（系统工程专业论文）基于CIM模型的高校信息集成平台研究与设计.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 教育信息化是国家信息化的重要组成部分，是促进教育科学发展的关键环节，正推 动着教育思想、观念、模式、内容和方法的全面创新和深刻变革，影响着教育改革与发 展的全局和走向。在高等教育领域，教育信息化的核心是建设数字大学，其主要内容之 就是以提高管理效率为目的的各类应用系统的开发与集成，高度集成、一体化的思想 越来越深入人心。因此，如何面向高校领域建立通用的信息模型，并构建信息集成平台 已成为当前理论研究和应用实践中迫切需要解决的焦点问题。 本文以高校一体化管理为根本目标，首先依据c i m ( c o m m o n i n f o r m a t i o n m o d e l 公 共信息模型) 建模的一般方法，通过对高校顶层业务、职能域、功能、数据进行分析、 归纳，进而使用r a t i o n a lr o s e 软件从c i m 域划分、c i m 分包、c 1 m 实体化分包和实体 属性方面提出并构建了高校c i m 模型，使得相关应用或系统能够不依赖于信息的内部 表示而访问由c i m 模型所描述的公共数据和交换信息来实现高校信息的集成和整合。 然后基于所提出的高校c i m 模型，提出了高校信息集成平台的体系架构、系统集成框 架、c i m 交换组件的设计以及组件接口的设计与实现。该集成平台在s o a 体系架构基 础上增加了一层基于c i m 标准的业务层工具组件，以保持业务变更对信息集成的最小 影响，解决现有高校信息集成平台重技术标准、轻业务标准这一关键问题。最后，结合 大连理工大学奖学金发放场景，按照c i m 模型的方法与步骤，进行了学生系统在集成 平台当中的应用，实现了相关系统的集成，验证了高校c 1 m 模型及集成平台的正确性 与有效性。 本文的研究为今后高校信息集成平台的完善与发展研究提供了参考，对一体化的数 字校园的研究与建设具有较强理论意义与现实意义。 关键词：信息集成，高校信息化，c i m ，集成平台，模型 r e s e a r c ha n dd e s i g no ni n f o r m a t i o n i n t e r g r a t i o np l a t f o r m f o ru n i v e r s i t yb a s e do nc i mm o d e l a b s t r a c t 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 ni sa ni m p o r t a n tp a r to ft h en a t i o n a li n f o r m a t i z a t i o n s y s t e m i tp l a y sac r u c i a lr o l ei nt h ed e v e l o p m e n to fe d u c a t i o n ，a n da l s om o t i v a t e st h e i n n o v a t i o na n dr e f o r mi ne d u c a t i o nt h o u g h t s ，p a t t e r n s ，m o d e l s ，c o n t e n t sa n dm e t h o d s i nt h e f i e l do fh i g h e re d u c a t i o n ，t h ec o f eo fe d u c a t i o ni n f o r m a t i o n i z a t i o ni st ob u i l dad i g i t a l u n i v e r s i t y ，w h i c hm e a n st oi m p r o v et h em a n a g e m e n te f f i c i e n c yb yw a y so ft h ee x p l o i t a t i o n a n di n t e g r a t i o no fa l lk i n d so f a p p l i c a t i o ns y s t e m s h e n c e ，i ti so fg r e a tn e c e s s i t yt ob u i l du pa c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e la n di n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o np l a t f o r i l lf o ru n i v e r s i t i e s t h i sp a p e ra i m st ob u i l du pa ni n t e g r a t e dm a n a g e m e n ts y s t e m i nt h i sa r t i c l e ，t h e a u t h o rf i r s t l ya n a l y z e du n i v e r s i t yt o