【毕业学位论文】（Word原稿）特种设备动态监管系统的设计与实现-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 特种设备动态监管系统的设计与实现 of 要 摘要 随着社会和经济的不断发展，特种设备越来越多的应用于人们的生活和工作中，但由此带来的监管困难安全事故频发等问题也越来越突出。建立特种设备动态监管模式实施信息化系统已迫在眉睫。 本文首先通过分析国内外特种设备发 展和管理现状，提出了特种设备动态管理的重要性和必要性，以我国对于特种设备相关法律法规和特种设备日常安装使用及监管业务流程入手， 深入分析了建立实现特种设备动态信息监管系统所需的相关内容。 随后介绍了实现特种设备动态信息监管系统所需的技术手段和技术应用优势，并根据系统总体目标和需求按照相关规定及标准设计了特种设备动态信息监管系统的总体结构及各功能模块。利用 发 方案实现系统的前台应用开发， 建立 了基于 C/S 和 B/S 混合结构模式 。通过分析系统所涉及的内容利用 0g 系统设计实现 了系统 数据库 。 最后介绍了特种设备动态信息监管系统具体的实现过程并以具体特种设备动态信息监管中的应用为例实际证明了该系统具有 强大 功能 ，利用信息化的手段，实现 了动态 管理的目标，有效地提升 了特种设备管理 水平 ，使特种设备管理工作向更高效 、 更便捷、 更精细的方向发展 。 关键词 ： 特种设备 ,动态监管 ,作流引擎摘要 of of is in s to of is It is to up a in to a of of on a to up a a on of of of eb to a of a up a , of a of of of a 录 录 摘要 . . 一章 绪论 . 1 第一节 研究背景 . 1 第二节 特种设备安全管理现状 . 1 种设备基本情况 . 2 种设备安全状况 . 3 第三节 特种设备安全管理在国内外的发展 . 4 第四节 研究内容 . 5 第五节 本文的组织结构 . 6 第二章 相关技术 . 7 第一节 用处理技术 . 7 第二节 地理信息技术 . 8 第三节 工作流引擎技术 . 8 作流引擎 . 8 作流参考模型 . 9 性工作流引擎的结构 . 10 程窗设计 . 11 第四节 基于图元的画图控件 . 11 第三章 系统需求分析 . 13 第一节 总体目标 . 13 第二节 系统用户对象 . 13 第三 节 系统基本处理流程 . 14 备生产安装 . 14 备检验 . 15 目录 设备注册 . 15 备变更 . 15 备报废 . 15 第四节 系统功能需求 . 15 备管理子系统 . 15 位管理子系统 . 25 场监察子系统 . 26 员管理 . 33 统管理 . 33 计分析 . 33 理信息管理 . 34 第五节 系统用例图 . 34 第六节 系统性能需求 . 36 统实时性需求 . 36 统开发性需求 . 36 统可扩充性需求 . 36 面友好性需求 . 36 务个性化需求 . 36 统可用性需求 . 37 管理性需求 . 37 第四章 系统的设计 . 38 第一节 总体设计原则 . 38 第二节 系统总体结构 . 39 序 (模块 )层次结构关系 . 39 统总体功能结构 . 40 第三节 各子系统的结构与功能 . 42 备管理 . 42 位管理 . 46 员管理 . 46 统管理 . 47 场监察 . 51 目录 V 理信息 . 52 计分析 . 55 据交换 . 59 第四节 系统数据库设计 . 59 备信息分类 . 60 转环节编码划分 . 61 数据处理流程与建库 . 62 第五节 环境配置 . 71 . 71 . 71 第六节 网络架构设计 . 73 络环 境 . 73 全平台 . 74 第五章 系统的实现 . 76 第一节 系统主要功能模块的实现 . 76 理信息系统 统的实现 . 76 第二节 系统界面与应用实例 . 87 系统登录界面 . 87 特种设备监察管理应用实例 . 87 第六章 总结与展望 . 98 第一节 总结 . 