航空机务危险作业多功能电子读卡装置的设计

武雪荣，苏 波

（空军第一航空学院 航空军械工程系，河南 信阳 464000）

0 引言

保障航空军械专业作业安全需要规范操作内容，明确操作风险点并对过程实时监管。传统的纸质读卡操作虽可完成操作内容的规范，但无法向操作人员提示潜在的操作风险，更无法实时监控设备状态，因此提升作业安全的效果有限。同时，纸质读卡操作还存在文档数量庞大，不便于携带保存；纸质文档无保密措施，安全性差；不能同设备的更新实时更新操作内容等缺点。因此，研制电子读卡装置成为规范和监控航空机务危险作业的迫切需求。

1 总体设计

该电子读卡装置包括硬件系统和软件系统两个部分。其中，硬件系统主要包括电子读卡器和系统工作站两个部分。电子读卡器采用军用加固移动终端作为平台，系统工作站采用PC 机作为平台。

电子读卡器和系统工作站通过其内部的软件实现相关功能，其软件系统架构采用CS 模式，后台数据库选用SQL Server 2005；开发平台选用VC、C++ Builder 6.0、JAVA +ANDROID SDK、通用数据库系统开发平台。通过继承商业化代码库，最大限度提升开发效能及产品稳定性。

软件系统主要由主管理系统、数据处理接口、电子读卡器、SQL Server 数据库、Web Server 五个部分组成，其系统结构如图1 所示。

用户登录系统后，经由主管理系统读取SQL Server数据库内的全部记录，通过机型、专业、科目等相关信息的筛选，用户可从中选取出与本次作业相关的数据信息，并经由数据处理接口转换成Android 系统可以使用的数控格式，通过USB 接口或网络接口便可发布至各个电子读卡器。

用户直接通过电子读卡器即可以获得危险作业的相关操作信息，并可以通过电子读卡器记录操作过程各关键节点的操作结果。

图1 系统结构Fig.1 System structure

当操作结束后，用户可以将电子读卡器的记录经由USB 接口或网络接口送至数据处理接口。数据处理接口将接收到的信息自动转换成Windows 操作系统能够识别数据格式，并存储在SQL Server 数据库中。

用户通过主管理系统可以查询电子读卡器回传的结果，并可以将相关结果通过Web Server 模块转换成网页形式发布至各用户终端，供管理人员和使用人员查看、分析。

此外，用户还可将电子读卡器的软件升级版本存储在PC 机内，通过主管理系统和数据处理接口对连接上PC 机的电子读卡器进行应用软件在线升级。

2 软件设计与实现

该软件系统按照功能划分可以分为系统管理、电子读卡、数据处理服务、动态网页发布和在线升级5 个方面。

2.1 系统管理

系统管理模块由角色管理、账户管理、校验库管理、初始化系统、数据接收、数据上报、数据备份、数据恢复八个子模块组成，实现用户权限配置、输入数据校验、数据接收上报、数据库备份还原等功能，其功能框图如下：

角色管理系统用户权限管理借鉴Windows 工作组模式，将系统使用用户分组，通过将相关人员划分到每个工作组即可快速实现人员权限配置及更改。账户管理可以实现各类人员账号的建立及基本信息的登记。校验库管理则通过开发通用数据输入校验模块，维护校验库中的数据约束条件，统一数据输入标准，从而规范所有使用人员的数据输入质量。

初始化系统是删除研发测试数据；首次继承相关基础数据，保障系统稳定运行；数据接收时通过对比本级系统与上级系统数据结构，批量导入可继承数据；数据上报是依据上级系统数据规范实现数据的批量上报；数据备份、数据还原可以实现数据库的一键备份与还原，保障数据库安全。

基础库管理模块由专业库管理、机型库管理、设备库管理、工作时机库管理、工作项目库管理等五个子模块组成，通过对这五个基础库的维护管理，可以有效规范统一各专业命名及分类标准，提高用户输入效率，保障数据统计的科学准确。

电子卡片管理属于交互式电子技术手册（ITEM）的一个主要形式，该模块主要由参数设置模块、卡片库添加模块、卡片库编辑模块和卡片库导入导出模块四个模块组成。该电子卡片管理模块的特点是既能完成文字信息的存储查询，又可实现图片、视频等多媒体信息的管理，属于第四代ITEM 技术水平。数据发布主要实现读卡器版本信息管理和数据发布；数据查询根据用户账户所处工作组的权限，实现对应级别的数据查询；统计分析根据用户账户所处工作组的权限，实现对应级别的数据统计、分析。