ps e r v i c e ，p r o f e s s i o n a lf i e l d ，f u n c t i o n s ，a n dd a t ab yt h e m e t h o do fc i m ，a n dt h e np r o p o s e dt h ec i m m o d e lb yu s eo fr a t i o n a lr o s es o f t w a r ef r o mt h e a s p e c t so fc i md i v i s i o n ，c i ms u b p a c k a g e ，c i ms u b s t a n t i a t i o na sw e l la ss u b s t a n t i a la t t r i b u t e s t h i sm o d e lc a nr e a l i z et h ei n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o na m o n gu n i v e r s i t i e s b a s e do nc i m m o d e l ，t h es t r u c t u r eo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o np l a t f o n n ，廿l es t r u c t u r eo fs y s t e mi n t e g r a t i o n t h ed e s i g n so fc 蹦s w i t c h i n gd e v i c e sa n d c o m p o n e n ti n t e r f a c e sw e r eb u i l tu p ，n l i s i n t e g r a t i o np l a t f o r ma d d sal a y e rs e r v i c et o o lt om a i n t a i nt h el e a s ti n f l u e n c ec a u s e db yt h e s e r v i c ec h a n g ea n ds o l v e st h ek e yp r o b l e mo fe m p h a s i z i n gt h et e c h n o l o g ya n d b e l i t t l i n gt h e s e r v i c es t a n d a r d a tl a s t ，w i t ht h es c e n e so fd e l i v e r i n gs c h o l a r s h i pi nd u t a n dt h em e t h o d s a n dp r o c e d u r e so fc i m ，t h i sp a p e rr e a l i z e dt h ea p p l i c a t i o no ft h ei n t e g r a t i o ns y s t e m 。a n da l s o p r o v e dt h ec o r r e c t n e s sa n de f f i c i e n c yo fc i mm o d e l n l i sr e s e a r c hw i l lp r o v i d eat e n t a t i v ei n s i g h tf o rt 1 1 e c o m p l e t ea n dd e v e l o p m e n to f u n i v e r s i t yi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o np l a t f o r m ，a n di tw i l lb em e a n i n g f u lt ot h es t u d yo f b u i l d i n g au n i v e r s a ld i g i t a lu n i v e r s i t y k e yw o r d s ：i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，u n i v e r s i t yi n f o r m a t i o n ，c i m ， i n t e g r a t i o np l a t f o r m ，m o d e l i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：差白坠趱型鲍鱼查基墨选鞋簦麴皇塑立 作者签名：弱迭 日期： 至= ! ! 年生月二经日 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，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。 学位论文 作者签名 导师签名 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 。