（教育技术学专业论文）基于多层结构的实验室管理信息系统架构与中间层设计.pdf

硕士学位论文 m a s r e r s r h e s l s 摘要 实验室是学校办学的物质基础和必要条件，是高等院校教学的重要组成部分， 它在一定程度上反映了学校的教学能力、教学质量、科研水平和科研开发能力的高 低，并且直接影响着高校的教学质量与办学效益。随着国家“科教兴国”战略的实施， 对学生实践动手能力的要求越来越高，高校实验室将肩负起更加艰巨的任务。同时， 随着购置教学科研仪器设备的资金逐渐增加，如何管理仪器设备，充分发挥其使用 效益和经济效益，是实验室管理者必须面对的重要课题。 目前使用的实验室管理软件大多存在设计不规范、扩展性和开放性差等问题。 本文以高等学校基础课教学实验室评估办法和标准和教育部发布的教育管理 信息化标准( 第一部分学校管理信息标准) 为参照标准，采用n e t 开发平台，设计 出一套基于i n t e m e t 的实验室管理信息系统。本文借鉴了微软件的开源项目p e t s h o p 的三层架构思想，并根据实验室业务逻辑复杂的特点，对架构进行了改进，在业务 逻辑层也采用面向接口的设计思想。 首先对当前的实验室管理信息系统进行分析研究，并对本系统的功能进行划 分；按照开发需求设计出符合教育管理信息化标准( 第一部分) 进行数据库的 设计；借鉴微软件的开源项目p e t s h o p 4 0 的架构思想，进行系统架构设计，并实现 了部分模块功能；并对主要的业务类进行规划。 关键词：n e t ；多层架构；实验室；管理信息系统 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t t h el a b o r a t o r yi st h ei m p o f l a n tc o m p o n e n to fh i 曲e re d u c a t i o ni n s t r u c t i o n 嬲 m a t e r i a lb a s e sa n de s s e n t i a lc o n d i t i o n i tr e f l e c t sas c h o o l st e a c h i n ga b i l i t y ，t e a c h i n g q u a l i t y ，s c i e n t i f i cr e s e a r c hl e v e la n dt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hd e v e l o p m e n ta b i l i t y ，a n di t a f f e c t sas c h o o l sb e n e f i td i r e c t l y a l o n gw i t ht h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep o l i c y “t h er e l y o ns c i e n c ea n de d u c a t i o nt or e j u v e n a t et h en a t i o n ，t h e u n i v e r s i t y l a b o r a t o r yw i l l s h o u l d e rm o r ea r d u o u sd u t y a tt h es a m et i m e ，w i t hm o r ef u n dt op u r c h a s et e a c h i n g s c i e n t i f i cr e s e a r c hi n s t m m e n t a t i o ne q u i p m e n t ，h o wt om a n a g ei n s t r u m e n te q u i p m e n ta n d h o wt od i s p l a yi t so p e r a t i o n a le f f e c t i v e n e s sa n dt h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yf u l l yi s t h e i m p o r t a n tt o p i ch el a b o r a t o r ys u p e r i n t e n d e n tm u s tf a c e a tp r e s e n tt h el a b o r a t o r ym a n a g e m e n ts o f t w a r em o s t l ym a n yp r o b l e m ss u c ha s d e s i g nw i t h o u tu n i f o r ms t a n d a r d ，w o r s ee x t e n s i o na n do p e ni n f e r i o r t h i st h e s i sd e s i g n sa l a b o r a t o