（系统工程专业论文）煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化.pdf

摘要 煤炭作为我国基础行业，为我国总体经济增长做出了巨大贡献。在我国能源 消费中具有不可替代的地位然而，由于历史的因素及煤炭行业自身的原因，我 国煤炭行业信息化建设仍处于相对落后阶段，特别是对于一般地方性煤炭企业， 其信息化建设普遍比较落后，企业无法通过信息化的集成作用支撑企业的管理创 新和体制创新，导致企业的管理决策水平效率低下。 本文以福建省境内两家大中型煤炭企业的信息化建设及质量管理系统的开 发设计为背景。根据企业质量管理业务的现状和未来需求。从企业信息化现状实 际出发，对质量管理系统总体功能进行需求分析，确定系统的总体技术架构及功 能结构。系统实现了煤炭质量检验的科学管理，有效地缩短了质量检验的工作流 程，避免了人工作业的遗漏和错误，方便企业各级用户对质量检验信息的查询及 对主要质量指标的分析。为各级主管领导的质量决策提供有力支持。提高了企业 整体应用管理水平。 质量管理系统中的基础数据采集、质量信息管理、报表查询等功能，均以模 块化、标准化进行设计，从而实现系统在煤炭行业内的应用移植，提高开发、部 署效率，为地方性煤炭企业节省投资并加快信息化实施进程，这也是加快信息系 统在中小企业推广应用的一条可行之路。 最后，本文还对数据库应用系统性能优化策略进行了相关研究。性能问题最 终表现在系统的运行阶段，而引起性能问题的原因则可能发生在应用系统生命周 期的任何阶段。本文重点从数据库、应用系统设计等方面进行分析，探讨了应用 系统s q l 语句优化、数据库系统的分段及反范式应用等相关性能优化技术通 过一些实际的优化案例，为中小企业级数据库应用系统性能优化提供一个可参考 的方法。 关键字：煤炭企业；分布式；质量管理；信息系统；性能优化 a b s t r a c t t h ec o a li n d u s t r y , 鹤t h eb a s i ci n d u s t r i e so fc h i n a , w h i c hh a sa l li r r e p l a c e a b l e p o s i t i o ni ne 1 1 e i g yc o n s u m p t i o no fc h i n a , h a sm a d eg r e a tc o a 域b u t i o n sf o rc 脚s o v e r a l le c o n o m i cg r o w t h h o w e v e r , d u et oh i s t o r i c a lr e a s o n sa n dr e a s 0 n so fi t so w n , t h eb u i l d i n go fi n f o r m a t i o nt t x ：h n o l o g yo fc o a li n d u s t r yi ss t i l l 过b a c k w a r ds t a g e r e l a t i v e l y , e s p e c i a l l yf o rt h el o c a lc o a l 饥t c r p r i s e s ，t h ei n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o ni n g 融e r a li sr e l a t i v e l yb a c k w a r d , t h ee n t e r p r i s ec 缸n o tb ei n t e g r a t e dt h r o u g ht h er o l eo f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ym a n a g e m e n ts u p p o r ta n ds y s t e mi n n o v a t i o n , r e s u l t i n gi nt h e d e c i s i o n - m a k i n gl e v e lo fm a n a g e m v a ti n e f f i c i e n c y 刀把a r t i c l e , t a k et h ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g no ft h eq u a l i t yo fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mo fc o a la st h eb a c k g r o u n d , b a s e do r it h et w ol a r g ea n d m e d i u m s i z e dc o a le n t e r p d s e so ff u j i a np r o v i n c e i na c c o r d a n c e 谢mq u a l i t y m a n a g e m c a to f r r c n ts t a t u sa n df u t u r eb u s i n e s sn e 磁g ，矗锄t h er e a l i t yo ft