裝備環境基礎數據信息服務平臺建設研究

萬軍

（西南技術工程研究所，重慶 400039）

隨著高新技術武器裝備的迅速發展和裝備信息化水平的不斷提高，加之現代戰爭的突發性和戰場不確定性，對裝備適應各種復雜多變環境能力的要求越來越高[1]。在武器裝備立項論證、工程研制和試驗驗證中，迫切需要充分了解和系統掌握裝備壽命期環境因素量值、持續時間以及極值發生概率、裝備及材料與環境相互作用機理等信息，以支撐裝備的環境分析、環境適應性設計、選材、防護和環境適應性驗證[2]。我軍急需建立裝備環境基礎數據信息資源共享服務平臺，以整合各類裝備環境基礎數據信息資源，實現數據資源的共建共享，以滿足裝備論證、研制、保障和維修單位對環境基礎數據資源的需求。

發達國家極其重視裝備基礎數據信息資源的共享，美國《2003年度BOB STUMP國防授權法案》第1067項“軍用裝備及其基礎設施的腐蝕控制與減輕”中，要求在國防部內部實施腐蝕控制信息的采集和共享項目。2003年美國國防部委托相關機構建立了基于互聯網的信息共享平臺，平臺提供歷次國防腐蝕控制會議介紹、腐蝕控制基本知識、產品、重大事件、相關文獻、法規及條例等信息[3]。另外，美國國防部主持開發在線腐蝕數據庫，用于輔助非腐蝕領域研究人員和裝備設計人員選材時作出決策。該數據庫充分利用美國國防部保存的十萬份裝備腐蝕技術文獻和報告，在線數據庫包括腐蝕機理、腐蝕保護以及試驗及檢測等方面的知識。美國國防部近年來還建立了重要的信息共享平臺GIDEP，包括產品失效經驗數據庫、產品信息數據庫、制造萎縮和材料短缺數據庫、計量數據庫、工程數據庫、可靠性/維修性數據庫等6個子庫，其中工程數據庫主要收集系統整機、組件、部件、零件（元器件）從設計、采辦、使用到報廢全過程產生的各種文檔和報告，包括研發、試驗、生產、管理、采購和后勤保障使用方面的數據。通過交換信息，能夠避免額外的成本和勞動力浪費，同時有助于新技術和新方法的傳播。GIDEP用戶包括美國陸、海、空軍、NASA、國防后勤局、國防合同管理局、能源部、加拿大國防部等。其他國家還有英國的ACHILLES系統，歐洲的PRIME、ESCORT等數據信息共享系統?？傮w來說，國外發達國家非常重視環境基礎數據的共享和深層次利用，這些數據和信息在裝備質量建設領域發揮著極其重要的作用。

我國隨著需求的日益迫切和國力的增強，各行各業都非常重視共享平臺的建設，這些共享平臺在經濟建設、國防安全、社會進步和科技創新中發揮著不可替代的作用。如“國家標準物質共享平臺[4]”“國家計量基標準資源共享平臺[5]”“國家材料環境腐蝕野外科學觀測研究平臺[6]”以及電波環境信息保障系統等。對比國內外共享服務平臺，技術方面、應用方面、資源利用方面可以說不分伯仲，實現了數據、信息共享，均融入了先進的技術，包括數據挖掘、人工智能等先進的算法；實現了電腦、手機、平板電腦、PDA等多類終端的接入；實現了從基本的數據信息整合、資源共享到技術服務3個層次。相比之下，發達國家的共享平臺開放程度更高，如GIDEP借助了互聯網發布信息，使信息的受益面更廣泛。

1 建立服務平臺的目的和思路

建立裝備環境基礎數據信息服務平臺的目的是針對裝備質量建設人員急需基礎數據和信息來指導環境工程工作在軍內開展但無從獲取的難題，通過建立完善的服務平臺，利用軍綜網面向全軍發布信息，實現基礎數據和信息的共享，直接為軍內裝備質量建設提供技術服務。

