軒振原，詹珂昕，楊 鑫，李國順

（1.中國鐵道科學研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；3.中國鐵道科學研究院集團有限公司 機車車輛研究所，北京 100081）

我國動車組自2007年上線運行以來，積累了大量非結(jié)構(gòu)化的技術(shù)資料與文檔，這些技術(shù)信息包含的種類繁多、技術(shù)含量高，且各部分相互聯(lián)系。目前，已有的對動車組技術(shù)文件管理的研究主要集中在針對技術(shù)文件的分類管理和流程管理等方面[1-2]，尚未形成標準化、常態(tài)化的技術(shù)信息編制，管理和發(fā)布環(huán)境，編寫流程不夠規(guī)范，且缺乏可追溯性[3]。

本文在前人研究的基礎上，提出了通過引入更先進的交互式電子技術(shù)手冊，設計符合我國動車組運維的動車組交互式電子技術(shù)手冊（IETM，Interactive Electronic Technology Manual） 管 理 平 臺（簡稱：動車組IETM管理平臺），規(guī)范動車組相關(guān)技術(shù)文件的類型劃分與內(nèi)容格式，明確主機廠與中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）及其內(nèi)部各單位之間的業(yè)務流程，形成全國鐵路技術(shù)信息的編制導則與規(guī)范。

IETM是一種按照標準的數(shù)字格式編制，采用文、圖、表、音、視等形式，以人機交互方式提供裝備基本原理、操作和維修內(nèi)容的技術(shù)出版物，IETM將靜態(tài)的傳統(tǒng)紙質(zhì)技術(shù)資料演變?yōu)橐粋€動態(tài)的信息系統(tǒng)，提升了用戶的使用體驗和效率[4]。

目前，IETM在航空、軍工等高端復雜裝備領(lǐng)域得到了廣泛應用，國內(nèi)研究人員對基于S1000D標準的IETM設計已具有初步理論體系。王學奇等人[5]提出了IETM的定義與XML文檔標準，并開發(fā)了某型飛機的軍械檢測系統(tǒng)的電子手冊；李宗亮[6]依據(jù)S1000D標準，完成了整個IETM平臺的一個子系統(tǒng)公共源數(shù)據(jù)庫的原型系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)；陳飛[7]以某飛機發(fā)動機葉片的技術(shù)資料手冊為例，設計了以XML數(shù)據(jù)為管理對象的基于B/S模式的 IETM 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；王國輝等人[8]以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為基礎, 針對裝甲裝備數(shù)據(jù)存儲提出了IETM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計方案，為IETM數(shù)據(jù)庫開發(fā)提供了理論依據(jù)。IETM的應用有效地提高了裝備維護維修、輔助人員訓練和技術(shù)資料管理的效率。國內(nèi)動車組制造企業(yè)也已經(jīng)開始了動車組IETM技術(shù)的研究，但還不成熟，因此，自主研發(fā)動車組IETM管理平臺具有重要的理論價值和實際意義。

1 動車組IETM管理平臺架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

總體架構(gòu)設計依據(jù)“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一平臺”的原則，采取總體規(guī)劃分步建設的方式完成，具有實用性、安全性、可擴展性和可維護性的特點。動車組IETM管理的業(yè)務對象主要有制造方和運營方2類：制造方即主機廠，主要負責動車組技術(shù)手冊的編制與維護；運營方指由國鐵集團、鐵路局集團公司、動車段構(gòu)成的三級管理架構(gòu)。

動車組IETM管理平臺按業(yè)務內(nèi)容，分為主機廠IETM轉(zhuǎn)發(fā)平臺和國鐵集團及下屬單位IETM平臺。其中，國鐵集團、鐵路局集團公司、動車段IETM平臺統(tǒng)一搭建。平臺之間的信息依托鐵路機輛信息管理平臺進行傳輸，技術(shù)文件在各個機構(gòu)之間循環(huán)流轉(zhuǎn)，形成流程管理的閉環(huán)；技術(shù)內(nèi)容的編制維護，與實際生產(chǎn)過程中的運用檢修和動車組的技術(shù)狀態(tài)保持同步一致，形成內(nèi)容管理的閉環(huán)。動車組IETM管理平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 動車組 IETM 管理平臺總體架構(gòu)

1.2 邏輯架構(gòu)

動車組IETM管理平臺邏輯架構(gòu)如圖2所示。

圖2 動車組 IETM 管理平臺邏輯架構(gòu)

動車組IETM管理平臺的邏輯架構(gòu)可自下而上劃分為以下層面[9]。

（1）基礎設施層。為管理平臺提供必要的硬件和基礎軟件支撐。

（2） 數(shù)據(jù)來源層。確定管理平臺的數(shù)據(jù)范圍，包括由制造方內(nèi)部與運營方系統(tǒng)產(chǎn)生的動車組技術(shù)文件的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)支撐層。采集、收取數(shù)據(jù)來源層中的結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并為數(shù)據(jù)提供管理與存儲。

