（机械制造及其自动化专业论文）大功率机车出入段管理系统的研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：互团至鬟日期：2 2 芝：z z ：呈z 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生c 签名) 乖臂导师c 签名) 鞠押舭肛，2 7 摘要 本文的研究对象为和谐型大功率机车出入段管理系统。随着和谐型大功率机 车的不断装备，传统的出入段管理方案已不再适用于更加先进的现代化机车。为 提升机务段机车出入段的管理水平和生产效率，保证和谐型大功率机车在高速重 载下的安全运行，机务段急需对机车出入段管理进行信息化改造。因此，和谐型 大功率机车出入段管理系统的研究势在必然。 在江岸机务段的配合下，我们对机车检修与安全管理进行了大量的研究，为 大功率机车出入段管理提供了有力的理论和实践支持。在研究过程中，我们发现 了大量的问题，如：针对传统机车的管理系统已不适用于和谐型大功率机车的出 入段管理；大量的机车日常整备检修数据需要人工分析等。针对这些问题，本 文重点研究了适合和谐型大功率机车出入段管理系统的设计方法。 总体来说，本文研究了基于三层c s 模式的和谐型大功率机车出入段管理系 统的实现方法，重点如下： ( 1 ) 研究了和谐型大功率机车出入段管理模型，并以工位层、业务层和数 据层三层结构对出入段模型进行了描述。 ( 2 ) 基于对出入段系统模型的研究，本文将出入段管理模型映射到c s 三 层模式中。并研究了系统c s 三层构架的内容和各层之间的关系，将业务层分为 了外观服务层、主业务服务层、数据库服务层和信息安全保障层。其中，主业务 服务层与信息安全保障层中为本文研究重点。 ( 3 ) 研究了主业务服务层中主要功能模块的设计方法，即机车入段管理模 块、机车整备管理模块、机车检修管理模块、机车出入管理模块、四项分析模块 和系统通信模块的设计方法。 ( 4 ) 研究了系统信息安全保障层的实现方法，并通过权限管理技术和通信 加密技术使系统安全级别达到c 2 级。 关键词：和谐型大功率机车：出入段管理：信息管理系统：c s 模式：r b a c 模型 a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e so ni n f o r m a t i o nc o n t r o l s y s t e mo fh a r m o n y - t y p eh i 曲- p o w e r l o c o m o t i v es e c t i o n a st h ei n c r e a s eo ft h ea m o u n to ft h eh a r m o n y t y p eh i g h p o w e r l o c o m o t i v e s u s i n g ，t h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tp r o g r a mo f t h el o c o m o t i v e sh a sb e e n o u to fd a t e i no r d e rt oi m p r o v et h es a f eo p e r a t i o no fh a r m o n y - t y p eh i g h p o w e r l o c o m o t i v e sw h i c ha r er u n n i n gw i t hh i g hs p e e da n dh e a v yl o a d ，t h et r a d i t i o n a l m a n a g e m e n tp r o g r a ms h o u l db et r a n s f o r m e d s ot h es t u d yo nt h em a n a g e m e n ts y s t e m o fl o c o m o t i v es e c t i o ni si n e v i t a b l e u n d e rt h eh e l po ft h ej i a n g a nl o c o m o t i v es e c t i o n ，w eh a v e d o n em u c h r e s e a r c ho nm a i n t e n a n c ea n ds e c u r i t ym a n a g e m e n to fl o c o m o t i v e s a n dt h e s es t u d y p r o v i d ee f f e c t i v et h e o r ya n dp r a c t i