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  ［摘要］本文在分析了食用菌工廠化栽培環(huán)境下研發(fā)管理信息化建設(shè)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)食用菌研發(fā)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用信息技術(shù)的手段將食用菌研發(fā)過程中的試驗(yàn)方案、發(fā)菌管理、出菇管理等一般研發(fā)過程和HACCP控制體系整合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了食用菌工廠化生產(chǎn)信息管理的目標(biāo)。該設(shè)計(jì)目前已得到實(shí)現(xiàn)，并在實(shí)踐中加以應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］食用菌研發(fā) 工廠化栽培 研發(fā)管理

1. 引言

隨著食用菌栽培方式的轉(zhuǎn)變，具有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)特征的工廠化生產(chǎn)方式逐漸興起。食用菌工廠化生產(chǎn)是指利用工業(yè)技術(shù)控制光、溫、濕、氣等環(huán)境要素，使食用菌菌絲體和子實(shí)體生長(zhǎng)于人工環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)食用菌生產(chǎn)周年化的食用菌生產(chǎn)模式。因此廣義上來講，食用菌工廠化生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)包括食用菌菌種選育與生產(chǎn)、食用菌新品種開發(fā)等研發(fā)過程的管理。

食用菌研發(fā)管理系統(tǒng)以食用菌研發(fā)過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為核心，基于net技術(shù)框架，采用ASP技術(shù)、SqlService和WEB組件技術(shù)，同時(shí)利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)海量研發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、存儲(chǔ)和分析。通過對(duì)工廠化研發(fā)食用菌產(chǎn)品的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、比較執(zhí)行度等參數(shù)進(jìn)行管理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了食用菌產(chǎn)品研發(fā)流程管理目標(biāo)。

2. 相關(guān)技術(shù)介紹

2.1 ADO.NET數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)

ADO.NET體系結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)核心組件：DataSet和.NET數(shù)據(jù)提供程序。Dataset是ADO.NET非連接模式的核心組件，它實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于任何數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)訪問。NET數(shù)據(jù)提供程序是連接模式的核心組件，它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作和對(duì)數(shù)據(jù)的快速、只讀訪問。ADO.NET主要提供了兩種數(shù)據(jù)提供者，分別是SQLServer.NETProvider和OLEDB.NETProvider。

2.2 GoogleAPI

WebAPI是通過開放的Internet傳輸協(xié)議，以標(biāo)準(zhǔn)方式定義并提供可被其他應(yīng)用調(diào)用的服務(wù)內(nèi)容，它通過API調(diào)用將內(nèi)容進(jìn)行整合。目前架構(gòu)在Web平臺(tái)上，以HTTP為基礎(chǔ)的WebAPI的普及，也降低了應(yīng)用服務(wù)整合的門坎。GoogleWeatherAPI是Google為開發(fā)者提供的氣象API。它支持三種使用方式：郵政編碼法、經(jīng)緯度坐標(biāo)作法以及城市名稱法。經(jīng)緯度坐標(biāo)可以通過GoogleAPI提供的國(guó)家代碼列表及相應(yīng)的城市經(jīng)緯度坐標(biāo)列表查詢得到。

2.3 性能優(yōu)化

客戶通過瀏覽器請(qǐng)求web服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)時(shí)，利用ASP.NET的緩存功能，結(jié)合性能良好的存儲(chǔ)過程，一次性地緩存數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)頁數(shù)據(jù)，以供用戶分頁查詢。用戶在瀏覽相鄰頁面數(shù)據(jù)時(shí)僅需提取Web應(yīng)用服務(wù)器緩存的數(shù)據(jù)即可，從而減少了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL查詢執(zhí)行操作，優(yōu)化Web數(shù)據(jù)庫(kù)查詢性能。

2.4 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)

