裝甲裝備IETM系統設計

王國輝，趙鐵軍

(陸軍裝甲兵學院 兵器工程系,北京 100072)

現階段基層部隊和保障分隊中，技術資料主要以紙質資料和PDF文檔為主，存在種類繁多、數量巨大、更新滯后等缺點，不利于官兵學習理解,使用性較差，造成裝甲裝備保障效率低、耗時長。交互式電子技術手冊(Interactive Electronic Technical Manual, IETM)能有效解決這些問題，IETM把裝備維修大綱、維修規程、構造及原理等資料電子化，以文字、圖表、視頻、動畫、三維模型、VR等形式儲存在數據庫中，提供給官兵生動多樣的資料，提高使用效率和裝備保障信息化水平[1]。目前裝甲裝備IETM系統處于初步研究階段，在設計方案和原則上缺乏統一的標準，在功能設置、數據模型建立、編程等關鍵技術上難以突破。筆者結合IETM發展趨勢和應用情況，綜合應用計算機技術解決了裝甲裝備IETM系統設計中存在的關鍵技術問題，完成了系統開發過程中主要領域的設計。

1 設計標準及原則

1.1 設計標準

中國航空綜合技術研究所結合了我國裝備的特點，制定了GJB 6600系列標準，詳細地規范了IETM的總則、數據模塊編碼、模式、數據字典等內容，然而相應的開發平臺研究尚未成熟,在系統開發過程中存在一些問題。近年來世界各國都在發展自己的IETM，產生了許多不同的標準，但是只有歐洲的 S1000D標準和美國的IETM體系標準擁有相應的開發平臺，因此這兩種標準被大范圍使用和推廣。相比這兩大標準，S1000D標準維護成員國多，版本更新快，美國、英國等十幾個國家加入S1000D維護組，S1000D版本已經由1.0升級到4.2。使用CSDB建立規范化的數據結構，儲存和管理所有數據，創造了集成數據環境，提高了信息重用性與共享性。S1000D標準不僅成為海陸空天裝備IETM的使用標準，而且在民用大型機械設備領域也被廣泛使用[2]。此外S1000D標準的內容全面具體，還使用了插圖、案例分析等進行詳細描述，可操作性高，更好地指導IETM的開發工作,因此筆者選取S1000D標準作為開發標準。按照S1000D標準開發IETM要經過信息生成、信息管理、信息發布、交付4個步驟。

1.2 設計原則

1)安全性原則。系統采用CSDB儲存裝備所有的數據，其中有很多數據屬于機密級，為了保證數據的安全，按照部隊安全保密相關規定，要求數據有安全控制和備份機制，在數據傳播過程要進行數據加密。

2)先進性原則。目前IETM技術正向第5代發展，裝甲裝備IETM要采用先進的技術，保證系統先進性，引入先進的建模軟件、虛擬維修技術等，提高IETM的使用質量和效能。系統要有較好的可拓展性和版本升級空間，可隨著裝備改進更新數據和功能。

3)網絡化原則。IETM網絡化能接入裝備信息化保障體系，通過衛星傳輸信息，與器材供應庫、遠程診斷系統等實現信息共享，提高系統間信息交互水平。

4)易用性原則。系統有配套的使用手冊，輔助使用者學習理解，讓每名官兵經過簡短的學習就能操作系統。裝甲裝備IETM系統構造復雜，為了易于學習和使用，軟件使用過程要具有引導性，注重知識之間的關系，做好知識鋪墊，由表及里、由易到難地引導使用者學習，在重點部分給出提示講解。

2 功能設計

IETM有豐富的功能，不同的任務和使用人群需要的功能不同，需要功能的深度和范圍也不同，因此要結合部隊的任務進行功能分析。建立裝甲裝備IETM功能表，如表1所示，描述子系統的內容、功能，為收集創作資料和建立數據模塊需求列表提供依據。

表1 裝甲裝備IETM功能

確定系統功能后，需要分析系統各個功能子系統之間如何設置、如何聯系、如何運行，以合理高效地實現部隊所需功能。UML通信圖能描述系統內部的布局和各個子系統之間的關系，UML通信圖按照空間結構布局,突出對象用什么鏈接進行信息交互。因此建立裝甲裝備IETM系統的UML通信圖，分析對象之間的鏈接和數據的交互，官兵操作系統的原理。

裝甲裝備IETM通信圖如圖1所示，官兵打開IETM軟件，選擇角色類別、輸入賬號和密碼登錄，然后進入IETM主窗口，主窗口顯示5個子系統的鏈接，官兵選擇子系統，進入子系統窗口進行操作。當官兵輸入一條信息時，該子系統向數據庫服務器發送請求，在數據庫中找到相應的數據，組成出版物顯示在窗口供官兵瀏覽。