服務平臺建設思路是首先通過對海軍、陸軍、空軍、火箭軍、戰略支援部隊等五大軍兵種裝備研究院的下屬單位開展調研，分析調研結果，得到需求分析結論。結合國防科技工業相關單位數據資源建設的情況，以用戶需求為基礎開展分析[7-8]，梳理積累的基礎數據和信息類別，理清相關信息元素。參照國軍標[9-11]和軟件工程相關要求[12]，設計數據體系和數據結構，繪制軟件功能框圖，設計軟件功能結構。利用Java+Weblogic8.3+Oracle10g[13-14]的開發模式，通過軟件功能模塊設計、數據庫表結構設計、軟件接口設計等開發管理功能完善、擴展性較強、性能可靠、符合安全保密要求的裝備環境基礎數據信息服務平臺。為了保證服務平臺的可靠性、安全性和符合用戶需求，服務平臺將開展第三方測試和用戶試用工作及專家評審。

2 需求分析

服務平臺建設的目的之一是服務于機關領導，為機關領導把握裝備環境工程發展全局和宏觀決策提供數據支持；目的之二是服務于軍內裝備論證、研制、試驗、采辦、保障和維修單位，為科研人員提供基礎數據和信息支持。為了解用戶的詳細需求，組建聯合調研組開展調研，調研范圍涵蓋管理機關、軍兵種各相關單位。由于調研面較廣，單位較多，重點選擇研究院下屬相關研究所開展調研。通過近半年的調研，走訪十多家單位，獲取如下需求。

2.1 裝備管理機關需求

要求服務平臺依托軍隊計算機網絡硬件設施，通過科學規劃、周密部署、統籌建設，集專業環試機構的力量，建成領導機關總體把握裝備環境工程工作發展狀況、掌握基礎數據和信息的統計情況、面向全軍發布裝備環境工程信息、直接為軍內裝備質量建設單位提供技術服務的信息共享平臺。

2.2 科研人員共性需求

1）環境數據。需要6類環境數據及信息：微環境數據，包括裝備內部艙室振動、噪聲、沖擊等誘發環境數據和自然環境對裝備內部微環境的影響數據；小范圍典型環境數據，包括島礁、高原高寒，沙漠、戈壁、發射塔架等，需要數據的極值、均值、測試值等；大范圍的環境分布數據，如全國酸雨分布、東南沿海鹽霧分布數據等；環境數據再次加工、統計、分析、提煉的二次數據；環境數據的變化規律；環境數據相關圖譜和環境圖譜轉換準則。

2）材料、電子產品等自然環境和實驗室環境試驗數據。材料、電子產品等基礎數據是陸軍某試驗基地和火箭軍某研究所特別關心的。這兩類單位屬于試驗基地和裝備論證單位，環境基礎數據能支持其進行選材、裝備結構設計和環境適應性設計等工作。

3）防護類的數據?？哲娔逞芯克秃＼娔逞芯克岢鲂枰b備防護涂層類的試驗數據，急需飛機涂層耐酸雨、島礁裝備耐海洋大氣的試驗數據。

4）知識類的信息?？哲娔逞芯克完戃娔吃囼灮氐葐挝惶岢鲂枰钚略囼灅藴?、產品退化規律、產品防護知識、基礎理論、設計準則、環境適應性評估方法、評估程序等知識類信息。

5）警示類信息。空軍某研究所、火箭軍某研究所等單位建議服務平臺建立環境對裝備影響的典型案例庫，重點收集近年來通過部隊調研得到的裝備腐蝕，產品退化案例。

6）專家庫和專業機構庫。軍內專家建議建立軍、地專家人員信息庫、專業機構介紹等。

2.3 需求處理

項目組將調研結果整理后進行分類，重點處理共性需求。處理分兩種情況：一是用戶有需求，平臺承建單位有技術基礎、有資源，作為平臺建設當前主要工作；二是用戶有需求，承建單位有基礎、有資源，但工作強度較大，建設周期長或承建單位暫不具備條件，通過后續試驗、積累、研究工作逐步完成，達到滿足用戶需求的目的。

1）需求數據分類。根據用戶需求，結合環境試驗機構數據積累情況，數據基本定位到四大類數據：環境數據、軍工材料試驗數據（含涂鍍層數據）、電子產品試驗數據、實驗室試驗數據。用戶需求數據分類如圖1所示。該數據體系僅針對服務平臺建設，后期隨著用戶需求的變化，還會進一步調整。這種數據分類依據是：根據用戶需求和用戶的數據組織習慣；參照環境試驗相關單位的技術積累和經驗[15]；參照國內外相關數據體系、數據庫框架文獻[16]。

