王 凌，馬 超，王南松

(上海精密計(jì)量測(cè)試研究所，上海 201109)

0 引言

近年來，我國武器裝備的系統(tǒng)性和復(fù)雜性程度越來越高，對(duì)武器裝備綜合保障提出了更高的要求[1]。交互式電子技術(shù)手冊(cè)(interactive electrical technical manual，IETM)具有易于操作、便于理解、搜索高效、更新簡(jiǎn)便、安全可靠、數(shù)據(jù)可重用等優(yōu)勢(shì)，能輔助武器裝備培訓(xùn)、訓(xùn)練和維護(hù)維修，已成為裝備綜合保障中有效工具和手段之一，受到了廣泛關(guān)注和研究[2]。IETM采用通用的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)技術(shù)資料，并加載在適當(dāng)?shù)挠布?。IETM交付物框架如圖1所示。

用戶根據(jù)不同的作戰(zhàn)使用環(huán)境要求，選擇適應(yīng)的IETM配套硬件。如在野外作戰(zhàn)條件下，需要使用具有三防功能的加固型便攜式計(jì)算機(jī)以滿足惡劣的環(huán)境條件；在技術(shù)室內(nèi)采用普通計(jì)算機(jī)便可滿足教學(xué)培訓(xùn)需求；而在日常裝備訓(xùn)練或維修時(shí)，更傾向于使用輕便的平板電腦進(jìn)行裝備的學(xué)習(xí)、操作、表單記錄、故障定位與維修等。因此，IETM軟件部分對(duì)于硬件的適應(yīng)性十分重要。目前，IETM的閱讀器大多基于Windows系統(tǒng)開發(fā)，較適用于便攜式計(jì)算機(jī)或臺(tái)式機(jī)上，因此本文提出了基于Android系統(tǒng)的IETM閱讀器的設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出能在Android操作系統(tǒng)上瀏覽和使用的IETM，進(jìn)一步拓展IETM的應(yīng)用范圍、豐富IETM展現(xiàn)形態(tài)，使其更符合用戶使用習(xí)慣。

圖1 IETM設(shè)備組成圖

1 必要性分析

平板電腦已成為當(dāng)今主流的硬件產(chǎn)品，它輕薄、便攜的優(yōu)點(diǎn)是普通筆記本、加固型計(jì)算機(jī)以及臺(tái)式計(jì)算機(jī)等硬件無法比擬的，平板產(chǎn)品的使用頻率和受歡迎程度已經(jīng)逐步趕超筆記本電腦，成為日常生活中不可缺少的電子產(chǎn)品[3]。目前，大部分IETM基于Windows系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，適用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本等裝載Windows系統(tǒng)的硬件。若將此類IETM直接應(yīng)用于平板，會(huì)產(chǎn)生界面適應(yīng)性差、操作不簡(jiǎn)便、使用方法不符合用戶使用習(xí)慣、視頻或三維仿真卡頓等問題，嚴(yán)重影響IETM的使用體驗(yàn)。由此，設(shè)計(jì)一款適用于平板的IETM閱讀器尤為重要。

Android系統(tǒng)作為平板電腦中的主流操作系統(tǒng)之一，具有應(yīng)用廣泛、開放性強(qiáng)、運(yùn)算能力高、開發(fā)成本低、開發(fā)方式簡(jiǎn)單易學(xué)等特點(diǎn)[4]。

基于Android系統(tǒng)開發(fā)的優(yōu)勢(shì)在于：

1)它是平板電腦的主流系統(tǒng)，更符合平板的操作使用習(xí)慣。

2)軟件開發(fā)成本和硬件成本相對(duì)較低。目前主流的開發(fā)平臺(tái)為Google免費(fèi)提供的Android Studio，基于Android系統(tǒng)的終端價(jià)格低廉，硬件和軟件獲取途徑便捷。

3)Android系統(tǒng)正成為物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)顆粒度感知。基于Android系統(tǒng)的IETM，以后可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，各類裝備信息等可以實(shí)時(shí)匯集到手持終端，擴(kuò)展了IETM的感知能力。