98 第二节 展望 . 98 参考文献 . 99 致谢 . 101 个人简历 在学期间发表的学 术论文与研究成果 . 102 第一章 绪论 1 第 一 章 绪论 特种设备作为众多工业生产领域的动力或能量来源，广泛应用于工业生产和人民日常生活的各个方面，在国民经济中具有重要地位。由于特种设备一旦发生事故，会造成群死群伤或是重大经济损失，甚至造成社会恐慌或导致大量人员疏散，因此，其安全运行直接关系到国家经济的发展和社会的稳定。 特种设备动态监管 系统利用现有资源 针对安全监察工作的各个环节，建立信息管理系统，通过数据交换，实现各级特种设备安全监察的垂直管理和日常业务处 理 ，为设备安全生产提供了有力的保障 1。 第一节 研究背景 随着我国近年来国民经济的快速发展，特种设备已经 广泛的应用于经济建设和人民生活的各个领域 2。 根据 年月日起施行的中华人民共和国特种设备安全法的有关规定“特种设备，是指对人身和财产安全有较大危险性的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内专用机动车辆，以及法律、行政法规规定适用本法的其他特种设备。” 3 为进一步做好特种设备安全和监察工作，针对我市作为全国重要的石油化工产业基地，同 时又是全国最早大规模铺设和使用燃气管道的城市（现有特种设备近百万台套，其中锅炉 11012 台、固定压力容器 50190 台、气瓶 138 万只、压力管道 4704 公里、电梯 53213 台、起重机 41234 台、场内机动车 16080 台、大型游乐设施 338 台），特种设备的使用广泛，危险性大的特点，推行完整、科学、规范化的特种设备安全监察管理系统已成当务之急。 利用信息化 技术 手段 ， 以监察 管理部门 为 中 心，以监察部门 、检验机构各安装生产使用单位 的信息 相 结合为基础，针对 特种设备使用监管中 的各个 业务 环节，建立 动态 信息 监管 系统， 实现特种设 备安全监察的垂直管理和日常业务处理，提高特种设备的监督管理 效率及水平 ， 加强监督执法的力度，为特种设备的生产和使用提供 强大的支撑 4。 第二节 特种设备安全管理现状 特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下第一章 绪论 2 同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施。其中锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道为承压类特种设备；电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施为机电类特种设备 。 随着国民经济的快速发展。我国特种设备数量 快速增长 ，应用范围 越来越广 ，我国特种设备安全形势 却 不容乐观 5。 种设备基本情况 种设备使用情况 截至 2012 年底， 我 国 特种设备 数量 达 到 台；其中：锅炉 力容器 台，电梯 台，起重机械 台，场（厂）内专用机动车辆 辆，客运索道 845 条，大型游乐设施 台（套）。另有气瓶 只，压力管道 公里 6。 锅炉 , 6 3 . 5 3压力容器 , 2 7 1 . 8 2起重机械 , 1 9 0 . 9 4电梯 , 2 4 5 . 3 3场（厂）内专用机动车辆 , 4 8 . 2 9客运索道 , 0 . 0 8 4 5 大型游乐设施 , 1 . 6 7图 类特种设备数量分布图 第一章 绪论 3 种设备生产情况 截至 2012 年底， 我 国特种设备生产（含设计、制造、安装、改造、 维修、气体充装）单位 共计 56464 家，特种设备许可证 共计 58368 张， 全国现有持证的特种设备作业人员 人 6。 设计5%制造27%安装改造维修34%气体充装34%图 012 年特种设备生产单位数量分布图 种设备安全监察和检验检测情况 截至 2012 年底，全国质检系统共设置特种设备安全监察机构 3189 个，其中国家级 1 个、省级 32 个、市级 477 个、县级 2679 个，全国特种设备安全监察人员共 11936 人 6。 