國內外裝備綜合保障標準數據模型分析

卿光輝，李文贊，馬　超

（中國民航大學航空工程學院，天津　300300）

國內外裝備綜合保障標準數據模型分析

卿光輝，李文贊，馬超

（中國民航大學航空工程學院，天津300300）

裝備綜合保障標準在產品設計、制造和維護各階段發揮著非常重要的作用，是推進各行業尤其是航空航天業發展的關鍵力量。采用對比分析法，從當前國內外裝備綜合保障標準入手，闡述了裝備綜合保障的發展過程，對MIL-STD-1388-2B、GJB 3837-99、GEIA-STD-0007標準所采用的數據模型進行對比分析。研究表明，MIL-STD-1388-2B、GJB 3837-99采用樹結構數據模型，GEIA-STD-0007采用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法建立數據模型。其中GEIA-STD-0007標準數據模型在數據庫建立以及電子技術手冊生成方面有較大優勢。最后，針對中國裝備綜合保障研究現狀，給出對國軍標GJB3837-99改進的建議。

標準；綜合保障；數據模型；結構樹；EXPRESS-G

一種裝備，從其方案論證到設計、生產、部署使用、維修保養，直到回收再處置的全壽命周期過程中，會產生大量的數據和信息[1]。對這些信息和數據進行記錄、處理和應用是保障性分析工作的主要內容[2]。由于保障性分析信息和數據在各個領域應用廣泛、作用重大，記錄和處理工作十分繁雜，因此近年來日益得到重視。目前，中國已參照美軍標MIL-STD-1388-2B，結合國家綜合保障實際情況，對其進行適當的裁剪，制定了國軍標GJB 3837-99《裝備保障性分析記錄》，提出了有關保障性分析數據記錄要求，對保障性分析記錄進行規范。隨著數據處理技術不斷發展，裝備保障性分析工作迎來新的挑戰。為適應裝備綜合保障發展現狀，美國政府電子與信息技術協會在美軍標MILSTD-1388-2B的基礎上進行改進和升級，制定了GEIA-STD-0007標準。

在目前各類裝備研制全球化的商業模式中，中國處于剛起步階段，當務之急是與國際標準快速接軌，提出適合中國國情的綜合保障標準數據模型，后續更需要進一步參與到國際性標準化活動中，逐步從跟隨者成為參與者，最終實現主導者角色轉化[3]。

1　國內外裝備綜合保障標準及其關系表

1.1國軍標GJB 3837-99《裝備保障性分析記錄》

中國的裝備綜合保障工程是在20世紀80年代根據國外“綜合后勤保障”的概念提出來的。結合中國國情軍情，跟蹤國外發展動態，在消化、吸收和借鑒國外經驗的基礎上，于1999年8月3日由中國人民解放軍總裝備部批準發布GJB 3837-99《裝備保障性分析記錄》，2000年1月1日開始實施。

該標準規定裝備保障性分析記錄的數據單元、關系表結構和建立保障性分析記錄數據處理系統的要求，提供了保障性分析記錄報告的種類和推薦格式。其適用于有保障性分析要求的裝備，應和GJB 1371《裝備保障性分析》配合使用，根據合同中規定的GJB 1371的工作項目和資料項目要求，對GJB3837-99進行剪裁和應用。關系表樣式和內容如圖1所示。

圖1為A類關系表的使用與維修要求。A類關系表包括產品的預期使用、使用與維修環境和必須滿足的維修要求有關的信息，主要有使用與維修要求、戰時和平時使用與維修要求、維修級別要求、基層級要求、使用與維修技能要求、戰時和平時補充要求說明、可靠性要求、共用性要求、維修級別專用數據、使用與維修裝運要求等。

圖1　GJB 3837-99標準A類關系表數據結構Fig.1　Data structure of GJB 3837-99 standard A class relational table

參照關系表，可根據裝備研制的類型、所處的研制階段、經費限制條件等生成保障性分析記錄報告。保障性分析記錄報告是按照綜合保障的專業工作分類，利用保障性分析的結果編制而成的，用于影響設計、規劃所需的保障資源，作為研制保障資源和編制技術文件的原始數據。

