行李控制系統(tǒng)軟件模型化設(shè)計(jì)及研究

摘要：為滿足樞紐機(jī)場的運(yùn)營需求，行李控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及容錯(cuò)性都會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)規(guī)模的增大而降低。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，行李控制系統(tǒng)還要具備良好的可維護(hù)性和可升級性。文章從行李控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)出發(fā)，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，并引入模型化設(shè)計(jì)的概念，提升了行李控制系統(tǒng)軟件自動(dòng)化程度，提高了軟件編程的效率，降低了系統(tǒng)編程的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：行李控制系統(tǒng)；模型化設(shè)計(jì)；軟件編程；樞紐機(jī)場；運(yùn)營需求

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）33-0027-03

1 概述

樞紐機(jī)場通常是集多種交通方式為一體的交通樞紐中心，因此，樞紐機(jī)場的行李控制系統(tǒng)分布范圍較廣。為提供完善的服務(wù)，需要集成更多設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，因此系統(tǒng)的接口也就更加豐富。日常運(yùn)營中，每一個(gè)時(shí)段乘客到達(dá)的密度不同，輸入條件不斷變化，行李控制系統(tǒng)要具備很好的適應(yīng)性。并且在設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，能夠在很短的時(shí)間響應(yīng)故障，并能及時(shí)調(diào)整行李輸送的路徑，不影響機(jī)場運(yùn)營。綜合上述情況，樞紐機(jī)場行李控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是規(guī)模大、接口豐富、功能復(fù)雜、具備良好的容錯(cuò)性。

傳統(tǒng)軟件編制過程是手工作坊式的開發(fā)方法，個(gè)人行為占主導(dǎo)，沒有合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能描述，無法確保系統(tǒng)的功能和性能滿足用戶需求。一旦個(gè)人開發(fā)過程中斷或終止，其他人員難以將項(xiàng)目繼續(xù)執(zhí)行下去，甚至本人也無法繼續(xù)，嚴(yán)重的情況需要重新設(shè)計(jì)開發(fā)，導(dǎo)致交付時(shí)間難以控制。項(xiàng)目結(jié)束之后，維護(hù)人員對于維護(hù)系統(tǒng)無從下手，可維護(hù)性低，且后續(xù)類似項(xiàng)目的實(shí)施也難以從之前項(xiàng)目借鑒軟件編制的思路和程序。因此個(gè)人行為的軟件編制過程不利于控制項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)，且會(huì)大大增加項(xiàng)目的成本。

軟件編制的過程應(yīng)該是一個(gè)生產(chǎn)過程，是在先獲取利益相關(guān)者的需求，然后根據(jù)需求定義架構(gòu)，設(shè)計(jì)架構(gòu)元素，最后實(shí)現(xiàn)。具有以下特點(diǎn)：（1）準(zhǔn)確性：要能準(zhǔn)確滿足用戶的需求；（2）可用性：最終能夠?qū)崿F(xiàn)需求，并能達(dá)到用戶可用的程度；（3）經(jīng)濟(jì)性：整個(gè)開發(fā)的過程要盡可能地降低軟件開關(guān)的費(fèi)用。

針對這三個(gè)特點(diǎn)，提出了系統(tǒng)模型化設(shè)計(jì)的辦法。

2 模型化設(shè)計(jì)

行李控制系統(tǒng)層次清晰，并且功能明確。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能以及各元素之間的資源關(guān)系，將系統(tǒng)分為系統(tǒng)模型、資源模型、功能模型以及功能塊模型。

2.1 系統(tǒng)模型

系統(tǒng)模型是以一個(gè)或多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為系統(tǒng)層級的劃分，將相互通信的設(shè)備集合在一起，以完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，通常分為離港系統(tǒng)和到港系統(tǒng)。

2.2 資源模型

資源提供了功能網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境。資源是包含在系統(tǒng)中的一個(gè)功能單元，通過事件和數(shù)據(jù)流交換信息，合理分配資源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)模塊的獨(dú)立操作。系統(tǒng)中的一個(gè)模塊的刪除、增加和修改，都不會(huì)影響到其他模塊的功能。組成分部式系統(tǒng)的所有功能塊，將全部分布于各個(gè)資源當(dāng)中。