h es t a t u s q u oo f e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n ，a n a l y s i st h eo v e r a l lf u n c t i o n so f n e e d so f t h eq u a l i t yo f 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 s ，d e t e r m i n et h es y s t c m so v c r a l lt o c h n i c a l 卸r c l l i t c 贮t u 坞a n df u n c t i o n a ls t r u c t u r e t h es y s t e ma c h i e v et h es c i e n t i f i c q u a l i t y m a n a g e m e n to fc o a l ，e f f e c t i v e l yr e d u c i n gt h eq u a l i t yo fh h ew o r kf l o wa n da v o i d m a n u a la r o r so fo m i s s i o n , t of a c i l i t a t ei n s p e c t i o no fq u a l i t yo fi n f o r m a t i o ni n q u i r i e s a n da n a l y s i so ft h em a i nq u a l i t yi n d i c a t o r sf o rb u s i n e s s l s e r s 瞰a l ll e v e l s 。i nc h a r g eo f t h eq u a l i t yo fl e a d e r s h i pp r o v i d e db yt h es t r o n gs u p p o r to ft h ed e c i s i o n - m a k i n ga n d i m p r o v e t h eo v e r a l la p p l i c a t i o no ft h ee n t w l 臻i s em a n a g e m e n tl e v e l t h eq u a l i t yo fi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t , d a t ac o l l e c t i o n , r e p o r t i n g , q u e r ya n d o t h e rf u n c t i o n so ft h eq l l a l 对m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ma r em o d u l a r , s t a n d a r d i z e dd e s i g n , i no r d e rt oa c h i e v es y s t e mw i t h i nt h ec o a li n d u s t r yi nt h e a p p l i c a t i o no ft r a n s p l a n t a t i o n , t oi m p r o v et h ed w e l o p m e n ta n dd e p l o y m e n to f e f f i c i e n c y , s a v i n g sf o rt h el o c a lc o a le n t e r p r i s e st os p 刊u pt h ei n f o r m a t i o n t e d m o l o g yi n v e s t m e n t a n di m p l e m e n t a t i o n p r o c e s s ，w h i c hi st o 印i e i 觅u pt h e i n f o r m a t i o ns y s t e m si ns m a l la n dm e d u m - s i z e da p p l i c a t i o no fap r a c t i c a lw a y f i n a l l y , t h ea r t i c l ea l s oo p t i m i z es y s t e mp e r f o r m a n c ed a t a b a s ea p p l i c a t i o nf o ra r e s e a r c hs t r a t e g y , t h ep e r f o r m a n c eo faf i n a lp t ：d ! 