武器裝備標準關聯圖譜數據管理系統設計研究

何 華,李曉寅,于 濤,喬 羽,樊益澤

(1.中國兵器工業標準化研究所,北京 100089;2.中國兵器工業新技術推廣研究所,北京 100089)

隨著信息技術的發展,對武器裝備研制中標準化工作的信息化、可視化[1]提出了要求,如何構建武器裝備標準關聯圖譜數據管理系統(簡稱“管理系統”),通過軟件系統在標準、裝備、技術、人員等要素間構建關聯映射關系,給設計人員、管理人員、標準化人員、試驗人員直觀展現標準在裝備論證、設計、制造、試驗、在役等環節應用關系,便于非標準化人員應用標準、標準化人員準確掌握標準貫徹實施情況和標準需求具有重要作用。

1 需求分析

1.1 新時代賦予的新要求

進入新時代,要求用全新理念、體系思維,深化推進標準化工作創新和實踐創新,構建與新時代相適應的標準工作體系、標準體系、實施體系、服務體系,從而有效強化研標、制標、貫標、維標等全過程標準化活動。軍用標準化是國防和軍隊現代化建設的重要基石,是依法管裝的重要基礎性支撐?！秶覙藴驶l展綱要》《裝備試驗鑒定指導性文件》系列標準,有力說明了在裝備建設中研標、統標、貫標的重要性和迫切需求。裝備研制中標準化基本任務[2]是依據裝備建設需求,選用標準,提出制定相關標準的建議,貫徹實施標準,對標準的實施進行監督,推進裝備的通用化、系列化、組合化。目前,在裝備研制過程中通過編制“產品標準化大綱”[3]等頂層文件,明確標準化目標和要求;貫標主要通過宣貫、培訓方式;監督檢查主要通過人員現場檢查、查看設計文件、聽取匯報方式。對于標準貫徹實施效果、標準需求分析缺乏有效的信息手段。

1.2 提高標準資源信息管理的需要

通過“管理系統”,將標準與產品、標準體系與產品組成聯系起來,將裝備型號研制與相關標準化工作結合起來,為標準貫徹實施及其監督檢查提供信息化手段,實現標準精準推送、貫標信息準確采集、標準體系動態維護、標準需求及時采集、工程標準有效管理。隨著該“管理系統”的推廣應用,數據信息的不斷積累,有助于提高裝備專業領域標準體系維護及研標、制標、貫標、維標全過程信息化管理。

2 裝備標準關聯圖譜數據管理系統設計

2.1 設計思路

“管理系統”以武器裝備、標準體系框架、標準明細、標準文本為主體數據,將裝備產品組成、標準體系、標準文本三者之間相互關聯起來,形成裝備各層級產品與相關標準對應的映射關系(見圖1)。通過管理系統直觀展現各層級裝備產品標準體系及標準文本的關聯關系,為設計、試驗等非標準化人員提供有針對性的標準資源服務。

圖1 裝備、標準關聯映射關系示意圖

2.2 功能需求

管理系統應實現關聯圖譜構型、關聯映射管理、標準體系框架管理、標準資源管理、裝備產品組成維護、貫標實施反饋等功能,具體功能需求如下(管理系統功能模塊如圖2所示):1)可展現裝備產品組成結構,并具有編輯功能,進行組成分級,結構增刪;2)可展現標準體系框架(即標準的類別),并具有自定義模塊分類;3)具有對標準按標準體系框架分類管理功能;4)具有對標準體系中各標準按裝備組成分類管理功能;5)具有對標準查詢、全文閱讀、導入、分類、建立關聯等管理功能;6)具有對標準貫徹實施情況采集、統計功能;7)能夠展現產品圖像信息或產品數字模型;8)標準可按對應裝備產品組成、標準類別進行統計;9)具有系統用戶管理、安全管理等功能。

圖2 管理系統功能模塊圖

2.3 設計方法

設計步驟包括裝備結構分解、標準體系框架設計、標準數據整理、管理系統設計開發、軟件測試等環節,具體步驟如下。

2.3.1 裝備結構分解

裝備結構分解[4]是管理系統設計的關鍵技術之一,通過合理的結構分解,形成裝備樹狀結構圖,完整準確表達裝備組成,是建立裝備產品與標準關聯關系的基礎。劃分原則應遵循模塊化[5]設計原則,一般按裝備組成劃分為分系統、子系統、組件、部件等層級產品。裝備組別劃分有標準依據的應按標準進行組別劃分,并將組別根據裝備分系統、子系統劃分情況判斷其隸屬關系。裝甲車輛組件劃分[6]、柴油機組件劃分[7]和火炮組件劃分[8]均有相應標準。對于裝備組成劃分顆粒度取決于裝備組成中應獨立考核的最小產品級別。

2.3.2 構建標準體系框架

裝備標準體系框架設計是管理系統設計關鍵技術之一,需結合裝備研制需求,一般產品標準體系框架模塊劃分為基礎標準、設計標準、工藝標準、試驗標準、使用維護標準、關鍵技術標準等,必要時還應考慮按照裝備研制的不同階段、針對裝備研制中涉及人員進行設計,裝備研制強調軟件、數字化設計、電子元器件和材料等要素,可在標準體系框架設置單獨模塊。