圖1 裝備環境基礎數據體系Fig.1 Equipment environment basic data system

2）需求信息分類。根據用戶需求建立基礎理論、基礎數據、特殊環境、相關圖譜、典型案例、專業機構、專家隊伍等七大類信息?；A理論包括產品退化規律、產品防護知識、設計準則、評估方法、評估程序等信息；特殊環境信息包括高原、高寒、沙漠、戈壁和島礁等5類特殊環境信息；相關圖譜包括老化規律、自然環境譜、環境譜轉換準則、腐蝕圖譜、東南沿海腐蝕圖譜等信息。根據用戶的需求，將所有數據和信息整合為一個完整的數據信息體系，如圖2 所示。該數據信息體系已經通過相關專家評審。

圖2 裝備環境基礎數據信息服務平臺數據信息體系Fig.2 Data information system of equipment environment basic data information service platform

3）需求功能分類。通過與機關領導反復溝通，與裝備研究院相關人員的交流，確定用戶需求如下：服務平臺針對4類基礎數據和7類信息提供數據和信息管理、數據信息發布、數據信息統計、數據對比分析、數據規律分析、圖譜生成、產品壽命預測、產品失效案例等功能。服務平臺開發參照國軍標相關標準開發，完成設計后，通過軍用軟件測評，然后邀請專家開展評審，獲取發布許可。最后利用軍綜網面向全軍發布裝備環境工程信息。

4）性能需求分析。服務平臺性能主要體現在響應時間、并發數（同時服務用戶數）等指標。響應時間是指用戶從發送請求到得到響應的總時間，即系統反應的靈敏程度。本系統能承受100用戶的同時訪問，在網絡狀態良好的情況下，10 s內對用戶操作作出響應。平臺具備良好的人機交互界面，界面整潔直觀、操作簡便，方便用戶使用和學習。

3 服務平臺設計

3.1 服務平臺架構

服務平臺采用j2ee的模式進行開發，采用面向對象的軟件設計方法[17]。采用Struts框架來構建多層次系統[18]，架構分為表現層、業務邏輯層、數據操作層和數據邏輯層4個層次。系統的總體架構如圖3所示。

圖3 裝備環境基礎數據信息服務平臺系統邏輯結構Fig.3 Logical structure diagram of equipment environment basic data information service platform system

服務平臺采用純 Java EE 架構。系統的核心為：Struts+FEXCEL/SessionBean+Hibernate(JDBC)

1）數據訪問層采用Hibernate實現增刪改和一般的查詢操作，JDBC實現對性能有要求的操作。JDBC是Web應用程序連接數據庫的接口[19]。

2）業務邏輯層采用FEXCEL實現。

3）控制層采用Struts框架。展示層用戶請求都通過Struts的ActionServlet和Action，各種權限、異常、字符集也都在這里控制。

4）展示層采用JSP，充分利用TagLib技術將Java代碼和頁面代碼分離，界面采用Java Script等腳本語言開展設計[20]。

服務平臺系統架構如圖4所示。

圖4 裝備環境基礎數據信息服務平臺系統架構圖Fig.4 System architecture diagram of equipment environment basic data information service platform

3.2 服務平臺軟件功能設計

服務平臺軟件功能包括我國典型環境數據管理、試驗數據管理，數據規律分析、數據統計、基礎理論、相關圖譜等多項功能。軟件登錄界面如圖5所示，軟件主界面如圖6所示。服務平臺主要功能如圖7所示。

圖5 軟件登錄界面Fig.5 Software login interface

圖6 軟件主界面Fig.6 Software main interface

圖7 裝備環境基礎數據信息服務平臺系統功能模塊圖Fig.7 System function module diagram of equipment environment basic data information service platorm