r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ni n t e r n e tw i t hr e f e r e n c eo f t h et w o s t a n d a r d sa s ”c o l l e g eb a s i cc o u r s et e a c h i n g l a b o r a t o r ya p p r a i s e dm e a n sa n d s t a n d a r d ”a n d”e d u c a t i o ni n f o r m a t i o n i z a t i o n s t a n d a r d ( f i r s t p a r to fs c h o o l a d m i n i s t r a t i o ni n f o r m a t i o ns t a n d a r d ) t h i st h e s i s p r o f i t e df r o m t h r e ec o n s t r u c t i o n t h o u g h to ft h em i c r os o f t w a r eo p e ns o u r c ep r o j e c tp e t s h o p ，a n da c c o r d i n gt ot h e l a b o r a t o r ys e r v i c el o g i cc o m p l e xc h a r a c t e r i s t i c , h a sm a d et h ei m p r o v e m e n tt ot h e c o n s t r u c t i o n ，a n da l s oa d o p t sf a c i n gi n t e r f a c ed e s i g nt h o u g h t si nt h el o g i cl e v e l if i r s t a n a l y z ea n dr e s e a r c ht h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h e c u r r e n t l a b o r a t o r y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n dc a r r i e so nt h ed i v i s i o nt h es y s t e mf u n c t i o ni n t o p a r t s ；d e s i g n sa c c o r d i n g t ot h ed e v e l o p m e n td e m a n dc o n f o r m st o ”t h ee d u c a t i o n a d m i n i s t r a t i o ni n f o r m a t i o ns t a n d a r d ( f i r s tp a r t ) ”t oc a r r yo nt h ed a t a b a s et h ed e s i g n ； p r o f i t sf r o mt h eo v e r h e a dc o n s t r u c t i o nt h o u g h to fm i c r o - s o f t w a r e o p e ns o u r c ep r o j e c t p e t s h o p 4 0 ，c a r r i e so nt h es y s t e mo v e r h e a dc o n s t r u c t i o nd e s i g n ，a n dh a sr e a l i z e dt h e p a r t i a lm o d u l e sf u n o t i o n k e yw o r d s ：n e t ；m u t i l a y e rs t r u c t u r e ；l a b o r a t o r y ；m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m i i 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作 品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律结果由本入承担。 论文作者签名：_ f ；| ；馨鳗飞 日期：伽刁年f 月f 日 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解华中师范大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师 范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名：滕裂t 导师签名 日期：伽口 年6 月 日期：聊年厂月h 日 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提 交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享受相关权益。