细锄o ft h eo l 蒯o n a lp t l 蜀i o f t h es y s t e m , a n dt h ef e a 剐m sf o rp e r f o r m a n c ep r o b l e m sc a u s e db yt h ea p p l i c a t i o n s y s t e mm a y o c c i l ri na n ys t a g eo ft h el i f ec y c l e ，t h ef o c u so ft h i sa r t i c l ef r o mt h e d a t a b a s e , a p p l i c a t i o ns y s t e md e s i g na n a l y s i s o fs q ls t a t e m e n t st oo p t i m i z e a p p l i c a t i o n s , d a t a b a s es y s t e m sa n da n t i - p a r a d i g mo fs u b a p p l i c a t i o n st e c h n o l o g y r e l a t o dt op e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n o p t i m i z e dt h r o u g han u m b e ro fp r a c t i c a la i s e s ， p r o v i d ear e f e r e n c em e t h o df o rd a t a b a s ea p p l i c a t i o n - l e v e lo p t i m i z a t i o no fs y s t e m p 贸f 0 彻雒c eo f t h es m a l la n dm e d i u m - s i z e d k e yw o r d s ：c o a le n t e r p r i s e s ；d i s t r i b u t e d ；q u a l i t ym a n a g e ；i n f o r m a t i o ns y s t e m ； p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为() 课题( 组) 的研究成果，获得() 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在() 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 声明人( 签名) ：形以焚 如噼6 月17 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 () 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“ 或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人( 签名) ：事务屯毛i 药 p 7 年月矽日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 1 1 1 课题的来源背景 煤炭行业是当前我国能源支柱行业，在未来较长的时间里，煤炭在我国能源 消费中都将拥有绝对的主导地位，煤炭行业已经成为国民经济发展的支柱产业， 在我国能源消费中具有不可替代的地位。 由于历史的因素及煤炭行业自身的原因，从整体上来讲，煤炭行业的信息化 建设普遍滞后于金融、电力、石油、电子等相邻行业。而且，整个行业的信息化 发展处于一种极度不平衡的状态，国有重点煤矿信息化建设普遍优于地方小型煤 矿，发展水平较高的大型煤矿已实现了生产监测、电力调度等全面的管理信息系 统，通过计算机网络连接，实时显示生产和经营信息，企业的生产管理达到了较 高的水平。 而对于一般地方性煤炭企业而言，其信息化建设普遍比较落后，相当多的企 业基本处于计算机应用初期阶段，单体应用、部门级应用居多，企业级集成应用 少；不同系统之间互联互通的比例低，联网应用范围小，大多应用局限在管理部 门和本地。由于缺乏整体规划，导致大量“信息孤岛出现，致使无法通过信息 化的集成作用支撑企业的管理创新和体制创新，导致企业的管理决策水平效率低 下。 质量检验是煤炭行业对煤炭进行质量管理的主要手段，在煤炭企业的生产 运营过程中占有非常重要的地位，通过对相关检测项目的化验分析，得出不同矿 井、煤层不同煤种的质量情况，根据市场需求变化进行合理配煤、售煤，提高企 业的决策支持能力。而对于一般地方性煤炭企业，由于企业的信息化程度普遍较 低，企业基层员工计算机应用水平普遍比较低下，质量管理过程，尤其是质量检 验信息采集传递、处理分析等普遍还是采用纸质记录、人工传递、手工汇总等传 统的管理方式，加上机构不断调整、职能不断变换、工作人员不能相对稳定、企 业的统计不全或断档，致使统计汇总口径不一、数据不全、信息收集效率不高， 质量管理过程中人为失误较多。 近年来，受网络、通讯技术发展以及社会经济发展的影响，地方性煤炭企业 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 逐步意识到了企业信息化建设的重要性，逐步加大了对信息化建设的投入，把企 业信息化建设纳入企业整体战略规划。一方面，企业开始积极进行网络外联建设 与运用，企业的局域网与i n t e m e t 互联，企业集团内部建立广域网，将其成员煤 矿及其它企业通过高速网络联结，实现企业集团内部各成员之间资源、信息共享。 