1 研究的背景与意义 在国家以“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化、走新型工业化道路”的战 略部署下，教育信息化发生了很大的变化，取得快速的进步，特别是在高等学校，教育 信息化取得令人瞩目的成绩，教育信息化从教育模式、管理模式、学习模式、社区特征、 人际交往模式、校园文化这些基本方面，去展示学校的一系列重大变革。教育信息化是 国家信息化的重要组成部分，是促进教育科学发展的关键环节，正推动着教育思想、观 念、模式、内容和方法的全面创新和深刻变革，影响着教育改革与发展的全局和走向。 大力推进教育信息化，是构建现代国民教育体系、形成学习型社会、建设人力资源强国、 促进社会公平的内在要求和必由之路【1 1 。高等学校作为推进教育信息化的主体，其自身 的信息化水平已经成为衡量高等学校教学和科研综合实力以及现代化水平的重要指标。 长期以来，我国的高校信息化建设没有一个固定的模式，一切都在摸索中进行，高 校信息化在十多年的发展历程中，经历了不同的阶段，系统建设、硬件投资，体系部署 等情况千差万别。目前，教育信息化已经到了一个新的一体化阶段，其系统集成显得越 来越重要，要求也越来越高，整体性需求大大增强。许多信息化软件提供商和高校自身 都在信息集成领域中实践，建立信息标准、建库、建技术平台，用以消除信息孤岛、实 现信息共享和交换。近几年，随着信息技术在高校管理及决策事务参与的增多，对现有 的信息集成思路和方法提出了更大的挑战。这表现为： ( 1 ) 保护现有投资和用户资源的要求 随着高校u r p 系统的发展和自动化水平的提高，用户往往要运行多套系统，每套 系统中要运行多个应用，这些应用和系统常常是分步实施的，必然存在系统的更新升级。 传统的应用系统升级存在以下问题：当学校对老的系统更新换代时，由于运行平台不 兼容，原来的一些运行稳定可靠的软件不能再运行，学校长期积累的数据资料和二次开 发的工作不能再保留；当需要对系统中某一部分的功能进行扩展时，如果用第三方 软件，由于接口专用，要重复建设一些软件，如一些高校运行有多家应用软件，浪费了 高校的资金和时间；当进行后期功能的招标时，由于第三方软件的接口问题，往往迫 使学校选择原来系统的厂家，不能选择最好的应用软件。因此，应用系统接口的标准化 对用户的意义是深远的。 ( 2 ) 高校信息化市场的要求 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 高校信息化市场的有序进行，需要有u r p 系统、数字图书资源系统、高性能计算 系统等共同为高校市场服务，在保证安全的前提下，做到信息和功能共享，因此需要根 据不同紧密程度、不同种类信息和不同速度要求进行系统集成和互联，以标准的方式交 换数据。市场环境下的应用软件非常多，不可能由一家产品包打天下，必须以标准的接 口联接多家产品，共享信息和资源。 ( 3 ) 业务变更对信息集成影响大 业务应用的升级、更新，影响着信息集成的稳定性。这是由于，利用学校信息标准 与现有业务系统做数据集成工作量大、一但业务系统变更，会造成信息集成不稳定因素。 综上所述，随着高校信息化的不断深入，逐步推进，高校信息系统的业务组织日益 庞大，业务工作对信息系统的依赖性越来越强。因此如果能够在教育领域，借鉴国内外 其他行业的先进思想，关注业务关系及标准，就能够在高校信息集成过程中，充分发挥 技术平台的服务整合优势，真正从应对业务变革这一根本目标，去保护高校原有u r p 系统的技术投资，降低维护成本，进一步提高多个系统协同工作的简易、高效、稳定、 可扩展性强的集成目标，满足校务工作对系统整体性地要求使数字校园信息集成平台发 挥更大的作用和优势。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 高校应用系统的发展趋势 高校信息化建设经过近十多年的发展，取得引人注目的成绩，应用系统的建设从最 初的桌面级应用到目前的系统集成一体化建设的新阶段，回顾高校信息化建设我们可以 划分为如下四个阶段口j ： 第一阶段：学习与探索阶段 自1 9 9 0 年至今，国内高校的管理信息化经历了四个阶段的建设。从最初替代繁重 手工劳动的需求出发，构建校园局部事务处理功能。这期间，涌现出如电子阅卷、成绩 管理、教学质量分析等单机系统。 第二阶段：推广应用阶段 随着利用信息化技术参与高校管理意识的提高，国内高校逐渐步入i t 管理推广应 用阶段。在此期间，很多部门级业务应用系统得以建立和发展，并在部门内实现了局部 的自动化、流程化，如图书管理系统、教务系统、招生系统等。 大连理工大学硕士学位论文 学习与探索 推广应用阶段业务治理阶段战略支撑阶段 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 82 0 0 6 - 2 0 1 02 0 0 7 2 0 1 2 业务驱动 信息化参与管理 用意识 建设目标 部门级事务处理 局部自动化 技术主体 c s 网络架构 业务驱动 便捷管理、降低 本、运营效率、 组织形态转变 建设目标 一站式服务 跨部门流程 技术主体 b 怨网络架构 商业公司参与 图1 1 高校管理应用系统发展趋势 f i 9 1 1d e v e l o p m e n tt r e n do fm i si nu n i v e r s i t y 业务驱动 提升核心业务竞 力 建设目标 业务一体化，监管、 分析与信息协同 技术主体 s o a 集成架构 商业公司开发 内部服务型组织 第三阶段：业务治理阶段 近几年随着国内高校相互兼并及办学规模的扩大，高校面临着各类资源紧缺的局 面，信息化正在逐步走向以“问题为核心”的业务综合治理阶段。