（轮机工程专业论文）船舶柴油机数字化管理系统试车服务端软件开发.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着信息产业的飞速发展，各种数据正以令人难以想象的速度急剧膨胀， 出现了数据种类繁多、检索困难、流向不明、缺乏安全性以及无法共享等问题， 更为严重的情况是数据泛滥或日数据失控，对现代企业形成了巨大的压力。企 业必然走向信息化的发展方向，借助管理软件处理数据，提高效率。 本文论述了基于j u s t e px 3 软件开发平台和s q ls e r v e r 数据库的柴油机数 字化管理系统( d i g i t a lm a n a g e m e n ts y s t e m 下文简称d m s ) 的开发。系统主要 针对柴油机制造过程中的性能数据，通过可扩展的工作流，不同部门可以在船 舶柴油机安装、调试及试验过程的信息共享，以提高船舶柴油机制造厂的信息 化管理水平。其主要内容包括以下几个方面。 1 ) 根据某造机厂的需求以及工作特点，进行了系统数据库和总体方案的设 计。d m s 系统包括基础信息管理、试车管理、技术服务支持和试车故障诊断及 指导四个子系统。 2 ) 完成了试车管理子系统服务器端的设计和开发。该系统包括三个模块： 试车试验资料准备，详细试车试验内容和性能分析。利用这三个模块，可实现 全程跟踪试车过程，将各部门需要的不同类型的信息，如数据、照片、c a d 图、 压缩文件等统一管理起来，方便录入、查询、增加和删除记录，支持不同部门 之间的信息共享和工作流。 3 ) 运用两种数学算法：三次样条插值和最小二乘法逼近，实现了柴油机性 能的绘制，满足了不同绘制精度的要求。 4 ) 根据黑盒软件测试方法对性能分析功能的绘图相关功能进行了测试。验 证了开发的管理软件功能设计的合理性和可靠性。 5 ) 在数据库的基础上，利用a v lb o o s t 软件对柴油机的工作过程进行了 仿真计算。建立了柴油机工作过程数学模型，分析比较了仿真结果和试验数据， 对柴油机不同故障进行了仿真计算，揭示了各种故障与热力参数的变化规律， 为船舶柴油机的故障诊断提供了参考依据。 关键词：船舶柴油机，数据库，性能曲线，软件测试，性能仿真 武汉理上大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o ni n d u s t r y , v a r i o u sd a t ae x p a n d sw i t h u n b e l i e v a b l es p e e d b u ti fd a t ao v e r f l o w so rl o s e sc o n t r o l ，e n t e r p r i s e sw i l lb es u f f e r e d e n o r m o u sp r e s s u r en o w a d a y s i nt h i sc a s e ，m o r ea n dm o r ee n t e r p r i s e sm a k eu s eo f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt op r o c e s sd a t aa n de n h a n c ee f f i c i e n c y ad i g i t a lm a n a g e m e n ts y s t e m ( d m s ) f o rp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fm a r i n e d i e s e le n g i n eb a s e do nj u s t e px 3s o f t w a r ep l a t f o r ma n ds q ls e r v e rd a t a b a s ei s i n t r o d u c e di n t h i sp a p e r i nt h i ss y s t e m ，t h eb u s i n e s si n f o r m a t i o nc a nb es h a r e d b e t w e e nd i f f e r e n td e p a r t m e n t so ft h em a n u f a c t u r e rb yt h ee x t e n s i b l ew o r k f l o wi nt h e p r o c e d u r eo ft h ei n s t a l l a t i o n ，f i x i n g ，t e s t i n go f t h ee n g i n e s t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h e s y s t e mi sh e l p f u lf o rt h ed i g i t a lm a n a g e m e n to f t h ed i e s e le n g i n em a n u f a c t u r i n g t h e p r i m a r