另一方面，企业开始逐步加大对生产业务信息系统的开发投入，把信息化运用到 企业生产经营全程中去。 在这种趋势背景下，笔者有幸先后参与了福建省境内两家大中型煤炭企业的 生产执行应用系统的开发设计及相关信息化建设，本文的课题也是以作者参与的 项目为核心开展的，所进行的研究主要是以煤炭企业的质量管理系统为背景进行 的。 1 1 2 课题的意义 煤炭作为传统行业，为了在竞争中谋求发展，跟上社会经济发展的步伐，就 不可避免的要加快信息化的建设，大力推进信息化建设是地方性煤炭企业提高竞 争优势的必然选择。 质量检验管理作为煤炭企业生产运营过程的重要环节，占有非常重要的地 位，企业通过开发运行适合企业自身业务需求的质量管理系统，开展质量业务管 理，具有相当重要的意义。 通过质量管理系统对相关质量基础数据进行采集，减少了质量管理的人力和 物力的投入，提高质量管理工作效率，降低质量管理成本； 通过质量管理系统对零散复杂的质量信息进行分析处理，得出相应的处理结 果，能够对生产起到实时指导和监控作用，有利于全企业质量信息的集成化管理； 通过质量管理系统对质量数据进行统计和分析，用以指导后续生产，从而避 免在后续生产过程中出现类似的质量问题，避免一些人为因素引起的错误，保证 分析计算结果的正确性。 因此，了解、分析企业自身信息化现状，对比国内外企业信息化水平，发现 自身存在问题，建立适合于企业自身的信息化模式框架及质量管理信息系统，关 系到地方性煤炭企业的应变能力和竞争能力。如何利用信息技术改造企业，以达 到提升企业管理水平，提高生产效率，增强企业核心竞争力，是当前地方性煤炭 企业需重点研究的工作。 2 第一章绪论 1 2 本文的主要研究内容和创新点 1 2 1 本文的主要研究内容 本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 通过煤炭企业质量检验管理流程的实际需求分析，对质量管理系统进行 分析和设计，确定系统的具体技术架构及功能结构。 ( 2 ) 对系统自定义公式模块的实现原理及实现过程进行了研究，实现了可自 定义公式的煤炭检测项目多临界值扣重。 ( 3 ) 对质量检验煤质等级判断进行了具体研究，实现了基于标准组的煤质等 级推理判定功能。 ( 4 ) 对系统报表模块的设计进行了详细研究，实现以用户需求为目的的多组 合、多功能、灵活的自定义汇总报表。 ( 5 ) 对系统性能优化策略进行了具体研究，分析影响系统性能的各种瓶颈因 素，通过各种策略对系统性能进行优化。 论文的整体组织结构安排如下： 第一章，绪论。主要介绍了项目的背景、问题的来源，阐明了课题研究的主 要内容和意义。 第二章，分布式应用系统相关技术概述。主要介绍了分布式应用系统的发展 及在实现过程中所采用的一些关键技术。 第三章，系统分析与设计。从企业信息化现状实际出发，对质量检验业务流 程进行需求分析，论述系统整体技术架构及功能结构。 第四章，系统性能优化策略研究。通过对系统实际运行阶段的跟踪分析，分 析影响系统性能的各种瓶颈因素，通过各种策略对系统性能进行优化，结合系统 实际运行过程中的一些优化案例，说明性能优化的具体过程及实现结果。 第五章，系统关键模块的实现。对质量检验业务流程中关键应用模块实现进 行介绍。 第六章，总结和展望。对论文进行总结，并展望下一步需要努力的方向。 1 2 2 本文的特色与创新点 本文以地方性煤炭企业的信息化建设及质量管理系统的开发设计为背景展 开研究，论文的主要特色与创新点如下： 3 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 ( 1 ) 针对地方性煤炭企业信息化现状及用户群特点，系统以模块化、标准化 进行设计，强调用户的自主性及系统使用的简易性，从而实现系统在煤炭行业内 的应用移植，提高开发、部署效率。 ( 2 ) 针对煤炭质量管理流程中复杂多变的检测项目超标扣重需求，通过自定 义公式库设计，系统实现了检测项目多重临界值超标自动扣重。 ( 3 ) 基于标准组的煤质推理判定，通过煤质等级标准组的设定及检测项目指 标分析，自动推理判定各矿井单位产煤所属煤质等级。 4 第二章分布式应用系统相关技术概述 第二章分布式应用系统相关技术概述 2 1 分布式应用系统的发展和应用 1 9 5 0 年至1 9 7 0 年期间，企业主要采用大型主机一终端的体系结构，企业应 用系统则采用单一、集中的方式为用户提供资源共享服务。8 0 年代初期，开放 系统与关系型数据库管理系统被企业大量采用，有别于集中式系统，应用程序逻 辑分散在主从两端。随着w i n d o w s 的普及，9 0 年代则是图形化的应用时代， c l i e n f f s c r v c r 体系结构也被广泛采用。9 0 年代后期，信息产业出现了分布式对象 技术，应用程序可以分布在不同的系统平台上，通过分布式技术实现异构平台间 对象的相互通信。将企业已有系统集成于分布式系统，可以极大地提高企业应用 系统的扩展性。 在传统的c l i e n t s e r v e r 结构中，应用程序逻辑通常分布在客户端和服务器两 端，客户端发出数据资源访问请求，服务器端将结果返回客户端。c l i e n t s e r v e r 结构的缺陷是，当客户端数目激增时，服务器的性能将会因为无法进行负载平衡 而大大下降。