基于Web的艦船裝備IETM系統設計與實現*

胡 平 顧雪峰 徐海珠

(1.海軍工程大學科研部 武漢 430074)(2.海軍裝備研究院 北京 100161)

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基于Web的艦船裝備IETM系統設計與實現*

胡 平1顧雪峰1徐海珠2

(1.海軍工程大學科研部 武漢 430074)(2.海軍裝備研究院 北京 100161)

裝備信息化維修保障一直是相關研究機構關注的重要內容,艦船裝備交互式電子技術手冊(IETM)的研究和應用對海軍信息化建設和提高裝備保障能力具有十分重要的意義。論文分析了IETM開發的關鍵技術,設計了基于Web的艦船裝備IETM系統,對推進海軍維修信息化建設具有重大推進作用。

艦船裝備; 維修保障; 交互式電子技術手冊

Class Number TP393

1 引言

海軍作為國防力量的重要組成部分,是擔負海上作戰任務的現代化合成戰略軍種。海軍擁有比其他軍種更多、更復雜的裝備,隨著這些裝備復雜性的快速增長,其維修保障過程中突顯出來的問題也越來越嚴重[1]。目前大多數技術資料仍以紙質形式存儲[2～3],數字化程度低,導致在編制、運輸、使用、存儲等過程中將浪費大量的人力和物力,裝備保障工作缺乏高效性、規范性、準確性、全面性和延續性的問題日益突顯[4]。為了滿足海軍艦船裝備維修、保障、教學訓練要求,實現裝備保障的信息化、數字化、網絡化和智能化,進行了某型海軍艦船裝備交互式電子技術手冊的開發研究。交互式電子技術手冊(Interactive Electronic Technical Manual,IETM)作為一種先進的裝備技術保障輔助手段,通過交互方式為使用人員提供詳盡的技術信息支持,能夠明確裝備基本理論、規范維修保障流程、操作使用步驟和故障檢查維修過程,顯著提高裝備的維修保障能力。

2 IETM開發的關鍵技術

IETM是一個開放的、通用的框架體系,涉及到很多技術。本文圍繞IETM技術信息從描述、存儲到顯示的流程,論述其實現的關鍵技術。

2.1 基于XML的數據描述

為了實現信息的共享和重用,IETM的數據描述方法應該是中性的、易于數據交換的,國際IETM技術標準推薦使用可擴展標記語言(eXtensible Markup Language,XML)作為IETM數據的描述語言[5]。采用XML格式描述艦船裝備的技術資料能夠更好地反映技術資料的樹狀層次結構,符合用戶對技術數據的需求,是艦船裝備IETM最佳的描述語言[6]。

2.2 數據存儲技術

在一個IETM項目中,存在成千上萬的數據模塊,這些技術信息都以XML文檔的形式存在,因此如何對XML進行有效地存儲和管理,方便系統使用和查詢,是IETM的關鍵技術之一。本文使用“元數據”+“文件”的存儲方式進行數據模塊的存儲,即將數據模塊以其文檔結構層次進行劃分,將IETM系統經常用到的、細粒度的數據(標識和狀態節)進行分解,將得到的元數據存儲到關系數據庫表對應的字段中;然后將整個XML文檔作為一個整體,存儲到一個二進制大對象字段(Binary Large OBjects,BLOB)字段中,這樣所有數據模塊存儲在一個表中,一個數據模塊對應一條記錄。

2.3 瀏覽顯示技術

瀏覽顯示是IETM技術信息靈活組織的終端表現形式,也是用戶獲取技術信息最直接、最直觀的顯示界面。瀏覽顯示設計的好壞直接影響到IETM系統的性能。數據模塊以XML文檔的形式存在,XML文檔內容與表現形式是分離的,通常使用級聯樣式表(Cascading Style Sheet,CSS)和可擴展樣式語言(eXtensible Stylesheet Language,XSL)為數據的顯示提供發布機制[7]。

3 系統設計

某型艦船裝備IETM系統選用基于ASP.NET和SQL Server的解決方案,采用基于Web的三層B/S架構、基于ADO.NET的數據訪問技術,用面向對象的C#進行開發。

