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基于TOGAF的铁路科研企业数字化总体架构研究

杨扬, 朱韦桥, 王运霞, 赵立先, 郝伟俊

杨扬, 朱韦桥, 王运霞, 赵立先, 郝伟俊. 基于TOGAF的铁路科研企业数字化总体架构研究[J]. 铁路计算机应用, 2024, 33(6): 8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2024.06.02
引用本文: 杨扬, 朱韦桥, 王运霞, 赵立先, 郝伟俊. 基于TOGAF的铁路科研企业数字化总体架构研究[J]. 铁路计算机应用, 2024, 33(6): 8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2024.06.02
YANG Yang, ZHU Weiqiao, WANG Yunxia, ZHAO Lixian, HAO Weijun. Digital overall architecture of railway scientific research enterprises based on TOGAF[J]. Railway Computer Application, 2024, 33(6): 8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2024.06.02
Citation: YANG Yang, ZHU Weiqiao, WANG Yunxia, ZHAO Lixian, HAO Weijun. Digital overall architecture of railway scientific research enterprises based on TOGAF[J]. Railway Computer Application, 2024, 33(6): 8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2024.06.02

基于TOGAF的铁路科研企业数字化总体架构研究

基金项目: 中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2022YJ300)
详细信息
    作者简介:

    杨 扬,助理研究员

    朱韦桥,研究员

  • 中图分类号: U29 : TP399

Digital overall architecture of railway scientific research enterprises based on TOGAF

  • 摘要:

    为确保铁路科研企业数字化转型的高效、有序推进,需要设计针对铁路科研企业的数字化总体架构。文章基于TOGAF(The Open Group Architecture Framework)理论,结合铁路科研企业的关键业务和数字化能力需求,对铁路科研企业的数字化总体架构进行研究。数字化总体架构主要包括业务架构、应用架构、数据架构、技术架构和安全架构等5部分,能够帮助铁路科研企业进一步明确决策体系、运营模式、能力构建和业务结构,从而为科学推进和顺利实施铁路科研企业的数字化转型提供参考和理论依据。

    Abstract:

    To ensure the efficient and orderly promotion of digital transformation in railway scientific research enterprises, it is necessary to design a digital overall architecture for railway research enterprises. This paper was based on the TOGAF (The Open Group Architecture Framework) theory, combined with the key business and digital capability requirements of railway scientific research enterprises, studied the digital overall architecture of railway scientific research enterprises. The digital overall architecture mainly includes five parts: business architecture, application architecture, data architecture, technical architecture, and security architecture. This architecture can help railway scientific research enterprises further clarify their decision-making system, operation mode, capability building, and business structure, thereby provide reference and theoretical basis for scientific promotion and smooth implementation of digital transformation of railway scientific research enterprises.

  • 在需求重塑、技术创新、产业调整和政策更新等因素的共同作用下,全球范围内掀起数字化转型浪潮,对国际格局、生产模式[1]、经济结构和日常生活方式产生了深远影响。在这一背景下,世界各主要国家和领先企业已开始实施数字化转型策略[2-3]。我国发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标的建议》中,也提出了对数字化发展的要求。

    在铁路领域,中国国家铁路集团有限公司(简称:国铁集团)和国家铁路局相继印发《新时代交通强国铁路先行规划纲要》《“十四五”铁路网络安全和信息化规划》《中国国家铁路集团有限公司“十四五”发展规划》《数字铁路规划》等一系列政策文件,铁路行业的数字化转型得到了强有力的推动[4],旨在更好地服务于“数字中国”建设和数字经济的发展。铁路科研企业必须依据自身业务特性,积极推进数字化转型,实现持续自我革新。

    对铁路科研企业而言,数字化转型可定义为围绕核心业务建立数字化运营和能力体系[5-7],加强业务间的协调和战略优化,构建企业能力架构,确保按照战略目标实现可持续和高质量的发展。这包括加强基础设施建设、提升技术使能水平、优化应用系统布局、建立数据驱动的运营模式和完善网络与数据安全体系等多个方面。本文分析铁路科研企业数字化需求和数字化管理能力,从业务、应用、基础设施等方面出发,设计数字化总体架构[8],为科学推进和顺利实施铁路科研企业数字化转型提供参考和理论依据。