而一旦应用的需求发生变化，客户端和服务器端的应用程序则都需 要修改，这样给应用的维护和升级带来了极大的不便，而且大量数据的传输也增 加了网络的负载。为了解决c l i e n t s e r v e r 存在的问题，企业只有向多层分布式应 用转变。 在多层分布式应用中，客户端和服务器之间可以加入一层或多层应用服务程 序，这种程序称为“应用服务器 ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 。开发人员可以将企业应 用的商业逻辑放在中间层服务器上，而不是客户端，从而将应用的业务逻辑与用 户界面隔离开，在保证客户端功能的前提下，为用户提供一个瘦的( t h i n ) 界面。 这意味着如果需要修改应用程序代码，则可以只在一处( 中间层服务器上) 修改， 而不用修改成千上万的客户端应用程序。从而使开发人员可以专注于应用系统 核心业务逻辑的分析、设计和开发，简化了企业系统的开发、更新和升级工作， 极大增强了企业应用的伸缩性和灵活性。 当企业需要建立基于w e b 的商业应用系统时，多层分布式体系结构同样提 供了强大优势，为基于w e b 的商业应用提供了“瘦客户一的体系结构，使基于 浏览器的客户可以与i n t r a n e t 资源进行有效交互，并且不需要在客户端进行复杂 5 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 的应用配置工作。多层分布式解决方案在异构平台间架起了桥梁，可以使基于 w e b 的商业应用与企业已有系统集成在一起。 2 2c s 和b s 分布式体系的应用 2 2 1c s 体系结构 c s 软件体系结构，是基于资源不对等，且为实现共享而提出来的，是2 0 世纪9 0 年代成熟起来的技术，c s 结构将应用一分为二，服务器( 后台) 负责 数据管理，客户机( 前台) 完成与用户的交互任务。 c i s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构，即客户机和服务器结构。其中，s e r v e r 端( 服务 器端) 即为后台数据库，用来保存整个系统中的数据；用户则通过c l i e n t 端( 客 户端) 显示和维护后台数据库中的数据。用户首先通过c l i e n t 端向s o r v e r 端发出 指令，s e r v e r 端则依据收到的指令提取相应的数据，并发送到c l i e n t 端；接着用 户对收到的数据执行添加、修改、删除、计算、统计汇总等维护操作，也可以选 择将维护结果写回s e r v e r 端。 c s 体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力，模型思想简单，易于人 们理解和接受。但随着企业规模的日益扩大，软件的复杂程度不断提高，传统的 两层c s 结构存在以下几个局限： ( 1 ) 并发用户数量有限，两层c s 结构采用单一服务器，且以局域网为中心， 所以难以扩展至大型企业内部网i n t r a n c t 或i n t e r n e t ； ( 2 ) 两层c s 结构的系统验证和校验工作集中在客户端进行，而c l i e n t 端与 s e r v e r 端直接相连，数据安全性相对薄弱； ( 3 ) 客户端维护成本高，每次升级都要对每个客户端重新进行程序安装和参 数配置，维护代价高，效率低下。 为了解决两层c s 结构的缺点，在上世纪9 0 年代引入了三层的分布式c s 结构。它主要解决了c s 结构在客户端维护代价高的缺点。 三层c s 结构在两层c s 结构的s e r v e r 端和c l i e n t 端之间增加了一个中间层， 重新划分的三层分别被称为数据层、逻辑层和表示层。这里所说的三层，是指逻 辑上的划分，而不是物理划分。一般情况下，三层是分别放置在不同的计算机中， 实现分布式数据处理。特殊情况下，将三层放在一台计算机中也是完全可以的。 三层体系的应用程序将业务规则、数据访问、合法性校验等工作放到了中间 6 第二章分布式应用系统相关技术概述 层( 逻辑层) 进行处理。通常情况下，客户端不直接与数据库进行交互，而是通 过c o m d c o m 、c o r b a 、s o a p 等通讯方式与中间层建立连接，再经由中间层 与数据库进行交互。 在三层c s 结构中： 第一层：表示层是应用的用户接口部分，它担负着用户与应用间的对话功能。 它用于检查用户从键盘等输入的数据，显示应用输出的数据。为使用户能直观地 进行操作，一般要使用图形用户接口( g u i ) ，操作简单、易学易用。在变更用 户接口时，只需改写显示控制和数据检查程序，而不影响其他两层。检查的内容 也只限于数据的形式和值的范围，不包括有关业务本身的处理逻辑。 第二层：逻辑层相当于应用的本体，它是将具体的业务处理逻辑地编入程序 中。表示层和逻辑层之间的数据交换要尽可能简洁。 第三层：数据层就是后台数据库d b m s ，负责管理对数据库数据的读写。 d b m s 必须能迅速执行大量数据的更新和检索。 在三层或n 层c s 结构中，中间件( m i d d l e w a r e ) 是最重要的部件。所谓中 间件是一个用a p i 定义的软件层，是具有强大通信能力和良好可扩展性的分布式 软件管理框架。它的功能是在客户机和服务器或者服务器和服务器之间传送数 据，实现客户机群和服务器群之间的通信。 