王國輝，趙鐵軍

(陸軍裝甲兵學院 兵器工程系,北京 100072)

現階段基層部隊和保障分隊中，技術資料主要以紙質資料和PDF文檔為主，存在種類繁多、數量巨大、更新滯后等缺點，不利于官兵學習理解,使用性較差，造成裝甲裝備保障效率低、耗時長。交互式電子技術手冊(Interactive Electronic Technical Manual, IETM)能有效解決這些問題，IETM把裝備維修大綱、維修規(guī)程、構造及原理等資料電子化，以文字、圖表、視頻、動畫、三維模型、VR等形式儲存在數據庫中，提供給官兵生動多樣的資料，提高使用效率和裝備保障信息化水平[1]。目前裝甲裝備IETM系統(tǒng)處于初步研究階段，在設計方案和原則上缺乏統(tǒng)一的標準，在功能設置、數據模型建立、編程等關鍵技術上難以突破。筆者結合IETM發(fā)展趨勢和應用情況，綜合應用計算機技術解決了裝甲裝備IETM系統(tǒng)設計中存在的關鍵技術問題，完成了系統(tǒng)開發(fā)過程中主要領域的設計。

1 設計標準及原則

1.1 設計標準

中國航空綜合技術研究所結合了我國裝備的特點，制定了GJB 6600系列標準，詳細地規(guī)范了IETM的總則、數據模塊編碼、模式、數據字典等內容，然而相應的開發(fā)平臺研究尚未成熟,在系統(tǒng)開發(fā)過程中存在一些問題。近年來世界各國都在發(fā)展自己的IETM，產生了許多不同的標準，但是只有歐洲的 S1000D標準和美國的IETM體系標準擁有相應的開發(fā)平臺，因此這兩種標準被大范圍使用和推廣。相比這兩大標準，S1000D標準維護成員國多，版本更新快，美國、英國等十幾個國家加入S1000D維護組，S1000D版本已經由1.0升級到4.2。使用CSDB建立規(guī)范化的數據結構，儲存和管理所有數據，創(chuàng)造了集成數據環(huán)境，提高了信息重用性與共享性。S1000D標準不僅成為海陸空天裝備IETM的使用標準，而且在民用大型機械設備領域也被廣泛使用[2]。此外S1000D標準的內容全面具體，還使用了插圖、案例分析等進行詳細描述，可操作性高，更好地指導IETM的開發(fā)工作,因此筆者選取S1000D標準作為開發(fā)標準。按照S1000D標準開發(fā)IETM要經過信息生成、信息管理、信息發(fā)布、交付4個步驟。

1.2 設計原則

1)安全性原則。系統(tǒng)采用CSDB儲存裝備所有的數據，其中有很多數據屬于機密級，為了保證數據的安全，按照部隊安全保密相關規(guī)定，要求數據有安全控制和備份機制，在數據傳播過程要進行數據加密。

2)先進性原則。目前IETM技術正向第5代發(fā)展，裝甲裝備IETM要采用先進的技術，保證系統(tǒng)先進性，引入先進的建模軟件、虛擬維修技術等，提高IETM的使用質量和效能。系統(tǒng)要有較好的可拓展性和版本升級空間，可隨著裝備改進更新數據和功能。

3)網絡化原則。IETM網絡化能接入裝備信息化保障體系，通過衛(wèi)星傳輸信息，與器材供應庫、遠程診斷系統(tǒng)等實現信息共享，提高系統(tǒng)間信息交互水平。

4)易用性原則。系統(tǒng)有配套的使用手冊，輔助使用者學習理解，讓每名官兵經過簡短的學習就能操作系統(tǒng)。裝甲裝備IETM系統(tǒng)構造復雜，為了易于學習和使用，軟件使用過程要具有引導性，注重知識之間的關系，做好知識鋪墊，由表及里、由易到難地引導使用者學習，在重點部分給出提示講解。

