鐵路貨運綜合生產管理系統設計研究

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摘要：針對目前鐵路貨運生產系統存在的建設分散、數據共享困難等問題，利用微服務、統一PaaS平臺、雙活架構等技術，對既有系統進行重構再造，建設鐵路貨運綜合生產管理系統，實現了一線生產與多級管理的集中統一。并結合鐵路貨運信息化建設實際，對貨運信息系統整合集成涉及的關鍵技術進行了深入研究，對后續實施策略提出了建議。

關鍵詞：微服務；統一PaaS平臺；雙活中心；實施策略

鐵路貨運生產管理系統是鐵路貨物運輸的重要工具，經過20多年建設，目前，已建立覆蓋生產作業各環節的信息系統，包括電商系統、貨票系統和貨運站系統等。既有貨運生產作業系統存在建設分散、數據共享度低、字典不統一和用戶體驗較差等問題。按照《鐵路信息化總體規劃》[1]要求，需要構建新一代鐵路貨運綜合生產管理系統，利用新架構、新技術重構再造既有系統，實現貨運作業管理信息化的長足進步，為鐵路開展對外服務、提升精細化管理水平提供業務支撐與數據支撐。

1設計原則

按照《鐵路信息化總體規劃》要求，對貨運生產相關信息系統進行融合與集成，通過數據驅動運營服務模式創新，打破各業務板塊之間的信息壁壘，優化再造當前鐵路各個業務應用系統。基于以上要求，通過對既有生產業務系統融合再造，形成以一線生產作業為主體，以鐵路局集團公司（簡稱：鐵路局）、中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）管理決策為輔助的綜合貨運生產管理系統，以作業流、信息流的全線貫通為目標，實現“重塑貨運對外形象，再造貨運信息系統”目標。整體設計滿足“四大”原則。（1）大整合：與貨運所有相關信息系統均納入該系統功能整合范圍，實現大整合，并不斷努力。（2）大集中：依托中國鐵路主數據中心，實現貨運系統部署與數據存儲的大集中，充分發掘數據價值。（3）大平臺：打造對外服務大平臺，實現貨運與鐵路外部系統、與市場客戶、與社會的互聯互通。（4）大服務：服務一線崗位、服務站段鐵路局、服務外部企業和服務社會，以信息服務帶動經營效益，實現多方互贏。在技術設計上，除了滿足業務功能需求，兼顧以下方面：（1）數字化轉型，引入敏捷開發、構建方法，增效率、降成本；（2）提高系統的客戶體驗，提高開發和運維效率；（3）利用平臺自動化能力，構建微服務、云原生和持續交付的業務應用；（4）通過微服務和云原生架構，避免和擺脫業務單體應用的強依賴關系，提高系統整體的可靠性、可擴展性；（5）用成熟的新技術，持續保持系統的領先性[2]。

2系統架構設計

2.1總體架構設計。生產部分以貨運站（貨運中心）為應用單元，以業務辦理及生產作業為依據，圍繞貨運票據電子化，進行子系統拆分，管理部分以鐵路局站段業務處室、國鐵集團各處室職能管理范圍為依據，以數據分析、決策支持為核心，進行專業化管理[3]，如圖1所示。2.2應用架構設計。以“平臺+組件”架構進行開發，形成可靈活組織、靈活集成的應用架構，即新一代開放能力共享架構[4]，如圖2所示。（1）共享基礎平臺。基于云管平臺、彈性計算、分布式數據、分布式中間件等，構建共享基礎平臺，為上層共享能力中心提供基礎資源支撐。（2）共享數據中心。以貨運核心作業數據及分析數據為基礎，構建共享數據中心，支撐核心生產業務。（3）共享服務中心。業務建模，抽取業務核心能力，構建共享服務中心，形成一線業務的服務支撐[2]。（4）貨運核心生產業務。基于共享數據中心和共享服務中心，依托貨運積累業務管理經驗，業務流程的組織及搭建，降低試錯風險，提升上線能力。2.3數據架構設計。采用中國鐵路主數據中心集中存儲數據，采用邏輯拆分的架構。數據架構，如圖3所示。（1）生產數據采集區。生產庫滿足生產作業、市場經營、設備資源各子系統的日常運行。輕量化數據資源，根據實際需要建立多個業務主題。（2）統計分析區。生產庫同步復制至管理庫，管理庫主要滿足報表臺賬和統計分析功能。（3）戰略決策區。管理庫通過ETL等工具，進入大數據倉庫，進行戰略分析決策的生成。（4）數據共享區。為了方便各鐵路局的經營數據分析，每日把生產經營結果數據定時同步至各鐵路局共享庫。同時，把貨運相關數據同步至共享庫，便于收入、審計和清算等部門使用。2.4雙活及分布式架構設計。系統包括應用集中和數據集中，為了盡可能地提升系統運行穩定，采用雙活架構及分布式部署架構來實現，規避單點故障[5]，如圖4所示。2.5技術架構設計（1）鐵路貨運綜合生產管理系統圍繞微服務治理體系，依托分布式消息服務、分布式應用部署、數據庫集群等中間件，打造“強平臺，富組件”的集成架構應用；（2）基于統一PaaS平臺打造流水線式的DevOps環境，支撐團隊規模化開發，提高軟件研發效率[6]；（3）利用SpringBoot、SpringCloud微服務架構體系形成統一應用開發框架，定義標準開發測試規范、版本管理規范；（4）構建自動化測試的持續集成環境[7]。整體技術架構，如圖5所示。

