开发基于J2EE架构的铁路信号设备维修信息采集系统

李国庆，李德海

十三五期间，我国在铁路建设的投入日益加大，计算机信息软件领域的技术在铁路运营和设备管理上的应用也越来越广泛。目前铁路信号设备厂家在现场对继电器、ZD6 转辙机、ZDJ9 转辙机、密贴检查器等产品进行维护维修时，对其相关信息的收集一般采用手工记录，存在信息传递不及时，后续还需人工进行电子记录转化，效率低且易出错的问题。为此，本文结合计算机软件技术，提出基于J2EE 架构及其核心技术，将设备的维修数据收集过程和数据管理追溯过程进行信息化处理，达到准确采集数据，实时传输数据，并具有统计分析功能的目的。

1 J2EE架构的发展和应用

J2EE的全称是Java 2 Platform Enterprise Edition，是一种基于Java 语言的行业开发规范，具有独立性、可移植性、安全规范性、广泛应用性等特点，在保持Java 语言平台独立性的基础上，可解决各程序间的系统接口兼容性，使软件的开发过程更加清晰和简明，是目前软件开发领域应用非常广泛的平台架构解决方案［1-3］。

2 技术架构

如图1 所示，本文提出的铁路信号设备维修信息采集系统是一个基于J2EE 的分布式架构，采用了J2EE 的三层体系，分别为表示层、逻辑处理层和数据层。

图1 J2EE三层架构体系

2.1 表示层

表示层就是应用软件呈现给用户的交互终端。用户通过表示层终端获取信息和信息输入，实现交互功能。用户通过操作界面，先登录账号进入主界面，输入转辙机、继电器等设备的铭牌信息以及现场状态数据；然后由表示层将输入的信息或指令传达给逻辑处理层，并将处理的结果以用户能识别的形式进行显示。如调用数据库数据，查看维修后的历史记录，查看数据统计分析的结果等。表示层选择Apache Web服务器作为交互界面终端服务。

在企业办公系统的基础上，开发了信息采集系统交互模块，客户端同时支持手机端和PC端。PC端即管理账号应用端口，通过Web 浏览器和HTML 网页，客户端可实现查看、调用数据；手机端的软件以实现现场数据采集和数据录入功能为主，数据调用功能为辅，凭借二维码、条形码的识别转码技术，将现场设备的信息传输至网络服务器，进而通过手机无线传输至系统的数据库。

根据企业的组织架构和人员结构，表示层采用分层网形式进行账号管理，按照级别设置账号权限，分为后台维护账号、管理者账号（部长）和操作账号（业务员）3个级别，采用单点登录方式。

2.2 逻辑处理层

逻辑处理层的主要作用是对表示层的输入数据进行业务逻辑和权限检查，根据检查结果将数据分解到对应的数据层，经数据层操作处理后，再将结果反馈回表示层。逻辑处理层的核心业务就是按照索引词调用维修数据库数据，进行查阅和统计分析。

一般情况下，逻辑处理层承担逻辑运算处理，并联系表示层和数据层，其应用服务器所承受的负载很大，而且根据应用模块功能与规模的扩展，客户端数量的增加，其负载也会逐渐加重。为解决负载问题，应用服务器利用J2EE 架构的负载均衡技术，将维修信息采集系统的关键处理分布到多台服务器。具体过程是：应用服务器在接收表示层的处理请求指令后，根据负载均衡算法，将请求指令发送到多台服务器中指定的一台。这样系统不会因为某台服务器的中断而导致整体的中断，容错率有效提高，也提高了系统的稳定性。

对于50 人以下的应用服务，可以采用Tomcat Application Server［4］；对于50～300 人的应用服务，可以选用 Resin Application Server［5］；对于高端的应 用 ， 可 采 用 IBM Websphere［6］， Bea Web Logic［7］，SUN ONE Application Server等典型服务器。本系统采用了Resin Application Server。