为有效降低学校运营 成本，提升日常工作效率，控制学校运营及协调成本，体现以人为本的科学发展观，在 近一两年内，国内2 11 及9 8 5 高校在前一阶段基础上，纷纷筹划校园一站式服务和跨部 门的流程建设。如学生一站式综合服务中心及办事大厅，跨业务部门的数字迎新系统、 电子注册系统、毕业离校系统等。 目前北京师范大学、浙江大学都在纷纷研讨学生综合服务中心规划与建设。上海交 通大学已经建立起校园文化生活方面的虚拟社团服务门户。清华大学正在准备重新规划 和梳理现有5 6 套业务应用的跨部门流程。 第四阶段：战略支撑阶段 当前，高校间的竞争与整合正在加剧、组织变革速度加快。然而优质师生资源激烈 争夺，提升教学与科研能力，打造学科专业的影响力等几个关键问题摆在各大高校面前， 制约着其核心战略的发展。 新一代的高校i t 管理应用系统的建设与规划，正在从如何有效支撑高校核心业务 发展战略角度出发，自顶向下做全方位整体设计。这一发展趋势已经成为国内外一流高 校探讨最为前卫的话题。 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 目前中山大学、香港大学、中欧国际工商学院、哈佛大学等国内外高校，正在规划 与建设具有战略支撑目标的一体化业务应用和决策性业务决策应用平台，以打破部门之 间的壁垒，提升内部教学和科研运维能力。这类院校普遍关注： ( 1 ) 提升学生就业率，获取优质生源及改善与服务机构的合作机制； ( 2 ) 为学生及校友提供服务，以提升其满意度与忠诚度； ( 3 ) 提升各自促教、兴学的办学战略目标。 国内外对信息集成进行了深入研究，在这方面有许多理论和专著，人们往往在以下 四个层次上进行应用集成【3 】：用户界面的集成；数据级集成；业务过程的集成； 方法或函数级的集成。传统解决方案有其自身的优势，它在很多领域都取得了一定的 成功，然而也存在着以下不足： ( 1 ) 基于供应商的专有协议。缺乏工业标准支持； ( 2 ) 体系结构的可扩展性差； ( 3 ) 在技术方面存在一定缺陷：c o r b a 难与防火墙一起工作，d c o m 依赖于 严格管理的环境； ( 4 ) 互操作性差：繁杂的双向转换将使得起桥接作用的软件变得越来越复杂。传 统的应用集成技术大多是紧耦合的模式，这种集成技术的结果不利于企业业务流程的调 整和重组，缺乏可扩展性和灵活性。而与此同时，最近几年发展起来的w e bs e r v i c e s 逐渐 成熟，相伴生的e a i 、s o a 及实现方式e s b 等逐渐成为系统集成方面主要方法，而此即 技术方法很多应用于企业及政府。在如何满足教育的特殊情况，目前还没有较好的方法， 只是美国和国内某些行业如电力行业有一些探索。 1 2 2c i m ( 公共信息模型) 的研究现状 1 2 2 1c im 国外研究现状 1 9 9 3 年，美国电力科学研究院( e p r i ) 启动了“控制中心应用接口”( c o n t r o lc e n t e r a p p l i c a t i o np r o g r a m i n t e r f a c e ，c c a p i ) 研究项目( r p 3 6 5 4 1 ) 一】，其主要目标是： ( 1 ) 减少向e m s 中增加新应用所需要的费用和时间。 ( 2 ) 保护对e m s 中正在有效工作的现有应用的投资。 ( 3 ) 促进不同系统控制中心内部以及控制中心与外部系统之间信息交换的能力。 随着研究的逐步深入，在电力工业市场化改革的背景下，对网络安全计算的需求、 对s c a d a e m s 与d m s 集成的需求，使c c a p i 项目的用户需求和实施范围逐渐超 出控制中心内部，扩展到发电、输电、配电等领域，并取得预期成效 大连理工大学硕士学位论文 同时，软件技术的发展进步使传统的自顶向下的软件工程设计方法向面向对象的方 法变化，组件技术或分布对象技术是其中一个很重要的发展方向。 c c a p i 项目的重点从为应用系统集成框架服务制定标准逐步转移到为访问、共享 公共信息的组件软件接口制定标准上来，从1 9 9 9 年开始确立了基于组件软件的相对稳 定的c c a p i 解决方案。 1 9 9 6 年国际电工委员会第5 7 技术委员会第1 3 工作组( e m sa p i 工作组， i e c t c 5 7 w g l 3 ) 开始与e p r i 紧密合作，在c c a p i 项目基础上启动i e c e m s a p i 项目， 使c c a p i 项目的研究成果符合国际标准的规范，与其他国际标准化组织相互协调，并 推动标准的广泛实施。 i e c6 1 9 7 0 系列标准主要包括公共信息模型( c l m ) 和组件接口规范( c i s ) 两方面 内容。其目的和意义在于：( 1 ) 便于来自不同厂家的e m s 系统内部各应用的集成；( 2 ) 便于e m s 系统与调度中心内部其它系统的互联：( 3 ) 便于不同调度中心e m s 系统之 间的模型交换。 