yw o r ki sa sf o l l o w s 1 ) a c c o r d i n gt ou s e r sd e m a n da n dw o r kf e a t u r e s ，t h ed a t a b a s ea n ds y s t e ma r e d e s i g n e d t h ew h o l es y s t e mi s d i v i d e di n t of o u rs u b s y s t e m s ，w h i c ha r eb a s i c i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，t e s tm a n a g e m e n t ，t e c h n i q u es e r v ea n dt e s tf a u l td i a g n o s i s a n dc o a c h i n g 2 ) t h es e r v e ra p p l i c a t i o no f t e s tm a n a g e m e n ts u b s y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e d t h e r ea r et h r e em o d u l e si nt h es u b s y s t e m ：p r e t e s tr e p o r t ，d e t a i lt e s ta n dp e r f o r m a n c e a n a l y s i s b yt h o s em o d u l e s ，d i f f e r e n tt y p e so fi n f o r m a t i o n ，s u c ha sd i g i t a li n f o r m a t i o n ， p h o t o e s ，c a dd i a g r a m s ，c o m p r e s s e df i l e sa n ds oo n ，a r ep r o c e s s e da n ds h a r e dd u r i n g t h ew h o l et e s tp r o c e d u r e 3 ) t h e l o a dc h a r a c t e r i s t i c sc u r v eo fd i e s e le n g i n ei sp l o t t e db yt w oa r i t h m e t i ci n p e r f o r m a n c em o d u l e ，c u b i cs p l i n ei nd a t af i t t i n ga n dl e a s ts q u a r em e t h o d ，t om e e t d i f f e r e n tp r e c i s i o nn e e d s 4 ) p l o tf u n c t i o no fp e r f o r m a n c em o d u l ei st e s t e db y b l a c kb o xt e s t i n g ，w h i c hc a n i n d i c a t et h es y s t e m sr a t i o n a l i t ya n dr e l i a b i l i t y 5 ) b a s e do nt h ed m s ，d i f f e r e n te n g i n em a l f u n c t i o n su n d e rd i f f e r e n tg r a d e sa r e c a l c u l a t e db yt h es i m u l a t i o ns o f t w a r e ，a v lb o o s t a f t e rd i e s e le n g i n ew o r kp r o c e s s n u m e r i c a lm o d e li sb u i l tu p ，t h es i m u l a t i o nr e s u l ti sc o m p a r e dw i t ht e s td a t a ，w h i c h n 武汉理：【大学硕士学位论文 i n d i c a t e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n g i n em a l f u n c t i o n sa n da b n o r m a lt h e r m a l p a r a m e t e r s t h u su s e f u l r e f e r e n c ef o rm a r i n ed i e s e le n g i n ef a u l t d i a g n o s i s i s p r o v i d e d k e yw o r d s ：m a r i n ed i e s e l ，p e r f o r m a n c ed a t a b a s e ，c h a r a c t e r i s t i c sc u r v e ，s o f t w a r e t e s t i n g ，p e r f o r m a n c es i m u l a t i o n 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 武汉理工大学和其它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了感谢。 