旦重迨 塞埕变匣鼗卮；目圭生i 目= 生j 里三生筮盔。 论文作者签名：嗣基鲠苫 日期：2 。0 年月1 日 导师签名 日期： 硕士学位论文 m a s t e r s r h e s i s 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 实验室是学校办学的物质基础和必要条件，是高等院校教学的重要组成部分， 它在一定程度上反映了学校的教学能力、教学质量、科研水平和科研开发能力的高 低，并且直接影响着高校的教学质量与办学效益。随着国家“科教兴国”战略的实施， 对学生实践动手能力的要求越来越高，高校实验室将肩负起更加艰巨的任务。同时， 随着购置教学科研仪器设备的资金逐渐增加，如何管好、管活仪器设备，充分发挥 其使用效益和经济效益，是实验室管理者必须面对的重要课题。 近年来，一些高校实验室通过连续不断地建设与经常性的评估活动，提高了管 理水平，部分实验室逐步走上了规范化、制度化、科学化的管理轨道，但大部分实 验室仍然没有意识到信息化是管理工作走向科学化、现代化的必由之路，仍然继续 着低效率、不规范的管理状况。 作为承担学生动手实践能力培养任务的高校实验室，其主要任务有两个方面： 首先要维护、管理好仪器设备，以保障实验教学任务的顺利完成：其次要满足学生 的实践需求，为学生提供更多的实践机会和更好的实践环境。但是由于依赖传统的 手工管理，仪器设备的管理工作普遍比较混乱，管理者无法精确掌握自有资产的状 况，这就影响其对实验室承担教学实践任务的能力的分析：加上受传统管理方式的 约束，学生与实验室管理者之间缺少有效的沟通，造成大多数实验室不能够满足教 学计划之外的实验要求，既降低了仪器设备的使用效率，也不利于学生综合素质的 锻炼提高。因此，目前大部分实验室都难以很好地完成这两个方面的任务。 从制约实验室管理水平的这些问题可以看出，造成实验室管理水平落后最主要 的一个原因就是因为管理手段落后即使管理者的思想前进了，如果没有一个合 适的辅助工具来实现，也是不可行的。所以，在实验室管理中应当坚持以信息化带 动标准化、科学化，最终实现现代化的思路。通过推动信息化进程，建立完善的综 合管理信息系统，利用计算机的辅助管理将管理者从繁杂的手工劳动中解放出来， 推进实验室的管理模式走向现代化，促使实验室各项任务顺利、高效地完成。 实现信息化必然要求对实验室的组织机构、管理模式进行重组优化，不仅改造 单项任务的业务流程，也对不同任务之间的衔接进行优化，以促使各项任务更加高 效地完成：同时为保障信息系统的稳定运行，必须要以制度的形式稳定优化后的管 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 理模式。所以，信息化必然能够带动实验室的管理工作走向规范化、制度化、科学 化。 综上所述，要提高实验室的管理水平，必须要实现信息化。本课题的提出与完 成，将对如何在高等院校通过实施实验室管理信息系统来规范实验室日常管理、减 轻管理人员的劳动强度、提高工作效率、促进实验室对外交流与信息共享、使实验 室满足素质教育的需要进行一次很好的研究探索。加之课题所具有的学科综合性( 涉 及管理学、系统工程、计算机技术、网络技术和数据库技术等多个学科领域1 ，课题 的理论意义较为重大。 1 2 课题来源 本课题来源于导师的“实验室规范化信息管理系统设计与开发”项目。 1 3 本文采用的方法与技术 本文从需求分析开始，严格按照软件工程的开发过程进行规划，以保证系统的 稳定性、易维护性、可扩展性。结合目前软件工程开发应用软件的理论思想为指导， 采用面向对象的设计方法，结合w e b 技术、数据库等领域的先进技术，以n e t 为 开发平台，用v i s u a l s t u d i o 。n e t 2 0 0 5 开发环境，利用m i c r o s o f t 公司提供的a s e n e t ， 甜编程语言、s q l s e r v e r2 0 0 0 数据库进行实现。 1 4 本文的主要工作 本文对“实验室管理信息系统”课题从需求到实现的各个方面进行了分析设计。 本文所做的工作包括五个部分： 第一章主要介绍课题的来源，和采用的研究方法和技术以及本文所做的工作。 第二章首先分析了当前的实验室管理信息系统的优点与存在的不足，接着对本 系统作出总体设计，包括系统的功能模块设计和数据库设计。 第三章主要进行了系统架构设计。 第四章主要进行了业务服务类的设计。 第五章对部分功能模块的实现。 2 第2 章l a b m i s 分析探讨 2 1 当前l a b m i s 分析 实验室管理信息系统自2 0 世纪七十年代末以来，到如今经历了近3 0 年的发展， 尤其是近十年来p c 的普及和r r 技术的爆炸性发展，对l i m s 技术起到了巨大的推 动作用。 西方发达国家的l i m s 市场在2 0 世纪九十年代就已经完全打开，l i m s 已经成 为一个标准词汇为大家广为接受。在美国每年要召开一次l m i s 大会，讨论l m i s 的有关问题。而且发达国家己经为l m i s 建立了初步的工业标准。 