4)Android系統(tǒng)開放性強(qiáng)，可以與其他信息系統(tǒng)集成，如遠(yuǎn)程專家系統(tǒng)等，對(duì)今后IETM從4級(jí)向5級(jí)邁進(jìn)。

5)Android系統(tǒng)終端硬件的計(jì)算能力也很強(qiáng)大，能將采集到的各類文字、音視頻、三維仿真等素材進(jìn)行處理。

6)便于用戶使用和知識(shí)的累積?；鶎庸俦恍鑶问质殖諭ETM，即可根據(jù)IETM中的內(nèi)容對(duì)裝備進(jìn)行操作、維修，也能在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)記錄故障和維修信息，以便信息的采集。

因此，順應(yīng)時(shí)代地發(fā)展，研發(fā)基于Android的IETM閱讀器，能更適應(yīng)使用者的操作習(xí)慣，便于IETM功能和結(jié)構(gòu)的拓展，滿足使用者需求。

2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

IETM軟件部分主要由數(shù)據(jù)和閱讀器兩部分組成。數(shù)據(jù)部分主要為DDN(Data Dispatch Note)包，DDN包中包括了所有的DM(Data Module)、PM(Publication Module)、圖片、視頻、三維、業(yè)務(wù)規(guī)則等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，DM、PM、業(yè)務(wù)規(guī)則等數(shù)據(jù)是按照S1000D標(biāo)準(zhǔn)或GJB6600標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Schema制作而成的XML文件，即使采用不同的數(shù)據(jù)制作平臺(tái)，只要符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，則產(chǎn)生的數(shù)據(jù)內(nèi)容理應(yīng)是相同的。因此，數(shù)據(jù)部分不在此處多做研究。而閱讀器部分是將DDN包數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為用戶可觀看、可操作的軟件系統(tǒng)，它完全依賴于用戶所使用的操作系統(tǒng)，基于不同的操作系統(tǒng)，IETM閱讀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)方式是完全不同的，這部分為本文的研究重點(diǎn)。

2.1 流程架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Android系統(tǒng)的IETM制作流程如圖2所示，首先在數(shù)據(jù)制作平臺(tái)中，對(duì)DM、圖片及多媒體、PM、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行編輯和管理，并按照選用的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，保證其正確性。這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CSDB(common source data base)中[5]，最終的IETM數(shù)據(jù)均從CSDB中導(dǎo)出，并形成DDN數(shù)據(jù)包，傳遞給IETM閱讀器。IETM閱讀器可對(duì)導(dǎo)出的符合標(biāo)準(zhǔn)格式的DDN包進(jìn)行解析，并將其以一定的方式展現(xiàn)，最終發(fā)布成滿足特定功能及安全性的APK安裝包。將APK安裝包導(dǎo)入相應(yīng)的Android系統(tǒng)硬件中，安裝后便可生成IETM手冊(cè)。

圖2 基于Android系統(tǒng)IETM使用流程設(shè)計(jì)圖

2.2 邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

IETM閱讀器的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)為：用戶首先通過登陸模塊輸入用戶名和密碼(或通過手勢(shì)、指紋)登陸到系統(tǒng)中，驗(yàn)證用戶身份后根據(jù)用戶的角色信息判斷用戶為管理員用戶或普通用戶，按照角色不同，閱讀器顯示不同的權(quán)限及安全管理模塊；登錄后，閱讀器提取DDN數(shù)據(jù)包，并根據(jù)采用的GJB6600或S1000D標(biāo)準(zhǔn)模式對(duì)相關(guān)XML文件進(jìn)行解析，分析出IETM的BOM結(jié)構(gòu)樹、出版物數(shù)據(jù)模塊結(jié)構(gòu)樹、數(shù)據(jù)模塊標(biāo)識(shí)和內(nèi)容信息等；然后對(duì)用戶的密級(jí)權(quán)限進(jìn)行判斷，只顯示等于或低于用戶密級(jí)的且允許查閱的數(shù)據(jù)內(nèi)容。通過閱讀功能模塊，將XML文件轉(zhuǎn)化為可用戶閱讀的界面，同時(shí)可展現(xiàn)圖片、視頻等多媒體，并對(duì)多媒體進(jìn)行操作。具體邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 Android閱讀器邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 具體功能模塊設(shè)計(jì)