2 功能設計

IETM有豐富的功能，不同的任務和使用人群需要的功能不同，需要功能的深度和范圍也不同，因此要結合部隊的任務進行功能分析。建立裝甲裝備IETM功能表，如表1所示，描述子系統(tǒng)的內容、功能，為收集創(chuàng)作資料和建立數據模塊需求列表提供依據。

表1 裝甲裝備IETM功能

確定系統(tǒng)功能后，需要分析系統(tǒng)各個功能子系統(tǒng)之間如何設置、如何聯(lián)系、如何運行，以合理高效地實現部隊所需功能。UML通信圖能描述系統(tǒng)內部的布局和各個子系統(tǒng)之間的關系，UML通信圖按照空間結構布局,突出對象用什么鏈接進行信息交互。因此建立裝甲裝備IETM系統(tǒng)的UML通信圖，分析對象之間的鏈接和數據的交互，官兵操作系統(tǒng)的原理。

裝甲裝備IETM通信圖如圖1所示，官兵打開IETM軟件，選擇角色類別、輸入賬號和密碼登錄，然后進入IETM主窗口，主窗口顯示5個子系統(tǒng)的鏈接，官兵選擇子系統(tǒng)，進入子系統(tǒng)窗口進行操作。當官兵輸入一條信息時，該子系統(tǒng)向數據庫服務器發(fā)送請求，在數據庫中找到相應的數據，組成出版物顯示在窗口供官兵瀏覽。

3 數據模塊設計

數據模塊(Data Module，DM)由XML格式組織的裝備數據組成，DM由狀態(tài)標識部分和內容部分組成，內容部分用來表示裝備技術信息的主體部分，包括文本、多媒體等技術資料，警告、引用等注解部分，維修計劃等特定信息。標識與狀態(tài)部分由數據模塊標識、地址、合作責任方等組成。DM能最大程度實現數據重用、重構、共享，便于維護、節(jié)省儲存空間，因此把裝甲裝備的構造原理、維修資料等技術資料制作成DM。

每一個DM有唯一的數據模塊代碼，數據模塊代碼是按照S1000D標準制作DM標準化、結構化的標識，數據模塊代碼作為DM的唯一標識，在分類、存儲、管理、獲取DM時使用，方便IETM模塊化設計、創(chuàng)建與管理。數據模塊代碼由數字和字母組成，數字使用0～9，字母使用除“I”和“O”以外的其他字母。S1000D標準規(guī)定數據模塊代碼由硬件/系統(tǒng)標識部分、信息類型部分、學習類型部分組成。硬件/系統(tǒng)標識部分由型號識別碼(MI)、系統(tǒng)區(qū)分碼(SDC)、系統(tǒng)層次碼(SNS)、分解碼/分解差異碼(DC/DCV)組成。硬件/系統(tǒng)標識部分描述裝備類型和下屬層次的部分，信息類型部分描述裝備使用、維修等信息類別，學習類型描述學習、訓練等信息類別，裝甲裝備編碼根據S1000D標準進行。

3.1 確定數據模塊需求列表

對裝甲裝備技術資料分析過程中，會涉及到很多數據，要結合部隊需求、使用范圍、使用人群、任務，確定系統(tǒng)的用途、內容和深度，然后把裝備信息進行分解，從而找出有效數據，并建立數據模塊需求列表(DMRL)分析有效數據的內容、結構、類別。裝甲裝備IETM開發(fā)工作較為復雜，需要多個單位合作完成，DMRL應該一次制定，階段性的匯總。根據S1000D標準把裝甲裝備IETM信息類別分為描述信息、故障信息等7類信息，把裝備結構劃分為裝備、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件和零件5層，并進一步劃分為DM，通過數據模塊代碼對DM進行存儲、尋址、處理[3]。

