白小燕， 郭曉強， 王桂珍， 王忠明， 趙 雯， 劉敏波

(西北核技術(shù)研究所, 西安 710024)

借助信息化手段對輻照效應(yīng)數(shù)據(jù)進行全壽命周期管理，可以極大地提高數(shù)據(jù)的完整性、規(guī)范性和可追溯性，提高管理效率和應(yīng)用水平。美國的輻照效應(yīng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)與輻照效應(yīng)研究基本同步[1]，而我國近幾年才開始重視輻照效應(yīng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。西安200 MeV質(zhì)子應(yīng)用裝置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility，XiPAF)建設(shè)之初，質(zhì)子單粒子效應(yīng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的建設(shè)就被列入相關(guān)研究項目中，是一項重要的研究內(nèi)容。XiPAF是亞洲首臺空間單粒子效應(yīng)專用高能質(zhì)子加速器，也是我國能量最高的質(zhì)子單粒子效應(yīng)模擬試驗與考核專用裝置。與中國航天科技集團有限公司五院的空間輻射效應(yīng)數(shù)據(jù)庫不同，質(zhì)子單粒子效應(yīng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)緊緊圍繞XiPAF進行開發(fā)建設(shè)，旨在把所有試驗數(shù)據(jù)、與試驗相關(guān)的信息和業(yè)務(wù)流程進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理規(guī)范化、歷史數(shù)據(jù)可視化和試驗過程流程化，提高試驗數(shù)據(jù)的利用價值，提高科研試驗的管理效率與應(yīng)用水平，將在我國電子器件抗空間輻射領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本文主要從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計及最終實現(xiàn)途徑等3個方面對質(zhì)子單粒子效應(yīng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)進行介紹。

1 需求分析

質(zhì)子單粒子數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)主要圍繞在XiPAF上開展的質(zhì)子單粒子試驗全過程進行管理，核心目標是提供試驗數(shù)據(jù)管理功能，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)試驗全過程中各個階段的流程管理和應(yīng)具備信息錄入、管理、利用等功能模塊，全面滿足信息化管理要求，提供一個準確一致的輻射效應(yīng)試驗數(shù)據(jù)資源庫，提升XiPAF的服務(wù)水平及能力。為實現(xiàn)這一目標，質(zhì)子單粒子數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)必須滿足多項需求，表1列出了需求清單。

表1 質(zhì)子單粒子數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的需求清單

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計遵循的約束條件為：

1) 系統(tǒng)外部接口符合SOAP通信協(xié)議。

2) 系統(tǒng)內(nèi)部接口設(shè)計時要符合單一職責原則、開閉原則、替換原則、依賴倒置原則及接口隔離原則，以滿足系統(tǒng)擴展性要求。

3) 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計要符合基本表的“四性”，即原子性、原始性、演繹性和穩(wěn)定性?；颈砼c字段之間的關(guān)系，應(yīng)該盡量滿足第三范式，但需要在數(shù)據(jù)冗余和處理速度之間找到合適的平衡點，達到以空間換時間的目的，滿足系統(tǒng)性能需求。

表1的6類需求中，資源管理、機時管理和試驗管理是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心。資源管理設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計標準字段表[2]。機時管理和試驗管理屬于業(yè)務(wù)流程管理范疇，設(shè)計的關(guān)鍵是流程設(shè)計及與靜態(tài)資源庫建立動態(tài)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)對靜態(tài)資源的調(diào)配和新資源的入庫。

2.1 資源管理設(shè)計

質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗全過程涉及的信息資源主要包括試驗單位、試驗人員、儀器設(shè)備、標準規(guī)范、試驗樣品、試驗結(jié)果及試驗報告等7類資源。通過設(shè)置標準字段，對靜態(tài)的信息資源進行管理[2]。標準字段的優(yōu)勢在于：1)提高信息的規(guī)范性和完整性；2)提高檢索效率和準確度；3)增強不同數(shù)據(jù)庫之間的兼容性。在設(shè)計標準字段的過程中，參考了中國航天科技集團有限公司五院的空間輻射效應(yīng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計，保證該數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的兼容性。表2列出了7類資源的標準字段設(shè)計。