签名：筮堑日期：z 牲， 关于论文使用授权的说明 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 学校有权保留交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( 签名) ：杏女箝导师( 签名研究生( 签名) ：金壶留导师( 签名 期 武汉理t 大学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 利用计算机实现企业信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我 国产业优化升级和实现工业和现代化的关键环节。企业的信息技术水平成为企 业具有强竞争力的重要标志。信息技术大大提高了企业在信息收集、处理和发 布方面的能力，企业保持竞争力的有效措施是关注和运用信息技术，管理企业 的生产过程。 目前，企业信息化的范围已经逐步扩展到传统的制造行业，国内企业应用 各种管理软件取得了一定的成绩。由于国内企业的信息化基础较差，已经实施 信息化管理的企业占企业总数的比例仍然较低，特别是对柴油机制造商而言， 其信息化的发展尚处于起步阶段。我国柴油机制造商信息化的发展不均衡，信 息化是一个长期的过程，需要大量的人力和财力的投入。大型国有企业起步较 早，投入了大量的资金进行信息化工作，而中小型柴油机制造企业能力有限， 很难在企业信息化上有所作为【1 1 。另一方面，柴油机制造企业可分为设计、制造、 调试和试车等多个部门，每个部门涉及的数据量多、类型不一，表格格式较复 杂，且基层工作人员的计算机水平有限，限制了信息化的推广和实现，许多企 业只停留在c a d c a m 发展阶段，信息化管理水平有待进一步提高。 企业信息化的目的是以现代信息技术为手段，对伴随企业生产和经营过程 而产生的数据进行收集、加工、管理和利用，以改善企业生产经营的整体效率， 增强企业的竞争力。数据库( d a t a b a s e s ，简称d b ) 技术目前是计算机处理与存 储数据最有效的信息技术。它是存放信息数据的仓库，通过它可以将数据长期 保存在计算机的存储设备上、并按照某种模型组织起来的、可以被各种用户或 应用共享的数据的集合，它是绝大部分企业信息系统的核心。为了使数据在数 据库具有良好的组织结构，需要由一种公用的方法进行管理，即采用数据库管 理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m s ，简称d b m s ) 。它是位于用户与操作系 统之间的一层数据管理软件，是数据库系统的重要组成部分。 目前，在已经应用了数据库信息管理的企业中只有少量达到了预期的目标， 特别是柴油机制造行业和其他制造业相比还有很大差距，还基本处于企业信息 武汉理工大学硕十学位论文 化初级阶段，主要表现在以下几个方面【l 】： 1 ) 信息化总体应用水平低。数据的储存多采用最基本的w o r d 、e x c e l 格式， 数据间的流动性差，不能对历史数据进行有效管理，数据查询困难。 2 ) 信息集成度低。由于缺乏总体规划、总体设计和过程控制，通常各部门 只整理储存本部门关注的部分信息数据，数据输出一般以纸质的方式进行；当 下游部门需要使用和再利用时，需重新输入或者复印，形成了所谓“信息孤岛”。 如从c a d 接收的数据不能直接用到生产组织中，需要在格式和内容进行调整和 转换。 3 ) 管理水平低。我国传统制造业管理水平的落后主要集中体现在管理思想 和理念上。企业信息化的过程也是引进现代管理理念的过程。目前的管理可以 概括为：生产信息主要靠开调度会和现场会解决；设计时生产管理信息不全， 难以支持管理深化的要求；缺少严密的生产r 程计划系统，难以做到精确管理 和动态资源平衡，缺少设计、计划和物流相关的系统。 4 ) 有的企业选择不合适的企业管理软件、管理协调不够、实施步骤过急、 软件厂商的服务质量低等诸多因素也是导致我国企业信息化应用低成功率的重 要原因。 船舶柴油机数字化管理系统就是专门为造机企业设计的。该系统帮助企业 实施信息化管理，减少“信息孤岛 的问题，全过程跟踪柴油机设计、生产、 调试和试验等生产过程，提供多种数据类型的存储接口，创建合理高效的工作 流，以提高生产率。 现在有许多信息系统的开发方法，目前最常用的方法有结构化系统开发方 法、原型法、面向对象的方法及c a s e 方法等。传统的结构化软件开发方法主 要是在进行系统分析后，根据功能把系统分成若干功能模块分别进行开发，在 整个过程中或多或少地将功能和数据进行分离。随着计算机技术的发展，这种 面向功能的软件开发方法已不再适用现代软件的开发要求。