2 2 。2b s 体系结构 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构即浏览器和服务器结构。它是随着i n t e r a c t 技术 的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构，主要应用于i n t e r n e t 环境或者 是覆盖广阔领域的i n t r a n e t 环境。 b s 结构把c s 结构中的服务器部分分解为一个数据库服务器与一个或多个 应用服务器( w 曲服务器) ，从而构成一个三层或多层结构的客户服务器体系。 第一层：表示层( 浏览器) 是用户与整个系统的接口，客户机应用程序精简 到一个通用的浏览器软件，如微软的也浏览器将h t m l 代码转化成图文并茂的 网页呈现给用户。网页还具备一定的交互功能，允许用户在网页提供的申请表上 输入信息提交给后台，并提出处理请求，这个后台就是第二层的w e b 服务器。 第二层：逻辑层( w 曲服务器) 将启动相应的进程来响应这一请求，动态生 成一串h t m l 代码，并在其中嵌入处理的结果，返回给客户机的浏览器m 。如 7 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 果客户机提交的请求包括数据的存取，w e b 服务器还需与数据库服务器协同完成 这一处理工作。最后一层数据库服务器负责协调不同的w e b 服务器发出的s q l 请求，管理数据库。 第三层：数据层( 后台数据库) 负责管理对数据库数据的读写。 在b s 体系结构系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出 请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。b s 结 构简化了客户机的工作，客户机上只需配置少量的客户端软件。服务器将担负更 多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。 这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断对其提高的性能的要求中解放 出来，也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来。由于客户机把事务 处理逻辑部分分给了功能服务器，使客户机成为“瘦客户 ，不再负责处理复杂 计算和数据访问等关键事务，只负责显示部分，所以维护人员不再为程序的维护 工作奔波于每个客户机之间，而把主要精力放在功能服务器上程序的更新工作。 这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。 2 2 3c s 和b s 结构优缺点比较 c s 和b s 结构各有优势和劣势，c s 结构在使用中的优点主要表现在以下 方面【2 1 【3 】： ( 1 ) 交互性强。在c s 结构中，客户端有一套完整的应用程序，在出错提示、 在线帮助等方面都有强大的功能，并且可以在子程序间自由切换； ( 2 ) 提供了更安全的存取模式。由于c s 是配对的点对点结构模式，采用适 合于局域网、安全性比较好的网络协议，安全性可以得到较好的保证； ( 3 ) 降低了网络通信量。c s 结构由于纵向的层次较少，网络通信量主要是 c l i e n t 与s a v e r 之间的通信量，处理大量信息的能力较强。 ( 4 ) 执行速度快，更利于处理大量的数据。 c s 结构下开发的应用系统在有些方面尚不够完善，主要体现在：系统之间 交流比较困难，比较封闭；用户界面风格不一，升级麻烦，系统开发和维护复杂， 移植困难；容易造成重复投资，不利于推广使用，不便于接纳新技术，限制了其 扩展性。 b s 结构在使用中的优点主要表现在以下方面： 8 第二章分布式应用系统相关技术概述 ( 1 ) 简化了客户端。客户端只需安装通用的浏览器软件，这样不但可以节省 客户机的硬盘空间写内存，而且使安装过程更加简便、网络结构更加灵活； ( 2 ) 简化了系统的开发和维护。由于客户端无需专用的软件，系统的开发者 就不必再为不同级别的用户设计开发不同的客户应用程序了。只需把所有的功能 都在w e b 服务器上实现，并就不同的功能为各个组别的用户设置权限即可。在 系统进行升级和维护时也只需维护和更新服务器软件，减轻了系统维护的成本和 工作量。 ( 3 ) 用户的操作变得更简单。采用b s 结构时，客户端只是一个简单易用的 浏览器软件。b s 结构的这种特性使得m i s 系统维护的限制因素更少。 ( 4 ) 适用于网上信息发布并易于扩展。t c p i p 、h t t p 协议的标准性使b s 结构可以直接进入i n t e r n e t 进行信息发布，这种新增的网上信息发布功能是现代 管理系统所必需的，企业的大部分书面文件可以被电子文件取代，从而提高工作 效率，简化工作手续，节省人力物力，提高了信息的共享程度。 b s 模式在某些方面相对于c s 结构有了巨大改进。使得b s 结构一度成为 m i s 系统平台的首选。其不够成熟之处主要是：交互性较差；当网络通信量大时， 其多层结构使系统容易产生网络瓶颈，并且其速度受到一定限制，因而不利于处 理大量数据；采用点对多点、多点对多点的结构模式使得系统安全防护比较困难。 