2.2 機時管理設(shè)計

機時管理主要包括機時規(guī)劃、機時申請、機時分配和機時發(fā)布4個環(huán)節(jié)，機時管理流程如圖1所示。機時規(guī)劃主要是XiPAF運行方結(jié)合任務(wù)情況給出質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗的時間窗口，時間窗口可每年發(fā)布1～2次，機時規(guī)劃完成后需經(jīng)過審核才能送達用戶手中。用戶結(jié)合時間窗口和自己的任務(wù)計劃選擇適合自己的試驗時間段，提出機時申請。XiPAF運行方在機時申請截止時間之后，結(jié)合不同用戶的機時申請合理分配試驗機時，經(jīng)審核后發(fā)布機時分配方案。

表2 標準字段設(shè)計Tab.2 Design of standard fields for resource management

圖1 機時管理流程Fig.1 Process for machine-time management

設(shè)計機時管理時考慮2種方案：1)機時管理業(yè)務(wù)在內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)同時布設(shè)，外單位用戶直接登錄外網(wǎng)進行訪問；2)機時管理業(yè)務(wù)僅布設(shè)在內(nèi)網(wǎng)，機時申請和機時發(fā)布環(huán)境均由指定人員通過郵件發(fā)送的方式通知外網(wǎng)用戶。

機時管理4個環(huán)節(jié)中包含的字段及其設(shè)置，如表3所列。這4個環(huán)節(jié)的字段中均包含機時規(guī)劃編碼字段，是整個機時管理的唯一標識符。申請單位和申請人員等字段通過申請單位ID和申請人員ID與表1中的資源庫建立關(guān)聯(lián)。

表3 機時管理中的字段及其設(shè)置

2.3 試驗管理設(shè)計

質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗的全過程主要包括試驗組織、試驗分配、試驗階段及試驗結(jié)果判定4個階段。試驗管理對這4個階段進行管理，同時管理試驗中產(chǎn)生的信息，圖2為試驗管理流程。用戶在試驗之前需要向運行方遞交試驗申請材料，運行方組織人力對材料進行審核，審核通過后，才能安排試驗。線下試驗實施完畢后，試驗負責人需將本次試驗的信息上傳。當用戶有試驗報告的需求時，系統(tǒng)可根據(jù)上傳的試驗信息自動生成試驗報告。試驗負責人指定專人對生成的試驗報告進行完善，并提交領(lǐng)導(dǎo)審核，通過審核的試驗報告，才能加蓋公章遞交到用戶手中。系統(tǒng)管理員或其指定的人員對上傳的試驗信息進行完備性檢查，通過后，本次試驗才能結(jié)束。信息系統(tǒng)需要提供方便快捷的流程定制功能，系統(tǒng)管理員可根據(jù)管理程序文件中確定的各種流程來設(shè)計流程與定義操作。

圖2 試驗管理流程Fig.2 Process for test management

在該系統(tǒng)中，同時實現(xiàn)對試驗流程的管理和對試驗中產(chǎn)生的信息管理是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。設(shè)計中，采用試驗申請單實現(xiàn)對試驗管理4個階段的流程管理。試驗申請單包含試驗申請單位、試驗時間、試驗樣品、試驗方案、試驗人員及試驗結(jié)果等信息，試驗申請單的字段設(shè)置如表4所列。通過機時編碼將試驗申請單中的試驗申請單位和試驗時間等信息與機時管理中的相關(guān)信息進行自動關(guān)聯(lián)，申請人員在填寫試驗申請單時通過選擇機時編碼，即可實現(xiàn)對其他相關(guān)信息的錄入。試驗樣品信息與試驗樣品的資源庫通過樣品ID建立關(guān)聯(lián)。試驗申請單中只顯示試驗樣品的名稱，但提供到試驗樣品的資源庫查看該樣品詳細信息的鏈接。試驗結(jié)果菜單中也僅顯示試驗名稱，但可鏈接到試驗結(jié)果的資源庫中。試驗結(jié)果的字段描述，如表2所列。試驗結(jié)果菜單中包含試驗報告部分。該系統(tǒng)能提供試驗報告自動生成功能，可根據(jù)標準的試驗報告模板進行數(shù)據(jù)庫字段的綁定，可選擇試驗報告模板，也可自定義試驗報告的格式和內(nèi)容，通過審核的試驗報告可自動進入試驗報告庫中。

