TOGAF在數(shù)字鐵路頂層設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

羅翔

摘要：企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)是數(shù)字鐵路建設(shè)的基礎(chǔ)。本文在對(duì)鐵路運(yùn)輸和信息化現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，介紹了企業(yè)頂層設(shè)計(jì)的開放群組架構(gòu)框架（TOGAF）模型，闡述了架構(gòu)規(guī)劃各階段內(nèi)容，分別說明了業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)中的基線架構(gòu)以及目標(biāo)架構(gòu)的規(guī)劃方法，和技術(shù)架構(gòu)的規(guī)劃內(nèi)容，并設(shè)計(jì)了總體架構(gòu)規(guī)劃路線圖和數(shù)字鐵路信息系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖。解決各架構(gòu)層次中基線架構(gòu)到目標(biāo)架構(gòu)的遷移路線，完成數(shù)字鐵路頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)，以提升鐵路的運(yùn)輸能力，加快數(shù)字鐵路建設(shè)。

關(guān)鍵詞：TOGAF；數(shù)字鐵路；EA；架構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1引言

數(shù)字鐵路規(guī)劃研究的本質(zhì)，是對(duì)鐵路運(yùn)輸信息系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，即企業(yè)架構(gòu)（Enterprise Architecture）設(shè)計(jì)。加快數(shù)字鐵路建設(shè)，消除信息化孤島現(xiàn)象，充分開發(fā)利用信息資源，必須從企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)入手，進(jìn)行數(shù)字鐵路規(guī)劃、數(shù)字鐵路企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，避免信息化主線的缺乏，實(shí)現(xiàn)IT與業(yè)務(wù)的一致，促進(jìn)鐵路信息化發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變[1]。

企業(yè)信息化的目的，是為企業(yè)提供無邊界信息流動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)充分的信息共享，并在此基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)的處理能力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化應(yīng)用，提高生產(chǎn)效率和決策水平。企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)企業(yè)信息化布局的戰(zhàn)略性規(guī)劃，是一門復(fù)雜的系統(tǒng)科學(xué)，需要系統(tǒng)的方法論支撐[2]。

2TOGAF簡介

目前業(yè)界常見的企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法有Zachman、TOGAF、FEAF、DoDAF等方法，其中國際開放群組（TOG）的開放群組架構(gòu)框架（The Open Group Architecture Framework，簡稱TOGAF）具有通用開放、過程完備、參考信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，是目前最為開放、使用最多的規(guī)劃方法論，是非專用領(lǐng)域企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)的首選方法論。TOGAF從業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)四個(gè)角度來描述企業(yè)架構(gòu)，提供了完整的架構(gòu)開發(fā)方法（ADM），定義了詳細(xì)的架構(gòu)制品結(jié)構(gòu)，并提供了大量可供參考的資料和最佳實(shí)踐[3]。

TOGAF總體架構(gòu)組成如圖1所示：

圖1 TOGAF總體架構(gòu)

TOGAF繼承了主流EA設(shè)計(jì)的理念，將企業(yè)架構(gòu)分解為業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)四個(gè)部分。業(yè)務(wù)架構(gòu)是對(duì)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵業(yè)務(wù)戰(zhàn)略及其對(duì)業(yè)務(wù)功能和流程影響的表達(dá)，業(yè)務(wù)架構(gòu)定義了機(jī)構(gòu)行使職能的目的、如何行使職能以及機(jī)構(gòu)部門內(nèi)外的協(xié)作關(guān)系。應(yīng)用架構(gòu)對(duì)部門當(dāng)前應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行描述，并需要理清應(yīng)用系統(tǒng)間的交互關(guān)系、應(yīng)用與核心業(yè)務(wù)、管理對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)架構(gòu)描述了邏輯數(shù)據(jù)、物理數(shù)據(jù)資產(chǎn)及管理數(shù)據(jù)資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，并建立關(guān)鍵信息流模型，描述業(yè)務(wù)事件的關(guān)鍵輸入、輸出信息，為應(yīng)用架構(gòu)提供數(shù)據(jù)支持。技術(shù)架構(gòu)給出了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用架構(gòu)與數(shù)據(jù)架構(gòu)的技術(shù)途徑[4]。