c es u p p o r tf o rt h em a n a g e m e n to fh i g h p o w e r l o c o m o t i v e s i nt h ep r o c e s so fr e s e a r c h ，l o t so fq u e s t i o n sa r ef o u n d f o re x a m p l e ：t h e t r a d i t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hc o n t r a r yt ot r a d i t i o n a ll o c o m o t i v e si sn ol o n g e r s u i t a b l ef o rt h em a n a g e m e n to fh a r m o n y - t y p eh i g h p o w e rl o c o m o t i v e s ，al a r g e n u m b e ro fd a i l ym a i n t e n a n c ed a t an e e dt ob ea n a l y z e da r t i f i c i a l l y , t h i sm o d ec r e a t e d m a s s i v ew a s t e t h e r e f o r e ，t h em e t h o do fd e s i g n i n gi n f o r m a t i o nc o n t r o ls y s t e mw h i c h s a t i s f i e sh a r m o n y - t y p eh i g h - p o w e rl o c o m o t i v e si st h ef o c u so ft h ep a p e r t h i s p a p e r d i s c u s s e st h er e a l i z a t i o nm e t h o do fm a n a g e m e n ts y s t e mo f h a r m o n y - t y p eh i g h p o w e rl o c o m o t i v e sw h i c hb a s e s o nc st h r e e - t i e rm o d e l s p e c i f i c a l l y , t h ek e yc o n t e n t so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep a p e rs t u d i e so nt h em a n a g e m e n ts y s t e m sm o d e lo ft h eh i g h p o w e r l o c o m o t i v es e c t i o n ，a n dd e s c r i b e si ta st h r e el a y e r s ：w o r kl a y e r ，o p e r a t i o nl a y e ra n d d a t al a y e r ( 2 ) t h es y s t e mm a p st h em a n a g e m e n tm o d e lo fh a r m o n y - t y p eh i g h p o w e r l o c o m o t i v es e c t i o nt oc st h r e e - t i e rm o d e lb a s e do nt h er e s e a r c ho fm a n a g e m e n t m o d e lo fh a r m o n y - t y p eh i g h p o w e rl o c o m o t i v es e c t i o n a c c o r d i n gt or e s e a r c ho ft h e c o n t e n ta n dr e l a t i o no ft h r e e t i e r s ，t h e b u s i n e s s l a y e r i sd i v i d e di n t o a p p e a r a n c e s e r v i c el a y e r ，t h em a i n b u s i n e s s - s e r v i c el a y e r ，d a t a b a s e s e r v i c el a y e r , a n d i n f o r m a t i o n - s e c u r i