陳思源 李 燁 孔 鑫 鄭 鑫

中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院， 北京 100076

0 引 言

信息化時代的大背景下，信息技術(shù)的發(fā)展極大地推動了新世紀(jì)軍事的革新，現(xiàn)代化軍隊建設(shè)的重要標(biāo)志就是信息化程度的提高，在信息化、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)設(shè)施的支撐下，下一代作戰(zhàn)裝備的數(shù)據(jù)化發(fā)展成為必然。裝備信息系統(tǒng)旨在為裝備信息的準(zhǔn)確、可靠、快速、高效的采集、傳輸和管理提供有效手段的信息系統(tǒng)，它利用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)武器系統(tǒng)綜合保障決策的科學(xué)化和快速化，全面提升裝備綜合保障效率和效益。

軟件開發(fā)方法不斷更替變化，追求高質(zhì)量和高效率的軟件開發(fā)是軟件工程演化的核心目標(biāo)[1]，許多面向不同種類軟件的開發(fā)方法被提出，如基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法[2]、模型驅(qū)動的軟件設(shè)計開發(fā)方法[3]、基于數(shù)學(xué)的形式化軟件開發(fā)方法[4]等。對于裝備信息系統(tǒng)軟件，其設(shè)計核心是裝備數(shù)據(jù)，目前裝備信息數(shù)據(jù)越來越呈現(xiàn)出“海量異構(gòu)”、“動態(tài)實時”、“復(fù)雜多源”等特征。面向該類軟件，圍繞數(shù)據(jù)的用途和流向開展軟件設(shè)計是更加合理有效的設(shè)計模式。

隨著云計算、大數(shù)據(jù)時代的到來，許多以數(shù)據(jù)驅(qū)動軟件設(shè)計的思維和模型被提出，如面向數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)[5-6]，基于大數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計模型[7-8]等。這些方法的核心思想都是將數(shù)據(jù)作為設(shè)計的中心，從面向流程的開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦驍?shù)據(jù)的開發(fā)，從軟件結(jié)構(gòu)上去適應(yīng)和解決具有大數(shù)據(jù)特征信息系統(tǒng)的研制問題。本文借鑒相關(guān)思想，結(jié)合裝備信息系統(tǒng)的對象特征，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的裝備信息系統(tǒng)軟件快速設(shè)計框架，為相關(guān)軟件的設(shè)計提供了基礎(chǔ)理論和方法技術(shù)支撐。

1 開發(fā)框架總體設(shè)計

武器裝備的信息數(shù)據(jù)涉及裝備生產(chǎn)、測試、使用、維修、銷毀全壽命過程中各方面數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、維護(hù)、管理和使用，包含數(shù)值、文字、圖片、文檔、影像、音頻等各種類型的數(shù)據(jù)格式。不同武器裝備根據(jù)自身特性不同，其信息系統(tǒng)作用和使命各不相同，其所包含的數(shù)據(jù)模態(tài)也有較大的不同。數(shù)據(jù)不同導(dǎo)致裝備信息管理軟件的整體業(yè)務(wù)流程和運(yùn)行模式差異很大。但對于各類裝備信息系統(tǒng)軟件，它們的共同特征均為“數(shù)據(jù)定義業(yè)務(wù)”的運(yùn)行模式，即以數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)需求為基本設(shè)計依據(jù)。本文提出的裝備信息系統(tǒng)軟件開發(fā)框架，通過構(gòu)建面向該類軟件設(shè)計的數(shù)據(jù)驅(qū)動指導(dǎo)模式，形成一套輔助開發(fā)工具集合和解決方案，提高該類軟件開發(fā)的效率、可靠性和安全性。

裝備信息系統(tǒng)軟件開發(fā)框架的核心設(shè)計思路是實現(xiàn)數(shù)據(jù)“土壤”生長服務(wù)“森林”的機(jī)制，使設(shè)計人員的精力集中于復(fù)雜信息數(shù)據(jù)的分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，所有依附于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)服務(wù)由框架提供的輔助開發(fā)工具快速具象化，并建立各服務(wù)間的邏輯交互關(guān)系，使其生成為一個面向用戶使用的完整系統(tǒng)軟件。開發(fā)框架沒有基于任何商業(yè)框架，自身實現(xiàn)了基于Java Web的MVC(模型-視圖-控制器)三層設(shè)計模式，從框架層面實現(xiàn)了軟件的前后臺解耦，簡化了設(shè)計人員的開發(fā)和配置。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的敏捷開發(fā)設(shè)計模式