在TOGAF框架的基礎(chǔ)上，將數(shù)字鐵路總體架構(gòu)規(guī)劃分為6個(gè)階段，如圖2所示。

圖2 架構(gòu)規(guī)劃階段

其中各階段規(guī)劃內(nèi)容為：

預(yù)備階段：確認(rèn)業(yè)務(wù)目標(biāo)、驅(qū)動(dòng)力和約束；界定被影響的組織范圍和項(xiàng)目范圍；描述企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，識(shí)別利益相關(guān)者、關(guān)注點(diǎn)和業(yè)務(wù)功能需求；確認(rèn)企業(yè)架構(gòu)治理和支持的框架，并對(duì)其架構(gòu)開發(fā)和治理組織結(jié)構(gòu)提出建議；選擇和定制架構(gòu)框架；識(shí)別架構(gòu)原則，包含業(yè)務(wù)原則和架構(gòu)原則；選擇、確定并實(shí)現(xiàn)架構(gòu)工具；簡要描述企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)能力改進(jìn)要求，評(píng)估業(yè)務(wù)能力現(xiàn)狀和接受業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的準(zhǔn)備情況；識(shí)別業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)和減緩活動(dòng)；開發(fā)企業(yè)架構(gòu)計(jì)劃初稿，安排內(nèi)部資源。

愿景階段：在業(yè)務(wù)資料基礎(chǔ)上，確認(rèn)預(yù)備階段準(zhǔn)備的內(nèi)容，形成架構(gòu)愿景和架構(gòu)工作說明書，并通過企業(yè)管理層評(píng)審。

業(yè)務(wù)架構(gòu)階段：在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述基線業(yè)務(wù)架構(gòu)和目標(biāo)業(yè)務(wù)架構(gòu)，分析兩者的差距，并定義改進(jìn)路線圖。

信息系統(tǒng)架構(gòu)階段：可與業(yè)務(wù)架構(gòu)交叉并行進(jìn)行，包括數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用架構(gòu)兩方面的內(nèi)容。

遷移規(guī)劃階段：提供實(shí)施路線圖和實(shí)施計(jì)劃。

需求管理階段：貫穿于整個(gè)規(guī)劃活動(dòng)的始終，其目的是有效管理架構(gòu)中產(chǎn)生的各項(xiàng)需求，保證最終產(chǎn)品與需求一致，每項(xiàng)需求都得到處理。

3架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)路線

3.1業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)對(duì)應(yīng)數(shù)字鐵路優(yōu)化業(yè)務(wù)組織流程的需求，把企業(yè)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為日常運(yùn)作的渠道。業(yè)務(wù)戰(zhàn)略決定業(yè)務(wù)架構(gòu)，它包括業(yè)務(wù)的運(yùn)營模式、流程體系、組織結(jié)構(gòu)、地域分布等內(nèi)容。業(yè)務(wù)架構(gòu)需要分別描述基線架構(gòu)（現(xiàn)狀）和目標(biāo)架構(gòu)。

數(shù)字鐵路的基線架構(gòu)在現(xiàn)狀分析報(bào)告中，從組織、職能/服務(wù)、流程、交互、信息等不同角度，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)臉I(yè)務(wù)現(xiàn)狀進(jìn)行描述。包括：通過組織分解圖描述組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，通過功能分解圖、用例圖描述組織功能，通過流程圖描述關(guān)鍵業(yè)務(wù)過程，通過業(yè)務(wù)互動(dòng)矩陣描述業(yè)務(wù)間的關(guān)聯(lián)交互，通過業(yè)務(wù)服務(wù)/信息圖描述業(yè)務(wù)涉及的主數(shù)據(jù)。

目標(biāo)架構(gòu)在業(yè)務(wù)架構(gòu)規(guī)劃報(bào)告中，包括對(duì)運(yùn)輸組織模式、組織機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新分析和目標(biāo)架構(gòu)定義兩部分。創(chuàng)新分析運(yùn)用價(jià)值鏈分析技術(shù)，分析鐵路運(yùn)輸管理模式及信息化支撐手段，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)管理理念，去除僵化繼承的國鐵方式；運(yùn)用戰(zhàn)略規(guī)劃技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化和再造，在無邊界信息流的前提下，重新審視業(yè)務(wù)活動(dòng)，去除因信息流通問題產(chǎn)生的額外活動(dòng)，重新定義組織職責(zé)，重組或新建鐵路運(yùn)輸各個(gè)專業(yè)信息系統(tǒng)，構(gòu)建鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)覆蓋企業(yè)的數(shù)字鐵路建設(shè)藍(lán)圖。