t yl a y e rt h ef u n c t i o ns t r u c t u r eo fs y s t e ma n dt h ep o s i t i o no fe a c h m o d u l ei nt h ec sm o d ei ss t u d i e db a s e do nt h er e s e a r c ho fm a n a g e m e n tm o d e lo f h a r m o n y t y p eh i g h - p o w e rl o c o m o t i v es e c t i o n a m o n gt h e m ，t h em a i n b u s i n e s s s e r v i c el a y e ra n dt h ei n f o r m a t i o n - s e c u r i t yl a y e ra r et h ek e yc o n t e n to ft h i sp a p e r ( 3 ) t h ep a p e rs t u d i e do nt h ed e s i g nm e t h o do f t h em a i nm o d u l e si nm a i n b u s i n e s s h l a y e r s u c ha st h el o c o m o t i v e i nm o d u l e ，t h el o c o m o t i v e - s e r v i c e m a n a g e m e n tm o d u l e ， t h el o c o m o t i v e r e p a i rm o d u l e ，t h el o c o m o t i v e o u tm o d u l e ，t h ef o u r - a n a l y s i sm o d u l e a n dt h es y s t e m c o m m u n i c a t em o d u l e ( 4 ) t h ep a p e rs t u d i e so nt h ed e s i g nm e t h o do fi n f o r m a t i o n - s e c u r i t yl a y e r , a n dt h e s a f e t yr a n ko fs y s t e mi si m p r o v e dt oc 2t h r o u g ht h ej u r i s d i c t i o nm a n a g e r i a lt e c h n i q u e a n dt h ec o r r e s p o n d e n c ee n c r y p t i o nt e c h n o l o g y k e yw o r d ：h a r m o n y - t y p eh i 曲一p o w e rl o c o m o t i v e ；l o c o m o t i v es e c t i o nm a n a g e m e n t ； i n f o r m a t i o nc o n t r o ls y s t e m ；c sm o d e l ；r b a cm o d e l 目录 第一章绪论1 1 1 背景和意义1 1 2 研究的必要性l 1 2 1 大功率机车自身特点带来检修理念和模式的更新1 1 2 2 和谐型机车的大量运用为机务段生产管理带来新的挑战2 1 3 国内外现状3 第二章大功率机车出入段模型5 2 1 工位层5 2 2 业务层6 2 2 1 机车入段业务流6 2 2 2 机车整备业务流7 2 2 3 机车检修业务流7 2 2 4 机车出段业务流8 2 3 数据层9 2 3 1 机车入段整备检修作业数据流9 2 3 2 机车出段数据流一1 l 2 4 小结1 1 第三章系统总体架构设计1 2 3 1 系统应用架构1 2 3 1 1 表示层13 3 1 2 业务层1 4 3 1 3 数据层1 4 3 2 系统功能架构1 6 3 2 1 系统功能架构1 6 3 2 2 系统平台及运行环境17 3 3 小结1 7 第四章系统功能设计1 8 4 1 业务功能设计18 4 1 1 机车入段管理模块18 4 1 2 机车整各管理模块2 0 4 1 3 机车检修管理模块2 2 4 1 4 机车出段管理模块2 3 4 1 5 四项分析模块2 5 4 2 系统通信功能设计2 6 4 2 1 网络通信基础2 7 l v 4 2 2 网络通信实现2 8 4 2 3 序列化与反序列化3 1 4 3d 、结3 4 第五章系统安全设计。