利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)已經(jīng)成為農(nóng)作物研發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。一般的信息系統(tǒng)僅提供咨詢和信息查詢服務(wù)，不具備數(shù)據(jù)分析功能。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助發(fā)現(xiàn)食用菌研發(fā)數(shù)據(jù)內(nèi)部的規(guī)律性聯(lián)系，解決研發(fā)過程管理和決策輔助優(yōu)化問題。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的典型技術(shù)包括：數(shù)據(jù)ETL，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，數(shù)據(jù)挖掘和呈現(xiàn)等等。異構(gòu)多規(guī)則的海量原始數(shù)據(jù)庫(kù)存在信息重復(fù)和不完整等問題，為滿足數(shù)據(jù)挖掘的需求，利用ETL過程完成數(shù)據(jù)的抽取轉(zhuǎn)換清洗等預(yù)處理。 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)體現(xiàn)在多維分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方面。食用菌分析應(yīng)用中一個(gè)很重要的任務(wù)就是找出食用菌培育各因素之間可能存在的相關(guān)性，利用分類決策樹、關(guān)聯(lián)規(guī)則、時(shí)間序列算法來創(chuàng)建分析模型。通過前臺(tái)分析工具，將查詢報(bào)表、統(tǒng)計(jì)分析、多維分析的結(jié)論展現(xiàn)在用戶面前。

3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

食用菌研發(fā)管理系統(tǒng)從技術(shù)架構(gòu)上可以劃分五個(gè)層次：基礎(chǔ)框架層、核心引擎層、實(shí)體層、控件層和應(yīng)用層，如圖1所示。

基礎(chǔ)框架層由兩個(gè)部份組成：數(shù)據(jù)訪問組件和微軟框架擴(kuò)展層。前者使用MicrosoftEnterpriseLibrary實(shí)現(xiàn)，后者主要目的在于對(duì)微軟的框架按照業(yè)務(wù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。

核心引擎層則由4個(gè)部分組成，包括實(shí)體連接組件，用于實(shí)體層的基類處理、 通用方法、接口定義；性能優(yōu)化組件，用于頁面壓縮、角本壓縮的基礎(chǔ)組件；安全處理組件是實(shí)現(xiàn)身份模擬、權(quán)限校驗(yàn)等的基礎(chǔ)組件；而緩存處理組件則是用于頁面、角本媒體的緩存的公用處理。

實(shí)體層由食用菌業(yè)務(wù)的特定實(shí)體組件構(gòu)成，包括菌菇實(shí)體、方案實(shí)體、引種實(shí)體、引種記錄實(shí)體等等。

控件層由三個(gè)部分組成，分別是通用控件層、業(yè)務(wù)控件層和報(bào)表平臺(tái)。通用控件層實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立、與業(yè)務(wù)無關(guān)的框架。業(yè)務(wù)控件層用以實(shí)現(xiàn)與食用菌研發(fā)業(yè)務(wù)相關(guān)的組件，如排程組件、二維表組件等。

應(yīng)用層則是按照功能切分目錄，每個(gè)主功能為一個(gè)目錄。

3.2功能設(shè)計(jì)及模塊詳述

研發(fā)管理系統(tǒng)的使用貫穿于整個(gè)食用菌的全部研發(fā)過程，我們?cè)趯?duì)研發(fā)管理工作流程進(jìn)行詳細(xì)了解和分析后，將其分解為以下幾個(gè)模塊，包括菌種生產(chǎn)、引種與保種、育種、環(huán)境監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)方案管理、研發(fā)過程管理、日志審計(jì)、基本信息管理等模塊。如圖2所示。