如图2 所示，根据需要进行现场维修的流程设计，并对登录、发起信息录入、扫描识别设备、确认设备信息及修改、选择维修项目、保存数据、上传数据、调用数据分析等流程设计相应的处理命令，包括信息采集功能的逻辑处理，负责发起信息采集命令、调用手机端程序命令、数据转换命令、数据传输命令，及数据储存和数据调用命令等，根据程序语言构建各个功能模块之间的逻辑关系。

图2 现场维修服务流程

2.3 数据层

数据层功能上主要由数据存储功能的数据库和处理、缓存数据的Java Bean 组成。数据库的管理模型见图3，分为主数据库和二级子库。主数据库包括基础信息库、业务数据库和其他信息库。其中基础信息库包括组织信息数据、人员信息数据、维修单位数据二级子库；业务数据库包括产品设备数据、故障及编码数据、维修故障数据二级子库；其他信息库为扩展的生产数据调取功能，预设相关数据接口，从企业MES、ERP FRCAS 等系统抽取生产物料信息、产品追溯信息等。根据设置的管理权限分级别调取相应数据，实现不同权限的数据查看功能，甚至是数据归类分析功能。

图3 数据库管理模型

设备维修信息采集系统采用数据库链接池技术［8］，提供应用所需要的数据库链接，并将一些比较庞大的数据放入系统进行缓存，以提高数据访问的速度和数据处理的效率。系统利用大型数据库提高数据存储能力，储存继电器、转辙机等设备的现场维修数据及相关系统业务数据。系统支持SQL Server 2000［9］及以上版本、以及 Oracle 等可容纳大量数据的数据库产品。

在数据库的设计上，设置维修地点、用户单位、维修时间、工作者、产品编号、维修项目、故障类型等数据字段，并规定其数据类型。这些子数据库的设立为表现层的应用提供必要的数据支持，同时构建了整体的维修业务数据库，实时动态更新的数据为具体的业务分析和管理决策提供了信息参考。

3 系统实例

根据需求（见图4），将系统的功能分为数据采集功能和数据查询统计分析功能。

图4 系统功能图

3.1 数据采集功能

在手机终端安装APP 软件，使用其摄像头扫描设备的编码条，或手动按照编码条的数字录入软件。在手机软件中，以工作者账号登录后，进入维修信息上报功能界面，点选铭牌信息扫码，用手机摄像头扫描产品出厂附带的设备条码后，软件会自动显示设备的序号、产品规格型号、出厂日期等信息；然后填选故障类型、维修方式、维修时间地点等维修项目信息，并点击提交，将产品的维修记录数据录入到系统存储区。同时产品维修记录通过手机网络，定时连接VPN 传输至数据服务器，最终完成数据的采集录入过程。

3.2 数据查询统计分析功能

服务器的管理界面可以对现场采集的数据进行整理和统计分析，见图5。管理界面可看到数据统计图，包括问题分类统计、当月数据曲线和按人员上报的统计图等，此处显示的视窗也可由后台维护权限根据需求进行设置，如按维修设备种类的统计图、按用户单位分类统计图等。

图5 数据统计视窗

通过软件的数据统计检索管理功能，可以调出相应的数据报表，按照设置的维修人员、日期、时间、产品分类、用户单位、问题类型等关键词进行检索，检索出的表格可以文本文档的形式导出。同时，还设置了与企业其他信息化管理系统的互联接口，既可以调用生产物资、质量等信息数据，也可以反向上传维修记录动态，更新企业产品追溯信息数据，相当于初步构建了产品的运维数据库，填补了企业设备追溯系统中在用设备维修数据的动态管理功能。

4 结束语

基于J2EE 的设备现场维修数据采集系统的管理应用平台，目前已应用于西安铁路信号公司现场维修铁路信号设备的过程中，运行稳定，已实现了最初的设计目标。自公司内使用该信息化数据采集系统后，不仅实现了现场数据的采集和传送，还实现了数据的统计整理和追溯功能，与公司OA 自动化办公系统和ERP 系统相关联，实现了业务流程互通和数据互通，并为之后搭建企业FRCAS 平台预留了功能和数据的关联接口，保持企业信息化体系的扩展性、兼容性，是一次将信息化技术在铁路信号维修领域的成功应用。