3 5 5 1 系统安全策略3 5 5 2 权限管理3 7 5 2 1 权限管理模型3 7 5 2 2 权限管理模型设计3 8 5 2 3 权限管理数据库设计4 0 5 3 通信安全4 2 5 4 ，j 、结4 5 第六章总结与展望4 6 致谢4 7 参考文献4 8 研究生期间发表的论文5 1 研究生期间参加的科研项目5 2 v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 背景和意义 第一章绪论 随着科学技术的发展，机务段的生产作业对象也随之发生了巨大的变化。从 传统的内燃机车到如今的和谐型大功率电力机车，机务段的生产作业对象在一定 程度上代表了科技发展的水平。 江岸机务段为新建运用维修段，是全路和谐型大功率机车的主要配属段，负 责h x d 3 、h x d l b 型机车的运用管理和1 年检以下修程的检修，担当武汉北至郑 州北、株洲北、阜阳北、合肥东、向塘的货机交路及襄樊北、株洲北至武汉北的 货机折返作业，承担枢纽内小运转及编组站内调车机车的运用整备任务。 从2 0 0 7 年至今，江岸机务段先后装备了2 9 5 台h x d 3 、h x d l b 型大功率机 车，由于和谐型大功率机车自身的特点，传统的机车出入段管理方案已不能满足 和谐型机车出入段管理的需要。同时，随着和谐型大功率机车的大量配备，对江 岸机务段机车出入段管理提出了新的要求。结合铁道部提出的在全国范围内展开 大规模的铁路运输管理信息化系统建设的要求，在江岸机务段的大力支持下，本 文对大功率机车出入段管理系统进行了研究。 大功率机车出入段管理系统利用先进的计算机技术、信息技术和网络技术， 整合机务段出入段管理各类信息资源，建立信息共享的平台，实现机务段出入段 管理相关信息资源的共享；从生产调度指挥一体化着手，实现决策、管理、调度、 控制的一体化、自动化、便利化，为各级管理者提供综合查询、决策分析，促进 生产、调度的自动化和管理决策的信息化、现代化。同时，通过系统的应用，提 高生产效率、降低运营成本，改善机务段现行的生产作业方式，促进机务段跨越 式发展。 1 2 研究的必要性 1 2 1 大功率机车自身特点带来检修理念和模式的更新 随着科技的日新月异，为满足日益高涨的铁路运输需求，加快我国铁路建设， 我国引进了和谐型大功率电力机车。和谐型大功率电力机车在设计理念、结构形 式、传动方式、集成化程度以及控制技术方面与国内既有机车有着较大的差异， 从而也决定了其维护保养、检修理念和模式与传统机车有着较大的不同。 武汉理工大学硕士学位论文 与传统机车相比，和谐型机车主要有以下几个特点： ( 1 ) 定期维修内容简化 从几种车型外方建议的检修修程和检修作业内容来看，和谐型机车运行一年 或2 0 万k m 以下时，检修作业基本上以性能和安全性检查为主；运行两年或5 0 万k m 以上，以深度检查和定期检修为主。 ( 2 ) 日常检查维护操作方便 和谐型机车运行一年或2 0 万k m 以下的预防性检查，可以在既有机务设施的 基础上，经过适当改造，并配置所需的检查设备便可满足大功率机车维护、保养 等方面的要求。 ( 3 ) 大级别修程以换件修、部件集体修为主 机车运行一年或2 0 万k m 以上的定期检修，由于机车采用的部件与传统机车 有着根本上的不同，造成检修工艺和检修设备存在较大差异。既有机务段和检修 基地的设备很难满足要求，需要重新配置相关设备。 ( 4 ) 部件设计维修理念较新 和谐型大功率机车设计理念、结构和部件的特殊性决定了检修设施和工艺的 特殊性。配套的检修设施应结合其自身的特点，并兼容各种机型统筹考虑、独立 设置。 1 2 2 和谐型机车的大量运用为机务段生产管理带来新的挑战 ( 1 ) 和谐型机车检修理念和检修模式的更新对机务段提出新的要求 对于传统电力机车和内燃机车，机务段需要负责机车的大、中修和小辅修。 对于和谐型机车，依据“专业化、集中修 的原则，由和谐型机车检修基地承担 全路和谐型机车2 年检( 预留6 年检) 修程的机车检修工作，机务段主要承担和 谐型机车运用管理和1 年检及以下修程的检修任务。机务段现有的检修理念和检 修模式也将随着和谐型机车检修理念和检修模式的更新而改变。 机务段的检修作业主要以对和谐型机车进行性能和安全性检查为主，通过对 机车进行同整备分析、故障模块寿命分析、关键部位周期性检测分析、单台机车 可靠性分析，实现从“尽量多做计划预防性维修 的旧模式向只做“必要的可靠 性维修新模式的转变。 ( 2 ) 和谐型机车大量运用对机务段出入段管理提出新的要求 预计在未来几年内，机务段配属的和谐型机车将从目前的2 9 5 台发展到7 0 0 余台。为了实现和谐型机车“必要的可靠性维修，需要对机车同常运用、整备 和检修等数据进行采集与分析。随着和谐型机车的大量装配，机车日常运用、整 备和检修等数据呈爆发式增加的趋势，机务段现有信息系统已满足不了这些数据 2 武汉理工大学硕士学位论文 处理的要求。