    TOGAF(The Open Group Architecture Framework)[9-10] 理论是由The Open Group开发的企业架构框架(EAF, Enterprise Architecture Framework)理论,其能够在数字化转型过程中为企业规划数字化总体架构提供参考,辅助企业检查经营战略与业务架构之间、业务架构与信息架构之间的一致性问题。同时,TOGAF可帮助企业节约成本,使业务模式灵活,更加个性化,随需应变,并提高信息系统应用水平,推动业务模式创新应用。我国许多先进企业和数字科技生态企业选择TOGAF理论作为数字化发展的设计依据 。

    TOGAF通常由业务架构、应用架构、数据架构和技术架构组成,能够实现企业业务、数据、应用和技术的协同。业务架构定义了商业策略、管理模式、组织结构和关键业务流程;应用架构为应用系统提供一个蓝图,描述了应用系统间的交互、关系及核心业务流程,将抽象的业务能力需求以模块化、可视化的方式转变为功能需求;数据架构描述一个组织逻辑和物理的数据资产和数据管理资源的结构;技术架构描述了支持核心部署和关键任务应用的软件基础设施。

    通过分析信息化调研结果及数字化转型目标,本文总结出4种铁路科研企业当前数字化发展需要强化的能力。

    (1)基础设施支撑能力:目前,基础设施布局缺乏统筹规划,存在资源紧张、部分设备老旧、相关建设标准不完善等情况,尚不具备集中统一的信息化监控和应急调度能力,难以满足高效可靠的服务需求。

    (2)公共服务与技术支持能力:缺乏即时通信、远程协作、人工智能等公共共享服务能力与相关技术平台,难以对日常沟通管理、科技创新等提供有效支持。

    (3)信息系统的共享、联动及协作能力:铁路科研企业当前的信息系统总体呈现“多、小、散”现象,部分信息系统承载的业务量小、功能单一且逻辑及架构独立,集成扩展能力较弱,不利于信息系统运营维护与集中防护。

    (4)网络安全与数据安全治理能力:铁路科研企业的网络安全防护能力、数据安全治理能力要与数字化发展同步加强。

    本文基于TOGAF理论,以建设数据驱动的运营模式为目标[11],设计铁路科研企业的数字化总体架构,如图1所示。

    图  1  铁路科研企业数字化总体架构

    (1)业务架构:规划了铁路科研企业的5个主要业务领域,包括战略决策、科技创新、生产经营、综合协同和资源管理。通过业务架构设计,铁路科研企业能够统筹规划各种服务资源,使人工智能、大数据等技术更显著地发挥业务支撑作用[1]

    (2)应用架构:对支撑铁路科研企业业务的应用系统、功能组件等进行了整体规划,形成业务能力和应用功能的映射。规划对象不仅包括铁路科研企业统筹建设的应用信息系统(简称:统建应用系统),还包括所属单位自行建设的应用信息系统(简称:自建应用系统)。

    (3)数据架构:通过规划数据服务平台及配套的数据资产管理体系,对数据资产进行沉淀、有效治理和高效利用[12],促进数据资产与业务深度融合,为业务提供数据源,并规范数据使用。

    (4)技术架构:由技术平台和基础设施构成。技术平台包括移动集成平台、人工智能平台、时空信息平台和开发测试平台,为应用系统提供可复用的技术服务;基础设施方面,通过针对信息机房、信息网络和资源平台的各项优化措施,实现更完善的底层硬件支撑。

    (5)安全架构:包括网络安全架构和数据安全架构,通过技术手段和各项制度的建立,实现安全能力与数字化水平的同步提高。

    铁路科研企业具有规模庞大、组织结构复杂、资源丰富及多样化业务条线的特点,数字化发展将带来更多能力交叉和业务协同需求。为使铁路科研企业的经营模式更加清晰,本文设计了铁路科研企业数字化总体架构中的业务架构,如图2所示。该业务架构旨在确保各独立业务的健康运行,同时考虑了资源的综合利用和复用。铁路科研企业的主要业务可分为战略决策、科技创新、生产经营、综合协同和资源管理等5个领域[13]。在每个业务领域下,会延伸出多个一级业务和二级业务方向。

    图  2  铁路科研企业数字化总体架构中的业务架构

    建设管理驾驶舱并构建战略管理与决策支持模型,将科研体系、产业布局、重要课题、经营指标、资源总览和重点督办等管理数据集中为企业经营管控信息,可进行数据统计分析和智能展现,全面反映企业经营和运行状况,供企业领导参考,辅助统筹规划业务资源,从而提升企业的战略管控能力和科学决策水平。

