基于S1000D的動車組IETM管理平臺研究

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，積累了大量非結構化的技術資料與文檔，這些技術信息包含的種類繁多、技術含量高，且各部分相互聯系。目前，已有的對動車組技術文件管理的研究主要集中在針對技術文件的分類管理和流程管理等方面[1-2]，尚未形成標準化、常態化的技術信息編制，管理和發布環境，編寫流程不夠規范，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手冊，設計符合我國動車組運維的動車組交互式電子技術手冊（IETM，Interactive Electronic Technology Manual） 管 理 平 臺（簡稱：動車組IETM管理平臺），規范動車組相關技術文件的類型劃分與內容格式，明確主機廠與中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）及其內部各單位之間的業務流程，形成全國鐵路技術信息的編制導則與規范。

IETM是一種按照標準的數字格式編制，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、操作和維修內容的技術出版物，IETM將靜態的傳統紙質技術資料演變為一個動態的信息系統，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域得到了廣泛應用，國內研究人員對基于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，并開發了某型飛機的軍械檢測系統的電子手冊；李宗亮[6]依據S1000D標準，完成了整個IETM平臺的一個子系統公共源數據庫的原型系統的設計與實現；陳飛[7]以某飛機發動機葉片的技術資料手冊為例，設計了以XML數據為管理對象的基于B/S模式的 IETM 數據管理系統；王國輝等人[8]以關系數據庫為基礎, 針對裝甲裝備數據存儲提出了IETM數據庫系統設計方案，為IETM數據庫開發提供了理論依據。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資料管理的效率。國內動車組制造企業也已經開始了動車組IETM技術的研究，但還不成熟，因此，自主研發動車組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

1.1 總體架構

總體架構設計依據“統一規劃、統一標準、統一平臺”的原則，采取總體規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、動車段構成的三級管理架構。

動車組IETM管理平臺按業務內容，分為主機廠IETM轉發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，技術文件在各個機構之間循環流轉，形成流程管理的閉環；技術內容的編制維護，與實際生產過程中的運用檢修和動車組的技術狀態保持同步一致，形成內容管理的閉環。動車組IETM管理平臺總體架構如圖1所示。

圖1 動車組 IETM 管理平臺總體架構

1.2 邏輯架構

動車組IETM管理平臺邏輯架構如圖2所示。

圖2 動車組 IETM 管理平臺邏輯架構

動車組IETM管理平臺的邏輯架構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） 數據來源層。確定管理平臺的數據范圍，包括由制造方內部與運營方系統產生的動車組技術文件的相關數據。

（3）數據支撐層。采集、收取數據來源層中的結構化與非結構化數據，并為數據提供管理與存儲。

（4）業務流程層。實現核心功能，結合用戶需求，將各項功能封裝為數據接口形式和發布接口形式，為用戶提供各項數據相關的應用。

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

1.3 功能架構

結合動車組IETM管理平臺總體架構與邏輯架構，該平臺具有編寫、管理、發布3個應用模塊，功能架構如圖3所示。

圖3 動車組 IETM 管理平臺功能架構

（1）編寫。在編寫階段，創作人員使用專業的結構化編輯器和插圖制作工具進行動車組技術資料的寫作，編寫符合編碼標準的數據模塊。結構化編輯器與公共源數據庫進行集成， 創作生成的數據模塊可檢入公共源數據庫進行管理。

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

（3）發布。動車組IETM管理平臺的發布是指建立符合編碼標準的動車組技術文件發布模塊，進行技術文件的內容組織、驗證和動態發布。平臺可以按照組織要求將相關的 XML 結構化數據內容進行組合，通過發布引擎將技術文件發布成 PDF 格式或交互式電子手冊Web格式，可以查看文字、圖片、音頻、視頻和模型等內容。

2 關鍵技術

2.1 數據模塊編碼

IETM具有很多標準，其中，S1000D依靠其數據模塊與公共源數據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范，遵循該標準的技術手冊數據存儲在公共源數據庫中，公共源數據庫的中心內容是數據模塊。數據模塊是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據，插圖和其他格式的數據不直接包含在數據模塊中，通過引用機制進行調用。動車組IETM管理平臺以數據模塊組織信息內容，從而實現對數據的模塊化創建和存儲，與傳統的技術文件形式相比，基于S1000D的技術信息更利于編制、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個關鍵點。