c i m 9 h ”是整个e m s a p l 框架的一部分。e m s a p i 标准的目的是为了方便地实现 对不同卖方独立开发的e m s 应用进行集成、对多个独立开发的完整e m s 系统进行集成， 或对e m s 系统和其他涉及电力系统运行的不同方面的系统，通过定义标准应用程序接 口，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内部表示而存取公共数据和交换信息，完 成对e m s 的集成。 公共信息模型( c i m ) 是一个抽象模型，它描述电力企业的所有主要对象，特别是那 些与电力运行有关的对象。通过提供种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力 系统资源的标准方法，c i m 方便了实现不同卖方独立开发的能量管理系统( e m s ) 应用 的集成，多个独立开发的完整e m s 系统之间的集成，以及e m s 系统和其他涉及电力系 统运行的不同方面的系统，例如发电或配电管理系统之间的集成。这是通过定义一种基 于c i m 的公共语言( 即语法和语义) ，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内部表示 而访问公共数据和交换信息来实现的。 c i m 中描述的对象类本质上是抽象的，可以用于各种应用。c i m 的使用远远超出了 它在e m s 中应用的范围。应当把本标准理解为一种能够在任何一个领域实行集成的工 具，只要该领域需要一种公共电力系统模型，使得应用和系统之间能够实现互操作和插 入兼容性，而与任何具体实现无关。 目前，c i m 已被a b b ，a l s t o m ，s i e m e n s ，s i s c o 和i c l 等2 0 多个开发商用于 s c a d a ，n a 和o t s 等3 0 多种应用in e r c ，w s c c ，加利福尼亚i s o 等3 0 多个 电力企业接受c i m 。在国内，几乎所有的省调和大型地调的招标文件中都有遵循 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 i e c 6 1 9 7 0 标准系列的要求，华东电力设计院等单位正在按i e c6 1 9 7 0 修改调度自动化 设计规程，n a r i ，e p r i ，清华大学和鲁能积成电子公司等主要e m s 开发单位正在抓紧 研制基于c i m 的新一代调度自动化系统。 1 2 2 2c im 国内研究现状 当前国内高校已经步入全面信息集成时代，包括香港大学在内的香港7 所大学、浙 江大学、大连理工大学正在尝试实施基于s o a 架构的一体化校园应用系统，然而在c i m 领域的研究及文献仍属空白。 1 3 研究内容及技术路线 针对教育上信息系统集成的困境，在其他行业中如电力行业的信息集成领域，已经 通过公共信息模型解决了部分相似问题，本课题就是希望借鉴电力相关领域的实践经 验，将电力系统公共信息模型移植到高校信息集成领域。 ( 1 ) 本文的主要研究内容： 把高校的业务依据组织机构的分类进行了有效的归纳、合并，形成职能域的划分。 建立高校顶层职能域关系图及职能域列表。据此形成业务模型、功能模型、数据模型。 在上述工作的基础上，引入电力系统被广泛应用的c i m 模型方法，结合职能域的 概念，建立高校的c i m 模型，细化其c i m 模型及实现。并且说明构建的思路及过程。 采用r u p ( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ，统二软件开发过程) 方法论和面向对象分析方 法建立针对高校业务领域模型。采用面向对象统一建模语言u m l 来描绘c i m 。c i m 建 模包括包划分包，抽象实体，实体的属性及实体间关系。 依据高校的信息集成的要求，先提出s o a 技术架构，并阐述基于s o a 的高校集成 平台总体架构及功能，描述s o a 对c i m 支撑作用。 提出总体架构图，给出基于c i m 的高校信息集成平台体系组成。 完成基于c i m 的集成平台的实现方式并以学校发放奖学金为场景，进行验证，以 论证该集成平台的可靠性和实用性。 ( 2 ) 技术路线： 根据我本人的工作实际，首先按照一般分析方法，进行了学校顶层业务模型、功能 模型、数据模型的研究，引申出c i m 模型的建立，然后基于系统集成的需要，利用s o a 的体系与c i m 交互组件，构建了基于c i m 的高校信息集成平台。在模型验证中，选取 了奖学金发放集成业务，跨越基于n e t 的学工管理系统，与基于j a v a 开发的教务系统。 进行服务集成过程中，通过u d d i 进行服务原语封装，实现对c i m 组件的访问。通过 业务的变更，在业务层面实现组件的平滑扩展，最终保护原有系统的稳定。 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 本文的技术路线如下图所示： 图1 2 技术路线 f i g 1 2t e c h n i c a lr o u t e 基于c i m 模犁的高校信息集成平台研究与设计 2 高校系统模型 2 1 职能域分析 高校的业务、部门、人员、数据类型和属性非常复杂。