自从第一种面向对 象的编程语言s m a l l t a l k 及其开发环境出现以来，面向对象技术被迅速应用在各 个领域，这种技术在软硬件开发中显示出优越性。通常现有信息系统的建设， 大多是在低层的技术平台上直接构建业务系统，且只能采用面向技术的、业务 无关的“原始”编程工具开发信息管理系统。这种开发模式使信息系统的开发、 维护和扩展困难大，导致“i t 黑洞”现象的普遍发生，无法满足管理个性化和 和业务变化发展的要求。j u s t e px 3 是一种以面向对象为基础的，以用户需求为 2 武汉理工大学硕j ：学位论文 导向的新型企业管理软件。 本文以船舶柴油机数字化管理系统的开发过程为对象，采用j u s t e px 3 软件 和s q ls e r v e r 数据库为软件开发平台。在系统中通过可扩展的工作流，使不同 部门可以在船舶柴油机的安装、调试及试验过程中共享信息，以实现船舶柴油 机制造厂的数字化信息管理。 1 2 系统的特点及研究方法 1 2 1 系统的特点 本系统是专门针对船舶柴油机试车试验工作而设计的。包括试车、试航前 试车资料准备和试验数据处理等。 本系统以实现对船舶柴油机设计、制造、试车的数字化、无纸化管理为目 标，将柴油机的相关信息和数据有规则、有秩序地存放数据库中，在工作流的 基础上，实现所有数据的数字化管理( 包括各种图片、图表数据) 。及时根据用 户需求进行数据的添加、删除、修改、备份、查询等操作，为提高船舶柴油机 的管理提供了先进有效的信息化平台。 可储存不同类型的信息，如数据、照片、c a d 图和压缩文件等。方便了信 息的查询和使用，使不同部门之间的信息共享，大大减少了纸质资料的来回复 印传递。 项目为用户提供了数据的多种输入方法，具有较强的数据接口，可以将其 他测试系统的测量结果，如p m i 系统、热力参数测试系统及其他系统的串口数 据，直接自动输入数据库。 自动从系统数据库中的提取相关试验数据，进行柴油机的性能曲线分析。 可以提供同类型的主机和不同试验阶段的数据比较，以及打印性能曲线图。 1 2 2 研究方法 1 ) 深入企业的部门、车间、班组进行详细调查，完整、清楚地掌握需要处理 的表格和数据，分析工作特性建立合理的工作流，为数字化管理系统的开发奠 定基础。 2 ) 运用s q ls e r v e r 为数据库，j u s t e px 3 软件平台设计丌发系统。 3 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) 利用数值分析方法中的最小二乘逼近法和三次样条插值法，进行特性曲线 的绘制。 4 ) 运用a v lb o o s t 软件对主机进行数值仿真计算，并进行故障性能仿真计 算。 1 3 论文的主要研究内容 本文首先介绍s q ls e r v e r 数据库、面向对象的概念以及j u s t e px 3 软件平 台，分析了系统的总体设计，以试车管理子系统为对象详细描述了该子系统的 设计和实现，最后在数据库的基础上，利用a v lb o o s t 软件对船舶柴油机的性 能进行仿真计算。 本文主要包括以下几个方面的内容： 1 ) 介绍数据库管理系统的功能，对比了几种常见的数据库和面向对象的基 本特点。 2 ) 系统数据库设计和总体方案的设计。通过分析实施d m s 部门的需要和 工作特性，将系统分为基础信息管理、试车管理、技术服务支持和试车故障诊 断及指导等四个子系统进行设计分析。 3 ) 试车管理子系统可分为试车试验资料准备、详细试车试验内容和性能分 析等三个模块。在试车试验资料准备中讨论了表格文档，数据字典和规格资料； 在详细试车试验内容中介绍了负荷表格的创建和文件的导入和导出；性能分析 中主要进行了性能曲线的绘制。 4 ) 分别介绍了绘制性能曲线两种数学算法：三次样条插值和最小二乘法逼 近，以及主要功能的实现。 5 ) 系统软件的测试。为了保证系统软件能够稳定可靠地运行，在系统正式 投入运行前进行了功能测试和结构测试，最大限度减少软件存在的缺陷和错误。 以性能分析模块中某机型的绘图功能为例，进行了黑盒测试，验证了软件的可 靠性。 6 ) 在d m s 的基础上，利用a v lb o o s t 软件建立某型柴油机的仿真模型， 模拟了1 1 种典型故障，包括：压缩故障、喷油正时故障、漏油故障、雾化质量 差、曲轴箱窜气、涡轮增压器故障、中冷器效率故障、中冷器气侧污阻、排气 歧管污堵、涡轮排气总管污堵和润滑系统故障等，进一步分析了柴油机性能。 4 武汉理工人学硕士学位论文 第2 章软件开发平台 数据库通常分为层次式数据库、网络式数据库和关系式数据库三种。其中， 最常用的是关系数据库。 2 1 数据库管理系统的功能 数据库管理系统是由建立、管理和维护数据库的一套程序组成的非常复杂 软件系统。一个好的数据库管理系统应具有足够的可靠性，当系统运行中出现 问题时能提示出错信息，并引导用户改正错误；能够提供用户对数据库的操作 功能，实现对数据库数据的检索、插入、修改和删除等；由于它介于用户和操 作系统问，必须包括向上与用户的接口，向下与操作系统的接口，所以应具有 清晰的结构便于支持其外层开发环境的构造。它提供以下几个功能【3 5 】： 1 ) 数据定义功能。d b m s 提供相应数据语言来定义( d d l ) 数据库结构， 它们是刻画数据库框架，并被保存在数据字典中。 