发达国家己普遍在制药、石油、化工、环保、供水、医疗、采矿、冶金、检疫、 海关、烟草、酿酒、饮料、食品、商检、电力及教育和科研单位等行业应用l i m s 。 著名的百事可乐公司、英美南非烟草、美孚石油、杜邦化学、通用电气等公司都采 用了l m i s 系统，并取得了可观的收益。 目前国外比较著名的l i m s 产品有a a ci n f o t r a ya g 公司的l a b b a s e ， a c c e l e r a t e dt e c h n o l o g yl a b o r a t o r i e s 公司的n e o m a t el m i s ，d a y n a m i cd a t a b a s e 公 司的l a b m a s t e rl m i s ，l a b w a r 公司的l a b w a r el m i s ，英国实验室系统公司的 s a m p l e m a n a g e rl m i s 和n a u t i l u sl m i s ，等。这些产品都比较成熟，功能多，并且 都通过了严格的检验。它们的数据综合储存基本上都能符合优良实验室规范 ( g l p ) 、优良自动实验室规范( g a l p ) 、优良生产质量管理规范( g m p ) 和i s o9 0 0 0 的 标准。这些国外的成熟软件大多能够由用户设置工作流程，这样能够很快地适应实 验室业务的需要。 国外研究型实验室采用了l m i s 系统后，有效地缩短了实验周期，降低了实验 开销，将科研人员从效率低下的重复性劳动中解放出来，以便更多地把精力放在关 键问题的解决上，总体上提高了对资源的利用率。l m i s 系统已经成为西方一些大 型实验室中实现全质量控制的核心。 国内对于实验室管理信息系统的研究起步较晚，基本上采用学习、紧跟国外先 进管理技术的方法。在l i m s 的实施上，我国和国外走的是两条迥然不同的路：国 外首先是因为实验室采用了复杂先进的仪器设备，为了更好地处理由仪器设备收集 得到的大量数据，找出在数据中隐含的结论，研发了l m i s ，而我国实验室软、硬 件条件都普遍严重落后于国外，加上在实验室建设方面的投入难以与国外的水平看 3 齐，这些都束缚了l m i s 理论的发展和管理系统的规模应用。 经过努力，目前我国己经出现了几个比较成形的l i m s 商业软件，如北京英普 思软件有限责任公司开发的t n p r o l m i s ，北京中科科仪计算技术有限责任公司开发 的s i s cl m i s ，北京汇博精瑞科技有限责任公司开发的l a b b u i l d e rl m i s 等。这些 l i m s 软件无一例外地都是面向企业应用的，适用于分析型实验室。但是，商业l i m s 所具各的一些功能模块并不适应高校实验室的教学需求。以商用u m s 中较常见的 获取样品数据以及对结果的分析功能为例，因为高校实验室主要是帮助学生将从书 本上学到的原理知识应用到实验中去分析问题、鼹决润题，或者完成某些设计工作， 为锻炼学生的独立分析能力，数据自动获取与分析功能都显得多余甚至是必须去除 的。所以，我国在高校实验室管理系统方面的研究工作主要是由系统使用者( 实验室 管理者1 自行设计开发的。 针对高等院校实验室的管理需求，北京大学、长春光学精密机械学院、贵州工 业大学、北京化工大学、中南大学、清华大学、浙江大学和北京航空航天大学等单 位进行了一些研究开发工作，在理论和实践上推动了高校实验室管理信息系统的发 展。 网络化分布式国家重点实验室管理信息系统是由国家教育部和中国教育科研 网实验工程中心共同立项开发，运行在c e r n e t 环境中的分布式信息管理系统，它 采用w w w + c s 结构，面向教育部领导，使有关领导能够掌握分布在全国各高校的 重点实验室的情况。该系统管理着实验室的九类信息：实验室基本情况f 实验室代码、 中英文名称、所在地、通讯地址、学术方向等) 、人员、固定人员、设备、项目、实 验室发表的专著与论文、成果、学术交流、经费管理等。 该系统己在部分重点实验室得到了使用，但是因为它从立项开始就是定位给教 育部领导和部门专家服务，所以在实验室业务管理方面做得不够，尤其是设备资产 的管理和实验项目的安排等内容都没有有效地实现，丽这些没有实现的功能正是高 校实验室工作的重点内容。 北京大学的高校校园网络环境下的仪器设备与实验室管理系统是在教育部高 教司的指导下开发的，旨在辅助北大资产管理部对全校仪器设备和实验室的管理工 作。系统以满足校系使用人员的需求为设计目标，实现了在校园网络环境下对各种 大型仪器设备、一般仪器设备、低值仪器设备、仪器变动、仪器使用情况、实验室、 实验项目、实验技术队伍等信息进行管理。但是系统没有考虑仪器设备与实验项目 之间的联系，不能满足实验室在开课能力和资源评估方面的需求。 清华大学开发的基于校园网的实验室管理信息系统可实现对实验室基本信息 4 的管理，其功能模块有实验室管理、贵重仪器设备共享信息、开放仪器设备信息、 资产管理、信息报道、科室管理、人员管理、规章制度、各类设备管理文档下载、 仪器设备网上交流论坛等。实验室管理模块的主要内容是提供实验室一览信怠以及 各实验室主页信息，贵重仪器设备共享信息模块将单价1 0 万元以上的、可开放供 用的仪器设备信息按系划分放在网上。