如何让这些信息资源清晰的 表现出来，同时为了对学校信息资源的有效管理，我们把高校的业务依据组织机构的分 类进行了有效的归纳、合并，形成职能域的划分。职能域是指一个组织内部主要业务活 动领域。它是功能的抽象，不是机构的翻版，保持相对稳定性。通过对各层组织机构职 能的分析，进行关联、归纳、整合，并通过对大学业务的分析，可以得到顶层业务模型 示意图。 图21 顶层业务模型示意陶 f i 9 2 1c h a r t o f f r o n t e n db u s i n e s s m o d e l 大连理工大学硕士学位论文 通过分析各职能域间的业务关联和数据管理，得到各职能域关系图及其职能域划分 列表。 图22 顶层职能域关系图 f i g 2 2c h a no f f r o me n df u ) ) e l i o nf i e l dr e l a t i o n s 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 大连理工大学硕士学位论文 2 2 业务模型分析 业务模型【9 1 ( b u s i n e s sm o d e l ) ，是通过对一个组织的业务活动分析，系统地概括该 组织的功能结构，采用“职能域一业务过程一业务活动三层结构表达业务框架，称为 “业务模型 。每个职能域包含若干个业务过程( p r o c e s s ) ，而每个业务过程包含若干 个业务活动( a c t i v i t y ) 。通常，以表格方式表达业务模型如下所示。 表2 2 业务模型表达方式 t a b 2 2e x p r e s s i o no f b u s i n e s sm o d e l 职能域业务分解 业务活动1 业务过程1 业务活2 职能域 业务活动3 业务过程2 业务活4 通过逐层分析，逐层细化，得到每层的业务模型。例如根据此方法，分析教学业务， 可以得到如下模型图。 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 图2 4 教学业务模型示意 f i g 2 4c h a r to ft e a c h i n gb u s i n e s sm o d e l 2 3 功能模型分析 在业务模型的基础上，将能用计算机进行处理的、人一机交互进行的过程和活动， 按照“子系统功能模块程序模块”重新组织起来，称作功能模型【1 0 】( f u n c t i o n m o d e l ) 。功能模型的描述包含三层结构：子系统功能模块程序模块，其中包 括子系统的名称定义( 用户对象、功能和特点的概述) 、功能模块的名称和定义( 对功 能的具体描述) 等。 大连理工大学硕士学位论文 图2 5 功能模型表示 f i g 2 5c h a r to ff u n c t i o nm o d e l 图2 6 顶层设计方法 f i g 2 6f r o n te n dd e s i g n 在一般情况下，功能模型与业务模型具有对应关系。 i 职能域一) 业务过程一 业务活动 1r1r1r l 子系统一) 功能模块一 程序模块 图2 7 业务模型与功能模型的对应关系 f i g 2 7m a p p i n go f b u s i n e s sm o d e la n df u n c t i o nm o d e l 1 3 一 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 以下是学生管理域中的功能模型示意图。 图2 8 学生管理域中的功能模型示意图 f i g 2 8c h a r to f f u n c t i o nm o d e li ns t u d e n tm a n a g e m e n t 一1 4 大连理工大学硕士学位论文 24 数据模型分析 数据模型是系统数据的组织方法和规范结构，它仅描述数据的内在性质，而与功能 无关。 建立数据模型，需要建立数据流程图( d a t a f l o w d i a g r a m 简称d f d ) ，这是结构 化分析的重要方法。通过对数据流分析，可以建立一级数据流程图、二级数据流程图等。 一级数据流程图i l l 】( 简称1 - d f d ) ：从职能域的高度，综合、整体地观察每一个职 能域数据流的进出概况； 图2 9 一级数据流进出概况 f i g2 9i n p u t o u t p u to f1 s tl e v e ld a t a 据此，我们可以得到大连理工大学学生管理一级数据流程示意图 i 一 圆 习 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 学生奖励信息 教师信息 图2 1 0 学生管理一级数据流程示意图 f i g 2 10c h a r to f1s tl e v e ld a t a i ns t u d e n tm a n a g e m e n t 在数据流程图的基础上，结合各职能域的用户视图、各职能域输入输出分析报告， 全域数据元素集、全域数据元素一用户视图分析报告，进行分析、处理，得到数据模型。 