2.3 功能模型

利用系統(tǒng)的資源信息，組成一個(gè)完成特定功能的模型。功能模型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本單元，比如輸送功能、值機(jī)功能、安檢功能、合流功能、分流功能等。這些功能在不同系統(tǒng)之間都是類似的，電氣設(shè)計(jì)會(huì)略有差異。因此系統(tǒng)開發(fā)的主要工作在于發(fā)現(xiàn)功能、理解功能、編寫功能并進(jìn)行適應(yīng)性修改。

2.4 功能塊模型

功能塊模型是所有模型的基礎(chǔ)。功能塊是軟件封裝和重用的基本單元。

功能塊由事件輸入和輸出數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)輸入和輸出、算法和內(nèi)部變量組成。算法決定功能塊的功能特性，特定事件發(fā)生時(shí)，其變化反映在相應(yīng)的事件輸入上。驅(qū)動(dòng)相應(yīng)算法執(zhí)行，算法讀取輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)產(chǎn)生內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出，最后觸發(fā)一個(gè)輸出事件。功能塊結(jié)合系統(tǒng)資源從而組成功能模型。

2.4.1 基本功能塊?；竟δ軌K是系統(tǒng)最基本控制單元設(shè)備的應(yīng)用，主要是定義其基本的輸入信號和數(shù)出信號，并具有基本的控制算法對輸入信號進(jìn)行判斷，控制輸出信號，并為其他控制算法預(yù)留相關(guān)的接口

信號。

在行李控制系統(tǒng)中，最基本的控制單元是電機(jī)，其輸入信號就是控制電機(jī)的相關(guān)單元的反饋信號，比如電機(jī)保護(hù)開關(guān)、手自動(dòng)控制模式、急停信號等。輸出信號主要為對電機(jī)發(fā)出的指令，主要是啟動(dòng)/停止信號、正反轉(zhuǎn)信號、速度信號。主要的控制算法包括輸入電氣信號的邏輯判斷，判斷輸入電氣信號的狀態(tài)，輸出控制指令，從而決定輸送機(jī)的行為；輸送機(jī)的基本行為主要包括啟動(dòng)、停止、漸停、節(jié)能等。

已啟動(dòng)：表明系統(tǒng)已經(jīng)啟動(dòng)，在電氣設(shè)備正常的前提下具備輸送行李的能力；已停止：表明輸送機(jī)不具備運(yùn)轉(zhuǎn)的條件，可能是電氣故障，也可能是其他邏輯算法，預(yù)測輸送機(jī)存在問題而將輸送機(jī)停止下來，同時(shí)會(huì)顯示相關(guān)的故障信息；暫停：通常是外部接口請求輸送機(jī)暫時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在外部設(shè)備恢復(fù)之后再運(yùn)轉(zhuǎn)，這一個(gè)過程不會(huì)改變輸送已停止的狀態(tài)，一旦外部設(shè)備的請求消失，輸送機(jī)就會(huì)立即運(yùn)轉(zhuǎn)起來；漸停：是上下游輸送機(jī)接口之間發(fā)生，下游輸送機(jī)不具備接收行李的條件，而本段輸送機(jī)卻有行李需要請求輸送至下游輸送機(jī)，則行李會(huì)在輸送機(jī)的末端位置等待，直到下游輸送機(jī)接收行李的條件具備；節(jié)能：為了節(jié)約能源，在輸送機(jī)上沒有行李輸送，且輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超過輸送機(jī)長度的時(shí)候，就可以將輸送機(jī)靜止下來，以節(jié)約能源，直到上游有請求發(fā)送行李信號觸發(fā)的時(shí)候，才會(huì)復(fù)位節(jié)能的狀態(tài)。

這幾種狀態(tài)之間是存在優(yōu)先級關(guān)系，已停止的優(yōu)先級最高，其次是暫停、漸停、節(jié)能和已啟動(dòng)。這一優(yōu)先級也決定了輸送機(jī)在HMI上的顯示狀態(tài)。