（4）業(yè)務流程層。實現(xiàn)核心功能，結(jié)合用戶需求，將各項功能封裝為數(shù)據(jù)接口形式和發(fā)布接口形式，為用戶提供各項數(shù)據(jù)相關(guān)的應用。

（5）終端應用層。通過各種文字編輯、專業(yè)設計工具或者瀏覽器，以C/S和B/S兩種方式實現(xiàn)客戶終端與服務器之間的應用交互。不同機構(gòu)的動車組IETM管理平臺以主從站點的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，外部系統(tǒng)則通過數(shù)據(jù)傳輸中間件與系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換共享。

1.3 功能架構(gòu)

結(jié)合動車組IETM管理平臺總體架構(gòu)與邏輯架構(gòu)，該平臺具有編寫、管理、發(fā)布3個應用模塊，功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 動車組 IETM 管理平臺功能架構(gòu)

（1）編寫。在編寫階段，創(chuàng)作人員使用專業(yè)的結(jié)構(gòu)化編輯器和插圖制作工具進行動車組技術(shù)資料的寫作，編寫符合編碼標準的數(shù)據(jù)模塊。結(jié)構(gòu)化編輯器與公共源數(shù)據(jù)庫進行集成， 創(chuàng)作生成的數(shù)據(jù)模塊可檢入公共源數(shù)據(jù)庫進行管理。

（2）管理。內(nèi)容管理平臺是建立在Oracle數(shù)據(jù)庫之上的S1000D公共源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)動車組技術(shù)文件的內(nèi)容管理，是平臺的核心，主要管理內(nèi)容包括信息碼、數(shù)據(jù)模塊和部件字典等。在技術(shù)資料內(nèi)容管理中，管理者可以創(chuàng)建、配置、修訂和管理符合編碼標準的技術(shù)文件，維護動車組運用檢修項目中的內(nèi)容。

（3）發(fā)布。動車組IETM管理平臺的發(fā)布是指建立符合編碼標準的動車組技術(shù)文件發(fā)布模塊，進行技術(shù)文件的內(nèi)容組織、驗證和動態(tài)發(fā)布。平臺可以按照組織要求將相關(guān)的 XML 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)內(nèi)容進行組合，通過發(fā)布引擎將技術(shù)文件發(fā)布成 PDF 格式或交互式電子手冊Web格式，可以查看文字、圖片、音頻、視頻和模型等內(nèi)容。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)模塊編碼

IETM具有很多標準，其中，S1000D依靠其數(shù)據(jù)模塊與公共源數(shù)據(jù)庫的核心概念得到廣泛應用[10]。S1000D標準是一個XML格式的電子出版物國際規(guī)范，遵循該標準的技術(shù)手冊數(shù)據(jù)存儲在公共源數(shù)據(jù)庫中，公共源數(shù)據(jù)庫的中心內(nèi)容是數(shù)據(jù)模塊。數(shù)據(jù)模塊是IETM中最小的獨立信息單元，包含文本、表格和其他可解析的數(shù)據(jù)，插圖和其他格式的數(shù)據(jù)不直接包含在數(shù)據(jù)模塊中，通過引用機制進行調(diào)用。動車組IETM管理平臺以數(shù)據(jù)模塊組織信息內(nèi)容，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的模塊化創(chuàng)建和存儲，與傳統(tǒng)的技術(shù)文件形式相比，基于S1000D的技術(shù)信息更利于編制、管理和使用，便于IETM的制作和應用。

基于S1000D的IETM制作過程主要包含以下3個關(guān)鍵點。

（1）編碼關(guān)系。IETM由技術(shù)出版物模塊發(fā)布后生成，技術(shù)出版物模塊定義了出版物內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，每個技術(shù)出版物模塊由一個或多個數(shù)據(jù)模塊組成，數(shù)據(jù)模塊是自我包含的獨立完整單元，可以在不同的技術(shù)出版物模塊之間引用。各技術(shù)出版物模塊、數(shù)據(jù)模塊及各類素材文件均使用編碼的方式進行引用，技術(shù)出版物模塊通過引用數(shù)據(jù)模塊編碼將需要的數(shù)據(jù)模塊包含到技術(shù)出版物模塊中，數(shù)據(jù)模塊通過引用信息控制編碼，將需要的圖片、矢量圖、三維圖、音頻和視頻等素材文件包含到數(shù)據(jù)模塊。動車組IETM編碼關(guān)系如圖4所示。

圖4 動車組 IETM 編碼關(guān)系

以動車組檢修類手冊為例，其技術(shù)出版物模塊包含檢修計劃類數(shù)據(jù)模塊或程序類數(shù)據(jù)模塊。檢修計劃類數(shù)據(jù)模塊提供了維修項目、周期等信息；程序類數(shù)據(jù)模塊提供了維修程序所需的工具、作業(yè)流程及注意事項等信息，可引用圖片、矢量圖、三維圖、音頻和視頻等素材文件。