其设计方法为： ( 1 ) 定义数据主题，按主题划分数据实体大组，建立概念数据模型； ( 2 ) 数据结构规范化，按业务分析实体的属性，规范化数据结构产生基本表，建 立逻辑数据模型； ( 3 ) 数据元素规范化，审核基本表的组成，将数据元素分类标准和信息分类编码 落实到基本表中。 以下得到大连理工大学全域数据模型示意图： 大连理工大学硕士学位论文 图2 1 1 全域数据模型图 f i g 2 11c h a r t o ff u l lf i e l dd a t am o d e l l i n g 一1 7 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 3 高校c im 模型 3 1cim 基本概念及结构 c i m 模型作为一种面向对象的信息模型，为我们提供了一种描述管理数据的概念框 架。与此同时，c i m 模型又是一种抽象的信息模型，它可以用来描述在网络中或企业环 境中的所有的管理信息，但它与具体的实现技术无关。c i m 模型标准包括了c i m 规范和 c i m 模式两个部分【1 2 l 。 c i m 规范：c i m 规范定义了c i m 模型的语法、表示方法、受管理对象格式( m a n a g e d o b j c e tf o r m a t ，m o f ) 、命名机制、元模式( m e t as c h e m a ) 以及与其他管理模型相互映射 的技术。c i m 模式：c i m 模式是一些类及其相互之间的关系的集合，它提供了一个易于 理解的抽象框架，使得设计人员能够在这个框架中把有效的信息组织起来。c i m 模式分 为三个层次： ( 1 ) 核心模型( c o r em o d e l ) 。该层定义了用于描述和分析管理系统的基本词汇表， 因此它适用于所有的管理领域并且与系统平台无关。它是一个小型的集合，它包括了一 些类，关联和特性。它提供了一张用于描述和分析被管理系统的基本词汇表。它是我们 如何扩展和加强公共信息模型的起点。 ( 2 ) 公共模型( c o m m o n m o d e l ) 。公共模型定义了对于特定的管理领域所通用的术 语，它与系统所采用的技术或实现无关。它是开发管理应用的基础。核心模型和公共模 型一起构成了c i m 模式( s c h e m a ) 。公共模型定义了对立于现实技术的领域的类。这些领 域包括了系统、网络、应用和设备等。 ( 3 ) 扩展模式( e x t e n s i o ns c h e m a ) 。扩展模式是公共模型在某个具体技术实现上的 扩展，这些模式是适用于某些特定的环境。例如，它是基于w i n d o w s 系统的或是基于u n i x 系统的。 c i m 模型作为一种面向对象的信息模型，采用了统一建模语言( u n i f i e d m o d e l i n g l a n g u a g e ，简称u m l ) 的标记。因此设计人员可以进行面向对象的可视化建模。我们可 以定义类，类的属性和方法，以及它们之间的各种关系。通过c i m 类图，我们不仅可以 描述系统中各种受管理对象，还可以描述它们之间的各种静态关系【1 3 1 。其中有三种主要 的静态关系： ( 1 ) 关联( a s s o c i a t i o n s ) 。使用关联来描述各种对象之间的关系( 例如：连接关系， 依靠关系等) 。 ( 2 ) 泛化和子类型( g e n e r a l i z a t i o na n ds u b t y p e s ) 。也就是继承关系。例如：计算机 大连理丁大学硕士学位论文 是一种硬件设备。 ( 3 ) 聚集( a g g r e g a t i o n ) 。它是一种特殊的关联关系t 例如：学号是学生的一部分。 公共信息模型c i m ，是一个与具体实现无关的、用于描述管理信息的概念性模型。 通过c i m 建模，能够得到管理域中实体的抽象和表示，包括它们的属性、操作和 关系。这样的模型独立于任何具体的数据库、应用、协议以及平台。因此，c i m 模型 要求不同开发商所提供的基于不同平台的应用都采用一种标准的格式来描述管理数据， 以使数据能够在多种应用间共享。c i m 采用面向对象的方式构建了一种新的适用于管 理系统、网络的结构和概念模型。c i m 建模是一种通用方法，特定管理域的c i m 建模 是在核心模型和公共模型的基础上进行扩展。 总的来说公共信息模型( c i m ) 是一个标准，定义了一个前后一致的模型，依据这个 模型，网络设备、系统和应用程序能显示有关它们自己的信息，并使这些信息能被管理 工具利用c 1 m f l 描述诸如桌面软件和硬件配置、c p u 封装块的序列号以及某个特殊路 由器端口上的流量水平等信息【l q 。 c i m 中每一个包都是一组类的集合，每个类包括类的属性和与此类有关系的类。在 c i m 中有3 种类之间的关系：聚合、继承和简单关联。聚合是一种整体和局部特殊的 关联：继承关系是隐式表示的，简单关联和聚合是要显式表示的，如在资源描述框架中 用对象引用来表示，继承不仅包括上面的属性，而且包括继承类的关联关系；简单关联 是c i m 中最多的一种关联，它表示类和类之间要相互作用“。 