2.2 电子读卡

电子读卡是电子读卡器的功能实现，它主要由参数确认模块、人员确认模块、操作读卡、数据记录模块和数据通信模块五个模块组成。

参数确认通过用户选择的专业、机型、设备、工作时机和工作项目获得所需的相关参数；人员确认通过用户选择的职务、姓名和认证码实现人员确认；操作读卡在参数确认后，电子读卡器自动调用相关的操作工艺卡内容，实现读卡操作；数据记录获得人员在相关操作结束后的确认信息，记录关键位置图像，操作人员图像；数据通信完成电子读卡器与PC 机之间的双向数据传输。

2.3 数据处理服务

由于PC 机使用的是Windows 操作系统，对应的数据库是SQL Server 数据库，电子读卡器使用的时Android（安卓）操作系统，对应的数据库是SQL LITE，相互软件之间的数据并不兼容，并且目前也没有同时兼容Windows 操作系统和Android 操作系统的数据库管理系统，因此，为了实现PC 机与电子读卡器之间的数据交换，必须经过数据处理服务的数据转换。

数据处理服务模块主要由SQL 指令接收、SQL 指令处理、数据编码、Socket 数据通信和资源调控模块等五个模块组成。

SQL 指令接收：接收系统管理模块发送的数据库操作申请，并通过ADO 将指令申请送入SQL指令处理模块。

SQL 指令处理：接收申请指令，实现先关数据库操作，并将数据送入数据编码模块。对数据库的操作包括：增加、删除、修改、遍历、查询和统计等功能。

数据编码：根据数据传输方向将数据转换成对应系统能够使用的数据格式，以增强系统的兼容性，以文本信息为例，Windows 操作系统使用GB2312 编码，安卓系统使用JAVA UTF8 编码。此外，数据编码还可统一数据格式，提高系统传输可靠性。

Socket 数据通信：对不同类型的数据进行不同类型的转换，从而实现数据。以图像信息为例，为实现多媒体信息的传输，图像信息全部使用Byte 数据流形式传输。

资源调控模块：根据系统需求分配Socket 通信接口，从而实现单PC 与多电子读卡器通信时的资源分配。

图2 数据处理服务模块Fig.2 Data processing service module

2.4 动态网页发布

图3 动态网页发布Fig.3 Dynamic web publishing

通过电子读卡器记录的结果数据全部记录在PC 机的 SQL Server数据库内，根据工作需求，可以将不同类型的结果信息进行整合，并以动态网页的形式进行发布。该模块主要包括SQL 指令接收、SQL 指令处理和生成与发布模块3 个模块组成。

SQL 指令接收：接收数据库操作申请，并通过ADO将指令申请送入SQL 指令处理模块。

SQL 指令处理：接收申请指令，实现先关数据库操作，并将数据送入生成与发布模块。

生成与发布模块：根据接收的数据库信息，通过JAVA 程序产生动态页面，并可通过网络发送至各用户终端。

2.5 在线升级

在线升级模块由升级服务端、版本更新管理模块、升级模块三部分组成，升级服务端运行于服务器（即PC机)上，版本更新管理模块、升级模块运行于客户端（即电子读卡器）。

当电子读卡器的应用软件研发完新版本程序时，开发人员可通过版本更新管理模块上传最新版本软件，各已安装的老版本管理系统每次与服务器连接时均会检测软件版本信息，一旦发现有新版本软件，系统将自动完成版本升级，实现系统一次安装终生自动升级的功能。

3 结束语

电子读卡装置属于交互式电子技术手册的一种，据统计，国外采用交互式电子技术手册进行武器装备维护后，技术资料编写费用降低了40%，出版费用降低了60%，内容更新时间仅为原来的1/9，重量为原来的1/148，体积为原来的1/53，可以预见，采用交互式电子技术手册进行机务维护可以有效节省相关的武器装备技术信息管理费用。

[1]刘启航，等. 航空机务危险作业研究[J].航空维修，2013.

[2]赵杰，等.基于ARM 的危险作业机器人机械臂控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2012.

[3]李士祥.浅谈硫磺联合装置危险作业的安全管理[J].安全·健康和环境，2009.