2.4.2 輔助功能塊。輔助功能塊為基本功能塊提供更多輔助功能，主要是為了實(shí)現(xiàn)更多更復(fù)雜的功能。因?yàn)樾枨?，?yīng)用相應(yīng)的算法，對基本功能塊預(yù)留接口信號控制，以實(shí)現(xiàn)特定的功能。比如輸送機(jī)的速度運(yùn)算、光電開關(guān)的信號檢測阻塞判斷及濾波、流量控制、跟

蹤等。

3 系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的具體實(shí)施

輸送機(jī)及其相關(guān)的傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了行李控制系統(tǒng)的最小單元。因?yàn)楣δ苄枰?，將多個(gè)不同類型的輸送機(jī)組合，構(gòu)成不同的功能模型，多個(gè)功能模型的集合構(gòu)成子系統(tǒng)，子系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。如圖1所示：

圖1 層級系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

子系統(tǒng)是功能構(gòu)件的集合，會(huì)因?yàn)樗庍^程的不同，集合不同類型的功能構(gòu)件。比如：離港系統(tǒng)分為值機(jī)流程、安檢流程、行李條碼讀取、分揀流程；而中轉(zhuǎn)系統(tǒng)則可能就不需要再進(jìn)行值機(jī)和安檢流程。

所有這些模型都是用功能塊的形式編寫，功能塊由功能塊類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法以及背景數(shù)據(jù)構(gòu)成。功能塊類型決定了該功能塊所應(yīng)用的場合，其命名由功能名稱和數(shù)字組成，比如值機(jī)流程為CI（Check-in）的縮寫，而值機(jī)流程又因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備不同分為兩段輸送機(jī)和三段輸送機(jī)，因此可以分別定義為CI01和CI02；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為整個(gè)系統(tǒng)提供了有效的數(shù)據(jù)信息，它包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、長度、數(shù)據(jù)類型及地址。通過修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則調(diào)用該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有模型都會(huì)同時(shí)更新，同時(shí)也方便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與賦值。背景數(shù)據(jù)為功能塊提供了數(shù)據(jù)接口和事件接口，它不僅包括與外部設(shè)備的輸入輸出接口，還包括內(nèi)部功能塊的背景數(shù)據(jù)塊以及內(nèi)部功能塊之間的數(shù)據(jù)接口。

全局變量為層級之間提供了數(shù)據(jù)和事件接口，主要包括控制命令的下達(dá)和設(shè)備狀態(tài)的上傳。輸送機(jī)是隸屬于功能構(gòu)件，所以除了輸送機(jī)以外，其他所有層級都有屬于自己的管理功能塊。管理功能塊用來決定該模塊管理范圍內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

輸送機(jī)之間采用傳遞接口，傳遞接口中包括準(zhǔn)備發(fā)送行李、準(zhǔn)備接收行李等事件。同時(shí)，傳遞接口還提供了數(shù)據(jù)接口，以方便上下游輸送機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。輸送機(jī)與放置在其上方的設(shè)備（比如安檢機(jī)、分流器）之間，則通過輔助功能接口來通訊。

圖2 層級系統(tǒng)接口示意圖

每個(gè)層級的各個(gè)功能塊都有自己的身份識別號（ID），與機(jī)械設(shè)計(jì)ID保持一致。為方便上位畫面的顯示，將所有的設(shè)備背景數(shù)據(jù)塊中的重要信息都收集到一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中，分別是設(shè)備ID、設(shè)備參數(shù)設(shè)定、設(shè)備狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)信息。在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中，數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)的層級高低以及設(shè)備ID號的先后順序排列。如圖3所示：

圖3 基本功能塊接口

4 結(jié)語

基于該模型，開發(fā)出完整的控制系統(tǒng)程序，通過實(shí)踐檢驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)模型充分地實(shí)現(xiàn)了客戶所需的功能，并且運(yùn)行穩(wěn)定，每一個(gè)參與軟件編制的工程師以及維護(hù)工程師都可以對其修改和完善功能，具有很好的良構(gòu)性和復(fù)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 方敏，應(yīng)晶.基于模板工程的軟件開發(fā)自動(dòng)化框架研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（3）.