2 ) 数据存取功能。d b m s 提供数据操纵语言( d m l ) ，实现对数据库数据 的基本存取操作：检索、插入、修改和删除。 3 ) 数据库运行管理功能。d b m s 提供数据控制功能，即数据的安全性、完 整性和并发控制等对数据库运行进行有效控制和管理，以确保数据正确有效。 4 ) 数据库的建立和维护功能。包括数据库初始数据的装入，数据库的转储、 恢复和重组织，系统性能监视和分析等功能。 5 ) 数据库的传输。d b m s 提供处理数据的传输，实现用户程序与d b m s 之 间的通信，通常与操作系统协调完成。 2 2 数据库管理系统选择 目前，市场上数据库管理系统较多，主要有o r a c l e 、s y b a s e 、d b 2 、s q ls e r v e r 、 i n f o r m i x 、a c c e s s 、f o x p r o 等。其中，o r a c l e 、s q ls e r v e r 、s y b a s e 和d b 2 均是 大型数据库管理系统，也是丌发大型管理系统的首选，运行于客户服务器模式； i n f o r m i x 在u n i x 系统下具有较高的效率。 o r a c l e 是一个最早商品化的关系型数据库管理系统，也是应用广泛、功能强 5 武汉理j = 大学硕士学位论文 大的数据库管理系统。o r a c l e 作为一个通用的数据库管理系统，不仅具有完整的 数据管理功能，还是一个分布式数据库系统，支持各种分布式功能，特别是支 持i n t e r n e t 应用。作为一个应用开发环境，o r a c l e 提供了一套界面友好、功能齐 全的数据库开发工具。o r a c l e 使用p l s q l 语言执行各种操作，具有可开放性、 可移植性和可伸缩性等功能。 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 是一种典型的关系型数据库管理系统，具有可靠性、 可伸缩性、可用性和可管理性等特点，适用于个人用户、工作组用户和企业级 用户。这种数据库使用t r a n s a c t s q l 语言完成数据操作，可在许多操作系统上 运行。由于m i c r o s o f ts q ls e r v e r 是开放式的系统，其它系统可与其进行完好的 交互操作。 作为m i c r o s o f to f f i c e 组件之一的m i c r o s o f ta c c e s s 是在w i n d o w s 环境下非常 流行的桌面型数据库管理系统。使用m i c r o s o f ta c c e s s 无需编写任何代码，只需 通过直观的可视化操作就可完成大部分数据管理任务，安装、操作简单。但这 种数据库软件稳定性较差，在多用户条件下大数据量的情况下易崩溃。 鉴于本系统的数据量大、用户操作水平较低等特点，选用m ss q ls e r v e r 2 0 0 0 作为系统后台数据库。目前s q l s e r v e r 2 0 0 0 已经广泛使用于各行各业。它 专为分布式客户机月艮务器计算环境而设计，可满足本系统采用分布式体系结构 的要求。另外s q ls e r v e r2 0 0 0 能够满足大型w e b 站点和企业数据处理系统的 数据存储和分析需求，是一套组件的集合，可支持上千用户和多达几百亿的事 务处理；集成的安全机制给用户提供了一次性登陆的全面访问；具有很强的数 据备份和数据恢复功能【铺】。 2 3 面向对象的概念和特点 2 3 1 面向对象概念 面向对象方法学认为客观世界是由许多各种各样的对象所组成的，每个对 象都有各自的内部状态和运动规律，不同的对象相互作用和联系就构成不同的 系统。在计算机的求解过程中，尽可能追求空间对问题空问的直接模仿，即尽 可能使数据模型与概念模型相对应( 数据模型是概念模型在数据世界的抽象描 述) 。此外，还要建立一套适应人们一般思维方式的描述方式。面向对象技术引 入对象和消息传递来分别表示事物以及事物之间的相互关系，类和继承是适应 6 武汉理工大学硕士学位论文 人们一般思维方式的描述方式。对象簇形成问题空间，对象间的消息传递表示 用户需求。方法是作用在对象上的各种操作，通过封装将对象的定义与实现分 开，面向对象的软件系统是由对象组成的，对象通过消息传递相互联系，协同 完成某一活动，类和继承用于描述对象，类是构造软件系统的最小单位，对象 是系统执行的最小单位。相对于其它的系统分析方法，面向对象分析的优点有 以下一些【9 1 1 】： 1 ) 面向对象分析强调从问题域中的实际事物以及与系统责任有关的概念出 发构造系统的模型，使系统中的对象、对象的分类、对象的内部构成以及对象 之间的结构与连接能直接描述问题域和系统责任，并与之产生良好的对应。因 此，面向对象分析非常有利于对问题域和系统责任的理解。 2 ) 面向对象分析使用了与问题域一致的概念及术语，且面向对象分析体现 了人类的同常思维方式，从而使与分析有关的各类人员具有一种比较易懂的共 同语言，有利于人员之间的交流。 3 ) 面向对象分析的封装原则是以稳定的成分对象作为构成系统的基本 单位，而把易变化的成分一服务及属性封装在对象之中。