总的来说，机务段主要存在以下几个方面的问题： 机务段整备、检修业务部门没有实现信息化 机务段出入段的三大业务是机车运用管理、机车整备和机车检修，而目前机 务段整备、检修业务部门并没有信息系统为其提供技术支持。大量的整备、检修 数据需要人工记录和分析，工作强度大，存在潜在的错误风险。随着和谐型机车 的大量配属，这一问题将日益突出。因此，提高机务段整备、检修业务部门的信 息化水平刻不容缓。 机务段现有信息系统信息共享程度低 目前，江岸机务段运用、运转、安全、统计等部门已有一些信息系统投入应 用。但是各个信息系统相互独立，无法实现信息共享，造成了一些基础性数据的 重复录入和人力资源的大量浪费。同时，机务段生产过程中业务信息的传达依赖 于电话通信，数据信息依靠人工录入，数据共享通过纸张传递。这都不能保证数 据的完整性和安全性，易造成数据丢失。随着和谐型机车的大量配属，此类问题 将日益突出。因此，实现机务段各部门现有信息系统之间的信息共享是建设信息 化的和谐型机务段的当务之急。 为更好的承担和谐型机车出入段管理任务，实现大功率机车出入段管理现代 化、信息化，同时实现运用、整备和检修等相关部门之间的信息共享，需要充分 利用信息化手段为机务段管理提供技术支持。因此本课题的研究具有很强的现实 意义。 1 3 国内外现状 自2 0 世纪6 0 年代中期以来，随着大功率机车的发展，机车的运行速度大幅 度提高，干线货运机车的结构速度为1 2 0 1 6 0 k m h ，干线客运机车的结构速度为 1 6 0 。2 5 0 k m h ，高速动车的结构速度为2 0 0 2 6 0 k m h ，个别型号动车己达 3 0 0 k m h 1 1 】1 2 1 。为满足高速运行的经济指标，机车动车的功率也不断增大。三相 感应电机在机车上的应用获得成功，使每台牵引电动机的功率由7 0 0 8 0 0 k w 增大 到1 2 0 0 1 4 0 0 k w ( 例如联邦德国的e 1 2 0 型电力机车，其牵引电动机的小时功率达 1 4 0 0 k w ) 。单电机转向架问世后，组合传动的牵引电动机，其功率就更大了，如 法国c c 2 1 0 0 0 型电力机车，其牵引电动机的功率达3 0 0 0 k w i j 儿4 。 从上世纪5 0 年代末研制出了第一台干线电力机车以来，在“引进、消化吸 收、再创新 的战略下1 5 】，我国电力机车的发展取得了举世瞩目的成就。我国最 早的大功率机车始于1 9 8 5 年，当时为解决晋煤外运的运输瓶颈问题从欧洲5 0 h z 集团引进了1 5 0 台当时世界功率8 轴9 6 0 0 k w 8 k 型直流电力机车1 6 儿7 。1 5 年后， 我国与日本东芝公司合作研制了6 轴7 2 0 0 k w 的h x d 3 型大功率机车。随后，2 0 0 4 武汉理工大学硕士学位论文 年我国又从德国西门子公司引进了1 8 0 台8 轴9 6 0 0 k w 交直交电力机车，命名 为d j 4 ，后又被命名为h x d l 。同时，从法国阿尔斯通交通运输股份有限公司引 进了8 轴9 6 0 0 k w 交直一交电力机车生产技术，后被命名为h x d 2 例。 在引进消化技术后，我国开始自行研制大功率机车，并取得了举世瞩目的成 就。9 6 0 0 k w 的世界最大的6 轴交一直交h x d l b 、h x d 2 b 、h x d 3 b 大功率机车 的研制成功，使我国的电力机车技术达到了世纪先进水平【9 】【1 0 。随着8 0 0 0 k w 的 c r h 3 型动车组的研制成功，铁路客运运行速度达到了3 5 0 k m h ，这也标志着我 国的大功率机车水平处于世纪领先地位。 我国的铁路计算机应用起步于上个世纪6 0 年代，经过4 0 多年的发展，取得 了较大的成绩。这首先表现在我国基本上具备了现代化铁路大型信息系统开发、 建设和管理的能力；其次是全路的局域网和广域网建设初具规模，为铁路信息系 统的建设提供了支持环境；最后，全路已建成了大量的信息系统，部分系统己发 挥了重要作业，取得了较好的社会和经济效益。 但是，我国铁路信息化水平与国际先进水平相比还存在以下差距j ： ( 1 ) 系统建设具有盲目性和重复性，缺乏一个先进、可行的总体规划； ( 2 ) 系统建设缺乏必要的法规、条例和监督； ( 3 ) 系统运行的网络基础设施建设有待加强； ( 4 ) 系统建设前期对基础信息编码、信息共享、系统安全性等研究工作有 待于加强。 机车出入段管理系统也在全国得到了一定程度的应用，主要的软件是由武汉 理工大学开发的“机车出入段质量管理系统”。此系统通过系统维护、数据采集 模块、监控工作站、地勤工作站、检测工作站、行修工作站、质保工作站、 外勤工作站、技术科签字、辅修工作站，出库计划服务和分修统计等1 2 个模 块实现了机务段安排机车的工作日程( 机车计划) ，人员的工作日程( 人员计划) ， 机车入段登记( 入段时间、整备股道等信息) ，机车的检修安排，机车的合格 证签发的功能。