表4 試驗申請單的字段設(shè)置Tab.4 Design of standard fileds for test application form

3 質(zhì)子單粒子效應(yīng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)實現(xiàn)

除XiPAF外，西北核技術(shù)研究所還擁有“強光一號”、“晨光號”、西安脈沖反應(yīng)堆、鈷源及“春雷號”等系列輻射效應(yīng)模擬源，可開展瞬時電離輻射、中子、電離總劑量和電磁脈沖等效應(yīng)試驗。建設(shè)時，同時將這幾種輻射效應(yīng)也納入管理之中。本文從平臺環(huán)境、機時管理、試驗管理及資源中心4個方面對已建成的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)進行介紹。

3.1 平臺環(huán)境

數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的架構(gòu)為B/S(browser/server)架構(gòu)[3-4]，由瀏覽器和服務(wù)器組成?？蛻舳耸菢藴实臑g覽器，服務(wù)器為Web服務(wù)器加數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。瀏覽器將HTML代碼轉(zhuǎn)化為圖文并茂的網(wǎng)頁，網(wǎng)頁具備一定的交互功能，允許用戶在網(wǎng)頁提供的申請表上輸入信息提交給后臺，并提出處理請求。后臺的Web服務(wù)器將啟動相應(yīng)的進程響應(yīng)用戶的請求，并將處理結(jié)果返回給客戶端的瀏覽器。如果客戶端提交的請求包括數(shù)據(jù)的存取，Web服務(wù)器還需與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器協(xié)同完成相應(yīng)的處理工作。與C/S架構(gòu)相比，B/S架構(gòu)具有系統(tǒng)開發(fā)、維護和升級的經(jīng)濟性，易于擴展，且簡化了客戶端，使用戶的操作更加簡單[5]。數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫。Oracle數(shù)據(jù)庫一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位，系統(tǒng)可移植性好，具有多平臺兼容的特性，且具有完整的數(shù)據(jù)管理功能，數(shù)據(jù)保存的持久性相對穩(wěn)定，可靠性和共享性好。數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的開發(fā)語言為Java。

3.2 機時管理

機時管理包括機時規(guī)劃、機時申請、機時分配和機時發(fā)布。圖3為機時規(guī)劃界面，界面上可設(shè)置的選項有裝置名稱、規(guī)劃開始和結(jié)束時間、申請截止時間、周末是否可用及占用開始和結(jié)束時間。用戶不可以申請占用時間段內(nèi)的機時。

圖3 機時規(guī)劃界面Fig.3 Interface for machine-time planning

由于目前數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)僅能通過我單位的內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)頁訪問，因此在機時規(guī)劃完成后，XiPAF的相關(guān)負責人會將機時規(guī)劃通過郵件發(fā)給外網(wǎng)用戶，之后將收到的用戶申請導(dǎo)入數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。內(nèi)網(wǎng)用戶登錄網(wǎng)頁自己申請。在申請截止日期之后，XiPAF的相關(guān)負責人登錄數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，結(jié)合用戶的申請進行機時分配。當不同用戶申請的機時發(fā)生沖突時，發(fā)生沖突的時間段會以紅色標記，負責人通過線下溝通的方式協(xié)調(diào)不同用戶的試驗機時，最終完成機時分配并予以發(fā)布。內(nèi)網(wǎng)用戶可以登錄系統(tǒng)查看自己的試驗機時，外網(wǎng)用戶會收到試驗機時的通知郵件。當機時管理部分實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)訪問后，XiPAF的機時管理將更快捷、更高效。

3.3 試驗管理

試驗管理不僅包含流程管理，還包括試驗信息管理。整個流程以試驗申請單在不同人員之間流動的方式進行管理。圖4為試驗申請單界面，界面上顯示了委托方信息、試驗信息、附件信息、樣品信息及流程記錄等內(nèi)容。數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)提供方便快捷的流程定制功能，具有權(quán)限的用戶通過拖拽界面可定義審批節(jié)點，每個審批節(jié)點可設(shè)置相關(guān)審批人員，建立的流程必須發(fā)布為正式狀態(tài)，才能被使用。圖5為試驗管理流程設(shè)計界面。

