云平台环境下的采煤机设计数据汇交系统

陈思红，丁 华，杨 琨

（1.太原理工大学机械与运载工程学院，山西 太原 030024；2.煤矿综采装备山西省重点实验室，山西 太原 030024）

1 引言

采煤机在设计、生产、运行、监测、优化、评价、研究工作中产生了海量数据，这些数据是煤机装备科学数据的重要组成部分，是实现采煤机信息化和智能化的基础。随着计算机网络的快速发展，国内外学者相继开展数据共享的研究工作[1−5]，构建网络化、智能化的管理和应用服务为一体的共享服务体系也已经成为煤机行业首要任务。在实际加工中企业产生的采煤机设计数据具有种类复杂、分散性和多源异构性等特点，数据收集困难，构建采煤机设计数据汇交体系，实现数据高效汇交与共享，不仅为煤机装备科学数据的集成研究奠定了数据基础，而且在采煤机设计与生产中也具有指导意义。随着计算机与现代网络的发展，许多学者将其应用到采煤机的现代设计中，实现了采煤机异地选型系统[6]、采煤机数字化设计系统[7]、采煤机零件参数化CAD系统[8]、采煤机动力学分析系统[9]的开发，构建了基于云化QFD的采煤机服务制造模型[10]。这些应用研究虽然都为采煤机设计提供了一定的数据支撑，但是具有单项建设、单一应用的特点，缺乏对采煤机整个设计周期的规划、数据资源的应用，造成了数据资源的流失与浪费，无法实现数据共享，因此，构建更安全、更高效的设计数据汇交体系与共享方式成为采煤机信息化建设的迫切需求。

针对采煤机数据共享的实际需求，研究了采煤机在设计过程和煤矿生产中数据的特征，提出了基于云平台的采煤机设计数据汇交体系和数据汇交技术流程，并对汇交系统功能进行分析，开发了数据汇交系统，实现了采煤机设计数据高效汇交，为采煤机数据共享服务的数据集成奠定了基础。

2 基于云平台的汇交体系架构

2.1 汇交体系架构

数据汇交是以网络为媒介实现数据的共享，在网络、数据库以及中间件等先进技术的支撑下，构建了基于云平台的采煤机设计数据汇交系统体系架构，如图1所示。

图1 基于云平台的采煤机设计数据汇交系统体系架构Fig.1 The Architecture of Collection System of Shearer Design Data Based on Cloud Platform

基于云平台的采煤机设计数据汇交系统体系架构设计了3种云服务，划分了5层体系结构，利用互联网技术对数据资源集成化管理，实现对数据资源的科学性应用。其中，物理层（即云存储服务）是整个体系的基础，由计算机虚拟化资源和网络资源组成；云平台层（即采煤机设计数据汇交与整合服务）由数据源、数据汇交和数据集市组成，用户通过采煤机设计数据汇交系统，实现对元数据和数据实体的高效汇交。应用层将所有资源和功能集成化，以基础服务和专题服务、应用服务及下载服务的形式呈现，满足用户层中不同用户的需求。

基于云存储数据汇交体系的搭建不仅能够自动提供虚拟基础架构和集群化管理模式，实现系统的统一维护与管理，而且还采用分布式离散存储策略，保证汇交数据的完整性与安全性，提高数据共享效率和存储效率。

2.2 汇交工作流程

采煤机设计数据汇交是一项跨专业、跨部门、跨地区集成数据的研究工作，针对“数据的获取与整理—数据的汇交与审核—数据的管理与发布”整个数据产品生产与共享的过程，设计了数据汇交工作流程，如图2所示。在采煤机设计数据汇交工作流程中，每一个关键步骤都要遵循汇交数据标准规范，以保证汇交用户能够有序完成数据汇交，数据中心能规范数据汇交工作、确保设计数据产品的高质量。用户在登录采煤机设计数据汇交系统后，在相应的网页中，提交元数据、数据实体，并填写相关数据凭证，进一步详细地描述设计数据产品。数据产品在汇交审核环节后，数据中心管理员根据审核结果，编写数据质量报告，以便后续对数据产品的分类与管理。

图2 汇交工作流程Fig.2 Collection Workflow

3 系统功能设计

在对数据汇交过程中，数据中心管理员需要对用户汇交的每个环节、要素进行有效监督和管理，及时了解汇交动态，保证汇交用户可以实现数据的有序汇交和科学汇交。采煤机设计数据汇交系统提供汇交注册、数据汇交、汇交审核、数据管理和系统管理等功能。

3.1 汇交注册

汇交注册是数据中心对数据汇交资格的唯一认证，也是建立汇交数据产品的唯一标识，有助于用户快速实现设计数据的汇交。普通用户通过汇交注册和实名认证后，成为汇交用户，可以根据网站内部的采煤机科学数据汇交标准规范以及汇交流程文档的指导，实现数据实体和相应元数据的在线汇交。