現(xiàn)針對(duì)上述結(jié)構(gòu)圖，分別對(duì)功能模塊作詳細(xì)描述。

（1）菌種生產(chǎn)模塊：該模塊用于各級(jí)菌種生產(chǎn)計(jì)劃的排程和生產(chǎn)過程的記錄，實(shí)現(xiàn)菌種管理的追根溯源，達(dá)到菌種規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)目標(biāo)，有效提高菌種質(zhì)量。主要包括試管種、三角瓶種、一級(jí)種、二級(jí)種、三級(jí)種等五種生產(chǎn)計(jì)劃。該模塊的設(shè)計(jì)要求是能夠自動(dòng)進(jìn)行各級(jí)菌種生產(chǎn)計(jì)劃的查看和維護(hù)。其中各級(jí)菌種生產(chǎn)間的記錄數(shù)據(jù)通過上一級(jí)菌種批次流轉(zhuǎn)。

（2）引種與保種模塊：該模塊用于制定引種、試管種活化以及三角瓶種活化等計(jì)劃。除記錄引種等計(jì)劃的基本信息外，同時(shí)記錄下引種和保種階段多次觀察的實(shí)驗(yàn)挑選數(shù)據(jù)，例如污染數(shù)量、萌發(fā)數(shù)量、雜菌類型、菌絲覆蓋情況等等。一旦有污染超標(biāo)的記錄，在后一期選擇種源批次時(shí)，這一計(jì)劃會(huì)被自動(dòng)排除。

（3）育種模塊：根據(jù)育種批號(hào)和菌株制定育種計(jì)劃，需要設(shè)定的計(jì)劃項(xiàng)有母本選擇、孢子采集、單核菌絲獲取、雜交計(jì)劃、雜合子獲取、初篩、菌齡實(shí)驗(yàn)、中試和大試。

（4）實(shí)驗(yàn)方案管理：本模塊包括品種管理、裝瓶方案、發(fā)菌方案、出菇方案，以及方案創(chuàng)建、修改、刪除、編號(hào)定義等子模塊，同時(shí)支持方案標(biāo)簽式模糊搜索、原料采購(gòu)成本采集和匯總分析等功能。使用自動(dòng)分配的方案標(biāo)志號(hào)作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)志，具體數(shù)據(jù)項(xiàng)可為其他模塊提供原始數(shù)據(jù)來源。

（5）研發(fā)過程管理：該模塊整合應(yīng)用HACCP系統(tǒng)，采集分析各栽培特性值，達(dá)到綜合檢測(cè)的目標(biāo)。其中數(shù)據(jù)采集功能是根據(jù)食用菌研發(fā)過程的不同階段，系統(tǒng)接受用戶各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)及其他技術(shù)數(shù)據(jù)的輸入，實(shí)現(xiàn)前臺(tái)的常規(guī)邏輯控制。曲線圖表則是以具體數(shù)值、曲線圖表顯示不同階段的各項(xiàng)特性值。歷史查詢功能滿足用戶歷史數(shù)據(jù)查詢和歷史曲線的繪制需求。報(bào)警監(jiān)視則是根據(jù)食用菌研發(fā)過程的測(cè)量值變化，出現(xiàn)技術(shù)參數(shù)偏離時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，顏色和聲音報(bào)警等，如圖3所示。

4.結(jié)語

本項(xiàng)目在研究分析工廠化栽培食用菌環(huán)境下研發(fā)管理工作的基礎(chǔ)上，意在解決研發(fā)過程信息化管理、智能化監(jiān)控以及決策優(yōu)化問題。將食用菌研發(fā)試驗(yàn)流程全部納入到系統(tǒng)層面集中管理。通過有效整合應(yīng)用HACCP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)具備食用菌研發(fā)試驗(yàn)方案電子檔案管理功能，方便檢索查詢的同時(shí)保證研發(fā)執(zhí)行情況與原始方案實(shí)時(shí)同步。平臺(tái)采用自行研發(fā)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，引入數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)決策模型，為管理層提供最優(yōu)解，實(shí)際使用情況說明，系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了企業(yè)各項(xiàng)研發(fā)資源的智能調(diào)配，提高了企業(yè)運(yùn)作效率。（上海豐科生物科技股份有限公司 陳傳喜 藺 釗）