目標(biāo)架構(gòu)定義部分使用的工具與基線架構(gòu)類似，通過組織分解圖、功能分解圖、用例圖、流程圖，描述優(yōu)化后的組織結(jié)構(gòu)、職責(zé)和關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程；通過業(yè)務(wù)互動(dòng)矩陣，描述優(yōu)化后的業(yè)務(wù)活動(dòng)關(guān)聯(lián)；通過業(yè)務(wù)服務(wù)/信息圖，描述目標(biāo)系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)服務(wù)和企業(yè)主數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.2信息系統(tǒng)架構(gòu)

IT架構(gòu)是指導(dǎo)IT投資和設(shè)計(jì)決策的IT框架，是建立企業(yè)信息系統(tǒng)的綜合藍(lán)圖，包括數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)三部分。數(shù)據(jù)架構(gòu)定義了組織級(jí)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，應(yīng)用架構(gòu)提供了企業(yè)所需應(yīng)用系統(tǒng)的藍(lán)圖，技術(shù)架構(gòu)描述了運(yùn)行業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)所需要的IT基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)同樣需要從基線、目標(biāo)兩個(gè)角度進(jìn)行描述，并通過兩個(gè)架構(gòu)的對(duì)比分析，找出差距，定義實(shí)現(xiàn)目標(biāo)架構(gòu)的路線圖。

3.2.1應(yīng)用架構(gòu)

由于數(shù)字鐵路可借鑒的國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)較多，目標(biāo)相對(duì)比較明確，應(yīng)用架構(gòu)可采取目標(biāo)優(yōu)先的迭代方法，重點(diǎn)描述目標(biāo)架構(gòu)。但在次序上，考慮調(diào)研進(jìn)度安排，仍先描述基線架構(gòu)。

基線架構(gòu)描述要根據(jù)調(diào)研了解鐵路板塊現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，列出應(yīng)用組合目錄，并通過系統(tǒng)/組織矩陣，描述出應(yīng)用系統(tǒng)和組織機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；通過系統(tǒng)/功能矩陣，描述出應(yīng)用系統(tǒng)的主要功能職責(zé)；通過接口目錄，列出應(yīng)用間現(xiàn)存的接口。

目標(biāo)架構(gòu)設(shè)計(jì)首先根據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu)的功能分解圖、用例圖、流程圖等輸出，設(shè)計(jì)目標(biāo)系統(tǒng)的流程/系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖、系統(tǒng)/功能矩陣、系統(tǒng)/組織矩陣，構(gòu)建目標(biāo)應(yīng)用架構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)（圖3）。通過應(yīng)用互動(dòng)矩陣，描述出目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)間的交互和依賴關(guān)系。通過接口目錄，列出目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)包括的接口。

圖3 應(yīng)用基本結(jié)構(gòu)

在已建立的目標(biāo)應(yīng)用基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過軟件工程圖（實(shí)現(xiàn)圖）對(duì)應(yīng)用進(jìn)行分解，拆分成粗粒度的服務(wù)；通過軟件分布圖（部署圖）描述應(yīng)用系統(tǒng)在基礎(chǔ)設(shè)施上的分布，建立應(yīng)用和技術(shù)架構(gòu)的關(guān)聯(lián)。根據(jù)應(yīng)用拆分的結(jié)果，形成應(yīng)用規(guī)模和成本估算；根據(jù)應(yīng)用對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的依賴，形成對(duì)技術(shù)架構(gòu)的基本需求。

對(duì)比基線架構(gòu)和目標(biāo)架構(gòu)，通過差距分析，找出目標(biāo)架構(gòu)和基線架構(gòu)的區(qū)別，提出升級(jí)、購買、研發(fā)方面的建議；對(duì)可升級(jí)軟件，分析各鐵路公司既有產(chǎn)品的特征，提出升級(jí)建議。通過應(yīng)用遷移圖，對(duì)上述分析結(jié)果進(jìn)行描述。