3 數據模塊設計

數據模塊(Data Module，DM)由XML格式組織的裝備數據組成，DM由狀態標識部分和內容部分組成，內容部分用來表示裝備技術信息的主體部分，包括文本、多媒體等技術資料，警告、引用等注解部分，維修計劃等特定信息。標識與狀態部分由數據模塊標識、地址、合作責任方等組成。DM能最大程度實現數據重用、重構、共享，便于維護、節省儲存空間，因此把裝甲裝備的構造原理、維修資料等技術資料制作成DM。

每一個DM有唯一的數據模塊代碼，數據模塊代碼是按照S1000D標準制作DM標準化、結構化的標識，數據模塊代碼作為DM的唯一標識，在分類、存儲、管理、獲取DM時使用，方便IETM模塊化設計、創建與管理。數據模塊代碼由數字和字母組成，數字使用0～9，字母使用除“I”和“O”以外的其他字母。S1000D標準規定數據模塊代碼由硬件/系統標識部分、信息類型部分、學習類型部分組成。硬件/系統標識部分由型號識別碼(MI)、系統區分碼(SDC)、系統層次碼(SNS)、分解碼/分解差異碼(DC/DCV)組成。硬件/系統標識部分描述裝備類型和下屬層次的部分，信息類型部分描述裝備使用、維修等信息類別，學習類型描述學習、訓練等信息類別，裝甲裝備編碼根據S1000D標準進行。

3.1 確定數據模塊需求列表

對裝甲裝備技術資料分析過程中，會涉及到很多數據，要結合部隊需求、使用范圍、使用人群、任務，確定系統的用途、內容和深度，然后把裝備信息進行分解，從而找出有效數據，并建立數據模塊需求列表(DMRL)分析有效數據的內容、結構、類別。裝甲裝備IETM開發工作較為復雜，需要多個單位合作完成，DMRL應該一次制定，階段性的匯總。根據S1000D標準把裝甲裝備IETM信息類別分為描述信息、故障信息等7類信息，把裝備結構劃分為裝備、系統、子系統、部件和零件5層，并進一步劃分為DM，通過數據模塊代碼對DM進行存儲、尋址、處理[3]。

建立裝甲裝備IETM系統的DMRL如表2所示，表中包含每個層次的編碼和屬性。表中具體型號和廠家用“*”替代。

表2 裝甲裝備IETM數據模塊需求列表

3.2 建立層次數據模型

層次數據模型是以記錄型為節點的有向樹，每個節點表示一個記錄型，每個記錄型包含若干字段，記錄型描述實體，實體是裝備、零件、修理員等客觀存在的事物，字段描述實體的屬性，在樹中根記錄無雙親節點，從記錄僅有一個雙親，記錄之間的關系可以唯一的用雙親節點表示。用樹形結構表示實體和實體之間的聯系，層次數據模型的路徑是按照雙親/子聯系依次連接，由根記錄到最后一個記錄。層次數據模型能結構分明、層次清晰、路徑明了地反映數據的結構和聯系，便于數據庫存儲，使用效率高[4]。建立裝甲裝備層次數據模型如圖2所示。層次數據模型的數據結構和XML程序的數據結構一致，都是樹狀結構，建立層次數據模型是XML編程的基礎。

3.3 建立實體-聯系數據模型

實體-聯系數據模型(Entity Relationship Data Model, E-R數據模型)把現實中管理的實體轉化成數據模型，E-R數據模型能轉化成層次數據模型、網絡模型、關系數據模型，是這3種模型相互轉化的中介，建立E-R數據模型方便數據庫邏輯模型設計。E-R數據模型可以用來描述多領域的組合屬性，能分析裝甲裝備結構、組成、功能等[5]，以層次化結構描述裝備各部分的多重屬性，E-R數據模型可以用E-R圖表示，E-R圖包括實體、屬性、聯系3個基本圖素，以表2中的某型坦克為例建立E-R圖，如圖3所示。把該裝備的各個部分有機結合起來，清晰地描述系統層次結構和實體屬性，分析坦克組成和結構，是裝備結構轉化成數據模型的有效方法。

根據裝備操作信息、維修信息、故障信息等建立E-R數據模型，研究數據之間的關系、DM內容部分的組成，以裝甲裝備IETM維修子系統為例建立E-R圖，如圖4所示，以層級遞進的方式描述維修子系統的組成和數據間的關系，將系統內部各個信息單元連為一體，是建立子系統的有效方法。

3.4 建立關系數據模型

關系數據模型用二維表描述實體與實體間的聯系[6]，表中的行表示元組，列表示屬性，用來表示系統結構關系、信息之間的邏輯關系和基本屬性[7]。裝甲裝備IETM系統可以劃分為裝備信息數據表、系統信息數據表、技術說明數據表、維修資料數據表等，每個表描述元組的基本屬性，不同的表之間存在關聯，每個表只有唯一一個主鍵，用于標識表中一條記錄。