圖4 試驗申請單界面Fig.4 Interface for test application

圖5 試驗管理流程設(shè)計界面Fig.5 Process design interface for test management

在收到試驗機時批復(fù)的通知后，用戶應(yīng)盡早遞交試驗相關(guān)材料，包括試驗樣品、試驗方案及試驗規(guī)范等信息。XiPAF運行方會登錄該系統(tǒng)提交試驗申請單，線上組織效應(yīng)負責人及裝置運行負責人對試驗相關(guān)材料進行審核，通過審核后會指定相關(guān)人員負責試驗安排。試驗負責人在線下組織實施試驗，同時在線上通過試驗申請單生成試驗管理窗口用于試驗信息的錄入。圖6為試驗管理界面，界面上的試驗信息主要有試驗樣品、輻射環(huán)境、試驗人員、試驗設(shè)備、試驗標準、原始數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)、試驗報告、試驗附件、試驗權(quán)限及操作日志等。對于試驗樣品、試驗人員、試驗設(shè)備及試驗標準等信息，信息錄入員可鏈接到相應(yīng)的資源庫通過添加的方式錄入這些信息，方便快捷。對于資源庫中未記錄的信息，可通過新建的方式錄入，信息一經(jīng)錄入，就會同時進入相關(guān)的資源庫中。圖7為試驗報告界面。在信息錄入完畢后，可進入試驗報告界面，系統(tǒng)自動生成試驗報告。試驗報告撰寫人員可下載生成的試驗報告，并將完善后的試驗報告上傳。試驗附件部分可上傳試驗過程中的錄音和錄像等音像資料及其他需要記錄的資料。試驗權(quán)限是確定不同層級人員對試驗信息的操作權(quán)限，這些權(quán)限主要包括讀取、修改、下載和刪除等。

圖6 試驗管理界面Fig.6 Interface for test management

所有的相關(guān)信息錄入完畢后，試驗負責人將試驗申請單流轉(zhuǎn)給信息審核員，信息審核員會對信息的完整性進行審核，通過審核后，試驗才能結(jié)束。如果要出具試驗報告，試驗申請單同時會流轉(zhuǎn)給報告審核員，報告審核員會對試驗報告進行審核，通過審核的試驗報告經(jīng)打印蓋章遞交到用戶手中，并進入試驗報告庫。

圖7 試驗報告生成界面Fig.7 Test report generation interface

3.4 資源中心

數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)收集與輻照效應(yīng)試驗相關(guān)的信息資源，形成了包括試驗單位、試驗人員、試驗樣品、儀器設(shè)備、標準規(guī)范及試驗報告6大資源中心。其中，標準規(guī)范主要收集國內(nèi)外與輻照效應(yīng)相關(guān)的標準和規(guī)范，目前已收集美國材料與試驗協(xié)會(American Society for Testing and Materials，ASTM)標準34份,美國軍用標準14份，我國相關(guān)標準24份。通過試驗管理界面自動生成的報告在通過審核后可自動進入試驗報告資源中心。圖8為試驗報告資源中心界面，界面還提供歷史報告上傳功能。系統(tǒng)會根據(jù)上傳的報告，自動識別“報告編號”、“試驗類型”、“樣品名稱”、“樣品型號”、“試驗單位”、“試驗負責人”、“環(huán)境測試人”、“報告審核人”、“報告簽發(fā)人”及“試驗時間”等字段。用戶可根據(jù)這些字段對試驗報告進行檢索，提高檢索定位的準確度。目前，試驗報告資源中心已收集試驗報告475份，涉及質(zhì)子單粒子效應(yīng)、電離總劑量效應(yīng)、瞬時電離輻射效應(yīng)、中子輻射效應(yīng)和電磁脈沖效應(yīng)等5個方向。

圖8 試驗報告資源中心界面Fig.8 Interface for test report center

4 結(jié)論

本文從設(shè)計和實現(xiàn)2個方面介紹了質(zhì)子單粒子效應(yīng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)緊緊圍繞XiPAF而建，不僅收集與質(zhì)子試驗相關(guān)的信息形成資源中心，而且管理與質(zhì)子試驗相關(guān)的業(yè)務(wù)流程，包括機時管理、材料審核和報告審核等，實現(xiàn)了靜態(tài)資源與動態(tài)業(yè)務(wù)的有機融合。目前，質(zhì)子單粒子效應(yīng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)已上線運行，下一步將根據(jù)用戶的使用反饋，進一步補充完善，改善用戶體驗。