3.1 軟件體系結構設計

通過對艦船裝備IETM的綜合分析,將系統技術信息存儲在服務器中,以便實施信息的集中存儲,滿足技術資料管理要求。客戶端使用通用的瀏覽器軟件,通過訪問服務器獲取需求的信息。二者之間的接口由Web服務器完成,負責接收瀏覽器請求,完成相應的業務邏輯,將結果返回給瀏覽器。因此本系統采用三層B/S結構,即應用層、服務層和數據層,如圖1所示。

圖1 軟件體系結構圖

圖1中,第一層是應用層,主要完成對用戶的接口功能,使用人員通過該層向Web服務器提出服務請求,也可以將相應的資源顯示在瀏覽器端,完成使用人員權限允許范圍內的請求操作;第二層是服務層,主要負責接受應用層用戶的操作請求,通過與數據庫連接,完成相應的業務邏輯,將請求結果通過HTTP協議返回給瀏覽器端;第三層是數據層,用于存儲IETM系統的數據。鑒于實際需要,本文將數據庫服務器和Web服務器合二為一,在這種基于Web的架構體系上,IETM內容數據主要存儲在數據庫服務器的數據庫中并由數據庫管理系統(DBMS)管理,應用服務器處理Web服務器和數據庫服務器之間的數據訪問和對話請求,它和數據庫共同完成數據讀取、修改,這種模型具有良好的系統安全性。

3.2 系統功能設計

根據上述需求分析的結果,結合上述體系結構的設計要求,本文采用按功能劃分子系統的方法進行系統的設計與實現,打破傳統的軟件體系結構,在功能聯系相對薄弱的地方將整個系統進行分為幾個子系統,然后對每個子系統進行獨立設計,這樣可以保證思路清晰,便于設計、開發以及后期的維護,使得系統具有很好的開放性和維護性。所以按照內聚性強、耦合性弱的模塊化設計方法,本文提出的子系統劃分方法如圖2所示。

圖2 按功能劃分子系統

1) 數據模塊創作子系統

艦船裝備IETM的主要用途是指導艦員級維修保障。本文根據海軍艦船裝備保障實際業務需求,將艦船技術信息分為部件、描述性、人員、程序、故障、維修計劃和過程數據七類數據模塊,如圖3所示。

圖3 數據模塊分類

為了描述和約束XML文檔結構,XML必須滿足一定的模式,本系統選用XML-Schema來定義XML文檔結構。在確定好技術信息分類以后,對收集到的數據進行分析,確定數據之間的關系和組織信息的方法。針對各類信息的模式定義了一套適合其特點的關于標記和屬性的語法規則,建立不同信息分類數據模塊的XML-Schema,最后在數據模塊創作軟件XMLSpy導入各類型的XML-Schema,按照生成約束框架對數據模塊進行創作。

2) 多媒體制作子系統

在IETM系統中,需要用到插圖、動畫、視頻等多種多媒體數據,它們具有直觀、形象等特點,能夠避免冗長的文字描述,幫助用戶快速地理解技術信息。數據模塊通過標記〈figure〉、〈multimedia〉來引用多媒體數據,以實現整個維修保障技術信息的完整性,這些多媒體數據需要和引用它的數據模塊一起顯示給用戶。

IETM插圖主要有位圖和矢量圖兩種格式,推薦的位圖格式有PNG、JPG、GIF等,矢量圖使用CGM格式。

本文在實際操作中采用矢量圖與位圖相結合的方式制作IETM系統中的插圖信息。首先將其它格式的圖形或CAD工程圖轉換或輸出成標準的格式如PNG、JPG等,再將原始設計圖紙和紙質技術資料中非常清晰的圖像(一般是原理圖、示意圖)經過掃描處理,轉化為壓縮率比較大的位圖格式。由于這些圖像一般僅為較簡單的彩色線條,故壓縮后圖像質量損失幾乎可以不計。對于設計圖紙及紙質技術資料均不清晰的圖像,使用AutoCAD重新繪制。圖像繪制結束之后,將其存儲為CGM格式,之后使用專用的CGM圖像編輯系統,為CGM圖像添加相關的熱區鏈接。