开放仪器设备信息模块将对校内开放的4 5 3 台仪器设备资源信息放在校园网上，方便使用单位了解仪器设备信息。资产管理模 块完成仪器设备资产数据的登记与查询、修改功能。其它一些模块主要是提供一些 文档的下载、传送服务。系统加强了校内设备管理与交流、方便了与校外单位的交 流。但是，该系统所管理的信息都是静态或者经过很长时间才需要维护的数据，没 有涵括实验室中不断变换的设备状态、维修历史、实验课程安排等数据内容，所以 仍难以实现由手工转向计算机辅助管理的系统目标。 北京化工大学开发的“仪器设备管理f o rw i n d o w s ”软件实现了设备基本信息 管理由手工转为计算机辅助的过程，包括建立仪器设备卡、设立仪器设备分类账、 分户帐、明细账、进行分户查询、统计仪器设备增减变动情况、统计大型精密仪器 设备年使用情况表、建立实验室基本情况卡、实验项目卡和实验人员卡等模块。该 软件系统强调了实验室管理中的设备管理部分，重点管理了仪器设备的技术数据和 资产数据，软件还实现了一部分人员管理功能。系统的设备管理部分从仪器设备卡 数据的输入开始，通过对设备的分类、分户建立对仪器设备的分类账、分户帐、明 细账，基于设备基本数据信息可以提供查询功能。该系统在使用时仍然需要打印出 大量的问卷式表格( 如仪器设备卡、实验室基本情况卡、实验项目卡、实验室人员基 本情况卡等1 ，而且其数据更新仅仅发生在学年开始以及学年结束的时刻，数据的实 时性比较差( 但因为系统管理的都基本上是静态信息，所以影响不大) 。总的来说， 该系统的功能极为有限，难以满足高校实验室管理复杂的需求。 北京航空航天大学初步开发了电工电子实验教学网络信息管理系统，该系统能 够完成实验课程编排、实验室仪器设备管理和即时网络远程教学广播等任务。但是 该系统不能满足学生远程预约实验课( 包括个人、集体) 、登记实验成绩等功能，在 系统集成的层次上，该系统所实现的三个功能模块相互独立，在系统内形成三个信 息孤岛，整个系统的集成性能比较差。 纵观国内外l m i s 的发展现状，虽然现有的实验室管理信息系统种类繁多，但 真正功能比较完备而且实用、适合于高校教学型实验室的成型系统却比较少。因此， 有必要针对高校教学型实验室的特点开发专门的实验室管理信息系统。 5 硕士擘位论丈 m a s t e r s ，r h e s l s 2 2 系统功能分析设计 2 2 1 系统功能模块划分 本系统从本质上讲是对现实存在的高校实验室管理的一个模拟，考虑了实验室 管理的业务需求和性能要求，应用系统、经济和集成的观点，全方位实现对设备、 人员和实验等实体的管理，并能够为管理者提供科学分析和决策支持。按高等学 校基础课教学实验室评估办法和标准的要求，并结合系统运行实际需要，把整个 系统划分为下面几个功能模块： 1 人员信息管理：实现对实验教学人员的管理； 2 学生信息管理：实现对学生基本信息的管理； 3 设备管理：实现对校各级实验室的仪器设备的管理； 4 教学管理：实现对实验教学过程的管理； 5 科研与服务管理：实现对实验室所承担的科研与对外服务信息的管理； 6 规章制度管理：实现对各种规章制度及其执行情况的管理： 7 开放式实验室管理：实现对开放式实验室开放信息及运行情况的管理： 8 信息服务：实现各级实验室对外发布实验相关信息的管理； 9 系统配置：主要提供对系统管理人员对本系统进行后台的初始化及配置操作。 本系统的功能结构图如图2 1 所示： 实验室信息管理系统 人 员 信 息 管 理 学 生 信 息 管 理 设 施 管 理 实 验 教 学 管 理 科 研 与 服 务 管 理 制 度 管 理 开 放 式 实 验 室 管 理 个 人 管 理 信 息 服 务 系 统 配 置 图2 1 系统功能总图 这里以学生信息管理子功能为例作详细介绍。学生信息管理包括学生信息更新 和学生信息查询两部分。其中学生信息更新功能仅提供给具有管理员权限的人员进 行操作，涉及到学生基本信息资料的添加、修改和删除以及与外部系统或数据文件 6 硕士学位论丈 m a s l e r st h e s i s 进行学生资料的批量处理功能，从而实现对学生基本信息的各项管理；学生信息查 询功能目的是提供给登录系统的学生对个人的基本信息、实验课程与分组情况、实 验成绩3 种信息进行查询，从而提供给学生与自己有关的实验课程的信息服务。学 生信息管理模块如图2 2 所示： 2 2 2 中间层功能分析 信 息 增 删 改 学生信息管理 学生信息更新ii 学生信息查询 学 生 资 料 导 入 学 生 资 料 导 出 学 生 基 本 信 息 查 询 实 验 课 程 与 分 组 壹 询 图2 2 学生信息管理模块图 实 验 成 绩 盍 询 l a b m i s 采用了三层设计的系统架构，具体包括：表示层，业务逻辑层，数据访问 层，这里是将业务规则、数据访问、合法性校验等工作放到了业务逻辑层和数据访 问层进行处理。 数据访问层：也称为持久层，是从业务逻辑层独立出来的一个层，其功能主要 是负责数据库的访问。为业务逻辑层访问数据数据库提供调用接口，实现对数据表 的增删改的操作。数据访问层的组件和服务在功能上和业务逻辑层相互独立。把数 据访问层是从业务逻辑层独立出来为了简化业务逻辑层的设计实现复杂度，使业务 逻辑层能专心实现业务逻辑。 