基于Android系統(tǒng)的IETM閱讀器的功能主要分為三大部分，分別是權(quán)限及安全管理功能、IETM閱讀相關(guān)功能以及其他輔助功能，可與GJB6600的基本功能和擴(kuò)展功能對(duì)應(yīng)。

3.1 權(quán)限及安全管理功能

權(quán)限及安全管理功能主要分為用戶管理、密碼管理、注銷/登出，詳細(xì)的功能如圖4所示，圖中灰色部分的功能只限于管理員賬戶。用戶管理功能(管理員功能)是對(duì)登錄IETM的所有人員進(jìn)行管理和控制，包括注冊(cè)新用戶、為用戶設(shè)置密級(jí)和瀏覽權(quán)限、刪除已存在的用戶等。其中，為用戶設(shè)置密級(jí)和權(quán)限后，用戶瀏覽的數(shù)據(jù)內(nèi)容會(huì)受到限制，只能瀏覽等于或低于自身密級(jí)、且被允許訪問的PM和DM數(shù)據(jù)內(nèi)容。密碼管理考慮到安全問題，對(duì)密碼的復(fù)雜程度和長度進(jìn)行設(shè)置(管理員功能)；提供允許用戶修改自身賬號(hào)登錄密碼的功能，修改密碼時(shí)需要確認(rèn)舊密碼和新密碼，修改密碼后，退出登錄，并返回登錄界面，提示用戶重新登錄；當(dāng)忘記密碼時(shí)，需進(jìn)行一系列驗(yàn)證后，方可重置密碼；另外，除了采用用戶名和密碼的登錄驗(yàn)證方式之外，還可通過設(shè)置手勢(shì)密碼進(jìn)行登錄，手勢(shì)密碼可取消，當(dāng)用戶忘記手勢(shì)密碼時(shí)，可通過普通密碼驗(yàn)證進(jìn)行重新設(shè)置。注銷是指用戶退出當(dāng)前的IETM操作界面，回到登錄界面；登出是指用戶關(guān)閉當(dāng)前的IETM操作界面，完全退出IETM。

圖4 權(quán)限及安全管理功能設(shè)計(jì)

3.2 IETM閱讀功能

IETM閱讀功能主要通過一定的樣式展示數(shù)據(jù)內(nèi)容，詳細(xì)的功能分布如圖5所示。IETM閱讀功能包括了展示PM、展示DM、展示多媒體、添加書簽、平臺(tái)中英文切換這五大部分。展示PM是將存有PM信息的XML文件進(jìn)行解析，將PM中的手冊(cè)分類、裝備層次結(jié)構(gòu)劃分通過結(jié)構(gòu)樹的方式進(jìn)行展現(xiàn)，形成裝備介紹手冊(cè)、操作使用手冊(cè)、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)、故障檢修手冊(cè)、零備件手冊(cè)、工具手冊(cè)、功能圖冊(cè)等目錄樹和裝備BOM結(jié)構(gòu)樹。展示DM是根據(jù)選用的標(biāo)準(zhǔn)，如GJB6600、S1000D等，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的Schema要求進(jìn)行XML解析，展現(xiàn)描述類、操作類、程序類、故障類、維修計(jì)劃類、圖解零件類、過程類、接線類等類型的數(shù)據(jù)模塊，實(shí)現(xiàn)程序類中的步進(jìn)瀏覽方法、故障類中的人機(jī)問答模式、圖解零部件類的熱點(diǎn)圖表雙向鏈接等功能；按數(shù)據(jù)模塊的內(nèi)容信息，又可分為段落、標(biāo)題、列表、表格、鏈接、警告、注意、注、步驟、前置條件、結(jié)束條件等字段，不同的字段也有相應(yīng)的顯示方式，如警告、注意字段能夠自動(dòng)彈出醒目的對(duì)話框，確保該信息被閱讀。展示多媒體是通過插件查看圖片、視頻和三維仿真等，并可對(duì)其進(jìn)行一定的操作：如圖片可以實(shí)現(xiàn)放大、局部放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、全屏顯示、對(duì)圖片進(jìn)行標(biāo)注等；視頻可以執(zhí)行播放、暫停、重新開始、快進(jìn)、慢進(jìn)、設(shè)置播放時(shí)間位置、音量控制、全屏或固定區(qū)域內(nèi)播放等操作；三維仿真可以實(shí)現(xiàn)放大、縮小、旋轉(zhuǎn)，或動(dòng)態(tài)顯示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、零件拆卸等過程，以及實(shí)現(xiàn)一定的交互操作。書簽功能主要讓用戶在閱讀時(shí)，將指定的數(shù)據(jù)模塊添加為書簽，用戶可以編輯、刪除自己創(chuàng)建的書簽，雙擊書簽列表記錄可以快速定位到書簽標(biāo)記的數(shù)據(jù)模塊內(nèi)容，提高閱讀效率。中英文切換功能可將閱讀器進(jìn)行中英文轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)軍貿(mào)裝備出口的要求。