裝備信息數據如表3所示，表中具體型號和廠家用“*”替代。把MI作為主鍵，表中反映實體之間的聯系，數據表結構清晰易懂、數據量大，能有效整合各項實體信息并建立關聯。

表3 裝備信息數據表

對表3中裝備MI為Z1的坦克細化分析，建立該型坦克的系統信息數據表，如表4所示，確定系統編碼，并描述基本屬性，關系數據模型之間通過定義相同的屬性名或者第3個關系組合到一起構成關系數據庫，建立裝甲裝備信息的關系數據模型是建立數據庫的基礎。

表4 系統信息數據表

在建立關系數據庫時，需要把E-R數據模型轉化為關系數據模型，轉化時把E-R數據模型中實體的主鍵轉化為關系數據模型中關系的主鍵，屬性轉化為關系的屬性。以圖3中實體坦克炮為例轉化為關系數據模型如表5所示，E-R數據模型轉化為關系數據模型可以用于建立數據庫。

表5 某型坦克炮數據模型轉化表

4 程序設計

為增強數據共享性和通用性，在數據儲存、傳遞、處理和發布等過程，采用XML作為描述數據語言。XML具有繼承性好、開發效率高、代碼易維護、易于理解、容易使用等優點，用XML編寫數據然后把數據存儲在數據庫中[8]。XML文檔的數據結構是樹狀結構的層次模型，以記錄型為基本數據結構，記錄型包含若干描述屬性的字段，記錄型之間只能單線聯系。裝甲裝備IETM系統的程序按照XML語法規則、內容表示、顯示方式設計，內容由序言、主體、尾部組成，序言是文檔的第1部分，主體是儲存數據的部分，尾部結束標記。例如“武器系統信息”的XML文檔數據結構如下：

<？xml version =＂2.0＂encoding=＂UTF-8＂standalone=＂no＂?>

保存XML文檔片段的內容是實體，每一個實體都有一個名字，文檔中用名字代替實體的內容，XML分析應用程序時用內容代替實體名。以表3裝備數據表為例定義實體如下：

<？xml version =＂2.0＂encoding=＂UTF-8＂standalone=＂no＂?>

]>

XML Schema是描述XML文檔的標準，通常簡寫為XSD(XML Schema Define)，S1000D 4.0版規定使用XML Schema，XML Schema規定了XML的語言、文檔結構、數據類型、組織方式，XSD為元素設置數據類型時，向元素的內容添加限定。每一個元素可以設置一個或者多個屬性，用“=”標記符賦予屬性值，一個元素也可以包含若干元素，當元素包含屬性時就是復雜元素，定義方法有復雜結構法和分離結構法，復雜結構法在復雜元素的子元素設置復雜類型，分離結構是通過復雜元素引用定義在外部的復雜類型。通過使用XSD通用化，XML文檔解析器不必編程即可驗證XML文檔的結構、合法性和有效性。XML文檔以層次結構組織，以圖2中層次數據模型中系統、子系統為例，用XML編寫的程序如下：

<？xml version =＂2.0＂?>

<武器系統信息>

<坦克炮子系統>

<并列機槍子系統>

<高射機槍子系統>

程序中“武器系統信息”是根節點，包含3個子元素，子元素嵌套在根元素中，反映了XML的內容定義、層次結構、屬性描述。

IETM將裝備的所有數據存儲在關系數據庫中，按照S1000D標準用XML對數據編程，通過XML與關系數據庫的映射關系，實現XML在關系數據庫中的存儲與調用。從關系數據庫中調用的數據，要通過解析映射把數據反向轉換為XML文檔。

5 結束語

IETM系統能實現技術資料無紙化、數據共享與互操作，使資料查詢和使用方便快捷，從而帶來巨大的軍事效益和經濟效益。隨著裝備綜合保障信息化建設的推進，IETM在空軍裝備領域被廣泛使用,裝甲裝備IETM系統研發工作剛剛開始，在系統規劃布局上存在較多難題。筆者根據裝甲裝備保障任務，對裝甲裝備IETM系統做了整體設計，設計IETM系統功能，采用多種技術建立數據模型，設計并編寫程序，用XML對數據編程。文章的創新之處在于建立的多種數據模型能全面地反映裝甲裝備的屬性、特點、邏輯結構、組成和聯系等，而且能用S1000D標準規定的XML把數據模型寫入程序。研究表明，該設計方案有效解決了系統設計中的關鍵技術問題，對裝甲裝備IETM系統開發具有參考價值。