因此，面向对象分 析对变化比较有弹性，对需求变化具有良好的适应性。 4 ) 面向对象分析支持软件复用。面向对象分析中的类具有完整性和独立性， 这两点是可复用的重要条件，因而面向对象分析中的类很适合于作为一个可复 用构件。 2 3 2 面向对象设计方法特点 以下介绍面向对象设计方法的一些特性【1 2 1 3 1 。 1 ) 对象( o b j e c t ) 在计算机系统中，对象是指一组属性以及这组属性上专用操作的封装体。 属性通常是一些数据，有时也可以是另外一个对象。每个对象都有自己的属性 值，表示该对象的状态。对象中的属性只能通过该对象所提供的操作来存取或 修改。操作也称为方法或服务，它规定了对象的行为，表示对象所能提供的服 务。一个对象通常由对象名、属性和操作三部分组成，它具有自己的静态特征 和动态特征。静态特征即可以用某种数据来描述的特征，动态特征即对象所表 现的行为或对象所提供的服务。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 ) 类( c l a s s ) 类是具有相同属性和操作的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提 供了统一的抽象描述，其内部包括属性和操作两个主要部分。类是对象的抽象 描述。在分析和设计时，通常把注意力集中在类上，而不是具体的对象上。 3 ) 继承( i n h e r i t a n c e ) 一个特殊的子类可以定义为父类的特殊情况。继承是指子类可以自动拥有 父类的全部属性和服务。子类在继承了父类的属性和操作的基础上可以添加一 些专属自己所有的属性和操作。继承简化了人们对事物的认识和描述。在定义 子类时不必重复定义那些己在父类中定义过的属性和服务，只要声明自己是某 个类的子类，继承提高了软件的可复用性。 4 ) 消息( m e s s a g e ) 消息是指对象之间在交互中所传送的通信信息。一个消息通常包括接收对 象名、调用的操作名和适当的参数。一个对象通过向另一个对象发送消息来请 求其服务。消息只告诉接收对象需要完成什么操作，但并不指示接收者如何完 成操作。消息完全由接收者解释，接收者独立决定采用什么方法完成所需的操 作。消息是对象间实现通信的手段。 5 ) 多态。i 生( p o l y m o r p h i s m ) 多态性是指同一方法( 过程或函数) 可应用于许多不同的类，而每一类则 以其独有的方式执行此方法，不同的类可能有性质相同的方法，在不同的类中 以不同的方式实现，并产生不同的行为。对象发出的同一消息给不同的对象， 可以有不同的解释，解释的方法依赖于接收消息的对象，而不依赖于发送消息 的对象。多态性机制不但为软件的结构设计提供了灵活性，减少了信息冗余， 而且显著提高了软件开发的可复用性和可扩充性。 2 4x 3 协同管理系统简介 现有大多数的管理软件是在低层的技术平台上直接构建管理系统，采用面 向技术、业务无关的“原始”编程工具开发。由于缺乏统一的业务架构体系，系统 只是功能模块的简单累加，模块相互之间孤立封闭，无法从根本上提升企业管 理效能，而且容易造成投资浪费及升级困难等诸多问题。本系统开发工具采用 j u s t e px 3 软件，其开发应用的环境类似d e l p h i ，采用o b j e c to r i e n t e dp a s c a l 语言。 8 武汉理工大学硕士学位论文 该软件采用了j u s t e pb u s i n e s s 业务架构平台( 简称b u s i n e s s 平台) ，以业务作为 导向和驱动的、用来快速构建复杂应用系统的软件开发平台。其优越性如下1 1 4 1 ： 1 ) 面向业务 操作系统平台、软件基础架构平台等都是面向软件开发人员，其使用技术 门槛较高。业务架构平台是面向业务人员的( 并非由业务人员来开发管理软件， 而是业务人员要能理解) ，更多使用“业务语言 或“管理语言，一种业务人 员就能理解的语言。正是这个特性消除了复杂应用软件系统一直存在的“两张 皮”现象，即缺少复合型的专业人才，懂技术的不懂管理，懂管理的不懂技术， 管理人员、业务人员与技术人员之间一直存在着很难弥合的“鸿沟 。 2 ) 跨平台性 b u s i n e s s 平台屏蔽了操作系统、软件基础架构平台的技术细节，开发人员 在利用业务架构平台开发复杂应用软件系统时，关注的焦点在于业务逻辑、管 理模式，而不用关心采用何种技术来实现。跨平台性使得通过业务架构平台开 发的软件，能够顺利地在各种异构环境下运行。 图2 1 业务层次关联关系图 j u s t e pb u s i n e s s 业务架构平台根据企业的实际业务，抽取出一套完整的业务 模型体系，并将其分为业务信息层、业务功能层、组织层和业务流程层等，使 9 武汉理_ 】= 大学硕士学位论文 开发企业的管理信息系统能够分部分、分层次的进行构建，对企业管理中很多 复杂问题进行简化。业务模型中各个业务层次和对象不是孤立的，它们之间有 着本质的联系，图2 - 1 是它们之间的关系。 在这个业务模型体系的业务层次中，比较关键的是信息层、功能层、组织 层和流程层，下面将简单介绍下它们。 1 】信息 信息是表述一个完整的业务内容的最小单元，一般由数据和文档两部分组 成。