1.2美軍標MIL-STD-1388-2B

裝備綜合保障起源于美軍的綜合后勤保障。在第二次世界大戰中，后勤保障問題并沒有凸現出來。二次世界大戰以后，美軍開始大量裝備具有電子設備的裝備。在朝鮮戰爭和越南戰爭中，裝備的開箱合格率很低（電子設備大約只有50%），故障率高、備件需求量大、維修工作頻繁[4]。為推動綜合后勤保障工作的開展，美國國防部于1973年頒布了MIL-STD-1388-2B《國防部對后勤保障分析記錄的要求》（Dod Requirements For a Logistics Support Analysis Record）軍用標準，規定了所有裝備均應開展后勤保障分析工作。

MIL-STD-1388-2B共有104張表格，518種數據單元，主要包括10大類二維數據表格。這10類表格全面客觀地反映了保障性分析過程及其產生的數據，對其進行分類、歸納總結，建立裝備保障性分析記錄（LSAR，logistics supportability analysis record）數據庫，為交互式電子技術手冊（IETM，interactive electronic technical manual）的生成提供了原材料。關系表的樣式和內容如圖2所示。

根據圖2可以生成如下報告：

1）XA—AI

裝備—模擬運行—模擬運行和維護水平；

2）XA—XB—XC—AJ（AK）

裝備—裝備代碼—系統與最終產品—使用與維修裝運要求（啟程-到達）—系統與最終產品說明；

3）XA—XB—AG（AH）

裝備—裝備代碼—可靠性要求（通用性與互操作性）；

4）XA—XB—AA—AB—（AF；AC）—（AD；AE—GA）

裝備—裝備代碼—使用與維修要求—戰時/平時使用要求—（戰時/平時附加要求說明；維修級別要求）—（基層級要求；操作技能與維護要求）—技術專業。

報告格式與LSA-002（Logistics Support Analysis Record-002）維修匯總報告相似，不再贅述。

1.3美國GEIA-STD-0007標準

美國政府電子與信息技術協會（GEIA，government electronicsandinformationtechnologyassociation）GEIA-STD-0007標準《產品保險數據》（logistics product data）應用一種新的方式來定義保障性分析記錄（LSAR）數據結構，改進了以前標準應用過程復雜、實施范圍小和效果差等缺點。

制定GEIA-STD-0007標準的目的是促使保障性要求成為系統和設備要求的組成部分，以影響系統和設備的設計，盡早確定綜合保障存在的問題與費用需求，確定使用階段所需的保障資源以及建立保障信息的數據庫。其目標是提高系統和設備的保障性與戰備完好性、優化壽命周期費用與保障資源，以求在費用、進度、性能與保障性之間達到最佳平衡[5]。

圖2　MIT-STD-1388-2B標準A類關系表結構Fig.2　Class A relational table structure of MIT-STD-1388-2B standard

與MIL-STD-1388-2B不同，其為后勤產品數據定義了一種可以獨立運行和可裁剪的結構化詞表，而且不必具體說明數據（如關系表）是如何存儲在一個數據庫中的。其只專注于利用所需的結構化信息促進系統間的數據傳輸并使用可擴展標記語言（XML，extensible markup language）綱要來定義這個結構。GEIA-STD-0007關系表結構如圖3所示。

圖3　GEIA-STD-0007關系表結構Fig.3　Class A relational table structure of GEIA-STD-0007 standard

圖3中方框代表數據實體（Entity），各數據實體通過尾端帶有圓圈的實線相連，是一種典型的EXPRESS-G表達方式。以圓圈結束的實體為父型實體（Supertype Entity），不帶圓圈的實體為子型實體（Subtype Entity）。根據關系表可生成如下數據報告：

1）XA—XB—CA—XL—HK

裝備—保障性分析—任務需求—技術手冊—手冊說明；

2）XA—XB—XG

裝備—保障性分析—功能性與物理性的分析；

3）XA—XB—XZ—XT

裝備—保障性分析—保障性分析控制文件—保障性分析結論。

1.4基于關系表的對比分析

通過對比發現，國軍標GJB 3837-99、美軍標MILSTD-1388-2B、美國政府電子與信息技術協會標準GEIA-STD-0007的關系表內容大致是相同的,都存儲了有關綜合保障的數據單元。GJB3837-99的數據單元與MIL-STD-1388-2B相比較少，在定義上也不夠明確。GEIA-STD-0007標準基本沿用了MIL-STD-1388-2B的關系表，在數據單元的定義上也相同。因此，在中國新標準的制定過程中，一定要將GJB3837-99刪減的、符合中國現狀的關系表和數據單元補充回來。