同时，服务器、硬件防火墙等相关硬件设备的投入对单位来说也是个严峻的问题 嗍 o 2 3 中间件技术的应用 2 3 1 中间件基本概念 中间件的概念提出于2 0 世纪9 0 年代初，计算机技术和网络技术的进步使得 c s 体系结构模式得到蓬勃发展，计算模式也由传统的主机为中心的结构开始向 单服务器模式、多服务器模式过渡，继而发展到分布计算模式。在分布式计算环 境中，无论是硬件平台还是软件平台都不可能做到统一。大规模的应用软件，常 常要求在包括有不同计算机硬件、操作系统和数据库系统的分布式网络上运行 对于多层结构的分布式应用系统，各服务器和终端机之间都是通过网络相连 接。并有大量信息和数据进行传递。对每个应用系统而言，在设计和实现时需要 开发的是在应用服务器上的业务逻辑部分的软件，除此之外还必须要设计处理分 9 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 布系统所特有的功能的软件，而目前的系统软件( 操作系统和支撑软件) 都不支 持。为了更好地开发、应用这种分布在异构平台上的应用软件，迫切需要一种基 于标准的、独立于计算机硬件、操作系统的开发、部署和运行环境。 客户端上的应用程序需要从网络中的某个地方获取一定的数据或服务，这些 数据或服务可能处于一个运行着不同操作系统和特定查询语言数据库的服务器 中。c s 应用程序中负责寻找数据的部分只需访问一个中间件系统，由中间件完 成到网络中找到数据源或服务，进而传输客户请求、重组答复信息，最后将结果 送回应用程序的任务。这类多层结构的分布式系统中，还需要一种处理分布式系 统所特有功能的软件，而目前的系统软件都不支持这个功能，这种实现特殊功能 的软件就是中间件，它处于系统软件和应用软件之间，是设计者集中设计与应用 有关的部分，中间件大大简化了设计和维护工作，成为设计分布式系统时不可缺 少的部分。中间件层次描述如图2 1 所示。 图2 1 中间件层次描述 中间件是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。在计算机硬件、操作 系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，独立于系统与服务程序的软件，支 持应用软件开发和运行的系统服务软件，分布式应用软件借助子中间件在不同技 术之间共享计算资源，使应用软件相对独立于计算机硬件和操作系统平台，使不 同的应用进程能在屏蔽掉平台差异的情况下，管理计算资源与网络通信，为大型 分布式应用搭起了一个标准的平台。为处于自己上层的应用软件提供运行与开发 1 0 第二章分布式应用系统相关技术概述 的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。使程序开发人员面 对个简单而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的 业务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作。中间件带给应用系 统的，不只是开发的简便、开发周期的缩短，也减少了系统的维护、运行和管理 的工作量，还减少了计算机总体费用的投入。 应用系统开发中采用中间件技术，能够扩大应用系统的规模和分布计算能 力，因此，在开发多层c s 结构的分布式系统中中间件被广泛采用。中间件具有 以下的特点： ( 1 ) 中间件的平台无关性 中间件是用来解决应用之间的互连性，它提供了一个公共的应用通信机制和 数据接口，以屏蔽各类通信协议之间的差异和实现通信协议间尽可能地完全映 射。除此之外，还用来控制数据传输过程中的流量、加密、并发等问题，数据接 口用来实现分布式环境中异构系统之间数据的共享，从而做到平台无关性。 ( 2 ) 中间件具有良好的可靠性 良好的可靠性是中间件技术从开始以来就追求的目标，随着技术标准的形 成，中间件通过流量控制保证系统的高可靠运行，避免交易量出现峰值时系统阻 塞或崩溃，并具备在系统故障时对交易的恢复能力。 ( 3 ) 中间件具有较高的效率 中间件的运作机制为：当客户端的应用程序需要调用分布式环境下某个服务 器的数据或服务时，中间件系统负责接收客户端的请求，查找数据源或服务，并 建立相应服务或数据同相应服务器之间的对应关系。完成连接后，还要负责结果 的返回。因此，中间件实现了客户和服务器透明性，减少了请求响应时间。 中间件产品的引入将有效地解决网络瓶颈和数据库连接数过多造成的数据 库性能下降的问题。应用服务器可以有多台服务器，有效解决客户端访问数据库 的瓶颈问题。由于数据库连接是应用服务器上的应用服务程序建立的，而应用服 务器又是可以为多个前台程序服务的，所以引入中间件也可以有效降低数据库连 接的压力。 2 3 2 数据库中间件的应用 中间件的产品种类很多，根据中间件在系统中所起的作用和采用的技术不 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 同，大致划分为以下六种：数据库中间件、远程调用中间件、面向消息中间件、 事务处理中间件、基于对象请求代理的中间件、网络中问件。 数据库中间件是产生最早的一种中间件技术，发展到现在已经非常成熟。