数据是对物理数据库中数据的组织和定义，通过数据层从物理数据库中获 取，然后对其进行组织。文档是数据的具体表现形式，同一份数据可以使用多 种文档从多个不同视图进行表现。 羟螽圳翮羟 信飞一l 飞一 勺一i 害正一，- 7 1 o ，。”。7 h j 母了 _ ；：_ 数掘数掘效掘 数 一d 。二，1 堡 螽据摩l数据库l ，f 、 图2 - 2 信息层与数据层的关系 2 ) 功能 一个功能是为达到一个或多个企业目标而作用在( 信息) 对象上的个操 作或活动。实际企业中的审核凭证就是一个功能，“审核”是操作，“凭证”是 信息。 3 ) 组织 组织是为完成企业目标而形成的具有特定结构、分工协作的团队。 4 1 流程 为了实现组织目标，有关业务活动依时序或逻辑关系相互连接构成业务流 程。在业务开展过程中，文档、信息或任务，依据业务规范在参与者之间传递 和处理。 武汉理工大学硕士学位论文 在不同的业务层次中包含了不同的业务对象，如业务参数组、业务元素组、 字段模版组、数据表、业务信息、文档、业务功能、业务流程、窗体等。这些 业务对象必须依赖业务单元、存在于业务单元中，不能独立生存，它是业务单 元资源存储的最小单位。窗体间函数、方法的调用利用信息代理组件 t l n f o b r o k e r ，实际上是运用到了面向对象中的多态。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章船舶柴油机数字化管理系统总体方案设计 3 1 系统需求分析 研发机构在与用户交流过程中需要不断收集用户的各种信息，建立与用户 长期稳定的关系，追踪分析其需求，把用户想要的送给他们，使研发机构与用 户的关系及企业盈利都得到最优化。本系统的设计应体现“以用户为中心 的 思想，围绕实际业务中与用户接触的情况，设计一个操作简便的试车子系统。 船舶柴油机数字化管理系统需要满足以下条件： 1 ) 应满足用户在船用柴油机试车、试航过程中的需要，操作直观、方便和 实用。 2 ) 采用模块化程序设计方法，既便于系统功能的各种组合和修改，又便于 未参与开发的技术维护人员补充和维护。 3 ) 应具备数据库维护功能，及时根据用户需求进行数据的添加、删除、修 改和备份等操作。 4 ) 尽量采用现有软硬件环境及先进的管理系统开发方案，从而达到充分利 用现有资源，提高系统丌发水平和应用效果的目的。 5 ) 针对企业人员的流动性，建立用户权限的动态时效性控制，基于角色进 行访问控制，不同的人登录时赋予不同的权限。 3 1 1 系统功能需求分析 根据对某造机厂人员的访问调查，和他们提供的试车报告，进行分析研究 后，按照各部门( 涉及使用d m s 的部门) 提出的要求，综合概述了d m s 系统 涉及处理的全部业务。某造机厂内部共有三个部门将使用d m s 系统，分别是隶 属于造机所的基础技术室；隶属于质量保证部的技术服务室；隶属于总装车间 的试车小组，如图3 1 所示。上述部门要求d m s 系统涵盖的业务如下： 1 ) 基础技术室需要调用其它数据库中的数据编辑完成机组信息一览表， 并根据各种条件查询存储在d m s 中的各机组、各台份机器的设计和排放数据等。 2 ) 试车过程可分为磨合阶段和提交阶段。试车小组采集整个试车过程中产 生的关键数据和信息、排放计算和打印试车报告。 1 2 武汉理t 大学硕+ 学位论文 3 ) 技术服务室的业务可分为码头试车、试航调试和保修服务三个阶段。在 码头安装、调试时调用查看车间安装参数；试航调试时记录性能数据；记录试 航数据、排放数据；数据换算；数据对比。 3 1 2 数据分析 图3 - 1 使用d m s 的部门情况 目前，d m s 主要针对某造机厂生产的三种主机类型而开发的：m a nb & w 的m c ( 包括m c c ) 、m e 以及w a r t s i l a 的r t - - f l e x 。其中，m c 机型采用的 是传统凸轮装置喷油；m e 机型采用的是电控喷油系统；f l e x 机型采用的是高 压共轨电控喷油系统。 由于机型不同，三种主机需要处理的信息数据不完全相同，但总体可以分 成三大部分：基本信息、设计参数和测量参数。 基本信息主要包括机型、机号、台份、车间提交日期、船厂、船号，装置 号、船东和船级社；各排放零件i m oi d 号；每台机的排放文件，包括排放证书 和支持文件等。 设计参数主要包括缸径、冲程、母子型机、e 2 e 3 、f w s w 、带不带v a r i a b l e i n j e c t t i m e ( 可变喷油正时v i t ) 等；m c r 、o p t 、p 。眦、转速、扭振参数、转 动惯量、期望性能参数值等；压缩挚片厚度、排气凸轮升程、排气定时、燃油 凸轮升程、升程角等参数；增压器型号及数量、喷油泵柱塞直径、喷油嘴孔个 数直径、空冷器型号规格、调速器型号规格等设备的相关安装参数。 武汉理工人学硕士学位论文 测量参数主要包括车间实测参数( 各负载下性能参数的实测值) 、车间提交 数据等平台试车数据；试航数据；实测n o x 值等排放相关测量数据。 普通用户可以在用户界面中，用键盘和鼠标将文本资料输入到数据库中， 还可以通过系统和p m i 系统之间的接口将试车结果数据直接通过内部宽带局域 网导入到数据库中，或者通过串口将试车台的热力参数直接输入到数据库中。 