（1）編碼關系。IETM由技術出版物模塊發布后生成，技術出版物模塊定義了出版物內容與結構，每個技術出版物模塊由一個或多個數據模塊組成，數據模塊是自我包含的獨立完整單元，可以在不同的技術出版物模塊之間引用。各技術出版物模塊、數據模塊及各類素材文件均使用編碼的方式進行引用，技術出版物模塊通過引用數據模塊編碼將需要的數據模塊包含到技術出版物模塊中，數據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據模塊。動車組IETM編碼關系如圖4所示。

圖4 動車組 IETM 編碼關系

以動車組檢修類手冊為例，其技術出版物模塊包含檢修計劃類數據模塊或程序類數據模塊。檢修計劃類數據模塊提供了維修項目、周期等信息；程序類數據模塊提供了維修程序所需的工具、作業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）數據模塊編碼標準。數據模塊編碼設計是結構化工作的核心環節，根據S1000D編碼規范，結合動車組IETM的實際情況，定義8個代碼段，共37 bit字符[11]。數據模塊編碼各碼段描述如表1所示。

表1 數據模塊編碼各碼段描述

數據模塊編碼結構定義如圖5所示。其中，“Y”標識碼段字符是大寫英文字母或數字，其范圍是字母“A”至“Z”（不包含“I”和“O”）、數字“0”至“9”。

圖5 數據模塊編碼結構示意

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據模塊編碼，拆分示例如圖6所示。

圖6 二級修維修卡片拆分示例

2.2 結構化數據存儲

按照《交互式電子技術手冊 第3部分：公共源數據庫要求》（GB/T 24463.3—2009），公共源數據庫可以采用數據庫結構進行管理，包含數據模塊、與數據模塊相關的插圖、出版物模塊等內容。基于國家標準的公共源數據庫用于集中存儲、管理技術文件信息，提供單一數據源管理。

公共源數據庫中存儲和管理的信息對象根據其是否可由XML描述分為兩類[12]：作為XML對象的數據模塊、出版物模塊等內容；圖解、三維圖、音視頻和其他非XML對象數據。公共源數據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，例如數據模塊、出版物模塊的標識分別為數據模塊編碼、出版物模塊編碼。圖解、多媒體和其他非XML對象數據的標識則為信息控制碼。

2.3 數據傳輸與共享

按照統一的編碼標準進行技術文件編寫時，動車組IETM管理平臺支持各單位以數據模塊形式作為載體，進行技術文件相關數據的傳輸和交換，即合作單位編寫的數據模塊及其引用的技術插圖、多媒體等信息可以導出傳遞至管理平臺，與平臺中的數據模塊匯總后統一進行出版發布，也可以將數據模塊系統導出給其他單位使用。數據傳輸技術主要包括以下2方面。

（1）數據傳輸。動車組IETM管理平臺依據S1000D 基于文件的數據傳輸標準，支持數據交換規則建立，如對數據的編制、數據包文件格式，以及交換數據包的形式、文件類型和命名規范進行統一規定；自動按交換規則在導出數據包創建時進行約束，同時對導入數據包進行檢查；數據傳輸檢驗，即動車組IETM管理平臺提供數據包導入/導出的檢驗功能，包括數據交換規則的符合性檢查、數據交換包的數據完整性檢查、數據的正確性檢查。

（2）數據共享。動車組IETM管理平臺需要與動車組管理系統等鐵路內部應用系統實現數據共享，不同單位的站點之間，也必須實現技術和業務數據的同步。國鐵集團內部各單位和主機廠之間的數據通信，還需要跨越鐵路局域網和互聯網之間的信息安全平臺。對于鐵路內部各應用系統之間數據共享的需求，采用Web Service作為本平臺與鐵路內部應用系統進行數據獲取和反饋的關鍵技術。

3 結束語

我國高速鐵路運營與維護體系建設的全面開展，對現有動車組技術標準管理體系和流程進行了較大調整，對動車組技術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。本文對實現該管理平臺的關鍵技術進行了初步研究，給出了動車組IETM管理平臺總體框架。運用信息技術手段的同時參考其他行業成熟的標準，建立我國的高速鐵路管理標準，構建鐵路技術信息發布、知識共享的平臺是需要進一步的研究內容。