建立裝甲裝備IETM系統(tǒng)的DMRL如表2所示，表中包含每個層次的編碼和屬性。表中具體型號和廠家用“*”替代。

表2 裝甲裝備IETM數據模塊需求列表

3.2 建立層次數據模型

層次數據模型是以記錄型為節(jié)點的有向樹，每個節(jié)點表示一個記錄型，每個記錄型包含若干字段，記錄型描述實體，實體是裝備、零件、修理員等客觀存在的事物，字段描述實體的屬性，在樹中根記錄無雙親節(jié)點，從記錄僅有一個雙親，記錄之間的關系可以唯一的用雙親節(jié)點表示。用樹形結構表示實體和實體之間的聯(lián)系，層次數據模型的路徑是按照雙親/子聯(lián)系依次連接，由根記錄到最后一個記錄。層次數據模型能結構分明、層次清晰、路徑明了地反映數據的結構和聯(lián)系，便于數據庫存儲，使用效率高[4]。建立裝甲裝備層次數據模型如圖2所示。層次數據模型的數據結構和XML程序的數據結構一致，都是樹狀結構，建立層次數據模型是XML編程的基礎。

3.3 建立實體-聯(lián)系數據模型

實體-聯(lián)系數據模型(Entity Relationship Data Model, E-R數據模型)把現實中管理的實體轉化成數據模型，E-R數據模型能轉化成層次數據模型、網絡模型、關系數據模型，是這3種模型相互轉化的中介，建立E-R數據模型方便數據庫邏輯模型設計。E-R數據模型可以用來描述多領域的組合屬性，能分析裝甲裝備結構、組成、功能等[5]，以層次化結構描述裝備各部分的多重屬性，E-R數據模型可以用E-R圖表示，E-R圖包括實體、屬性、聯(lián)系3個基本圖素，以表2中的某型坦克為例建立E-R圖，如圖3所示。把該裝備的各個部分有機結合起來，清晰地描述系統(tǒng)層次結構和實體屬性，分析坦克組成和結構，是裝備結構轉化成數據模型的有效方法。

根據裝備操作信息、維修信息、故障信息等建立E-R數據模型，研究數據之間的關系、DM內容部分的組成，以裝甲裝備IETM維修子系統(tǒng)為例建立E-R圖，如圖4所示，以層級遞進的方式描述維修子系統(tǒng)的組成和數據間的關系，將系統(tǒng)內部各個信息單元連為一體，是建立子系統(tǒng)的有效方法。

3.4 建立關系數據模型

關系數據模型用二維表描述實體與實體間的聯(lián)系[6]，表中的行表示元組，列表示屬性，用來表示系統(tǒng)結構關系、信息之間的邏輯關系和基本屬性[7]。裝甲裝備IETM系統(tǒng)可以劃分為裝備信息數據表、系統(tǒng)信息數據表、技術說明數據表、維修資料數據表等，每個表描述元組的基本屬性，不同的表之間存在關聯(lián)，每個表只有唯一一個主鍵，用于標識表中一條記錄。

裝備信息數據如表3所示，表中具體型號和廠家用“*”替代。把MI作為主鍵，表中反映實體之間的聯(lián)系，數據表結構清晰易懂、數據量大，能有效整合各項實體信息并建立關聯(lián)。

表3 裝備信息數據表

對表3中裝備MI為Z1的坦克細化分析，建立該型坦克的系統(tǒng)信息數據表，如表4所示，確定系統(tǒng)編碼，并描述基本屬性，關系數據模型之間通過定義相同的屬性名或者第3個關系組合到一起構成關系數據庫，建立裝甲裝備信息的關系數據模型是建立數據庫的基礎。

表4 系統(tǒng)信息數據表

在建立關系數據庫時，需要把E-R數據模型轉化為關系數據模型，轉化時把E-R數據模型中實體的主鍵轉化為關系數據模型中關系的主鍵，屬性轉化為關系的屬性。以圖3中實體坦克炮為例轉化為關系數據模型如表5所示，E-R數據模型轉化為關系數據模型可以用于建立數據庫。