江岸机务段也采用过此系统，但是随着和谐型大功率机车的 装备，此系统己不适应于新形式下的机务段出入段管理了。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第二章大功率机车出入段模型 江岸机务段的主要生产作业对象是h x d 3 与h x d l b 大功率机车，其中h x d 3 主要负责南线应用，h x d l b 负责北线应用，其出入段主要包括三大业务：机车 日常整备，机车检修和机车出段。机车日常整备由可分为机车入段业务和机车整 备业务。机务段出入段模型可以通过3 个层次进行创建，即工位层、业务层和数 据层，可分别对应计算机信息系统网络结构中的表示层、业务层和数据层。工位 层是通过对机车在段内位置状态变化的描述来阐释机务段生产作业流程。业务层 是通过对出入段业务的描述来阐释机务段出入段作业流程。而数据层是通过对出 入段业务数据流的描述来阐释机务段出入段作业流程。 2 1 工位层 图2 1 机车出入段主要业务 如图2 2 所示，机车出入段过程中，主要经过轮对及受电弓检测棚，砂 房，自动清洗机，保洁棚，最后进入整备场进行整各。整备完成，则向运用 科交车，机车重新投入使用。当机车到达计划修程或存在整备场无法完成的 i 临修时，机车进入检修库进行检修。 图2 。2 大功率机车段工位层模型 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 业务层 和谐型大功率机车出入段业务层模型可以分为机车整备业务流模型、机车检 修业务流模型和机车运用业务流模型。通过这三个模型可以清晰的描述机务段出 入段管理的主要业务。 2 2 1 机车入段业务流 如图2 3 所示，首先，机车在信号灯处请求入段。股道自动化调度室接到机 车入段请求，根据段内情况确定是否允许机车入段。机车在段外等待，直至允许 入段。机车入段后，首先进行轮对及受电弓检测；接着行至砂房加砂；加砂完成 后，机车行驶至自动清洗机处进行车身外部清洗；然后进入保洁棚进行车身外部 保洁，保洁时间约2 0 分钟。外部保洁完成后，机车进入整备场。 机车到达整备场后，乘务员下车，向运用科提交机车临修登记票( 简称 “报活”，也是j t - 6 ) ，并交还机车钥匙。然后，乘务员到调度大厅( 运转车间) 退勤并提交司机报单。司机报单通过运转车间交至计统科进行机车相关数 据的统计。 运用科接到乘务员提交的机车临修登记票后，把该票以及机车钥匙交给 整备车间行修组。 图2 - 3 机车入段业务流模型 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 机车整备业务流 行修组接到机车临修登记票后，首先对机车进行自检；自检完成后，根 据乘务员报活修理机车，有活修活，无活确认各部件工作正常。整备完成后，整 备场验收组对机车进行验收。验收主要是对机车临修登记票上记录的故障以 及技术科下达i 级修程规定的范围进行验收。验收合格，验收组发放机车合格 证，填写机车整备台账。整备场接到机车合格证后向运用科提交机车 交车通知单( 临修机车交车通知单) ，通知运用科机车可以重新投入使用( 如 2 - 4 所示) 。 2 2 3 机车检修业务流 图2 - 4 机车整备业务流模型 机车检修作业流程模型如图2 5 所示，机车进入整备场后，若存在整备场无 法修理的临修，需要入检修库检修的，由整备场向股道自动化调度室请求调车， 然后股道自动化调度室向地勤组下调车计划通知单，地勤组根据调车计划 通知单将机车调至检修库外。 若机车到达计划修程，乘务员交完车后机车直接进入检修库进行检修。 机车入库检修完成后，铁路局驻段检修组对机车进行验收，填写机车段修 验收台帐和发放机车段修竣工交验单( 竣工单一式三份，检修组、运用科、 验收组各一份) 。运用科接到竣工单，机车可重新投入使用。 7 武汉理工人学硕士学位论文 2 2 4 机车出段业务流 图2 5 机车检修业务流模型 图2 - 6 机车运用业务流程模型 如图2 - 6 所示，运用科根据铁路局下达的阶段计划与整备场反馈的机车状态， 8 武汉理工人学硕士学位论文 安排机车运用计划。同时，运转车间根据运用科发布的机车运用计划安排乘务员 出勤计划。乘务员在规定时间待班、出勤。 2 3 数据层 机务段主要存在3 条数据流，即机车整备检修作业信息数据流，以技术科为 中心的信息数据流和机车运用信息数据流。 2 3 1 机车入段整备检修作业数据流 如图2 7 所示，主要数据与数据流向如下： 图2 7 机车整备检修作业数据流模型 机车到达轮对及受电弓检测位置，自动检测系统将检测到的数据传送到整备 场： 机车到达整各场后，乘务员提交机车临修登记票，此票一式三份：整备 场行修组、技术科、运用科各一份。