在 分布式系统中，重要的数据都集中存放在数据服务器中，它们可以是关系型、复 合文档型、具有各种存放格式的多媒体型，或者是经过加密或压缩存放的，数据 库中间件位于数据库管理系统和应用程序之间，实现了应用程序和异构数据库之 间的统一接口，有效地解决了应用系统在不同后台数据之间的移植问题。 o d b c ( o p 锄d a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ，开放数据库互连) 是一种基于数据库 的中间件标准，它允许应用程序和本地或者异地的数据库进行通信，并提供了一 系列的应用程序接口a p i ，在多数情况下这些a p i 都是隐藏在开发工具中，不被 程序员直接使用。在写数据库程序的时候，只要在o d b c 中添加一个数据源， 然后就可以直接在自己的应用程序中使用这个数据源，而不用关心目标数据库的 实现原理、实现机制，甚至不必了解o d b c 向应用程序提供了哪些应用程序接 口a p i 6 1 。 o l e d b ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n gd a t a b a s e ，对象链接和嵌入数据库) 常被戏称为o d b c 的“大哥 ，它定义了一个数据访问服务器的集合，通过这些服 务器可以很容易地连接到任意数目的数据源。这样，开发者就可以把多种不同的 数据源作为单一的虚拟数据库来管理。o l e d b 允许使用标准的c o m 接口访问 数据。o l e d b 提供开发者访问关系数据库、文件、扩展表、电子邮件等数据的 方法。通过c o m 接口，开发者可以使用o l e d b 方便地集成面向对象的数据库 和多维数据库。使用o l e d b 时，数据库被简单的看作一个数据提供者组件。任 何通过o l e - d b 使用本地数据格式和表现方法的组件都被视为数据提供者，包 括关系数据库( 使用o d b c ) 、i s a m 文件、文本文件、e - m a i l 、微软w o r d 文件 和数据流文件。这里的核心思想是生成独立的o l e d b 组件对象用以调度数据提 供者的各种附加特性和功能。这些独立的o l e d b 组件叫做“服务提供者 。服 务提供者类似于查询处理器允许应用程序使用它们实现不同数据联合( 同族的或 异族的) 之间的互联。数据以单一的视图的形式存在，而不管它们的数据模型是关 系型的、面向对象的还是多维的【9 1 。 数据库中间件只提供数据库连接，其应用比较固定，大多数的c $ 系统都有 1 2 第二章分布式应用系统相关技术概述 一个客户程序存取服务器上的数据库，如果这个客户程序设计为只存取一种数据 库类型，那么采用数据库中间件十分理想。 2 4 本章小结 本章主要介绍了分布式应用系统的发展及其在实现过程中所采用的关键技 术，对c s 和b s 体系结构进行了详细介绍和比较，讨论了中间件的相关背景、 发展和特点，并对数据库中间件进行了着重介绍。 煤炭分布式智能质量管理系统的设计与性能优化 第三章系统分析与设计 3 1 质量管理系统需求分析 3 1 1 公司信息化现状概述 福建省永安煤业有限公司是福建省重点煤炭生产企业之一，所辖矿区跨永 安、大田两县市，公司现有八对生产矿井年生产规模达1 4 0 万吨，另设有3 个筛 选厂等十多个下属单位。 近年来，随着信息技术的不断发展，公司也开始逐步投入到信息化建设中来， 公司总部和筛选厂，以及部分矿点单位都逐步纳入了电信a d s l 构建的企业局 域网。企业也投入一些资金为某些部门开发、引进了几套业务系统，一定程度上 提高了企业的工作效率， 但是，根据调研我们可以发现，企业目前基本上还处于计算机应用初期阶段， 企业计算机应用整体上还处于单机应用为主，各筛选厂及矿点分布各地，地理位 置的分散造成了数据的分散，在业务上它们处理各自的数据，各个部门单位都已 经积累了大量的业务数据，但部门之间缺乏信息的沟通，目前采用的数据传输方 式主要仍局限于纸质报告、e m a i l 等形式，这些方式都有一定的局限性，周期长、 效率低，且不利于共享，以致信息资源没有得到有效的利用。 由于缺乏总体规划、总体设计和过程控制，而且不同的系统或模块由不同厂 商分别提供、孤立建设和实施，导致企业内部大量“信息孤岛 出现。单体应用、 部门级应用居多，企业级集成应用少；不同系统之间互联互通的比例低，联网应 用范围小，大多应用局限在管理部门和本地。致使无法通过信息化的集成作用支 撑企业的管理创新和体n t g , j 新，导致企业的管理决策水平效率低下。 随着互联网的飞速发展和煤炭行业的现代化进程，永安煤业有限公司需从根 本上改变他们的信息化建设焦点，从以往的注重财务，统计等直接可以看到经济 效益的部门渐渐转入到生产、销售一线的信息化建设，加强基层员工计算机应用 水平培训，把信息化应用到企业生产经营全过程中去。 3 1 2 公司质量检验业务分析 永安煤业有限公司目前设有丰海、加福、西洋3 个筛选厂单位，各筛选厂主 要职能即根据公司管理层制定的相关检测标准每日对各矿井单位发往本筛选厂 1 4 第三章系统分析与设计研究 不同煤种进行质量检验，通过对相关检测项目的化验分析，得出不同矿井、煤层 不同煤种的质量情况，为公司管理层提供决策判断支持，同时根据公司管理层制 定的标准严格进行配煤、售煤。 筛选厂质量检验流程可分为采样、制样、化验3 个阶段，各阶段主要业务如 下所述： 采样阶段：各筛选厂采样人员每日对