2.1 表單型業(yè)務(wù)設(shè)計模式

表單型業(yè)務(wù)是用戶基于某一組表或單界面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的業(yè)務(wù)服務(wù)，是處理裝備信息最常用的手段，如查看裝備的關(guān)鍵指標(biāo)、健康狀態(tài)、出廠信息、配套關(guān)系等?；陂_發(fā)框架進(jìn)行該類業(yè)務(wù)的開發(fā)模式如圖1所示。

2.1.1 映射1過程

圖1中映射1表示由數(shù)據(jù)庫中的業(yè)務(wù)表生成一個基于該表的業(yè)務(wù)服務(wù)的過程，這個過程是一對多的，即一個業(yè)務(wù)表可以通過框架生成數(shù)個服務(wù)。

圖1 表單型業(yè)務(wù)開發(fā)設(shè)計流程

開發(fā)框架通過映射1實現(xiàn)了一鍵式驅(qū)動生成業(yè)務(wù)服務(wù)的功能，當(dāng)前階段該服務(wù)會被進(jìn)行初始參數(shù)配置，同時可以按默認(rèn)配置直接運(yùn)行。

2.1.2 映射2過程

映射2表示配置服務(wù)控制層的過程，控制層是當(dāng)前服務(wù)的中樞，控制當(dāng)前服務(wù)中數(shù)據(jù)的基本流轉(zhuǎn)規(guī)則，負(fù)責(zé)連接視圖層和模型層交互，具體配置信息如下：

1) 配置服務(wù)基本信息：基本信息包括服務(wù)的標(biāo)識、服務(wù)的從屬關(guān)系、服務(wù)運(yùn)行的基本策略等。其中基本策略主要是指如“多用戶同時修改業(yè)務(wù)的同一條數(shù)據(jù)時的修改策略”這種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)增刪改查時的基本規(guī)則；

2) 配置服務(wù)字段信息：服務(wù)字段信息中的標(biāo)識信息可由數(shù)據(jù)庫表信息直接映射獲取，框架可對其二次修改；

3) 配置服務(wù)權(quán)限信息：配置可訪問該服務(wù)界面的權(quán)限規(guī)則；

4) 配置服務(wù)過濾規(guī)則：配置當(dāng)前服務(wù)中需要被過濾的數(shù)據(jù)項；

5) 配置關(guān)聯(lián)子服務(wù)：選擇已有服務(wù)與當(dāng)前服務(wù)，建立從屬關(guān)系，這里需要匹配當(dāng)前服務(wù)和已選子服務(wù)間的外鍵連接數(shù)據(jù)項。

2.1.3 映射3過程

映射3表示配置服務(wù)視圖層的過程，視圖層負(fù)責(zé)當(dāng)前服務(wù)的人機(jī)交互部分，實現(xiàn)對交互過程展示細(xì)節(jié)的配置，具體配置信息如下：

1) 配置頁面展示規(guī)則：開發(fā)框架對表單型業(yè)務(wù)實現(xiàn)了基本頁面框架(如圖2所示)，包含了兩級展示界面，一級界面(列表界面)以列表形式概要顯示該服務(wù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)表項，二級界面(卡片界面)以卡片界面樣式詳細(xì)顯示列表項中每個字段；開發(fā)框架可對每個頁面的全局效果進(jìn)行配置調(diào)整，如每頁顯示列表項條數(shù)等；

圖2 表單型業(yè)務(wù)基本頁面框架

2) 配置字段展示規(guī)則：配置每個字段在列表界面和卡片界面的顯隱關(guān)系、排列順序、檢索規(guī)則和顯示樣式等，每個字段可以選擇文本框、下拉框、樹形框、字典項等表現(xiàn)形式，還可以配置手動輸入、查詢選擇、日期選擇等人機(jī)交互方式；

3) 配置人機(jī)交互接口：配置當(dāng)前服務(wù)可以點擊的人機(jī)交互操作按鈕；

4) 配置自定義視圖文件：可以通過載入用戶自定義的JavaScript文件，重寫當(dāng)前服務(wù)的展示頁面。

2.1.4 映射4過程

映射4表示配置服務(wù)模型層的過程，模型層實現(xiàn)當(dāng)前服務(wù)的后臺邏輯運(yùn)算，每個“模型單元”通過控制層的連接與視圖層人機(jī)交互接口一一對應(yīng)；開發(fā)平臺本身提供了增加、刪除、復(fù)制、保存等“固有模型”，同時用戶通過該配置過程也可實現(xiàn)“自定義模型”與人機(jī)交互接口的綁定。