其中运用科将其作为填写各种单据的凭证； 运转车间将乘务员递交的机务段乘务员报单( 该报单由乘务员在途中填 写) 送交至计统科；计统科凭此报单进行机车编组、载重、到站点时间的统计和 乘务员工时的计算； 整备场接到机车临修登记票后，对机车进行临碎修作业。临修完成后， 整备场向运用科递交临修交车通知单；临修不可完成，整备场则告知运用科， 运用科向股道自动化下达调车通知单。股道自动化根据调车通知单，安排 9 武汉理工大学硕士学位论文 调车作业，将调车作业通知单下达给地勤组，地勤组负责完成机车调车作业， 将机车调至检修库外； 检修库完成机车临修作业后，填写机车段修竣工交验单( 一式三份) ，并 与机车检修记录共同递交给验收室。验收室对机车验收合格后，在三份机 车段修竣工交验单和机车检修记录上盖章和签字确认，并将竣工交验单 返给检修车间一份，递交运用科一份，并自留一份。递交给运用科的机车段修 交验单作为机车检修合格证，通知运用科机车可以重新投入使用。验收室根据 机车检修记录完成机车段修验收台帐的编写，并将机车检修记录返 回给检修车间； 验收室根据机车段修验收台帐完成量化表和综合报表，按要求 送交铁路局； 技术科将制定的检修整各计划、各项技术措施、整备场重要部件的决策以及 检修库重要部件的决策等信息下达给检修库和整各场，指导检修作业和整备作业 的进行。同时，技术科也将检修整各计划等信息发送给运用科，便于机车计划 的安排； 整备场和检修库分别将整各数据和检修数据等信息反馈给技术科，供其进行 数据统计、分析及调用； 轮对及受电弓检测数据也将传送到技术科，便于其进行轮对及受电弓的数据 统计、分析及调用。 由于技术科在机车整备与检修作业中具有重要的作用，因此单独将其作业流 程表述出来，作为机车整备检修作业模型的补充。图2 8 显示了以技术科为中心 的主要信息与数据流流向： 图2 8 以技术科为中心的数据流模型 对于碎修和在整备场可完成的临修，在整备完成后，将机车临修登记票 送交给技术科，为技术科分析作业提供依据； i o 武汉理工大学硕士学位论文 对于不能在整备场完成的临修，整备场将通知运用科与技术科。此外，整备 场也将通知股道自动化调度室将机车调至检修库进行维修： 对于计划修，技术科制定检修计划，并送交铁路局进行确认。得到铁路局的 认可后，技术科将确定的计划修的检修范围下达给检修库，并将检修计划通知给 运用科。检修库完成检修作业后将检修记录送交给技术科，为技术科分析作业提 供依据。 2 3 2 机车出段数据流 图2 - 9 显示的是机车出段数据流模型： 图2 9 机车运用数据流模型 铁路局向运用科下达机车阶段计划。阶段计划中包括机车的车号、车次、机 位及开点。 运用科根据任务计划中的“开点 ，安排叫开时间，并根据整备场报送的机 车状态，安排机车计划，并将机车计划下达给运转车间和股道自动化。 运转车间根据机车计划安排乘车员出勤计划( 包括乘务员、副乘务员、乘务 员出勤、待班、叫班时间等) ，并将机车计划送交给运用科。 股道自动化根据机车计划安排机车出段股道。 2 4 小结 大功率机车出入段管理系统是一个综合系统工程，管理问题和方法问题是决 定这一工程的成功与否的关键。通过对大功率机车出入段的分层研究，可以清晰 的了解机务段出入段管理的作业流程，为系统的研制提供了关键的基础支持。 武汉理工大学硕士学位论文 第三章系统总体架构设计 通过对大功率机车出入段模型的模型研究可知，机车出入段模型可分别由工 位层、业务层和数据层来描述，可对应于系统架构中的三层模式。结合b s 模式 与c s 模式各自的特点和机车出入段管理的特点，本文选用c s 三层模式作为系 统架构，即把大功率机车出入段管理系统按功能划分为表示层、业务层和数据层 三层，分别放置在客户端、网络应用服务器端和数据库服务器端。在系统中，表 示层负责实现人机交互式功能，并获得相应的业务信息；业务层主要负责各个部 门相关业务及其网络传输；数据层则是根据业务内容中的包含的相关指令信息， 对业务内容中的数据信息进行相应的数据库操作。 3 1 系统应用架构 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构是2 0 世纪9 0 年代成熟起来的技术，它将应用程序 分为客户端和服务器端两大部分。客户端部分为每个客户所专有，负责执行前台 功能：服务器部分由多个用户共享信息与功能，执行后台服务。这种体系结构将 一个应用系统分为两大部分，由多台计算机分别执行，使他们有机结合在一起， 协同完成整个系统的应用，从而最大限度的利用系统中的软、硬件资源【1 2 】【1 3 】。 c s 模式的主要特点是请求响应工作方式、以消息交换作为通信方式、基于 过程的服务访问、服务集中于特定的服务器。其出现简化了复杂程序的开发和维 护。与传统的分时共享模式和资源共享模式相比较c s 模式具有以下优剧1 4 j 。 ( 1 ) 优化网络利用率，减少网络流量。客户端只把请求的内容传给服务器， 服务器也只返回最终结构，系统中不必传输整个数据文件的内容。 ( 2 ) 相应时间短。在网络的流量减小的情况下，当c s 模式中允许在客户 机将远端数据库的副本存放在本地的临时数据库中时，数据查询的性能会大大提 高。 ( 3 ) 增加数据独立性。通过把应用程序同它们处理的数据隔离，可以使数 据具有独立性。这样，服务器能对数据的存取进行充分而且有效的控制，未通过 鉴别和授权的用户将无法对数据进行访问，系统数据的完整性可以得到充分的保 证。 c s 模式又分为两层c s 模式和三层c s 模式。三层c s 模式是为了解决两 层结构中存在的问题而提出来的。在三层模式中，客户端和服务器端之间引入了 应用层的概念，将应用逻辑转移到应用层实现，而客户端弱化为一个图形用户的 接口，成为一个瘦客户机( t h i nc l i e n t ) l l 副。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 表示层业务层 数据层 客户端应用服务器数据服务器 图3 1 三层c s 模式示意图 相对于c s 二层结构，本系统将业务逻辑单独剥离出来，放在应用服务器上， 从而使整个系统的逻辑结构更加清晰【1 6 1 。同时，通过业务层将表示层和数据层 相隔离，这样就避免了用户与数据库之间的直接联系，从而有效的提高了系统数 据信息的安全性；相对于b s 结构，c s 网络结构可以通过相应的数据处理，对 通信数据进行加密处理。这样可以避免b s 模式通信数据被监听和串改等安全隐 由 1 7 i l l s j t ! p o 3 1 1 表示层 根据上文介绍可知，三层模式中的表示层已经被弱化为与用户的图形交换界 面，这一层的实现可以采用w e bb r o w s e r ( 网页浏览器) 或e x e 应用软件两种 方式解决。如采用w e bb r o w s e r 作为表示层工具，系统则形成b s 三层模式( 如 图3 2 所示) 。这种模式只有极少部分业务逻辑在b r o w s e r 端实现，主要业务逻 辑都在服务器端实现，这样就大大减轻了系统维护与升级成本，具有维护、使用 方便，可跨系统和跨平台使用的诸多优势，是一种很具有竞争力的解决方案 【1 9 】【2 0 】。如采用c s 模式，表示层将e x e 文件担当。这种解决方案需要设计系统 自己的表示层软件，但它将底层操作系统和网络通信有机的融合起来，界面设计 灵活，可以满足不同用户的需要，是一种具有高可靠性的解决方案1 2 。 图3 2b s 三层模式示意图 1 3 终端 器 武汉理工大学硕士学位论文 考虑到本系统中需要处理的事务比较复杂，有时候需要本地计算机提供运算 分析、加密等功能。在这样的背景下，由w e bb r o w s e r 提供的功能相对有限，不 能满足系统要求。例如，考虑到网络通讯安全方面的因素，当客户端向服务器端 发送信息时，我们需要对信息进行加密处理。同样，在客户端接收服务器端数据 时，也需要解密数据。c s 模式的这方面功能是采用h t m l 协议通信的b s 模式 所不能具备的。同时，采用c s 模式也能通过客户端的e x e 文件直接连接服务 器，获取相关数据信息，这和w e bb r o w s e r 一样也不需要客户机具有强大的处理 功能f 2 2 】1 2 3 1 。因此，本系统中采用c s 三层模式。 3 1 2 业务层 业务层也叫事务逻辑层或中间层，其主要功能是进行事务处理与支持、信息 传递和网络通信。其还可以再次划分为三个子层。即外观服务层，主业务服务层 和数据库服务层。根据本课题对通信安全的要求，在本系统中将在此三层结构的 基础上增加一层，即安全保障层。他们的功能分别是： 外观服务层，负责业务层与表示层之问的通信服务。 主业务服务层，负责系统主体业务的执行。 数据库服务层，负责系统对数据库的操作和通信。 信息安全保障层，负责通信数据的加密与解密工作。 这样划分的好处在于外观服务层只关心业务层与表示层之间的通信服务工 作，而大量的业务逻辑规则主要在主业务服务层实现。通过这两层的划分，当系 统界面或主业务发生变化时，只需要改变相应的层级，不用对程序进行大的改动， 从而使得系统具有很好的可扩展性。同时，通过数据服务层将系统界面和数据库 相隔离，使得用户不能直接与数据库之间相互通信，这就从结构上保证了系统数 据的安全性【2 4 1 。通过本系统另一个单独划分的信息安全保障层，实现网络传输 的信息数据进行加密与解密功能，从而进一步提高系统信息通信的安全性【2 5 1 。 3 1 3 数据层 数据层又称数据资源管理层，相对于业务层的数据处理工作，它主要定义了 大量的数据管理任务【2 酬。随着系统运行时间的增加，需要存入数据库的信息资 源也就不断的增加，这就对系统