2012 年全国各级质检部门开展特种设备执法监督检查 次，发出安全监察指令书 份。特种设备检验机构对 台特种设备及元部件的制造过程进行了监督检验，发现并督促企业处理质量安全问题 个；台特种设备安装、改造、维修过程进行了监督检验，发现并督促企业处理质量安全问题 个；对 台在用特种设备进行了定期检验，发现并督促企业处理质量安全问题 个 6。 种设备安全状况 故总体情况 2012 年全国共发生各类特种设备事故 228 起，死亡 292 人，受伤 354 人 。全年 228 起特种设备事故中，锅炉事故 29 起，压力容器事故 26 起，气瓶事故26 起，压力管道事故 8 起，电梯事故 42 起，起重机械事故 76 起，场（厂）内第一章 绪论 4 专用机动车辆事故 17 起，客运索道事故 2 起，大型游乐设施事故 2 起 6。 故特点 发生的事故中，承压类设备事故的主要特征是爆炸或泄漏着火，机电类设备事故的主要特征是倒塌、坠落、撞击和剪切等 6。 228 起特种设备事故中，按设备类别划分，起重机械和电梯事故起数较多，分别占 起重机械事故死亡人数较多，占总死亡人数的 按发生环节划分， 发生在使用环节 179 起，占 安装拆卸环节 12 起，维修检验环节 19 起，占 充装运输环节 14 起，占 其他 4 起，占 按涉及行业划分，制造业 105 起，占 建设工地和建筑业 47起，占 交通运输与物流业事故 9 起，占 社会及公共服务业事故67 起，占 6。 故原因 统计数据显示，违规、违章仍是导致事故发生的主要原因。 特种设备使用范围广，事故影响大死亡率高，设备使用单位安全意识薄弱，监管 困难等特点。特种设备管理现状与高速增 长的设备数量不相适应，存在着诸多隐患和管理上的盲点，一旦失控将产生不良后果。如何有效地管理特种设备，减少特种设备事故的发生，成为当今特种设备安全管理建设亟待解决的重要问题。在大量使用特种设备工业生产中，特种设备安全伴随其中，稍有不慎即可造成差错，甚至酿成事故。加强特种设备安全管理，防范特种设备安全事故和差错是我们长期以来不可忽视的永久性问题。本课题主要研究的问题是开发一个特种设备安全管理与预警系统，实现特种设备安全管理、特种设备事故争议、评议和预警等 6。 第三节 特种设备安全管理在国内外的发展 特种设备 的日常 运行质量与 安全 现 已成为特种设备 应用和监管 领域 里 重要的课题，对 于 特种设备事故的 频发 也越来越为 各国政府 所重视 7。 最近年来 各国针对特种设备事故的 频发 ，建立了负责特种设备 运行 与安全的 专门 机构，对各种特种设备 安装与使用 进行 监督 管理。 美国、 德国 等工业发达国家 政府对于 都非常重视 并 具有 完善 的安全监测系统 ，对 锅炉，压力容器，电梯，起重机械，厂 内机动车辆都 制定了专门的法律 和相应的法规，行政规章，并建立了相应的机构监管 8。 由于政治制度，历史文化背景的不同各国负责特种设备管理的机构也有所不同。特种设备的管理大部分 国家集中在一个统一的监督管理部门就行管理，也有少数国家由多个部门分散管理。 在美国， 压力管道、槽车和气瓶监督的管理由第一章 绪论 5 联邦政府运输部负责， 其他特种设备安全 监督管理 由各州政府的 相应部门负责 管理 ，加利福尼亚州 由 工业关系部 负责 ，纽约州等 其他 大多数州 由 劳动部 负责 。 在欧洲，欧盟主要负责特种设备立法工作，欧盟委员会企业部的法规和标准分部（ G 分部）中的 负责电梯、游乐设施、起重机械和厂内机动车辆；负责锅炉压力容器和压力管道等压力设备； 负责客运索道。其成员国均设立负责特种设备安全监察的部门，如德国是劳 动与社会 保障 部 和劳动保护局 ； 世界各国 特种设备安全监督管理已有 100 多年的历史， 已经 形成的模式，各国大同小异， 对特种设备安全监察中主要环节如设计、制造、安装、检验、使用、修理、改造等环节进行 管理。 特种设备安全监督管理在全世界已有超过 100 年历史，整体格局已经形成，各国在特种设备安全监察管理的关键领域都比较相似，如设计，制造，安装，调试，使用，维修，改造等方面的。 