1）環境數據管理模塊。環境數據管理功能設計目的是為了系統組織、管理各環境試驗站的環境數據信息。環境數據主要包括氣象數據和介質數據。數據組織按照試驗站點→年度→試驗環境→具體數據進行組織。試驗站信息管理包括試驗站的位置、經緯度、海拔、環境特征、試驗站技術條件等信息。氣象數據包括溫度、濕度、氣壓、降雨、風、太陽輻射、天氣現象等7類、25種氣象參數。介質數據包括空氣、雨水和降塵3部分信息，具體數據包括二氧化硫、氯化氫、二氧化氮、硫化氫、三氧化硫、氨、海鹽粒子、雨水pH、雨水硫酸根離子、雨水氯離子、降塵（水溶性）等11類參數。數據規律分析功能能夠輔助用戶對氣象和介質數據進行數據變化規律的分析。對比分析功能包括同比和環比2種方式，同比是指同一試驗站、同一試驗環境的不同年度的氣象介質數據對比分析；環比是指對同一年度的不同試驗環境的氣象和介質數據進行對比分析。同比和環比可以進行各種環境因素的對比切換，以數據或曲線方式輸出，將數據報表和規律曲線輸出到打印機打印。環境數據對比如圖8所示。

圖8 環境數據對比分析Fig.8 Comparative analysis of environmental data

2）試驗數據管理模塊。試驗數據管理指材料在特定環境下通過環境試驗獲取的數據，數據管理主要針對金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料、復合材料四大類材料的21種性能數據進行組織、管理、數據對比分析、腐蝕數據規律分析等功能。試驗數據是按照材料種類→具體材料類別→材料牌號來進行組織的。數據包括材料的外觀、力學性能、化學性能、物理性能、腐蝕參數、微觀形貌等信息。試驗數據初期主要針對材料（涂層）自然環境試驗，后期將向電子產品和實驗室環境試驗拓展。試驗數據分析包括材料老化規律分析，老化參數對比（不同環境、不同試驗周期）、材料壽命預測、自然條件和實驗室條件下的試驗結果對比等。

3）知識管理模塊。知識管理模塊將基礎理論、特殊環境信息、相關圖譜、典型案例、專業機構、專家隊伍等信息整合到知識庫里進行統一管理?；A理論包括產品退化規律、防護知識、評估方法、評估程序、設計準則、試驗標準等信息。特殊環境包括高原模塊、高寒模塊、島礁模塊、酸雨環境、沙漠環境、戈壁環境等信息。相關圖譜包括老化規律、環境譜，轉換準則，材料腐蝕，沿海環境圖譜等信息。典型案例按照裝備類別進行劃分，功能包括典型案例等信息的增加、刪除、修改和查詢。專業機構：按單位名稱劃分，功能包括專業機構名稱、編號、地址、機構能力等信息。專家隊伍包括專家名字、單位、從事專業、職稱/職務等信息。知識庫如圖9所示。

圖9 知識庫管理Fig.9 Knowledge base management

通過調研，掌握用戶需求，利用環境試驗數據分析技術、軟件技術、數據圖形化技術、數據庫技術為我軍裝備質量建設“量身”設計了裝備環境基礎數據信息服務平臺。數據、信息的組織、發布方式均按照裝備質量建設的思路來完成，使用戶在海量信息中能快速定位所需。服務平臺既面向共性需求又面向個性需求，既提供用戶普遍需求的數據和信息，又為特定的單位提供點對點的定制技術服務。服務平臺已通過軍用軟件測評，其安全性、可靠性、功能性通過專業機構的測試，獲得軍用軟件測試證書。目前，服務平臺開展了小范圍的試用，試用單位包括海軍某研究所、空軍某研究所和陸軍某試驗基地等單位，試用人員非常贊賞項目的立意，對服務平臺提供的基礎數據和功能服務表示滿意，試用效果良好。另外，通過服務平臺項目為海軍某研究所提供了島礁相關環境數據、島礁環境譜分析、島礁裝備腐蝕與防護建議等技術服務。為陸軍某試驗基地提供了材料類試驗數據，材料腐蝕老化規律分析等點對點的技術服務。

4 結語

為了更好地為裝備質量建設服務，平臺建設之初從數據庫的擴建、軟件功能的增加、各方面的接口等充分考慮平臺的擴展性，平臺建設后期將邀請更多的兵器、船舶、電子、航空、航天等單位參與，通過設計、搜集反饋、改進，建立軍地雙方良好的互動，促進科研成果的工程化應用轉換?？梢韵嘈?，隨著服務平臺的正式發布和服務平臺V2.0的正式上線，平臺能夠逐步成為軍民融合的紐帶，軍內、外信息交流的橋梁，裝備環境工程領域數據、信息交流以及科研成果工程化應用的技術平臺，更好地服務于全軍裝備環境工程工作。