2.2 流程型業(yè)務(wù)設(shè)計模式

流程型業(yè)務(wù)指對于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理需要在多用戶間流轉(zhuǎn)進(jìn)行的業(yè)務(wù)服務(wù)，如處理裝備的維修過程、保養(yǎng)過程、定檢過程、出入庫過程等。基于開發(fā)框架進(jìn)行該類業(yè)務(wù)的開發(fā)模式如圖3所示。

圖3 流程型業(yè)務(wù)開發(fā)設(shè)計流程

流程型業(yè)務(wù)同樣通過開發(fā)框架基于數(shù)據(jù)驅(qū)動生成業(yè)務(wù)界面，對于界面的配置過程與表單型業(yè)務(wù)基本一致，而對于流程型業(yè)務(wù)最重要的是配置業(yè)務(wù)的流程形態(tài)。開發(fā)框架提供可視化的開發(fā)工具，通過拖拽連線的方式實現(xiàn)流程的節(jié)點和流轉(zhuǎn)關(guān)系設(shè)置。

對于流程中每個節(jié)點，可以進(jìn)行的配置如下：

1) 節(jié)點基本信息：如節(jié)點的名稱、節(jié)點界面的顯隱關(guān)系等；

2) 操作權(quán)限：配置當(dāng)前節(jié)點可以增刪改哪些數(shù)據(jù)項或發(fā)起哪些操作，如打回操作、辦結(jié)操作、注釋操作等；

3) 數(shù)據(jù)權(quán)限：配置當(dāng)前節(jié)點可以查看與當(dāng)前業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)種類；

4) 超時配置：配置節(jié)點超過處理時限后的操作；

5) 附加變量配置：配置業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)時節(jié)點間傳遞的附加參數(shù)。

對于流程中每條連接線，可以配置線(線表示流轉(zhuǎn)過程)的基本信息，、條件表達(dá)式(流轉(zhuǎn)條件判斷)、參數(shù)映射關(guān)系和一些附加事件。

2.3 可視化統(tǒng)計型業(yè)務(wù)設(shè)計模式

可視化統(tǒng)計型業(yè)務(wù)指將各類數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計結(jié)果以一種直觀、容易理解的形式呈現(xiàn)給用戶的業(yè)務(wù)。通過開發(fā)框架的數(shù)據(jù)維護(hù)引擎，開發(fā)人員可以將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)直接進(jìn)行相應(yīng)處理后與可視化功能連接，通過一定配置，快速形成高展示度界面，開發(fā)設(shè)計流程如圖4所示。

圖4 可視化統(tǒng)計型業(yè)務(wù)開發(fā)設(shè)計流程

裝備信息系統(tǒng)軟件開發(fā)框架將數(shù)據(jù)引擎與數(shù)據(jù)可視化模塊建立直接關(guān)聯(lián)，極大提高了數(shù)據(jù)展示效率。開發(fā)人員可以從感知與認(rèn)知系統(tǒng)特性、數(shù)據(jù)本身屬性和目標(biāo)任務(wù)決定數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式，可以通過柱狀圖、餅狀圖、折線圖、散點圖等二維、三維圖形對數(shù)據(jù)進(jìn)行多樣化呈現(xiàn)，向用戶展示不同數(shù)據(jù)集的動態(tài)變化趨勢，統(tǒng)計數(shù)據(jù)集的規(guī)模和變化方向，通過圖形圖像的可視化手段達(dá)到幫助用戶輔助分析決策的目的。

3 裝備信息數(shù)據(jù)規(guī)范模型

3.1 規(guī)范模型設(shè)計

裝備信息系統(tǒng)軟件開發(fā)框架旨在為所有該類型軟件提供基礎(chǔ)開發(fā)支撐，針對各類裝備不同的數(shù)據(jù)管理需求，在充分分析裝備數(shù)據(jù)的構(gòu)成、共有屬性、業(yè)務(wù)基本模式等的基礎(chǔ)上，設(shè)計裝備數(shù)據(jù)的規(guī)范模型，通過該模型形成裝備數(shù)據(jù)的解析范式，實現(xiàn)各類裝備信息數(shù)據(jù)的本質(zhì)一致性存儲、檢索和業(yè)務(wù)使用，保證開發(fā)框架的通用性。裝備數(shù)據(jù)的規(guī)范模型基于航天裝備數(shù)據(jù)的信息化標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮裝備涉及的各類型各專業(yè)異構(gòu)多源數(shù)據(jù)的實際情況，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述與封裝標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范模型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 裝備數(shù)據(jù)規(guī)范體系結(jié)構(gòu)

元數(shù)據(jù)用于存儲各種類型的數(shù)據(jù)本身，元信息用于描述元數(shù)據(jù)的定義，即描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，裝備數(shù)據(jù)規(guī)范模型的核心是元信息的結(jié)構(gòu)，其中：