2.3.3 標準梳理及關聯映射

對應裝備組成的各級產品、關鍵技術、研制過程,梳理現行有效標準,通過分析適應性納入標準體系,按標準體系框架進行分類,并明確對應的裝備產品(包括間接相關的產品),形成關聯關系,同時對標準之間的關聯關系進行采集,如引用關系、相似關系等。此項工作需要對標準技術內容有充分的掌握,并了解標準的應用范圍、環節等,提取相關要素形成標準體系表。

2.3.4 管理系統設計

2.3.4.1 管理系統總體架構

管理系統總體架構由硬件環境、運行環境和業務系統3層構成(見圖3)。

圖3 管理系統總體架構

硬件環境應考慮數據存儲空間、操作系統和軟件運行要求。

運行環境包括操作系統、軟件運行環境和業務數據庫。操作系統選用Windows 7及以上,業務數據庫可選用MySQL5.7,運行環境可選擇Java Runtime Environment(JRE)1.8和Tomcat9.0。

武器裝備標準關聯圖譜資源管理應用系統(簡稱“業務系統”)的層級結構如下。

1)基礎平臺。根據業務的共性特征開發面向業務的基礎信息服務平臺,基礎信息服務平臺具有基本業務信息管理功能模塊,分成平臺設計時和平臺運行時兩個部分。

2)構件層。在基礎平臺的基礎上,根據典型業務需求開發各種服務化的核心業務構件。

3)應用層。在基礎平臺和核心構件的基礎上,構建滿足各種業務需求的業務管理信息系統的集合。

2.3.4.2 軟件技術架構

軟件采用四層架構,由上到下分別是視圖層、控制層、業務邏輯層和持久層(見圖4)。

四層架構的優勢如下:通過成熟的開源軟件實現各層功能開發,可有效縮短開發周期;架構所用到的開源軟件產品均有廣泛的用戶群,質量和性能有保障;層與層之間松散偶合,增加代碼重用率;各層分工明確,這樣也利于團隊的分工開發。

1)視圖層。

視圖層是面向用戶的界面,是用戶與系統之間交互的媒介。系統可使用Jspx模板及一些JavaScript框架來實現視圖層功能。

2)控制層。

控制層負責視圖層與業務邏輯層之間的通信,系統可使用Spring MVC來實現控制層的功能。

3)業務邏輯層。

業務層在實際的項目開發中,每個領域都會有自己獨特的業務邏輯,將實現這些具體邏輯的代碼抽取出來分為單獨的一層,其目的是希望通過分層來降低它與系統其他部分的偶合度。系統可使用Spring來實現業務邏輯層的功能。

4)持久層。

數據持久層在開發中與數據庫進行數據交互(添加、讀取、修改、刪除),系統可使用Hibernate來實現持久層的功能。

2.3.4.3 數據架構

管理系統數據由基礎數據和綜合數據組成。數據的基本組成和相互關系如圖5所示。

圖5 標準數據管理系統數據組成和關系示意圖

2.3.4.4 系統應用架構

管理系統應用架構(見圖6)由人機界面、Web容器、業務處理程序和系統數據庫組成。

圖6 系統應用架構

1)Web容器。

Web界面:Web容器產生各個業務模塊的動態頁面以及Web界面邏輯,用于生成HTML或者WML格式的Web頁面。基于瀏覽器的客戶端可以通過HTTP協議與業務處理程序通信瀏覽這些動態頁面。

Web服務:提供對各個模塊業務的Web服務封裝,實現對SOA的支持。

2)業務處理程序。

業務外觀層:定義各個模塊的高層業務邏輯調用接口,定義可分布式調用的類型,實現下層邏輯人機界面的銜接。

業務邏輯層:實現某些模塊在應用的特殊擴展,如:捕獲并記錄異常信息、執行標準數據管理系統業務規則等。

數據訪問層:實現各模塊進行數據訪問,負責將從數據庫查詢得到的結果轉換成應用程序可以理解的數據實體對象。

3)系統數據庫。

定義各個模塊的表結構,存儲各個模塊的存儲過程、函數、應用程序包等。

2.3.5 坦克裝甲車輛標準關聯圖譜數據管理系統示例

以坦克裝甲車輛為典型裝備,開發形成管理系統測試版,其主界面如圖7所示,自上而下,依次是操作菜單、產品模塊、標準體系、標準關聯關系、對應產品和標準體系模塊的標準清單。

圖7 裝甲車輛標準關聯圖譜示意圖

3 裝備標準關聯圖譜數據庫管理系統軟件測試

管理系統配置項功能測試用例標識見表1。

表1 測試用例標識

測試人員按上表功能測試用例對“裝甲車輛標準關聯圖譜數據管理系統”進行逐項測試并記錄,結果表明,該管理系統實現了展示、查詢、瀏覽、統計等標準圖譜管理的功能,可直觀展現標準體系表中標準與具體產品的映射關系。

4 結語

充分利用信息技術提高武器裝備標準化工作的信息化、智能化水平是新時代裝備建設的迫切需求,開發應用裝備標準關聯圖譜數據管理系統有助于推動武器裝備型號標準化工作新模式的生成,是裝備型號標準化、工作信息化邁出的第一步。伴隨智能技術、大數據技術的發展應用,該系統可進一步實現數據的智能關聯、標準匹配分析等功能,更好地為裝備研制提供標準化支撐服務,為裝備標準體系建設提供數據支撐。