圖5 IETM閱讀功能設(shè)計(jì)

3.3 其他輔助功能

IETM閱讀器除了權(quán)限及安全管理功能和基本的閱讀功能以外，還設(shè)計(jì)了一些常用的輔助功能，包括備注及意見管理、內(nèi)容檢索、維護(hù)任務(wù)提醒、訪問記錄查詢、維修信息錄入等功能，詳細(xì)的功能分布如圖6所示。備注及意見管理主要實(shí)現(xiàn)備注及意見的添加、刪除、查看和導(dǎo)出，讓用戶在閱讀IETM內(nèi)容時(shí)，對(duì)當(dāng)前瀏覽的數(shù)據(jù)模塊或IETM整體內(nèi)容有修改意見或閱讀心得、想法時(shí)，可對(duì)數(shù)據(jù)模塊內(nèi)容、數(shù)據(jù)模塊各類展現(xiàn)形式、系統(tǒng)功能等添加備注和意見。內(nèi)容檢索功能分為全文檢索和精確搜索兩部分：全文檢索針對(duì)整個(gè)IETM手冊(cè)進(jìn)行關(guān)鍵字的模糊查詢，通過對(duì)話框輸入需要查找的字符或短語，對(duì)IETM中所有文字信息進(jìn)行查找，并列表顯示查找結(jié)果，通過該列表鏈接到相應(yīng)的技術(shù)內(nèi)容；精確搜索可以根據(jù)型號(hào)、數(shù)據(jù)模塊類型、裝備的物理結(jié)構(gòu)等查詢條件進(jìn)行條件組合(布爾運(yùn)算)來精確搜索定位技術(shù)內(nèi)容。維護(hù)任務(wù)提醒功能可以添加維護(hù)維修任務(wù)、刪除任務(wù)、實(shí)現(xiàn)任務(wù)的提醒，對(duì)到期需要進(jìn)行維護(hù)的項(xiàng)目進(jìn)行彈窗提示，并通過列表顯示所有即將實(shí)施的維護(hù)項(xiàng)目，通過點(diǎn)擊具體項(xiàng)目，可鏈接跳轉(zhuǎn)至具體維護(hù)方法指導(dǎo)。維修信息錄入功能可將日常裝備的維護(hù)、故障和維修情況進(jìn)行記錄，包括新的故障案例、維修方法、維護(hù)過程中采用的備件、工具、耗材等信息，并導(dǎo)出形成通用格式的數(shù)據(jù)包發(fā)送給裝備承研單位，便于對(duì)裝備的維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)進(jìn)行健康性進(jìn)行分析。訪問記錄功能記錄了當(dāng)前用戶登錄時(shí)間、登出時(shí)間、瀏覽IETM的內(nèi)容和順序、進(jìn)行的用戶操作等。

圖6 其他輔助功能設(shè)計(jì)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

早期，開發(fā)在Android系統(tǒng)下運(yùn)行的APP主要通過Eclipse和基于Eclipse的ADT進(jìn)行代碼的編寫，但Eclipse是為JAVA工程而生的開發(fā)平臺(tái)，并非專門用于Android，所以有一定的先天不足。2007年11月，Google正式發(fā)布Android平臺(tái)，于是有了適用于Android系統(tǒng)開發(fā)的Android Studio應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。在Android Studio環(huán)境上開發(fā)，可以調(diào)用封裝好的方法，為開發(fā)提供更多方便。IETM閱讀器基于Android Studio環(huán)境上開發(fā)，在開發(fā)IETM閱讀器前，要進(jìn)行最新版本SDK和JDK的安裝。