表5 某型坦克炮數據模型轉化表

4 程序設計

為增強數據共享性和通用性，在數據儲存、傳遞、處理和發(fā)布等過程，采用XML作為描述數據語言。XML具有繼承性好、開發(fā)效率高、代碼易維護、易于理解、容易使用等優(yōu)點，用XML編寫數據然后把數據存儲在數據庫中[8]。XML文檔的數據結構是樹狀結構的層次模型，以記錄型為基本數據結構，記錄型包含若干描述屬性的字段，記錄型之間只能單線聯(lián)系。裝甲裝備IETM系統(tǒng)的程序按照XML語法規(guī)則、內容表示、顯示方式設計，內容由序言、主體、尾部組成，序言是文檔的第1部分，主體是儲存數據的部分，尾部結束標記。例如“武器系統(tǒng)信息”的XML文檔數據結構如下：

<？xml version =＂2.0＂encoding=＂UTF-8＂standalone=＂no＂?>

保存XML文檔片段的內容是實體，每一個實體都有一個名字，文檔中用名字代替實體的內容，XML分析應用程序時用內容代替實體名。以表3裝備數據表為例定義實體如下：

<？xml version =＂2.0＂encoding=＂UTF-8＂standalone=＂no＂?>

]>

XML Schema是描述XML文檔的標準，通常簡寫為XSD(XML Schema Define)，S1000D 4.0版規(guī)定使用XML Schema，XML Schema規(guī)定了XML的語言、文檔結構、數據類型、組織方式，XSD為元素設置數據類型時，向元素的內容添加限定。每一個元素可以設置一個或者多個屬性，用“=”標記符賦予屬性值，一個元素也可以包含若干元素，當元素包含屬性時就是復雜元素，定義方法有復雜結構法和分離結構法，復雜結構法在復雜元素的子元素設置復雜類型，分離結構是通過復雜元素引用定義在外部的復雜類型。通過使用XSD通用化，XML文檔解析器不必編程即可驗證XML文檔的結構、合法性和有效性。XML文檔以層次結構組織，以圖2中層次數據模型中系統(tǒng)、子系統(tǒng)為例，用XML編寫的程序如下：

<？xml version =＂2.0＂?>

<武器系統(tǒng)信息>

<坦克炮子系統(tǒng)>

<并列機槍子系統(tǒng)>

<高射機槍子系統(tǒng)>

程序中“武器系統(tǒng)信息”是根節(jié)點，包含3個子元素，子元素嵌套在根元素中，反映了XML的內容定義、層次結構、屬性描述。

IETM將裝備的所有數據存儲在關系數據庫中，按照S1000D標準用XML對數據編程，通過XML與關系數據庫的映射關系，實現XML在關系數據庫中的存儲與調用。從關系數據庫中調用的數據，要通過解析映射把數據反向轉換為XML文檔。

5 結束語

IETM系統(tǒng)能實現技術資料無紙化、數據共享與互操作，使資料查詢和使用方便快捷，從而帶來巨大的軍事效益和經濟效益。隨著裝備綜合保障信息化建設的推進，IETM在空軍裝備領域被廣泛使用,裝甲裝備IETM系統(tǒng)研發(fā)工作剛剛開始，在系統(tǒng)規(guī)劃布局上存在較多難題。筆者根據裝甲裝備保障任務，對裝甲裝備IETM系統(tǒng)做了整體設計，設計IETM系統(tǒng)功能，采用多種技術建立數據模型，設計并編寫程序，用XML對數據編程。文章的創(chuàng)新之處在于建立的多種數據模型能全面地反映裝甲裝備的屬性、特點、邏輯結構、組成和聯(lián)系等，而且能用S1000D標準規(guī)定的XML把數據模型寫入程序。研究表明，該設計方案有效解決了系統(tǒng)設計中的關鍵技術問題，對裝甲裝備IETM系統(tǒng)開發(fā)具有參考價值。