[2] 陶耀東，林滸.高性能開放式數(shù)控系統(tǒng)框架[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2009，（9）.

[3] 肖理昂，薛雯.基于模版框架結(jié)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].電子對抗技術(shù)，2010，（5）.

作者簡介：余躍進(jìn)（1982-），男，湖北黃石人，深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制、信息自動(dòng)化系統(tǒng)集成等。

蹤等。

3 系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的具體實(shí)施

輸送機(jī)及其相關(guān)的傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了行李控制系統(tǒng)的最小單元。因?yàn)楣δ苄枰?，將多個(gè)不同類型的輸送機(jī)組合，構(gòu)成不同的功能模型，多個(gè)功能模型的集合構(gòu)成子系統(tǒng)，子系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。如圖1所示：

圖1 層級系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

子系統(tǒng)是功能構(gòu)件的集合，會(huì)因?yàn)樗庍^程的不同，集合不同類型的功能構(gòu)件。比如：離港系統(tǒng)分為值機(jī)流程、安檢流程、行李條碼讀取、分揀流程；而中轉(zhuǎn)系統(tǒng)則可能就不需要再進(jìn)行值機(jī)和安檢流程。

所有這些模型都是用功能塊的形式編寫，功能塊由功能塊類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法以及背景數(shù)據(jù)構(gòu)成。功能塊類型決定了該功能塊所應(yīng)用的場合，其命名由功能名稱和數(shù)字組成，比如值機(jī)流程為CI（Check-in）的縮寫，而值機(jī)流程又因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備不同分為兩段輸送機(jī)和三段輸送機(jī)，因此可以分別定義為CI01和CI02；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為整個(gè)系統(tǒng)提供了有效的數(shù)據(jù)信息，它包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、長度、數(shù)據(jù)類型及地址。通過修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則調(diào)用該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有模型都會(huì)同時(shí)更新，同時(shí)也方便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與賦值。背景數(shù)據(jù)為功能塊提供了數(shù)據(jù)接口和事件接口，它不僅包括與外部設(shè)備的輸入輸出接口，還包括內(nèi)部功能塊的背景數(shù)據(jù)塊以及內(nèi)部功能塊之間的數(shù)據(jù)接口。

全局變量為層級之間提供了數(shù)據(jù)和事件接口，主要包括控制命令的下達(dá)和設(shè)備狀態(tài)的上傳。輸送機(jī)是隸屬于功能構(gòu)件，所以除了輸送機(jī)以外，其他所有層級都有屬于自己的管理功能塊。管理功能塊用來決定該模塊管理范圍內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

輸送機(jī)之間采用傳遞接口，傳遞接口中包括準(zhǔn)備發(fā)送行李、準(zhǔn)備接收行李等事件。同時(shí)，傳遞接口還提供了數(shù)據(jù)接口，以方便上下游輸送機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。輸送機(jī)與放置在其上方的設(shè)備（比如安檢機(jī)、分流器）之間，則通過輔助功能接口來通訊。

圖2 層級系統(tǒng)接口示意圖

每個(gè)層級的各個(gè)功能塊都有自己的身份識別號（ID），與機(jī)械設(shè)計(jì)ID保持一致。為方便上位畫面的顯示，將所有的設(shè)備背景數(shù)據(jù)塊中的重要信息都收集到一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中，分別是設(shè)備ID、設(shè)備參數(shù)設(shè)定、設(shè)備狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)信息。在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中，數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)的層級高低以及設(shè)備ID號的先后順序排列。如圖3所示：