如美国加州，对锅炉压力容器的监督管理措施是： 设备的 设计文件 必须 经过 具有相应资格的 检验师审核； 设备的 制造 必须 按照 范 中的标准并 取得制造许 可证， 在设备 制造过程中 必须 接受授权检验师的监督检验；锅炉 在 安装 时必须 接受授权检验师监督检验；锅炉压力容器 在 取得运行许可后，才能投入运行；在设备 制造、安装过程中的监督检验和在用锅炉的定期检验为强制检验，由监察机构的检验师或其批准的检验师负责 9 目前我国特种设备安全监察工作主要由国家质检总局特种设备安全局，各省市质量监管部门进行管理，主要监管环节由各地相关监管部门负责， 与其他国家相比 ， 我国的监察机构 的职责划分不明 ， 通过研究和分析特种设备安全管理更加明确， 应 吸收国外先进经验完善加快建立社会主义市场经济 体制相适应的特种设备安全监督机制， 使 我们的监督机构更清楚，通过有利于科学的学习和吸收国外先进经验，研究和特种设备安全分析国内和国际管理的比较 11，与其他国家相比，我们的监测，通过研究和特种设备安全管理的比较分析身体更加明确，在国内外有利于科学的学习和吸收国外先进经验，完善加快建立社会主义市场经济体制相适应的特种设备安全监督机制， 确保安全，促进发展 ，将产生重要作用。 第四节 研究内容 本文主要 通过研究特种设备发 展和管理现状 ， 经过深入的需求分析， 探讨特种设备动态信息监管系统 设计的理论基础和依据 。 对开发方法 和开发环境进行分析研究，详细论述系统的分析与设计，重点分析和研究数据库的设计与实现 ，使 系统的运行、管理符合科学理论和技术规范， 解决了特种设备管理的难点，使第一章 绪论 6 特种设备管理工作更加高效，使特种设备在使用更加安全方便。 第五节 本文的组织结构 本文第一章是绪论部分，就本课题的背景与意义、国内外研究现状等进行阐述。第二章是相关技术部分，详细介绍了实现系统所需的相关技术。第三章介绍系统的需求分析，通过特种设备动态监管系统总体描述对系统进行功能划分及分析等。第四章是系统的设计部分，介绍特种设备动态监管系统的总体设计原则、总体架构的设计、总体的功能结构等相关内容。第五章系统的实现，阐述了特种设备动态监管系统中主要功能模块的实现过程及应用实例。第六章结论部分，对本文进行总结与前景展望。第二章 相关技术 7 第 二 章 相关技术 第一节 用处理技术 发方案是以一种编程语言实现完整的网络开发。以一套源代码实现桌面和网络环境的双重发布，并具有 4快速开发特性（如：支持面向对象的可视化开发技术和事件驱动。有很强的客户端集成能力等）。用 术开发的 B/S 具有丰富的用户界面，高度的交互能力和优良的性能。使用 即可以利用 N 层架构，又可以拥有 C/S 应用的丰富图形界面。 动态监管 用的处理流程类似 C/S 结构，每个函数和一组数据都可以作为一个整体来处理。 用是由一组静态的 件和 件组成，这两类文件组成了 户端。 户端执行客户端逻辑。如果需要一小块数据或者需要执行某个函数的话， 用就会通过以 基准的 程过程调用）向 送请求并以 件的形式得到结果。所以客户端与服务器之间的通讯主要是数据的传输和函数的调用。 动态监管系统 表现层处理集中在 览器端进行， (而 用要求所有的处理都在服务器进行 )。使用 务器只需要处理业务逻辑和数据读取，通过 N 层架构可以提供更多的应用逻辑分层。这样客户端的处理能力得到有效的利用，减少了服务器的负荷 12 图 N 层架构 浏 览览 器器 服 务务器器 户端表现层 服务器端表现层 应 用用服服 务务 器器 B 服务器端业务逻辑 据层 静静 态态二章 相关技术 8 第二节 地理信息技术 理信息系统）是多种学科交叉的产物，它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种空间的和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。