如有需要，还可将外部以文件形式存放的数据导入到数据库中。本系统可自动 将有关联的文本资料和试车数据进行连接储存。 3 2 数据库设计 根据数据分析，将数据表设计成两层结构。以“技术资料表”为主表，主 键为“t e s t i d ”，与主机唯一相关的字段都可存在该表中，其中“工程编号”是 在生产中主机的唯一标识。其它表均是技术资料表的子表，数据集通过主表的 主键“t e s t i d ”来关联。这样，物理上的两层数据表，只要找到主表的主键“t e s t l d ” 就可以通过参数找到所有的子表中的记录。这样的设计方便了查看、删除，同 时利于数据的上传下载。子表包括：重要零部件图号，喷油器设定表，主机控 制系统，性能试验，启动试验，a ct c 数据，最低稳定转速试验，调速器试验， 气缸数据，勘验安全装置试验，勘验启动试验，勘验调速器试验，勘验最低稳 定转速试验，勘验气缸数据，勘验增压器与空冷器，勘验负荷试验等。因为每 个工况下有多条增压器与空冷器记录，虽然在物理上也是属第二层表，但在逻 辑上是负荷表的子表( 该表的主键为“l o a dt e s t i d ) ，所以在这两个表中增加 了字段“l o a dt e s t l d ”，在数据集中通过参数“l o a dt e s t l d 来关联到某条负 荷记录，打开相关记录。 在表的设计中，主键一般是通过业务编码表这个中间表取值。只要是取值 后，不管该条记录是否保存，业务编码表中字段“编号 的值就会自动加l ，这 样保证编号的唯一性，使主键值的增长具有可控性。 系统中通过数据集来取数据，数据集中的基本s q l 语句如下： s e l e c t 字段1 ，字段2 ，f r o m 数据表名 w h e r e t e s t l d = x o r d e rb y1 k s t i dd e s c 1 4 武汉理t 大学硕+ 学位论文 3 3 系统总体分析和设计 根据需求分析，d m s 的用户主要是基础实验室、试车小组和技术服务室。 根据各部门的业务需求，将d m s 系统规划为如图3 - 2 所示的四个子系统。 d m s 系统 基础信息管理子系统 试车管理子系统 技术服务支持子系统 试车故障诊断及指导 图3 2d m s 系统划分 各子系统之间相互独立又相互融合，四个子系统组合一体，基本上涵盖了 全部需求。每个系统功能如下： 基础信息管理子系统：主要包括录入机组资料、获取车间用技术资料和生 成相关报表等。 试车管理子系统：主要包括获取试车技术资料、保存和处理试车数据、排 放数据验证，以及获取诊断知识，生成试车报告等。 技术服务支持子系统：主要包括录入、上传测量数据、生成限制曲线、打 印试车和排放报告等。 试车故障诊断及指导子系统：为构建柴油机故障诊断专家系统而设计，其 功能主要包括导入试验故障数据和解决方案，进行数据挖掘，将分析结果导入 专家系统等。 各子系统模块由概要列表窗体、查询窗体和详细主窗体组成。概要列表窗 体列出柴油机的相关重要信息，用户可迅速浏览；利用查询窗体，各部门能快 速、准确查询所需的全部数据，并对记录进行归纳，以灵活的方式打印输出； 详细主窗体中表格和文档的设计应以用户提供的试车报告为准，方便用户编辑。 子系统之间的数据是共享的，一旦设计或者生产过程，某些数据发生了改变， 只要将新数据输入到数据库中并在网络上发布消息，各部门就可快速、准确地 获得最新数据，解决了“信息孤岛 的问题。 利用d m s 系统，可查看工作进度，甚至关注到某台柴油机目前所处的生产 1 5 武汉理：【大学硕士学位论文 环节，根据生产计划，组织生产，提高管理效率。d m s 的工作流如图3 3 所示【1 5 】。 图3 - 3 工作流程图 1 6 武汉理t 大学硕十学位论文 3 3 1 基础信息管理子系统 本子系统主要是管理和维护机组信息。机组信息包括柴油机基本参数，如 机型、工程编号、船号、出厂日期和船东等；设计参数，如缸径、冲程、额定 转速和额定功率等。一台船舶柴油机在主表中就是一条记录，而一台母型机和 其子型机的记录就组成一份机组信息。当输入一条数据库尚不存在的母型机记 录时，就同时创建了一条机组信息记录。当录入其子型机记录时，只需先输入 母型机工程编号，则母型机与之相应的信息就会自动带入到当前记录，用户可 根据需要稍作修改，减少了输入工作量。 3 3 2 试车管理子系统 试车管理子系统是d m s 的重要环节，试车小组利用该系统录入试车准备资 料、整理试车试验数据，进行性能分析、排放计算和打印试车报告等。在该系 统中，试车小组的工作分为两部分：试车前、后在办公室内对数据进行处理， 此时，试车部门的系统连接到整个公司的网络，称为服务器端；试车时在试车 车间采集数据，试车小组将试车试验采集数据输入笔记本电脑，此时，笔记本 电脑是与公司网络断开的，称为客户端。由于网络断开，这样就会存在试车准 备资料下载和试验结束将数据上传回服务器端的两个步骤。柴油机试车一般分 为磨合调整阶段和勘验提交阶段。两个阶段的试验内容基本相同，只是在磨合 调整阶的过程中，需要不断试验调整柴油机，使其满足性能要求，并记录非正 常态的试验数据和调整方案，以形成故障数据库。 由于试车现场暂时未与公司网络连接，试车小组接到试车计划后，需从x 3 运行平台上下载试车准备资料，