（2）數(shù)據(jù)模塊編碼標準。數(shù)據(jù)模塊編碼設計是結(jié)構(gòu)化工作的核心環(huán)節(jié)，根據(jù)S1000D編碼規(guī)范，結(jié)合動車組IETM的實際情況，定義8個代碼段，共37 bit字符[11]。數(shù)據(jù)模塊編碼各碼段描述如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)模塊編碼各碼段描述

數(shù)據(jù)模塊編碼結(jié)構(gòu)定義如圖5所示。其中，“Y”標識碼段字符是大寫英文字母或數(shù)字，其范圍是字母“A”至“Z”（不包含“I”和“O”）、數(shù)字“0”至“9”。

圖5 數(shù)據(jù)模塊編碼結(jié)構(gòu)示意

以動車組檢修類手冊為例，將編號為CR400BFM2-3120-001的CR400BF型動車組齒輪箱檢查與換油（戚墅堰）二級修維修卡片按照上述編碼標準拆分為數(shù)據(jù)模塊編碼，拆分示例如圖6所示。

圖6 二級修維修卡片拆分示例

2.2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲

按照《交互式電子技術(shù)手冊 第3部分：公共源數(shù)據(jù)庫要求》（GB/T 24463.3—2009），公共源數(shù)據(jù)庫可以采用數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行管理，包含數(shù)據(jù)模塊、與數(shù)據(jù)模塊相關(guān)的插圖、出版物模塊等內(nèi)容?；趪覙藴实墓苍磾?shù)據(jù)庫用于集中存儲、管理技術(shù)文件信息，提供單一數(shù)據(jù)源管理。

公共源數(shù)據(jù)庫中存儲和管理的信息對象根據(jù)其是否可由XML描述分為兩類[12]：作為XML對象的數(shù)據(jù)模塊、出版物模塊等內(nèi)容；圖解、三維圖、音視頻和其他非XML對象數(shù)據(jù)。公共源數(shù)據(jù)庫存儲的每一信息對象都提供了唯一的標識，對于XML對象以編碼方式標識，例如數(shù)據(jù)模塊、出版物模塊的標識分別為數(shù)據(jù)模塊編碼、出版物模塊編碼。圖解、多媒體和其他非XML對象數(shù)據(jù)的標識則為信息控制碼。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸與共享

按照統(tǒng)一的編碼標準進行技術(shù)文件編寫時，動車組IETM管理平臺支持各單位以數(shù)據(jù)模塊形式作為載體，進行技術(shù)文件相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸和交換，即合作單位編寫的數(shù)據(jù)模塊及其引用的技術(shù)插圖、多媒體等信息可以導出傳遞至管理平臺，與平臺中的數(shù)據(jù)模塊匯總后統(tǒng)一進行出版發(fā)布，也可以將數(shù)據(jù)模塊系統(tǒng)導出給其他單位使用。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要包括以下2方面。

（1）數(shù)據(jù)傳輸。動車組IETM管理平臺依據(jù)S1000D 基于文件的數(shù)據(jù)傳輸標準，支持數(shù)據(jù)交換規(guī)則建立，如對數(shù)據(jù)的編制、數(shù)據(jù)包文件格式，以及交換數(shù)據(jù)包的形式、文件類型和命名規(guī)范進行統(tǒng)一規(guī)定；自動按交換規(guī)則在導出數(shù)據(jù)包創(chuàng)建時進行約束，同時對導入數(shù)據(jù)包進行檢查；數(shù)據(jù)傳輸檢驗，即動車組IETM管理平臺提供數(shù)據(jù)包導入/導出的檢驗功能，包括數(shù)據(jù)交換規(guī)則的符合性檢查、數(shù)據(jù)交換包的數(shù)據(jù)完整性檢查、數(shù)據(jù)的正確性檢查。

（2）數(shù)據(jù)共享。動車組IETM管理平臺需要與動車組管理系統(tǒng)等鐵路內(nèi)部應用系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不同單位的站點之間，也必須實現(xiàn)技術(shù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的同步。國鐵集團內(nèi)部各單位和主機廠之間的數(shù)據(jù)通信，還需要跨越鐵路局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間的信息安全平臺。對于鐵路內(nèi)部各應用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享的需求，采用Web Service作為本平臺與鐵路內(nèi)部應用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)獲取和反饋的關(guān)鍵技術(shù)。

3 結(jié)束語

我國高速鐵路運營與維護體系建設的全面開展，對現(xiàn)有動車組技術(shù)標準管理體系和流程進行了較大調(diào)整，對動車組技術(shù)手冊的信息化管理也提出了更高、更精細化的要求[13]。動車組IETM管理平臺提高了編制與管理的便捷性與實用性。本文對實現(xiàn)該管理平臺的關(guān)鍵技術(shù)進行了初步研究，給出了動車組IETM管理平臺總體框架。運用信息技術(shù)手段的同時參考其他行業(yè)成熟的標準，建立我國的高速鐵路管理標準，構(gòu)建鐵路技術(shù)信息發(fā)布、知識共享的平臺是需要進一步的研究內(nèi)容。