圖3 基本功能塊接口

4 結(jié)語

基于該模型，開發(fā)出完整的控制系統(tǒng)程序，通過實(shí)踐檢驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)模型充分地實(shí)現(xiàn)了客戶所需的功能，并且運(yùn)行穩(wěn)定，每一個(gè)參與軟件編制的工程師以及維護(hù)工程師都可以對其修改和完善功能，具有很好的良構(gòu)性和復(fù)用性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：余躍進(jìn)（1982-），男，湖北黃石人，深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制、信息自動(dòng)化系統(tǒng)集成等。

蹤等。

3 系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的具體實(shí)施

輸送機(jī)及其相關(guān)的傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了行李控制系統(tǒng)的最小單元。因?yàn)楣δ苄枰?，將多個(gè)不同類型的輸送機(jī)組合，構(gòu)成不同的功能模型，多個(gè)功能模型的集合構(gòu)成子系統(tǒng)，子系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。如圖1所示：

圖1 層級系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

子系統(tǒng)是功能構(gòu)件的集合，會(huì)因?yàn)樗庍^程的不同，集合不同類型的功能構(gòu)件。比如：離港系統(tǒng)分為值機(jī)流程、安檢流程、行李條碼讀取、分揀流程；而中轉(zhuǎn)系統(tǒng)則可能就不需要再進(jìn)行值機(jī)和安檢流程。

所有這些模型都是用功能塊的形式編寫，功能塊由功能塊類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法以及背景數(shù)據(jù)構(gòu)成。功能塊類型決定了該功能塊所應(yīng)用的場合，其命名由功能名稱和數(shù)字組成，比如值機(jī)流程為CI（Check-in）的縮寫，而值機(jī)流程又因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備不同分為兩段輸送機(jī)和三段輸送機(jī)，因此可以分別定義為CI01和CI02；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為整個(gè)系統(tǒng)提供了有效的數(shù)據(jù)信息，它包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、長度、數(shù)據(jù)類型及地址。通過修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則調(diào)用該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有模型都會(huì)同時(shí)更新，同時(shí)也方便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與賦值。背景數(shù)據(jù)為功能塊提供了數(shù)據(jù)接口和事件接口，它不僅包括與外部設(shè)備的輸入輸出接口，還包括內(nèi)部功能塊的背景數(shù)據(jù)塊以及內(nèi)部功能塊之間的數(shù)據(jù)接口。

全局變量為層級之間提供了數(shù)據(jù)和事件接口，主要包括控制命令的下達(dá)和設(shè)備狀態(tài)的上傳。輸送機(jī)是隸屬于功能構(gòu)件，所以除了輸送機(jī)以外，其他所有層級都有屬于自己的管理功能塊。管理功能塊用來決定該模塊管理范圍內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

輸送機(jī)之間采用傳遞接口，傳遞接口中包括準(zhǔn)備發(fā)送行李、準(zhǔn)備接收行李等事件。同時(shí)，傳遞接口還提供了數(shù)據(jù)接口，以方便上下游輸送機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。輸送機(jī)與放置在其上方的設(shè)備（比如安檢機(jī)、分流器）之間，則通過輔助功能接口來通訊。

圖2 層級系統(tǒng)接口示意圖

每個(gè)層級的各個(gè)功能塊都有自己的身份識別號（ID），與機(jī)械設(shè)計(jì)ID保持一致。為方便上位畫面的顯示，將所有的設(shè)備背景數(shù)據(jù)塊中的重要信息都收集到一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中，分別是設(shè)備ID、設(shè)備參數(shù)設(shè)定、設(shè)備狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)信息。在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中，數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)的層級高低以及設(shè)備ID號的先后順序排列。如圖3所示：

圖3 基本功能塊接口

4 結(jié)語

基于該模型，開發(fā)出完整的控制系統(tǒng)程序，通過實(shí)踐檢驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)模型充分地實(shí)現(xiàn)了客戶所需的功能，并且運(yùn)行穩(wěn)定，每一個(gè)參與軟件編制的工程師以及維護(hù)工程師都可以對其修改和完善功能，具有很好的良構(gòu)性和復(fù)用性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：余躍進(jìn)（1982-），男，湖北黃石人，深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制、信息自動(dòng)化系統(tǒng)集成等。