3.2.2數(shù)據(jù)架構(gòu)

根據(jù)基線業(yè)務(wù)架構(gòu)的業(yè)務(wù)服務(wù)/信息圖，了解既有系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)內(nèi)容和處理過程，建立基線數(shù)據(jù)架構(gòu)。

根據(jù)目標(biāo)業(yè)務(wù)架構(gòu)的業(yè)務(wù)服務(wù)/信息圖，找出目標(biāo)系統(tǒng)的主數(shù)據(jù)；根據(jù)業(yè)務(wù)互動(dòng)矩陣和應(yīng)用互動(dòng)矩陣，找出主數(shù)據(jù)間的依賴、關(guān)聯(lián)關(guān)系；通過流程圖，建立主數(shù)據(jù)處理流程。在此基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)/數(shù)據(jù)矩陣、類圖（僅針對(duì)主數(shù)據(jù)）、類階層圖、數(shù)據(jù)散播圖，描述目標(biāo)數(shù)據(jù)架構(gòu)。

對(duì)比基線數(shù)據(jù)架構(gòu)和目標(biāo)數(shù)據(jù)架構(gòu)，通過差異分析，提出數(shù)據(jù)過渡方案，通過數(shù)據(jù)遷移圖進(jìn)行描述。

3.2.3技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)要根據(jù)應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)規(guī)劃的結(jié)果，找出對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求，通過基礎(chǔ)設(shè)施目錄進(jìn)行描述，定義對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)格、配置、質(zhì)量屬性、服務(wù)接口等的需求。進(jìn)一步的技術(shù)架構(gòu)規(guī)劃工作，需要根據(jù)企業(yè)的技術(shù)路線、要求，共同開發(fā)完成。

技術(shù)架構(gòu)通過提供技術(shù)服務(wù)和管理服務(wù)來保證應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)。技術(shù)架構(gòu)定義了支持一種或多種應(yīng)用所需要的中間件、技術(shù)服務(wù)和系統(tǒng)軟件等等。技術(shù)架構(gòu)包含執(zhí)行架構(gòu)、運(yùn)維架構(gòu)、開發(fā)架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)及安全技術(shù)五大體系。執(zhí)行架構(gòu)是指信息系統(tǒng)運(yùn)行和部署的支撐環(huán)境，包括用戶交互、應(yīng)用邏輯、應(yīng)用集成與信息共享4個(gè)方面。運(yùn)維架構(gòu)是指為維持信息系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種服務(wù)，包括運(yùn)維安全管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理、業(yè)務(wù)連續(xù)性保障、服務(wù)管理、配置管理和物理環(huán)境管理以及相關(guān)的規(guī)章制度和管理流程等。開發(fā)架構(gòu)是指支持信息系統(tǒng)開發(fā)所需的環(huán)境、工具和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范?；A(chǔ)設(shè)施架構(gòu)是指支撐應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的硬件、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟件以及相關(guān)安全性、可用性和性能等。安全技術(shù)包括執(zhí)行架構(gòu)中身份和訪問管理、開發(fā)安全管理、運(yùn)維安全管理和集成架構(gòu)安全等方面。

4結(jié)語

企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃是企業(yè)提高業(yè)務(wù)能力、實(shí)現(xiàn)發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。數(shù)字鐵路建設(shè)涉及內(nèi)容較多，本文僅從總體架構(gòu)規(guī)劃方面進(jìn)行了深入研究，將TOGAF方法應(yīng)用到數(shù)字鐵路的EA設(shè)計(jì)中來，提出了業(yè)務(wù)架構(gòu)及信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，為數(shù)字鐵路建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)提供了方法支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉忠東，張千. 基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)研究[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，11：20-23.

[2]彭川. 關(guān)于企業(yè)信息化頂層設(shè)計(jì)的研究與思考[J]. 中國管理信息化，2014，10：40-42.

[3] The Open Group.TOGAF Version 9：The Open Group Architecture Frame-work[M].Apr， 2009.

[4]李爽爽，沈?yàn)?，韓懿. 基于TOGAF的交通運(yùn)輸數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J]. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2012，02：30-33.