    围绕科研管理、成果管理、奖励管理、实验室管理、试验管理和创新协作等6个方向,统筹布局相关业务应用,强化科研项目的全生命周期管理,完善科研激励、试验管理体系制度,提升成果管理水平和科技创新水平,促进科研成果转化,支撑铁路科研企业的科研发展。

    围绕合作开发、项目管理、安全生产和生产运营等4个方向,构建并完善生产作业、安全监测、安全监管等相关业务系统,加强企业与外部合作关系,提升生产作业效率,提高安全风险管控和隐患排查治理能力,促进传统生产模式向全面电子化、数字化转型,以及传统经营模式向开放化、合作化、赋能化转变。

    健全协同办公、党建管理、工会管理、企业法务(简称:企法)管理、审计管理、考核管理、宣传管理、互联网信息(简称:网信)管理、教育培训、后勤服务等系统,完善统一交互与展示平台,梳理规范业务流程,整合资源、优化管理,有效提升业务协同水平和管理工作效率。

    优化人力资源、财务管理和物资管理等系统,推动企业资源的合理配置和高效利用,对业务流、资金流、信息流实行一体化协同管理,提升企业整体运营效率。

    铁路科研企业经过多年的信息化投入和发展,建设了大量的应用信息系统以覆盖企业管理和主营业务。这些信息系统根据管理主体和应用范围的不同,一般可分为统建应用系统与自建应用系统。多数铁路科研企业应用信息系统的建设及分类采用图3所示的形式。图3中,统建应用系统主要应用于宏观层面的企业管理和公共服务,针对能够明确界定主管部门的系统,如办公信息系统、物资管理系统,以主管部门为单位进行管理;部分企业建设了即时通讯系统、移动端App、用户管理系统及企业邮件系统等为企业提供公共服务能力,这些系统由信息化建设相关部门统一管理;自建应用系统主要涵盖科技创新、行业服务、经营开发等各所属单位的主营业务,如实验试验、生产经营、工程建设、检测认证、知识教育、后勤服务等。

    图  3  铁路科研企业应用信息系统建设情况与分类示例

    由于建设初期缺乏统筹规划,应用信息系统呈现“多、小、散”的情况。为满足铁路高质量发展的需求,铁路科研企业需要重新设计应用架构,优化信息系统布局,规划缩减信息系统数量,提高应用软件的自主可控能力,以提升信息系统研发效率和运维质量。由于统建应用系统与自建应用系统业务领域、归口部门、运营模式等方面存在差异,因此在进行应用架构设计时应采取不同的思路。

    统建应用系统布局优化分为应用系统整合、系统功能深化和填补业务空白等3个阶段。

    (1)应用系统整合:将提供公共服务的系统从统建应用系统中分离并加以改造完善,后续作为技术平台提供服务。对在运应用系统进行“增、删、改、并”操作,将各个业务领域的信息系统缩减至1~2个,以图3为例,整合后的应用系统布局如图4所示。

    图  4  铁路科研企业统建应用系统布局示例图(整合后)

    (2)系统功能深化:调整和设计整合后的信息系统的系统架构、功能、数据架构等,以提高系统运行效率。新增功能以子系统形式进行扩展。

    (3)填补业务空白:在业务功能扩展、技术平台能力集成及国产化替代工作取得一定成果后,填补信息化空白领域,推动信息化的全面覆盖。

    自建应用系统根据服务对象不同可分为3类:

    (1)面向铁路科研企业的系统;

    (2)面向所属单位内部管理的系统;

    (3)面向所属单位主营业务的系统。

    在优化过程中,将面向内部管理的系统逐渐整合并入职能相同或相似的统建应用系统,以便标准化业务管理,节约所属单位信息化建设及运维投入。针对所属单位新增的自建系统的建设需求,在统建应用系统覆盖的业务领域范畴内的需求提交至主管业务部门统筹建设;其他业务领域应用系统仍采用自建的方式进行建设和扩展。

    铁路科研企业在多年的信息化建设中积累了丰富的数据资源,但尚缺乏全域的数据支撑环境,不利于集中把握和宏观分析。同时,存在数据共享能力不足、形态各异、语义不一等情况,数据孤岛与信息壁垒导致数据流通能力及运营管理水平较低。亟需从2个方面提升数据的共享互通、价值挖掘及标准化治理能力水平:

    (1)明确数据赋能的核心与定位,建立数据驱动的业务运营体系;