2　裝備綜合保障標準采用的數據模型

數據（Data）是描述事物的符號記錄，模型（Model）是現實世界的抽象。數據模型（Data Model）是現實世界數據特征的抽象或者說是現實世界的數據模擬。數據庫中，用數據模型來抽象地表示現實世界的數據和信息[6]。

2.1GJB 3837與MIL-STD-1388-2B的數據模型

國軍標GJB 3837與美軍標MIL-STD-1388-2B采用樹結構數據模型。樹結構指的是數據元素之間存在著“一對多”的樹形關系的數據結構，是一類重要的非線性數據結構。樹結構是一層次的嵌套結構。一個樹形結構的外層和內層有相似的結構，所以這種結構多可以遞歸的表示。

樹結構是一種以圖形形式表示結構的分層性質的方法[7]。動態服務器頁面（ASP.NET，active server pages）提出了控制層次關系的結構樹表示方法，MIL-STD-1388-2B關系表中一種人力人員組織關系樹結構實例如圖4所示。

圖4　人力人員組織關系樹結構Fig.4　Tree structure of personnel organization

樹結構基本款式是與超級文本標記語言（HTML，hyper text markup language）表格和圖層(DIV,DIVision)控件一起創建的，HTML表格單元包含節點名和線路并顯示節點的關系。這些線路基本上都是用DIV標簽創建的。

本文的數據保存在SQL Server 2012（微軟數據庫平臺）中，通過SQL查詢來獲取數據的使用。創建樹狀結構的示例數據如表1所示。

表1　人力人員示例數據列表Tab.1　Sample data of manpower

列標識（ID）：代表在樹上的每個節點的唯一標識；

職位（Name）：節點名稱；

父節點（PID）：節點的父節點。

在SQL Server 2012程序中，采用適當函數，即可生成相應的樹結構關系。步驟如下：

1）Create Tree Html創建樹的HTML：此函數內部調用另一個函數Create Level Node使輸入為樹中的父節點ID。

2）Create Level Node：這是核心函數返回層次結構的HTML字符串。此函數被遞歸調用來創建整個樹結構。在第一步中創建父節點，然后創建子節點。每個子節點再次調用這個函數來創建他的子節點。這個過程一直持續到所有的葉節點被創建。基本邏輯是創建一個與子節點數相等的表。在每個表中創建一個額外的表行來繪制水平線。這一水平線是具有高度為1像素的HTML DIV標簽，這個DIV呈現在瀏覽器中看起來就像一個單一的線。

3）HLine Width：此函數計算水平線的寬度，設置左偏移點來畫這條線。由于樹中的子節點數目不固定，所以根據子節點的數目計算出該行的寬度。如果子節點是一個，則不需要畫水平線。

2.2GEIA-STD-0007采用的數據模型

GEIA-STD-0007的數據模型采用EXPRESS語言為建模語言，EXPRESS由對定義對象限制的規范和無歧義對象定義的語言元素組成，吸收了C、C++等多種語言功能，有強大的描述信息模型的能力。

EXPRESS是一種用于產品數據的標準建模語言，EXPRESS表示的是正式ISO標準的產品模型[8]。一個明確的數據模型可以用兩種方式來定義，即文本和圖形[9]?，F實中，圖形表示往往更適合實際使用，如解釋說明和演示教程[10]。EXPRESS的圖形表示，稱為EXPRESSG表達法。圖3是對EXPRESS-G這種表示方法的描述。

下面介紹從樹結構關系通過EXPRESS語言到EXPRESS-G表達的實現過程，圖5是A類關系表使用與維修要求的部分數據，編寫程序代碼，建立數據模型內部關聯，實現EXPRESS-G表示關系。

圖5　使用與維修要求樹結構關系Fig.5　Tree structure relationship between usage and maintenance requirements