3.2 数据汇交

数据汇交主要是在用户汇交注册后，实现在线汇交的功能。采煤机设计数据汇交是实现远距离的共享汇交，采用以Web Service 服务为实例的传输方式，在汇交数据的同时，需要填写相关数据凭证，并提交数据产品说明文档，为统一化数据管理奠定基础。

3.3 汇交审核

汇交审核是数据管理中心确保上传的数据产品科学性的主要手段，对该系统专题服务、应用服务等功能提供了保障，有利于深层挖掘设计数据产品的价值，促进数据产品的广泛应用。

数据审核采用以数据领域专家团队为主，数据中心管理员为辅的审核方式来确保数据品质。数据领域专家团队主要由采煤机企业高管和高级工程师、科研机构资深研究员组成，对数据内容严格把控，保证数据科学性和实用性。数据管理员主要对数据产品进行二次标准审核，完成入库管理和发布数据。

3.4 数据管理

数据管理主要是数据中心管理员对审核后的数据产品进行入库管理和发布数据的功能，同时也可以对数据实体和元数据编辑，完成数据的更新。数据管理不仅是实现对汇交数据的管理而且也是对“汇交注册—数据汇交—汇交审核”整个模式中产生的数据凭证进行管理，例如：数据技术说明文档、数据汇交申请表和数据质量报告等。

3.5 系统管理

系统管理主要是为系统运行和维护过程，提供技术保障和管理功能。其中，为了更好地实现用户的权责分明和促进系统管理员对用户的管理，进行了明确的权限划分，在采煤机设计数据汇交系统中，用户被划分为4个层次，分别为数据中心管理员，审核专家，汇交用户，普通用户。

4 关键技术

采用B∕S（Browser∕Server 浏览器∕服务器）的三层体系架构、利用C#语言、Ajax、Web Service等技术，在Visual Studio.NET2010开发平台，完成对采煤机设计数据汇交系统的开发，实现了基于Web的数据汇交、审核和管理等功能。

4.1 Ajax技术

由于采煤机设计数据汇交任务量大，用户范围广，为了解决系统运行时带来的服务器端负载高、服务器工作效率低和站点性能差等问题，通过Ajax 技术，使汇交用户同时提出一个或多个Web服务器请求，XML HttpRequest可以同步或异步返回Web服务器响应，降低了与服务器之间通信的数据量，加快了汇交用户请求的响应时间，实现了用户与Web服务器高效交换数据。

4.2 采用Web Service技术的数据传输

采煤机设计数据具有学科领域广泛、实验周期长、数据类型复杂多样、数据分散性和数据多源异构性等特点，通过采用以Web Service 服务为实例的数据传输方法，实现松散耦合环境下的数据传输，如图3所示。

图3 数据传输Fig.3 Data Transmission

4.3 邀请领域专家参与的数据审核

由于采煤机设计数据具有针对性强、领域性强等特点，所以汇交审核以邀请领域专家为主，实现“选定类型、一对一”的数据审核方式，如图4所示。采煤机数据管理中心根据待审核数据产品类型，以Email的形式邀请特定类型专家对数据产品审核，并根据专家审核结果对数据进行二次审核，将最终审核结果反馈给汇交用户。邀请领域专家与数据中心管理员共同审核的方法，能够确保汇交数据的正确性和规范性。

图4 汇交审核方案Fig.4 The Scheme of Collection Review

5 应用实例

以某煤机装备设计制造企业汇交设计产品数据为例，职员在采煤机设计数据汇交系统完成登录、汇交注册，实名认证后，进入数据发布环节，将数据产品上传至数据中心，并上传数据实体说明文档。数据产品汇交界面，如图5所示。

图5 数据产品汇交Fig.5 The Collection of Data Products

数据中心管理员根据数据产品的类型以及数据关键字选定CAE 分析专家，以Email的形式发出邀请，专家根据特定的汇交审核ID和密码登录采煤机设计数据汇交系统，在线下载设计数据产品的所有资料，进行数据审核。数据中心管理员根据系统审核记录对该数据产品进行二次审核，并根据专家给出的审核意见记录，最终评价该设计数据具有创新性和实用性，确定发布数据。管理员根据已汇交的相应元数据将该产品实体整合并提交至专题数据中的CAE分析库中，完成数据发布，并对元数据进一步整合、编写，汇入元数据库中，该数据将可以被其他用户在专题服务中浏览、下载，实现一定意义的数据共享。

6 结论

云平台环境下的采煤机设计数据汇交系统采用Ajax与Web Service相结合的Web系统框架，实现了松散耦合环境下的实时交互，并且通过邀请领域专家与数据中心管理员共同参与的数据审核方式，保证了汇交数据产品的科学性。

该系统不仅有利于实现各地采煤机设计数据的收集与整合，而且为设计人员提供了交流平台，为煤机装备的资源集成化、设计数字化、运行网络化、管理信息化和服务智能化起到了重要作用。