其基本功能是将表格型数据（无论它来自数据库、电子表格文件或直接在程序中输入）转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览、操作和分析。其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图，显示对象包括人口、销售情况、运输线路以及其他内容 15。 地理信息系统在近年来取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、 邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域， 在我国国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。 第三节 工作流引擎技术 工作流 是 业务信息数据在多个环节模块之间的流转 。 在实际应用过程中，工作流引擎就是 实现 了 对业务过程的工作流管理，对业务流程及其各个步骤之间业务规则的抽象，概括，做成一个统一通用的工作流 引擎 。 工作流引擎必须要包含一个工作流模型的设计，工作流模型就是对业务流程抽象的一个模型，是整个工作流引擎的基础。所以模型设计的好坏决定引擎的功能是否灵活，也决定了工作 流管理系统从设计实现到运行实施等诸多环节。 作流引擎 工作流引擎是工作流系统中枢，实现工作流模型解释识别并转换为自定义模型，为工作流实例提供运行时的执行环境，主要解决复杂业务流程灵活定制和方便更改的问题。引擎的作用相当于一个业务流程管理器，它以一个软件组件 (或者构件 )的形式运行在使用它的业务应用中。在系统中使用工作流引擎技术，可以实现业务流程与应用程序的分离。系统通过工作流引擎集中管理业务流程包含的所有过程，引擎为业务流程提供执行环境，并驱动业务流程中各个过程的自动运行。所有的业务流程都在引擎的 管理、监控下运行。当业务流程变更时用户不必修改应用程序，只修改业务流程模型就可以解决流程变更的问题，从而实现了第二章 相关技术 9 业务流程的灵活定制 16 工作流概念的提出是人们注意到了隐藏在业务处理的过程控制的共性，并从业务处理操作中分离出过程逻辑单独加以研究，从而可以实现过程优化配置和重组。 作流参考模型 工作流指整个或部分业务处理过程在计算机支持下，实现全自动或半自动化 . 工作流管理联盟（ 出的工作流参考模型如图 示。 图 作流参考模型 18 服务：由 一个或多个工作流引擎组成，为工作流实例提供运行时期的执行环境的软件服务器。 图形化的方式定义工作流、构造工作流模型，通过接口1 与引擎通信。 用户结合业务需求而开发，用它来驱动工作流。客户端程序通过接口 2 与引擎交互。一般的工作流引擎用户不需要懂引擎的实现，第二章 相关技术 10 只要知道怎么实现客户端程序就可以了。 工作流运作的过程中，可能需要调用工作流引擎之外的功能，这时可通过定义好的接口 3 来完成。 口 4 用于工作流引 擎与其他工作流引擎的协作。 口 5 用于管理和监视工作流引擎。 性工作流引擎的结构 柔性是指在工作流程不中断执行的情况下可以改变其执行路径、有适应能力。按功能可分为四层。 第一层是用户接口层。实现工作流引擎与用户交互功能，如用户登陆验证，任务列表查询，过程实例创建及实例状态监控等，只提供引擎与外部交互能力，需要的数据从引擎的第三层和第四层获得，是用户调用工作流引擎的外部接口。 第二层是动态控制层。工作流系统的柔性主要体现在这层： (1)实现在系统的运行是有权限的用户可以根 据需要修改或补充定义原来工作流的模型； (2) 有权限的用户在工作流执行中可以动态修改工作流实例数据，动态指定工作流的流向，临时指定任务执行者或设置任务的完成时间等各种属性，并负责将信息传递到第四层。 第三层是过程实例层。用于描述工作流实例信息，提供工作流实例运行态的信息，如当前实例运行状态，活动的完成情况等。该层信息具有实时性，只涉及到与过程实例相关数据，没有涉及到工作流过程定义数据，当需要由实时信息实现过程实例推进时，调用下层过程定义逻辑导航实例运行。 第四层是模型层。该层的主要功能 (1) 描述引 擎内部自