信息系统整合涉及到不同的软件平台、不同的应用软件、不同的应用模式以及不同 的数据类型和格式，整合不仅仅是将多个应用系统连接起来，而且应该可以将应用软件 的数据交换标准化，以及根据业务处理需求协调不同应用的功能。我们对c i m 的研究及 应用c i m 模型对高校u r p 系统进行封装，为高校的教学、管理提供极大的便利，第三方 应用系统开发商可根据c i m 标准利用已有的c i mx m l 模型、s c a d as v g 图形、 g d a h s d a ) 匣务，解决了管理信息数据一致性问题，为全局信息一体化打下坚实的基础。 通过对高校业务的分析，我认为可以利用c i m 进一步完善高校信息集成平台的功能 及标准，这包括： ( 1 ) 建立相关领域模型，不受组织、业务影响； ( 2 ) 有效规范与协调应用集成过程中的组织关系； ( 3 ) 客观、稳定的业务关系。也无变化对系统影响最小。 3 2c l m 建模方法 问题域建模要涉及人们认识事物，解决问题的方法认识事物有两种方法，一是本体 基于c i m 模型的高校信息集成平台研究与设计 论方法，本体论主要研究存在及其关系；二是分类理论方法。 本体论的观点认为【1 6 】： ( 1 ) 现实世界是由具有不同特征的事物所组成，事物的特征受其内在规律的制约： ( 2 ) 事物的特征可以通过属性来表征，每一个属性都是一个状态变量，它们在某 一时刻的值就构成了事物的状态； 一 ( 3 ) 每个事物都在变化，这种变化通过状态的改变体现出来，事物的规律决定了 允许的状态变化； ( 4 ) 事物之间存在交互，这种交互影响其它事物的状态演化； ( 5 ) 多个事物可以组合成一种新的事物，新的事物有新的特征。 分类方法是人们通过对相似事物的分类构建知识结构的认知方法，根据分类理论： ( 6 ) 一个实例表明世界上一种事物的存在； ( 7 ) 事物的特征构成了关于事物的知识； ( 8 ) 一个概念( 或类) 是由一组实例的公共特征所定义的 ( 9 ) 一个实例可由其它实例所构成。 利用本体论的方法对问题域进行分析是比较有效的。用户的业务环境可以看作是一 个社会系统，组织理论和角色理论是进行社会系统行为及特征分析的重要方法。组织的 存在是因为人们为了完成单个人无法完成的任务而形成的一种相互依赖的关系。角色理 论告诉人们相互依赖意味着一个人的活动可能受其他人活动的影响，这种相互依赖i 相 互影响的关系受组织内部多种规则的约束，这种约束是保证组织有效运转的重要前提。 组织规则表达了通用的，全局的需求，组织结构定义了组织的类型及控制方式。所以组 织中的本体是角色、结构及规则，这是领域建模的要素。 根据以上的思想，借鉴电力行业c i m 的基本建模方法，高校系统的的c i m 建模步骤 如下【1 7 】： ( 1 ) 确定系统部署的目标组织 ( 2 ) 查找业务主角和业务用例 ( 3 ) 描述目标组织当前的组织结构 ( 4 ) 描述基于当前组织机构的业务用例实现 ( 5 ) 确定信息化相关的业务目标 ( 6 ) 根据当前业务用例实现抽象出业务用例 ( 7 ) 根据当前组织机构抽象出新的业务系统 ( 8 ) 根据新业务系统重新组织业务用例实现 ( 9 ) 进行流程自动化，不断优化业务系统和业务用例实现 大连理工大学硕士学位论文 ( 1 0 ) 以最底层的业务系统为基础对领域隔离进行初步分析 ( 1 i ) 校据业务模型导出系统主角及用例， ( 1 2 ) 根据业务模型导出分析模型中的关键抽象( 相关实体) ( 1 3 ) 相关实体就最终形成c i m 模型。 3 3c i m 域分析 本文只是探索性研究，为避免规划范围过大，本文只关注学生为核心的业务领域关 系，从招生、迎新、在校、毕业、校友阶段入手，进行c i m 的业务领域划分；另外，在 建模部分阶段，以教务、招生两个关联紧密的业务为例，进行模型关系上的推演。 社雕箨? l 校应联络i # f 蟹“h 常啡拜 教备 墼5 蕊孽_ 、鬻二l l 缝罐鞍仃 l 招生；捌l | 学j | 亍 ! 埘i l 培彝；i 甜i 翱“搿ei 学精镩_ 耻1 | 饕学缸i i 考 粹“o l 嚣，r 谍，i l 辈斡张覃| | 违纪址丹i 纠般州锉垃i 】报社l 辱地垛l i 投雌耻时j i 鸯站 | 业垃垃h l 考试l i 综台存腼州讦1 fi 绩f 朝船* 柑 1 袋啦f j 州q 窀 氲l | 凼 坌j： 饶蚺 i 学，土辫研i瓣班巍牧学卜 、 1 呐学错捕 i m 补贴| ： | 辅话管j 盥1 。董i 叠# i 竺。竺! ：| l ! ! 羔篓| ：| i 毕业审牡l 、oi i 。雠碲 群嚣7 i “：，_ t ，f ，：f ，+ 蓐n 镕潍 ” 黪i | | # tf 厂两 | 口燃 鞠固矧2 t 口jj 1 1 “院l 疆 隧。叁! 竺型一! 笺竺! 一生竺一i 一醚匪甄马量j 竺竺型i 些：i 鬻 图31 学生核心业务域关东目 f i g3 1 c h a r to f c o r ef i e l do f s t u d e n t 34c l m 模型设计 近年来流行的面向对象技术就是分类理论的具体运用。其思想符合人们认识事物的 基本方法，所以被广泛认同。同时，其中的数据封装、继承、多态性等概念简化了复杂 系统的设计，有利于代码的复用和维护，成为编程和软件设计的主流方法。 在以上业务领域划分基础上，c i m 领域建模采用r u p ( r a t i o