系統中為部分裝備原理、組成結構等復雜的技術信息,利用Adobe flash工具制作了明確易懂的動畫,對裝備的運行原理、結構組成進行形象的說明。對于一些典型的維護保養、使用操作、故障隔離等任務,通過實地拍攝、制作視頻,作為IETM數據的一部分。

3) CSDB管理子系統

CSDB管理子系統可實現用戶管理、數據模塊和出版物模塊管理、數據導入與導出、數據存儲與管理等功能。CSDB管理子系統處于IETM信息流程的中間環節,負責信息對象的存儲、管理與發布,CSDB管理子系統用于IETM制作時,存儲和管理信息數據,發布技術信息。因此本文認為CSDB管理子系統應具有以下功能:

(1)用戶/權限管理

IETM用戶包括多種類型,為了有效地控制用戶獲取權限以外的功能,有必要對系統用戶和權限進行管理。

(2)數據模塊、多媒體數據管理

完成對數據模塊、多媒體數據進行查找、查看、添加、刪除等功能。

(3)數據模塊編碼(DMC)、信息控制碼(ICN)管理

DMC是數據模塊標準化、結構化的標識,ICN是插圖和多媒體模塊的唯一標記符,因此需要對它們進行維護。

(4)數據模塊需求列表(DMRL)管理

DMRL是IETM項目中計劃、管理和控制數據模塊的工具。因此需要對DMRL進行定義和管理。

(5)出版物模塊(PM)管理

PM是用于定義、準備和管理數據模塊的通用出版物,組織數據模塊的順序與結構,用于技術信息的分發,因此需要對出版物模塊結構樹進行管理。

(6)數據導入與導出

為了實現數據的共享和重用,系統應能實現XML數據的導入和導出。

(7)數據備份與恢復

為了數據的安全,防止發生以外,管理員應不定期地對數據進行備份,在需要的時候再進行選擇恢復。

4) 前臺瀏覽顯示子系統

本文利用Web服務器擔任XML中性存儲器與技術信息分發管理器,利用通用的IE瀏覽器擔任前端顯示器。根據IETM交互性要求以及實際用戶需求,本文設計的瀏覽顯示子系統的框架結構和流程如圖4所示。

圖4 瀏覽顯示框架結構

瀏覽顯示不僅要滿足一定的技術標準,而且要適用于裝備使用、維修等環境下的艦員交互。因此,本文根據標準的約定和實際應用的需要,設計瀏覽顯示框架主要基于Web的瀏覽器外觀模式,遵循統一的標準,包括菜單、彈出式對話框、文本框、圖形框和導航按鈕等,還為用戶提供交互的手段,包括信息瀏覽、查詢、導航、打印等功能。

4 結語

本文分析了現階段海軍艦船裝備維修保障能力的問題和解決方法,對IETM相關技術關鍵進行了分析,針對艦船裝備IETM的特點,對系統進行了詳細設計,最后以某型艦船裝備為例進行了設計實現。該IETM系統可用于輔助維修,人員培訓,可大大提高裝備的維修水平,是裝備維修信息化建設的重要組成部分。

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Design and Implementation of IETM System in Warships Equipment Based on Web

HU Ping1GU Xuefeng1XU Haizhu2

(1. Office of Research & Development, Naval University of Engineering, Wuhan 430033) (2. Naval Academy of Armament, Beijing 100161)

The informatization of equipment maintenance support is always an important attention content of the related research organizations. The research and application of interactive electronic technical manual(IETM) on warships equipment has great significance to speed up the informatization of naval construction and improve support capability. The IETM development of key technologies is analyzed and the warships equipment IETM System based on Web is designed in this paper, and it has great propelling effect on equipment informatization.

warships equipment, maintenance support, interactive electronic technical manual

2014年12月16日,

2015年1月27日

胡平,男,博士,工程師,研究方向:艦船武器系統。顧雪峰,男,碩士,工程師,研究方向:裝備保障。徐海珠,男,博士,工程師,研究方向:信號處理和仿真技術。

TP393

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.026