业务逻辑层：处于数据访问层和表示层之间，是数据访问层和表示层之间进行 数据交换的桥梁。它负责处理所有来自表示层的用户请求，当它通过数据访问层提 供的接口处理完请求之后，还要把处理结果返回给表示层。这一层主要用于响应来 自外观表示层的用户请求、为具体应用提供事务处理和安全控制、执行企业逻辑与 业务流程，以及为满足不同数量客户端的请求而进行性能调整等。业务逻辑层不直 接跟数据库打交道，如果涉及到数据库的访问，则通过数据访问层来实现。 分层是采用了“分而治之”的思想，把问题划分开来各个解决，易于控制，易于 延展，易于分配资源。如果一个系统没有分层，那么各自的逻辑都紧紧纠缠在一起， 彼此间相互依赖，谁都是不可替换的。一旦发生改变，则牵一发而动全身，对项目 的影响极为严重。分层也可以提高代码的复用性，每个功能模块一旦定义好统一的 接口，就可以被各个模块所调用，而不用为相同的功能进行重复地开发。采用分层 的目的主要是为了使项目结构更清楚，分工更明确，有利于后期的维护和升级。 2 3 数据库设计 本系统数据库主要分资源数据和操作数据两大种类，资源数据主要是实验室所 涉及到各种实体的基本信息，一般很少变化，由相应的维护模块来维护；操作数据 指系统运行中不断产生和变化的数据，由相应的操作模块添加、修改和删除。实验 室包含的主要资源数据表如下： 表2 1 实验基本信息表 教职工表人员通讯录表学生表书刊资料表 软件表社会服务项目表设备表耗材表 易耗品属性表实验课程表实验项目表实验项目使用设备表 低值易耗品表教师可带课程表科研项目表实验项目使用耗材表 文件表开放式实验信息表实验室表分实验室表 表2 2 实验运行信息表 设备借用表贵重设备使用表制度执行登记表学生选课表 耗材领用表实验课程实施表教师实验教学表实验课程表表 实验成绩表实验课程相关资源表实验课程时间分配表实验报告表 实验分组表开放式实验室预约表开放式实验室记录表 通知表 表2 3 名称代码表： 人员密码表角色表职务代码表学历代码表 在岗状况代码表职称代码表人员类型代码表学位代码表 专业代码表设备类型代码表设备状况代码表仪器使用类型表 易耗品名称代码表项目类别代码表易耗品类别代码表易耗品形态属性表 危险类别代码表考试方式代码表课程类别表计量单位代码表 科研层次代码表科研类型代码表服务类别代码表文件类别表 文件级别表发文形式代码表院系所部中心表实验室类型级别表 8 3 1 分层架构概述 第3 章系统架构设计 在上世纪9 0 年代，c l i e n t s e r v e r 系统开始出现。这些系统通常分为两个层次： c l i e n t 层处理用于界面和其他应用代码，而s e r v e r 层通常是关系数据库。常见的c l i e n t 开发工具是v b ，p o w e r b u i l d e r 和d e p h i 。它们都拥有可以感知数据库的u i 组件。 c l i e n t 层从s e r v e r 层读取数据，经过数据校验，根据业务规则进行处理和计算，将 数据展现给用户，并根据用户的指令更新数据。 随着业务逻辑变得越来越复杂，c l i e n t 层处理业务逻辑变得渐渐力不从心。而 且，将业务逻辑放在c l i e n t 层来处理，也导致了大量难以维护的重复代码以及维护 成本的增加。 在c l i e n t s e r v e r 系统出现的同时，面向对象的软件设计方法也开始兴起。面向 对象的软件设计对于上述问题的回答是：将业务逻辑从c l i e n t 层迁移出来，变成第 三个层次。在这个范式中，c l i e n t 层变成了专门处理用户界面的表现层，业务逻辑 层专门处理应用的业务规则，而s e r v e r 层则变成了数据源层。 接下来是互联网的兴起，出现了大量的w e b 应用，它们大都采用三层架构，这 一趋势使三层架构变成了目前企业级应用的主流架构。在n e t 中，标准的b ，s 分层 式结构如图3 1 所示： 表示层 0 业务逻辑层 0 l 数据访问层 图3 1 n e t 中标准的b s 分层式结构 数据访问层：有时候也称为是持久层，其功能主要是负责数据库的访问。简单 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 的说法就是实现对数据表的s e l e c t 。i n s e r t ，u p d a t e ，d e l e t e 的操作。数据访问层包 含数据存储和与它交互的组件或服务。这些组件和服务在功能上和业务逻辑层相互 独立。 业务逻辑层：也叫中间层，主要负责处理所有来自表示层的用户请求，当它通 过数据访问层提供的接口处理完请求之后，还要把处理结果返回给表示层。这一层 主要用于响应来自表示层的用户请求、为具体应用提供事务处理和安全控制、执行 企业逻辑与业务流程等。业务逻辑层不跟数据库打交道，如果涉及到数据库的访问， 则调用数据访问层。也可以将业务逻辑层看作是在数据访问层和表示层之间进行数 据交换的桥梁。 表示层：是系统的u i 部分，该层主要完成两个任务：一是从业务逻辑层获得 并显示给用户；二是实现与用户的交互，将有关数据回送给业务逻辑层进行处理， 其中可能包括数据验证、处理用户界面事件等。