代碼如下：

按照程序要求，在EXPRESS-G Editor界面下運行，可生成關系表，如圖6所示。同理，針對不同的關系表，都可找出其關系規律，然后生成新的關系表。

圖6　A類關系表的EXPRESS-G表示圖Fig.6　Class A relational table of EXPRESS-G representation

同時，針對LSAR數據利用率低和紙質維修手冊使用不便的問題，需要使用數據庫對關系表和數據單元進行管理。數據庫管理系統（database management system）是一種用于管理和操縱數據庫的軟件簡稱，是在新一代網絡操作系統基礎上運行的數據庫管理系統，可以對數據資源進行管理并保證數據的完整性和一致性。

關系數據庫是在數據庫發展過程中應用最廣且技術較成熟的一種數據庫。目前主流的關系數據庫有ORACLE、SQL Server、MYSQL等，本課題選用的是SQL Server 2012作為建模數據庫實現工具。

2.3數據模型對比分析

通過以上對比發現，MIL-STD-1388-2B、GJB 3837-99采用樹結構數據模型；GEIA-STD-0007采用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法建立數據模型。在實際操作中，樹結構實現過程步驟繁雜，代碼編寫難度高。而采用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法建立數據模型步驟少、易實現，在數據交換上有極大的包容性與通用性。從開發平臺上來講，EXPRESSG表達法也有許多可供選擇的軟件工具及數據庫。所以，建議在數據模型方面采用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法建立數據模型。

3　國軍標現狀及改進建議

本文采用對比分析法對當前國內外的裝備綜合保障標準進行對比分析，主要從關系表、數據單元以及數據模型方面進行研究。結果表明，應在關系表與所采用的數據模型方面對國軍標進行改進和升級。

3.1國軍標現狀及對策

GJB 3837標準中列出的關系表可用于建立完整的LSAR數據庫，各關系表按功能范圍劃分為10類：X類關系表（交叉功能要求）；A類關系表（使用與維修要求）；B類關系表（產品的可靠性、可用性和維修特征；故障模式、影響與危害性分析、以可靠性為中心的維修分析）；C類關系表（工作清單、工作分析、人員與保障要求）；E類關系表（保障設備要求）；U類關系表（被測單元要求與說明）；F類關系表（設施考慮）；G類關系表（人員技能考慮）；H類關系表（包裝與供應要求）；J類關系表（運輸性工程分析）。

首先，這種分類方式不能很好地為維修手冊的生成提供幫助，而使用與維修工作分析數據、保障資源數據是LSAR數據的重要組成部分。為了能有條理地進行保障性分析工作，給工作人員直觀的工作思路，提高維修手冊的生成效率。本文認為應從裝備結構的建立到使用與維修分析，再到八大類保障資源的建設，建立使用與維修工作同保障資源的聯系，從而構建LSAR DB框架結構，所以建議將LSAR數據分為以下9類：裝備結構及功能數據；使用與維修工作分析數據；備品備件數據；保障設施數據；人力人員數據；技術資料數據；訓練與訓練保障數據；包裝、裝運、儲存和運輸數據；計算機資源數據。

其次，從時間跨度來講，GJB 3837標準制定年代較為久遠，已不適應中國裝備綜合保障的現狀與要求。美國政府電子與信息技術協會已于2007年頒布了較新的GEIA-STD-0007標準，與此同時歐洲航天與國防工業協會（ASD）制定了S3000L《后勤保障分析（LSA）國際程序規范》，2014年7月1日S3000L的1.1版正式推出。所以，為了匹配裝備發展現狀，建議對國軍標進行升級。

3.2對國軍標進行改進的建議

1）擴充關系表，增加數據單元，完善數據單元定義。GJB 3837-99的數據單元與MIL-STD-1388-2B相比較少，在定義上也不夠明確。GEIA-STD-0007標準基本沿用了MIL-STD-1388-2B的關系表，在數據單元的定義上也大致相同。因此，在中國新標準的制定過程中，一定要將GJB 3837-99刪減的、符合中國現狀的關系表和數據單元補充回來。