IETM閱讀器主要方法及其功能如表1所示。

表1 IETM閱讀器方法設(shè)計(jì)

1)SplashActivity：主要顯示登錄首頁畫面，比如IETM內(nèi)容的主題、生產(chǎn)商logo、廣告等；

2)ChoiceLoading：為登錄界面，可通過用戶名及密碼登陸、忘記密碼、重置密碼等，也可切換到手勢(shì)登錄；

圖7 登陸界面

3)FirstActivity：讀取存儲(chǔ)卡中的文件，獲取文件密級(jí)信息，加載PM列表并顯示為結(jié)構(gòu)樹；

圖8 PM列表示意圖

4)LockActivity：通過手勢(shì)的方法登錄系統(tǒng)；

5)Reset_gesture_password：輸入原手勢(shì)密碼后，可重置手勢(shì)密碼，手勢(shì)密碼重置需經(jīng)確認(rèn)；

6)LockOnActivity：匹配用戶手勢(shì)密碼，判斷是否可以登錄；

7)ShouShiActivity：手勢(shì)管理界面，可添加或刪除手勢(shì)；

8)LockOffActivity：取消手勢(shì)登錄，只能通過用戶名密碼方式登錄；

9)ContentActivity：顯示所有內(nèi)容：如圖9所示，最左側(cè)為菜單欄，中間為導(dǎo)航樹，最后邊為內(nèi)容顯示區(qū)；

圖9 內(nèi)容界面示意圖

10)ShanChuActivity：管理員可刪除登錄的用戶；

11)RegisterActivity：管理員可創(chuàng)建新用戶，設(shè)置新用戶的用戶名及初始密碼；

12)ChangePasswordActivity：修改用戶密碼，在確認(rèn)原密碼正確后，可修改當(dāng)前用戶的登錄密碼；

13)SafeActivity：設(shè)置密碼的長度和復(fù)雜度，復(fù)雜度是指是否需要包含數(shù)字、字母大小寫、特殊字符等；

圖10 密碼口令安全設(shè)置界面

14)CaptureActivity：掃描二維碼信息，解析二維碼信息，并判斷是否與故障代碼相匹配，顯示匹配的故障信息和故障定位方法；

15)MaintenanceSchedule：顯示維護(hù)計(jì)劃界面，添加維護(hù)的初始時(shí)間，根據(jù)維護(hù)項(xiàng)目檢查表，對(duì)維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行逐條提示，并可連接到相應(yīng)的維護(hù)項(xiàng)目。

圖11 維護(hù)計(jì)劃界面

各方法間的調(diào)用關(guān)系如圖12所示。

圖12 各方法間的調(diào)用關(guān)系圖

5 總結(jié)與展望

IETM作為當(dāng)代大型武器裝備綜合保障行之有效的手段之一，在裝備培訓(xùn)、維修、訓(xùn)練等環(huán)節(jié)起到了良好的輔助作用，在全軍中也已逐步推廣應(yīng)用[9]。如何研制出能用、好用、適用的IETM是我們需要研究的方向。順應(yīng)此需求，本文提出了基于Android系統(tǒng)的IETM閱讀器的技術(shù)框架設(shè)計(jì)，并在滿足GJB6600基本功能的基礎(chǔ)上又實(shí)現(xiàn)了部分?jǐn)U展功能，更符合平板的操作習(xí)慣，以滿足部隊(duì)用戶在不同訓(xùn)練和維修場(chǎng)景下的使用需求，有效拓寬了IETM的應(yīng)用范圍，使IETM更具有可用性、實(shí)用性和易用性，為裝備的訓(xùn)練、使用和保障活動(dòng)提供了有效的技術(shù)支持。后續(xù)，IETM閱讀器將在接口集成、智能交互等方面開展研究工作，進(jìn)一步提高武器裝備綜合保障效率和效益[10]。