表示层的价值在于，它把业务逻辑 层和外部刺激( 用户输入、激发事件等) 隔离开来。这样到达业务逻辑层的请求看 起来都是一样的，无论请求是来自用户输入，还是接受一个文件、时间或者业务事 件等所触发。表示层中的逻辑代码，仅与界面元素有关。在l a b m i s 2 0 系统中，是 利用a s p n e t 来设计的，因此包含了许多w e b 控件和相关逻辑。 分层架构的优缺点 分层式结构究竟其优势何在? 采用软件分层开发的核心目的是为适应企业级 应用日益增长的复杂度和灵活性等要求。具体如下： ( 1 ) 分散关注：开发人员可以只关注整个结构中的其中某一层；一个好的分层式 结构，可以使得开发人员的分工更加明确。一旦定义好各层次之间的接口，负责不 同逻辑设计的开发人员就可以分散关注，齐头并进。 ( 2 ) 松散耦合：可以很容易的用新的实现来替换原有层次的实现；松散耦合的好 处是显而易见的。如果一个系统没有分层，那么各自的逻辑都紧紧纠缠在一起，彼 此间相互依赖，谁都是不可替换的。一旦发生改变，则牵一发而动全身，对项目的 影响极为严重。降低层与层间的依赖性，既可以良好地保证未来的可扩展，在复用 性上也是优势明显。每个功能模块一旦定义好统一的接口，就可以被各个模块所调 用，而不用为相同的功能进行重复地开发。 ( 3 ) 降低层与层之间的依赖，从而提高了系统的扩展性。 ( 4 ) 逻辑复用：可以有利于各层逻辑的复用。比如，可以使用同个业务逻辑 来实现不同的表现层，针对不同的客户端显示不同的界面。 ( 5 ) 有利于标准化：进行好的分层式结构设计，标准也是必不可少的。只有在 1 0 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 一定程度的标准化基础上，这个系统才是可扩展的，可替换的。而层与层之间的通 信也必然保证了接口的标准化。 概括来说，分层式设计可以达到如下目的：分散关注、松散耦合、逻辑复用、 标准定义。 分层式结构的缺点： ( 1 ) 降低了系统的性能。这是不言而喻的。如果不采用分层式结构，很多业务可 以直接造访数据库，以此获取相应的数据，如今却必须通过中间层来完成。 ( 2 ) 开发难度增大，有时会导致级联的修改。这种修改尤其体现在自上而下的方 向。如果在表示层中需要增加一个功能，为保证其设计符合分层式结构，可能需要 在相应的业务逻辑层和数据访问层中都增加相应的代码。 3 2l a b m i s 架构设计 图3 2l a b m i s 2 0 体系架构 1 l 硕士学位论文 m a s i 。e r st h e s j s l a b m i s 体系结构是描述实验室管理信息系统的宏观框架，是系统运行的总体 结构。l a b m i s 系统遵循分层设计的思想，采用了三层设计的系统架构。系统架构 图如图3 。2 所示： 表示层主要包括各种页面。 业务逻辑层包含与核心业务相关的逻辑。业务规贝l j 层封装了业务逻辑的组织方 式，包含各种业务规则和逻辑的实现；s q l 数据缓存依赖：以及业务代理( 业务代 理主要实现在缓存级别上对业务对象的封装，增强对业务对象的控制) 。 数据访问层中包含与数据存储进行交互的组件。在功能上和业务逻辑层相互独 立，实现业务逻辑所需要的数据访阊功能。 数据存储：支持两种数据存储方式：s q l s e r v e r 2 0 0 0 2 0 0 5 ，o r a c l e1 0 9 。 整个l a b m i s 系统是由多个产品模块的组合，每个产品是遵循三层设计，然后 再由这些产品组合成整个系统。系统的整个结构如下图所示： 图3 3l a b m i s 系统结构包图 1 2 硕士学位论丈 m a s t e r st h s i s 3 3 系统架构详细设计 3 3 1 数据访问层 在l a b m i s 数据访问层( d a l ) 中，采用数据访问层接口( i d a l ) 抽象出数据 访问逻辑，并以数据层访问工厂( d a lf a c t o r y ) 作为数据访问层对象的工厂模块。 对于数据访问层接口( i d a l ) 而言，分别有支持m s s q l 的s q l s e r v e r d a l 和支 持o r a c l e 的o r a c l ed a l 具体实现。而m o d e l 模块则包含了数据实体对象。以设备 设施管理为例，数据访问层的模块结构图如图3 4 所示： 设备设搪数据访问层 需要使用的数据对象 也即为持久层的持久 对象只有属性， 没有行为 图3 4 设备设施部分的数据访问层模块结构图 e s t a b l i s h m e n t d a l f a c t o r y 模块专门管理设备设施部分的数据访问层对象的刨 建。e s t a b l i s h m e n t s q l s e r v e r d a l 和e s t a b l i s h m e n t o r a c l e d a l 模块均实现 e s t a b l i s h m e n t l d a l 模块的接口，其中包含的逻辑就是对数据库的s e l e c t 、i n s e r t 、 u p d a t e 和d e l e t e 操作。 ( 1 ) e s t a b l i s h m e n t l d a l 模块用于实现多个数据访问的接口程序集，接口中包括 根据业务逻辑而声明的方法。 ( 2 ) e s t a b l i s h m e n t s e r v e r d a l 模块用于实现当应用程序使用s q l s e r v e r 数据库作 为数据存储时，需要实现的撼象工厂模式中的多个具体类，这些类均实现了 e s t a b l i s h m e n t l d a l 中对应的接口成员方法。 ( 3 ) e s t a b l i s h m e n t o m c l e d a l 模块针对的是具体类在o r a c l e 数据库中的实现，与 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s e s t a b l i s h m e n t s q l s e r v e r d a l 实现的功能基本相同。( 暂未实现) ( 4 ) e s t a b l i s l u n e n t d a l f a c t o r y 模块用于实现工厂类，通过该工厂类中的方法创 建有关对象。 ( 5 ) m o d e l 模块用于实现数据实体集。由于数据访问层和业务逻辑层都将对数据 实体进行操作，因此程序集m o d e l 会被这两层的模块所引用。 此外，抽象出来的i d a l 模块，除了解除了向下的依赖之外，对于其上的业务 逻辑层，同样仅存在弱依赖关系。 在l a b m i s 数据访问层( d a l ) 中，需要处理的数据库对象分为两类： 第一类数据库对象是数据实体，对应数据库中相应的数据表。用于表示数据存 储中的持久对象，可以模拟为一个或多个逻辑表，使系统的3 个层能以共享的方式 访问、表示数据库记录。它们没有行为，仅用于表现对象的数据。 第二类数据库对象是数据的业务逻辑对象( 这里的业务逻辑，并非业务逻辑层 意义上的领域( d o m a i n ) 业务逻辑) ，这些业务逻辑对象是基本的数据库操作，包 括s e l e c t 、i n s e ：、u p d a t e 和d e l e t e 。这些业务逻辑对象仅具有行为而与数据无关， 因此它们可以被抽象为一个单独的接口模块i d a l 。 使用“依赖注入”( d e p e n d e n c yi n j e c t i o n ) 来配置应用程序具体使用 s q l s e r v e r d a l 还是o r a c l e d a l ； 所谓依赖注入，是指将应用程序依赖的组件在运行时注入给应用中。依赖注入 的目标并非为应用程序添加更多的功能，而是为了提升组件重用性，并为应用程序 搭建一个具有较强灵活性和扩展性的平台。为了实现依赖注入，可以使用配置文件 结合反射技术的方法。 使用抽象工厂模式创建具有依赖关系的项目； 抽象工厂模式是一种创建型模式，用于当需要返回一系列相关类中的某一个， 而每个类都能根据需要返回不同的对象对使用。 3 3 2 业务逻辑层 l a b m i s 的业务层设计遵循这样一个原则：在业务逻辑的处理中均使用接口， 从而脱离对具体业务的依赖。在业务逻辑层中，不能直接访问数据库，而必须通过 数据访问层。对数据访问业务的调用，是通过数据访问层接口模块( h 3 a l ) 来完成 的。与具体的数据访问逻辑无关，从而实现层与层之间的松散耦合。l a b m i s 业务 逻辑层的设计采用面向接口设计的思想，首先为业务逻辑对象定义抽象的接口，然 1 4 硕士掣住论文 m a s r e r st h e s 】s 后为业务逻辑对象以及代理对象建立抽象工厂，并在w e b c o n f i g 中配置相关的配置 节，通过反射技术，从而脱离对具体业务的依赖，表示层仅依赖于业务逻辑层的接 口程序集以及抽象工厂。这里仍以设备设施管理为例，其业务逻辑层的模块结构如 图3 5 所示： 匡eltablishmenibllflu：tolt t一一-乒estlbls。hm。entlbllf - 一l 舀白 图3 5 设备设施部分的业务逻辑层的模块结构 ( 1 ) e s t a b l i s h m e n t b l l 模块：设备设施子系统中业务逻辑层的核心模块。包含整 个子系统的核心业务； ( 2 ) e s t a b l i s h m e n t b l l f a c t o r y 模块：创建设备设施业务逻辑对象及设备设施代理 对象； ( 3 ) e s t a b l i s h m c n t i b l l 模块：用于定义设备设施业务逻辑对象的接口； ( 4 ) e s t a b l i s h m e n t b l l p r o x y 模块：为设备设施业务对象建立代理对象，以便为 引入缓存机制提供扩展，提高访问效率。 3 3 3 表示层 表示层是一些w e b 项目，用于实现常见用户界面的部分，例如，用户登录，退 出、注册新用户、维护用户信息等。以上这些内容的实现主要利用了a s p n e t 窗 体、控件等。w e b 项目主要用于构建应用程序与用户交互的界面。表示层与业务逻 辑层的关系图3 6 所示： 苜宙 图3 6 表示层与业务逻辑层的关系 第4 章业务逻辑设计 业务逻辑，是对系统行为的定义和