2）更換數據模型，采用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法建立數據模型。樹結構關系雖然直觀，易于處理，對于傳統手冊報告生成有較大幫助，但在創建關系數據庫方面，已不能滿足當今電子技術手冊的要求。研究者進行了大量的研究工作，比較認同采用EXPRESS語言來描述裝備保障數據模型。

4　結語

本文采用對比分析方法對當前國內外的3種綜合保障標準進行研究，首先將關系表做對比，其次對數據模型做了比較分析。結果表明：

1）GJB 3837-99的數據單元與MIL-STD-1388-2B相比較少，在定義上也不夠明確。GEIA-STD-0007標準基本沿用了MIL-STD-1388-2B的關系表，在數據單元的定義上也大致相同。

2）國軍標GJB 3837-99《裝備保障性分析記錄》與美軍標MIL-STD-1388-2B采用的數據模型表示方法過于復雜，在數據庫的建立以及電子技術手冊的生成方面存在劣勢，已不適應當前裝備綜合保障發展的要求。

3）使用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法的GEIA-STD-0007標準則較好地克服了這種缺點。因此建議今后參照GEIA-STD-0007標準，采用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法對國軍標進行改進和升級。

綜上所述，在裝備使用過程中開展綜合保障工作，制訂出符合中國國情軍情的標準并提出適當的數據模型是當務之急。在研究國外標準的基礎上，充分利用EXPRESS語言與EXPRESS-G表達法，使用相應工具建立符合中國工業發展現狀的標準數據模型意義重大。

[1]李振舉,王樹禮,倪明仿,等.基于信息系統的裝備保障體系研究[J].兵工自動化,2011,30(11):53-56.

[2]肖丁,陳進軍,蘇興,等.裝備保障能力評估指標體系研究[J].裝備指揮技術學院學報,2011,22(3):42-45.

[3]Headquarters Department of the Army.Army Regulation 700-127，Integrated Logistics Support[S].Washington D C,2012.

[4]Department of Defence.MIL-HDBK-502A,Product Support Anal-ysis [S].2013.

[5]MIL-STD-1388/1A(NOTICE 5),Logistic Support Analysis[S].DOD, 1997.

[6]MIL-STD-1369(NOTICE 3),Integrated Logistic Support Program Requirements[S].DOD,1995.

[7]FORMENTIN F,BUSATTA A,FARDELLA L,et al.The Important Role ofMaintenanceinthe Functionality and Life of the Observatories:the International Standard S1000D for ALMA Antennas[C]//Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering.2012,51(2): 84490l-844901-8.

[8]FORMENTINF,POZZOBONM,MARCHIORIG,etal.TheLargeObserrvatories Maintenance Management:Tools and Strategies for Maintenance Manuals Preparation[C]//Proceedings of the SPIE-The International Society for Optical Engineering,2010,7738(5):77381C-77381C-8

[9]DOD Guide for Achieving Reliability,Availability,and Maintainability [R].DOD,2005.

[10]徐宗昌,雷育生.裝備IETM研制工程總論[M].北京:國防工業出版社,2012.

（責任編輯：劉智勇）

Data model analysis of integrated logistics support standards in and abroad

QING Guanghui,LI Wenzan,MA Chao
（College of Aeronautical Engineering,CAUC,Tanjin 300300,China）

The standard of ILS（integrated logistics support）plays a very important role in the design,manufacture and maintenance of product.It is the key power to promote the development of all trades and professions,especially in aviation and aerospace industry.A comparative approach is used to analyze the development of MIL-STD-1388-2B,GJB 3837-99 and GEIA-STD-0007 standards.Research shows that GJB 3837-99,MIL-STD-1388-2B uses tree structure data model,GEIA-STD-0007 uses EXPRESS language and EXPRESS-G expression to establish data model.The GEIA-STD-0007 standard data model has great advantages in the establishment of database and electronic technical manual.Finally,in view of China’s ILS research status,some suggestions are given on improvement of military standard GJB3837-99.

standard;integrated logistics support;data model;tree structure;EXPRESS-G

T-65

A

1674-5590（2016）05-0035-05

2015-12-10；

2016-03-04基金項目：航空科學基金（20140267001）

卿光輝（1968—），男，湖南新化人，教授，博士，研究方向為飛機復合材料結構修理.