1) 數(shù)據(jù)字典用于指示元信息中各類數(shù)據(jù)的物理意義，如在安全等級字段，字典會將“1”翻譯成“一級”，字典會將“2”翻譯成“二級”；

2) 分類定義用于指示不同字段數(shù)據(jù)的基本類型，如文本、圖片、音頻、視頻等；

3) 維度定義與分類定義配合使用，對數(shù)據(jù)的一些詳細(xì)信息進(jìn)行描述，如文件后綴名、文件大小、文件的存儲位置和方式等；

4) 接口定義用于指示用戶訪問該數(shù)據(jù)的方式，如只讀、讀寫、下載本地等；

5) 安全標(biāo)準(zhǔn)與接口定義配合使用，劃分不同權(quán)限對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)訪問方式。

本文的元信息結(jié)構(gòu)中還設(shè)計了一定的預(yù)留字段，在后續(xù)使用中，當(dāng)增加了某些不在元信息描述范疇內(nèi)的元數(shù)據(jù)時，可以方便開發(fā)人員進(jìn)一步擴(kuò)展。

3.2 數(shù)據(jù)維護(hù)引擎

開發(fā)框架包含基于數(shù)據(jù)規(guī)范模型的數(shù)據(jù)維護(hù)引擎，該引擎可以實現(xiàn)對各種類型的裝備數(shù)據(jù)的封裝、存儲和索引；通過封裝后的所有裝備數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)“自識別”，即數(shù)據(jù)本身通過系統(tǒng)元數(shù)據(jù)庫功能可以實現(xiàn)跨專業(yè)、跨格式、跨應(yīng)用查詢、檢索、獲取、解析和利用。數(shù)據(jù)維護(hù)引擎的作用流圖如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)維護(hù)引擎工作示意圖

開發(fā)人員通過引擎在規(guī)范模型的約束下建庫，簡化了專業(yè)業(yè)務(wù)人員的建庫工作，為系統(tǒng)提供了良好的可操作性。軟件使用時，在導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)階段，需為當(dāng)前文件配置一個xml格式的索引文件，引擎通過索引文件將原始外部文件封裝；在用戶訪問階段，引擎通過解析元信息將數(shù)據(jù)還原。基于本文設(shè)計的元數(shù)據(jù)引擎，可為開發(fā)框架提供高靈活性、適應(yīng)性的數(shù)據(jù)處理接口，是開發(fā)框架保持通用性的核心方法。

4 實踐效果

利用開發(fā)框架可以實現(xiàn)基于底層數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)一鍵式快速生成含有人機(jī)交互界面的業(yè)務(wù)模塊，業(yè)務(wù)呈現(xiàn)形式可以根據(jù)數(shù)據(jù)使用需求在多種模態(tài)間切換。開發(fā)框架可以將在框架外部實現(xiàn)的復(fù)雜業(yè)務(wù)處理方法與業(yè)務(wù)服務(wù)快速關(guān)聯(lián)(圖7～8分別為表單型和流程型業(yè)務(wù)配置界面)，進(jìn)一步通過界面的配置實現(xiàn)軟件整體的敏捷搭建。

圖7 表單型業(yè)務(wù)配置界面

圖8 流程型業(yè)務(wù)配置界面

開發(fā)人員通過數(shù)據(jù)引擎提供信息數(shù)據(jù)集中注冊和管理的平臺，按照數(shù)據(jù)規(guī)范模型的約束和指導(dǎo)，實現(xiàn)對于所有信息數(shù)據(jù)在邏輯上的創(chuàng)建、存儲、管理及檢索操作，數(shù)據(jù)注冊過程具有很強(qiáng)的通用性，通過權(quán)限配置和過濾規(guī)則模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)權(quán)限的快速設(shè)置。

目前，本文提出的快速設(shè)計框架已有效應(yīng)用于數(shù)個運(yùn)載火箭以及導(dǎo)彈裝備的裝備信息系統(tǒng)中；尤其在裝備全壽命保障體系的研制論證階段，利用本框架可以實現(xiàn)1-2天內(nèi)快速形成原型軟件系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)開發(fā)模式研制效率提升5倍以上。

5 結(jié) 論

本文提出的裝備信息系統(tǒng)軟件快速設(shè)計框架，形成了一套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息管理類軟件設(shè)計模式以及配套的輔助開發(fā)工具，具備支撐軟件快速研發(fā)、規(guī)范裝備性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)效果的優(yōu)點?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動的開發(fā)模式與裝備信息類軟件設(shè)計過程的高度匹配，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性、降低了研制成本，是該類軟件研發(fā)的一種高效的技術(shù)手段和整體解決方案。