［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)計并實現(xiàn)了一個食用菌研發(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，實現(xiàn)了食用菌工廠化生產(chǎn)信息管理的目標(biāo)。該設(shè)計目前已得到實現(xiàn)，并在實踐中加以應(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體生長于人工環(huán)境，從而實現(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)過程中的實驗數(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)，同時利用數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對海量研發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、存儲和分析。通過對工廠化研發(fā)食用菌產(chǎn)品的各項關(guān)鍵技術(shù)、風(fēng)險評估、比較執(zhí)行度等參數(shù)進(jìn)行管理和監(jiān)控，實現(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)庫訪問技術(shù)
ADO.NET體系結(jié)構(gòu)中有兩個核心組件：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，它實現(xiàn)獨立于任何數(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，它實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作和對數(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
客戶通過瀏覽器請求web服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)時，利用ASP.NET的緩存功能，結(jié)合性能良好的存儲過程，一次性地緩存數(shù)據(jù)庫數(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，從而減少了對數(shù)據(jù)庫的SQL查詢執(zhí)行操作，優(yōu)化Web數(shù)據(jù)庫查詢性能。
2.4 數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)
利用數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)已經(jīng)成為農(nóng)作物研發(fā)實驗數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。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)倉庫技術(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)倉庫的典型技術(shù)包括：數(shù)據(jù)ETL，數(shù)據(jù)存儲和管理，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)計方面。食用菌分析應(yīng)用中一個很重要的任務(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、時間序列算法來創(chuàng)建分析模型。通過前臺分析工具，將查詢報表、統(tǒng)計分析、多維分析的結(jié)論展現(xiàn)在用戶面前。
3. 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計
食用菌研發(fā)管理系統(tǒng)從技術(shù)架構(gòu)上可以劃分五個層次：基礎(chǔ)框架層、核心引擎層、實體層、控件層和應(yīng)用層，如圖1所示。
基礎(chǔ)框架層由兩個部份組成：數(shù)據(jù)訪問組件和微軟框架擴展層。前者使用MicrosoftEnterpriseLibrary實現(xiàn)，后者主要目的在于對微軟的框架按照業(yè)務(wù)需要進(jìn)行擴展。
核心引擎層則由4個部分組成，包括實體連接組件，用于實體層的基類處理、 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；安全處理組件是實現(xiàn)身份模擬、權(quán)限校驗等的基礎(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。
實體層由食用菌業(yè)務(wù)的特定實體組件構(gòu)成，包括菌菇實體、方案實體、引種實體、引種記錄實體等等。
控件層由三個部分組成，分別是通用控件層、業(yè)務(wù)控件層和報表平臺。通用控件層實現(xiàn)相對獨立、與業(yè)務(wù)無關(guān)的框架。業(yè)務(wù)控件層用以實現(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，每個主功能為一個目錄。
3.2功能設(shè)計及模塊詳述
研發(fā)管理系統(tǒng)的使用貫穿于整個食用菌的全部研發(fā)過程，我們在對研發(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模塊，包括菌種生產(chǎn)、引種與保種、育種、環(huán)境監(jiān)測、實驗方案管理、研發(fā)過程管理、日志審計、基本信息管理等模塊。如圖2所示。
現(xiàn)針對上述結(jié)構(gòu)圖，分別對功能模塊作詳細(xì)描述。
（1）菌種生產(chǎn)模塊：該模塊用于各級菌種生產(chǎn)計劃的排程和生產(chǎn)過程的記錄，實現(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、一級種、二級種、三級種等五種生產(chǎn)計劃。該模塊的設(shè)計要求是能夠自動進(jìn)行各級菌種生產(chǎn)計劃的查看和維護(hù)。其中各級菌種生產(chǎn)間的記錄數(shù)據(jù)通過上一級菌種批次流轉(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劃。除記錄引種等計劃的基本信息外，同時記錄下引種和保種階段多次觀察的實驗挑選數(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，這一計劃會被自動排除。
（3）育種模塊：根據(jù)育種批號和菌株制定育種計劃，需要設(shè)定的計劃項有母本選擇、孢子采集、單核菌絲獲取、雜交計劃、雜合子獲取、初篩、菌齡實驗、中試和大試。
（4）實驗方案管理：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、編號定義等子模塊，同時支持方案標(biāo)簽式模糊搜索、原料采購成本采集和匯總分析等功能。使用自動分配的方案標(biāo)志號作為實驗標(biāo)志，具體數(shù)據(jù)項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)接受用戶各項環(huán)境數(shù)據(jù)及其他技術(shù)數(shù)據(jù)的輸入，實現(xiàn)前臺的常規(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。報警監(jiān)視則是根據(jù)食用菌研發(fā)過程的測量值變化，出現(xiàn)技術(shù)參數(shù)偏離時及時進(jìn)行報警，顏色和聲音報警等，如圖3所示。
4.結(jié)語
本項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)，實現(xiàn)研發(fā)過程實時監(jiān)控。系統(tǒng)具備食用菌研發(fā)試驗方案電子檔案管理功能，方便檢索查詢的同時保證研發(fā)執(zhí)行情況與原始方案實時同步。平臺采用自行研發(fā)的報表統(tǒng)計分析系統(tǒng)，引入數(shù)學(xué)預(yù)測決策模型，為管理層提供最優(yōu)解，實際使用情況說明，系統(tǒng)的實施實現(xiàn)了企業(yè)各項研發(fā)資源的智能調(diào)配，提高了企業(yè)運作效率。（上海豐科生物科技股份有限公司 陳傳喜 藺 釗）
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