    (2)梳理各业务领域的数据服务需求,制定规范统一的数据服务体系。

    数据服务平台作为铁路科研企业数据共享的基础,统一为各业务应用系统提供基础数据登记、审批、元数据管理、接口服务、服务共享、数据安全、数仓存储和大数据分析等服务,是数据架构的核心,其功能设计如图5所示,包括4项能力、9个子系统和对外服务。基于数据服务平台建设开展本级统建及自建系统的数据管理工作,推进数据汇聚、数据集中存储和共享、数据治理、数据分析挖掘、数据分类分级等,对数据资源的充分利用和价值释放、业务赋能具有参考意义。

    图  5  数据服务平台功能架构

    铁路科研企业的管理层可从顶层设计的角度出发,基于当前数据资产管理现状,全面部署数据资产管理体系[14],确保统一管理、快速响应、数据共享、安全保密、依法合规。该体系可为企业构建全面的标准规范和业务执行调度流程,具体规划内容如图6所示,包括运营原则、管理规范、组织架构和运营流程等。从制度上保障数据资产管理工作有据可行、可控,从而实现企业数据资产管理的高效运作。

    图  6  数据资产管理体系规划

    铁路科研企业需要逐步实现云计算和业务的无缝融合。除升级物理基础设施外,关键在于构建具有行业属性、适应企业需求的轻量级平台即服务(PaaS,Platform as a Service)平台[15]。铁路科研企业的数字化总体架构中的技术架构由技术平台和基础设施构成[16],如图7所示。

    图  7  铁路科研企业数字化总体架构的技术架构

    铁路科研企业对技术平台的场景化需求主要包括以下几方面[17]

    (1)建设移动集成平台:包括建立数据隔离系统,拓展视频会议更新、文档共享编辑等平台功能,以优化用户体验。

    (2)建设人工智能平台:集约管理人工智能算力资源,推动企业内部人工智能研究发展,解决数据分析困难、研究重复、资源利用率低等问题。

    (3)建设开发测试平台:统一软件开发环境,提高信息系统研发管理水平、质量和效率,提升硬件资源利用率,实现信息系统研发的自主可控和降本增效。

    (4)建设时空信息平台:提供统一、规范、高水平的时空信息服务,如时空地理信息服务、北斗高精度服务、数字化转型多类型专题图和时空大数据分析服务,以支撑试验研究和深化应用。

    对基础设施的规划主要涵盖3个方面。

    (1)信息机房的规划:以信息系统机房、规范管理为目标要求,除了铁路科研企业本部的一级信息机房外,原则上不再建设成规模的其他信息机房。同时,规划本部一级机房的异地灾备能力。

    (2)信息网络的规划:更新老旧设备,优化互联网出口,建设高速、低延迟的互联网络,推进IPv6的部署和应用。

    (3)资源平台的规划:通过建设云管平台,对资源池进行统一规划和集中管理[18]。同时,建设生产区域和测试区域间的安全隔离系统。

    铁路科研企业的安全架构分为网络安全架构和数据安全架构[19-20]

    在现有的网络安全体系基础上,完善网络安全管理,增强数据安全和密码服务,以满足自主可控的要求。实现安全可视、监测检测、应急处置、安全服务和协同防御的综合防御能力。通过网络安全技术体系、管理体系和运营体系的整合,形成铁路科研企业网络安全防御体系。

    以数据分类分级为核心,编制铁路科研企业数据分类分级指南,并以此为基础逐步确定数据资产管理界限和数据来源等,建立铁路科研企业数据安全体系。

    本文基于对铁路科研企业的信息化调研和数字化能力需求的分析,提出了铁路科研企业数字化转型的具体目标;采用TOGAF理论,结合行业特点、企业特性和发展现状,研究了铁路科研企业的数字化总体架构;详细阐述了该架构包含的业务架构、应用架构、数据架构、技术架构和安全架构的具体内容。铁路科研企业的数字化总体架构明确了决策体系、运营模式、能力构建和业务结构,可帮助铁路科研企业更好地理解和实施数字化转型,以提高其业务效率、提升服务质量、增强竞争力,保障其信息和网络的安全,对铁路科研企业数字化转型的科学推进和顺利实施具有参考价值。

  • 图  1   铁路科研企业数字化总体架构

    图  2   铁路科研企业数字化总体架构中的业务架构

    图  3   铁路科研企业应用信息系统建设情况与分类示例

    图  4   铁路科研企业统建应用系统布局示例图(整合后)

    图  5   数据服务平台功能架构

    图  6   数据资产管理体系规划

    图  7   铁路科研企业数字化总体架构的技术架构

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  • 收稿日期:  2024-02-05
  • 网络出版日期:  2024-06-27

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