3關鍵技術

3.1系統整合集成技術。通過重構既有業務系統，以技術創新驅動業務流程再造的方式，以中國鐵路主數據中心建設為基礎，構建以開發能力共享架構為基礎的新一代鐵路貨運綜合生產管理系統，實現整個貨運作業系統的重構再造，一級部署多級應用。實現鐵路IT資產與數據資產的雙提升和貨運生產數據大集中，為后續的延伸服務奠定業務基礎與數據基礎。3.2微服務架構。鐵路貨運綜合生產管理系統基于SpringBoot、SpringCloud框架構建基礎服務微服務、核心業務處理微服務，為展現層多端應用提供全面、可靠的服務支撐。運用領域驅動模型（DDD），引入EventSourcing事件源和CQRS讀寫責任分離，分庫分表進行系統詳細設計和微服務設計。把業務歸類、拆分，將各業務模塊為微服務；將各業務模塊的資源以業務能力的形式組織起來，通過微服務開發框架對這些業務能力進行封裝，形成易于共享的服務，實現業務能力粒度上的重用、組裝、維護和管理。采用分布式服務框架組件進行業務能力的搭建和管理，通過統一方式、調用服務，支持服務容量線性擴展，服務可根據部署需求自動上下線，提供接口級、方法級、參數級的服務路由、服務歸組、服務限流和安全控制追蹤等服務治理能力。3.3統一PaaS平臺系統。通過統一的PaaS平臺構建應用程序開發、運行環境。提供PaaS平臺用戶安全認證、多租戶管理、自動化安全補丁升級、安全傳輸等平臺安全相關能力。提供分布式服務管理、分布式消息隊列、分布式業務監控、分布式緩存和事務、分布式數據庫、平臺健康監控、應用性能監控、日志聚合等功能，為整個系統的健康穩定運行提供有力的技術平臺支撐[8]。3.4軟件研發和運維全生命周期管理系統。構建完善的研發和運維全生命周期管理機制，包括業務需求提交、協同研發、代碼倉庫、持續集成、持續交付、性能測試、灰度及日志追蹤等，建立完整的軟件運維團隊,實現系統自動化開發、測試和交付[9]。通過PaaS平臺提供一鍵式應用部署、彈性伸縮、監控等交付和運維能力。

4實施策略建議

系統的建設是一個錯綜復雜、交互迭代的過程，本著“先核心后外圍，快速迭代”原則，分為兩階段實施。第1階段：以貨運票據電子化生產作業為主線，重構既有生產作業相關系統。（1）設計統一研發平臺。以“平臺+組件”模塊化開發為目標，結合目前企業研發主流技術，結合鐵路貨運既有系統的研發實際，制定研發標準及規范，編寫示例代碼，組織集中技術培訓，整體提升各項目組開發水平。（2）內部生產作業相關系統集成。以生產作業為主線，梳理電商系統、貨運站系統、集裝箱系統、零散平臺、集裝化用具系統、貨票系統自身功能及對外服務和數據共享內容，本著不改變或少改變既有操作方式，業務代碼盡量復用的原則，重構既有系統，形成統一登錄、統一基礎字典維護、統一用戶操作方式的一體化貨運生產作業系統。設計貨運外勤手持機原型，涵蓋外勤作業各個環節，并基于上述原型進行開發實現。（3）統計分析集成。梳理國鐵集團、鐵路局、站段各級業務管理部門所需的管理統計報表，形成基礎臺賬報表、統計分析兩大塊管理統計功能來支撐各級管理需求。（4）周邊系統改造。針對集中式部署的貨運整合系統建設實際，梳理同外部系統關系，并同步解決。整合的系統包括現車系統、集成平臺、十八點系統、貨運精密、收入系統和審計系統等。第2階段：重構集成其余系統，針對第一階段的研發經驗，其余貨運相關系統進行集成，含保價、接取送達、危險品、貨檢、計量、貨運資源、運到時限和施封鎖等。

5結束語

本文針對鐵路貨運綜合生產管理系統的架構設計及關鍵技術進行了詳細闡述，對后續的實施策略提出了針對性建議。由于該系統的建設是一項綜合性工程，僅從整體上完成的設計還不能落地實施，后續要綜合考慮既有系統的應用范圍、研發團隊能力、整體投資估算等一系列因素，進一步研究其實施策略。

參考文獻

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[7]張華兵，劉昕林，張海濤，等.IT運維管理的自動化的研究[J].信息與電腦（理論版），2017（9）：34-35.

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作者:孔垂云 單位:北京經緯信息技術有限公司