狀和接受業務轉型的準備情況；識別業務轉型風險和減緩活動；開發企業架構計劃初稿，安排內部資源。

愿景階段：在業務資料基礎上，確認預備階段準備的內容，形成架構愿景和架構工作說明書，并通過企業管理層評審。

業務架構階段：在前期調研的基礎上，詳細描述基線業務架構和目標業務架構，分析兩者的差距，并定義改進路線圖。

信息系統架構階段：可與業務架構交叉并行進行，包括數據架構和應用架構兩方面的內容。

遷移規劃階段：提供實施路線圖和實施計劃。

需求管理階段：貫穿于整個規劃活動的始終，其目的是有效管理架構中產生的各項需求，保證最終產品與需求一致，每項需求都得到處理。

3架構設計技術路線

3.1業務架構

業務架構對應數字鐵路優化業務組織流程的需求，把企業的業務戰略轉化為日常運作的渠道。業務戰略決定業務架構，它包括業務的運營模式、流程體系、組織結構、地域分布等內容。業務架構需要分別描述基線架構（現狀）和目標架構。

數字鐵路的基線架構在現狀分析報告中，從組織、職能/服務、流程、交互、信息等不同角度，對鐵路運輸的業務現狀進行描述。包括：通過組織分解圖描述組織結構現狀，通過功能分解圖、用例圖描述組織功能，通過流程圖描述關鍵業務過程，通過業務互動矩陣描述業務間的關聯交互，通過業務服務/信息圖描述業務涉及的主數據。

目標架構在業務架構規劃報告中，包括對運輸組織模式、組織機構的創新分析和目標架構定義兩部分。創新分析運用價值鏈分析技術，分析鐵路運輸管理模式及信息化支撐手段，借鑒國內外先進管理理念，去除僵化繼承的國鐵方式；運用戰略規劃技術，對現有運輸業務流程進行優化和再造，在無邊界信息流的前提下，重新審視業務活動，去除因信息流通問題產生的額外活動，重新定義組織職責，重組或新建鐵路運輸各個專業信息系統，構建鐵路智能運輸系統，實現覆蓋企業的數字鐵路建設藍圖。

目標架構定義部分使用的工具與基線架構類似，通過組織分解圖、功能分解圖、用例圖、流程圖，描述優化后的組織結構、職責和關鍵業務流程；通過業務互動矩陣，描述優化后的業務活動關聯；通過業務服務/信息圖，描述目標系統中的業務服務和企業主數據的關聯關系。

3.2信息系統架構

IT架構是指導IT投資和設計決策的IT框架，是建立企業信息系統的綜合藍圖，包括數據架構、應用架構和技術架構三部分。數據架構定義了組織級數據的邏輯結構和物理結構，應用架構提供了企業所需應用系統的藍圖，技術架構描述了運行業務、數據、應用服務所需要的IT基礎設施。數據架構、應用架構和技術架構同樣需要從基線、目標兩個角度進行描述，并通過兩個架構的對比分析，找出差距，定義實現目標架構的路線圖。

3.2.1應用架構

由于數字鐵路可借鑒的國內外經驗較多，目標相對比較明確，應用架構可采取目標優先的迭代方法，重點描述目標架構。但在次序上，考慮調研進度安排，仍先描述基線架構。

基線架構描述要根據調研了解鐵路板塊現有的信息系統，列出應用組合目錄，并通過系統/組織矩陣，描述出應用系統和組織機構的對應關系；通過系統/功能矩陣，描述出應用系統的主要功能職責；通過接口目錄，列出應用間現存的接口。

目標架構設計首先根據業務架構的功能分解圖、用例圖、流程圖等輸出，設計目標系統的流程/系統實現圖、系統/功能矩陣、系統/組織矩陣，構建目標應用架構的基本結構（圖3）。通過應用互動矩陣，描述出目標應用系統間的交互和依賴關系。通過接口目錄，列出目標系統應包括的接口。

圖3 應用基本結構

在已建立的目標應用基本結構的基礎上，通過軟件工程圖（實現圖）對應用進行分解，拆分成粗粒度的服務；通過軟件分布圖（部署圖）描述應用系統在基礎設施上的分布，建立應用和技術架構的關聯。根據應用拆分的結果，形成應用規模和成本估算；根據應用對基礎設施的依賴，形成對技術架構的基本需求。

對比基線架構和目標架構，通過差距分析，找出目標架構和基線架構的區別，提出升級、購買、研發方面的建議；對可升級軟件，分析各鐵路公司既有產品的特征，提出升級建議。通過應用遷移圖，對上述分析結果進行描述。

3.2.2數據架構

根據基線業務架構的業務服務/信息圖，了解既有系統的基本數據內容和處理過程，建立基線數據架構。

根據目標業務架構的業務服務/信息圖，找出目標系統的主數據；根據業務互動矩陣和應用互動矩陣，找出主數據間的依賴、關聯關系；通過流程圖，建立主數據處理流程。在此基礎上，建立系統/數據矩陣、類圖（僅針對主數據）、類階層圖、數據散播圖，描述目標數據架構。

對比基線數據架構和目標數據架構，通過差異分析，提出數據過渡方案，通過數據遷移圖進行描述。

3.2.3技術架構

技術架構設計要根據應用架構和數據架構規劃的結果，找出對基礎設施的需求，通過基礎設施目錄進行描述，定義對基礎設施規格、配置、質量屬性、服務接口等的需求。進一步的技術架構規劃工作，需要根據企業的技術路線、要求，共同開發完成。

技術架構通過提供技術服務和管理服務來保證應用功能的實現。技術架構定義了支持一種或多種應用所需要的中間件、技術服務和系統軟件等等。技術架構包含執行架構、運維架構、開發架構、基礎設施架構及安全技術五大體系。執行架構是指信息系統運行和部署的支撐環境，包括用戶交互、應用邏輯、應用集成與信息共享4個方面。運維架構是指為維持信息系統運行所需的各種服務，包括運維安全管理、網絡系統管理、業務連續性保障、服務管理、配置管理和物理環境管理以及相關的規章制度和管理流程等。開發架構是指支持信息系統開發所需的環境、工具和相關標準與規范。基礎設施架構是指支撐應用系統運行的硬件、網絡、系統軟件以及相關安全性、可用性和性能等。安全技術包括執行架構中身份和訪問管理、開發安全管理、運維安全管理和集成架構安全等方面。

4結語

企業架構規劃是企業提高業務能力、實現發展戰略的重要環節。數字鐵路建設涉及內容較多，本文僅從總體架構規劃方面進行了深入研究，將TOGAF方法應用到數字鐵路的EA設計中來，提出了業務架構及信息系統架構設計的技術路線，為數字鐵路建設的頂層設計提供了方法支持。

參考文獻：

[1]劉忠東，張千. 基于SOA的鐵路信息化架構研究[J]. 鐵路計算機應用，2014，11：20-23.

[2]彭川. 關于企業信息化頂層設計的研究與思考[J]. 中國管理信息化，2014，10：40-42.

[3] The Open Group.TOGAF Version 9：The Open Group Architecture Frame-work[M].Apr， 2009.

[4]李爽爽，沈瀲，韓懿. 基于TOGAF的交通運輸數據中心總體架構設計研究[J]. 上海船舶運輸科學研究所學報，2012，02：30-33.