基于Web的舰船装备IETM系统设计与实现*

胡 平 顾雪峰 徐海珠

(1.海军工程大学科研部 武汉 430074)(2.海军装备研究院 北京 100161)



基于Web的舰船装备IETM系统设计与实现*

胡 平1顾雪峰1徐海珠2

(1.海军工程大学科研部 武汉 430074)(2.海军装备研究院 北京 100161)

装备信息化维修保障一直是相关研究机构关注的重要内容,舰船装备交互式电子技术手册(IETM)的研究和应用对海军信息化建设和提高装备保障能力具有十分重要的意义。论文分析了IETM开发的关键技术,设计了基于Web的舰船装备IETM系统,对推进海军维修信息化建设具有重大推进作用。

舰船装备; 维修保障; 交互式电子技术手册

Class Number TP393

1 引言

海军作为国防力量的重要组成部分,是担负海上作战任务的现代化合成战略军种。海军拥有比其他军种更多、更复杂的装备,随着这些装备复杂性的快速增长,其维修保障过程中突显出来的问题也越来越严重[1]。目前大多数技术资料仍以纸质形式存储[2～3],数字化程度低,导致在编制、运输、使用、存储等过程中将浪费大量的人力和物力,装备保障工作缺乏高效性、规范性、准确性、全面性和延续性的问题日益突显[4]。为了满足海军舰船装备维修、保障、教学训练要求,实现装备保障的信息化、数字化、网络化和智能化,进行了某型海军舰船装备交互式电子技术手册的开发研究。交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Manual,IETM)作为一种先进的装备技术保障辅助手段,通过交互方式为使用人员提供详尽的技术信息支持,能够明确装备基本理论、规范维修保障流程、操作使用步骤和故障检查维修过程,显著提高装备的维修保障能力。

2 IETM开发的关键技术

IETM是一个开放的、通用的框架体系,涉及到很多技术。本文围绕IETM技术信息从描述、存储到显示的流程,论述其实现的关键技术。

2.1 基于XML的数据描述

为了实现信息的共享和重用,IETM的数据描述方法应该是中性的、易于数据交换的,国际IETM技术标准推荐使用可扩展标记语言(eXtensible Markup Language,XML)作为IETM数据的描述语言[5]。采用XML格式描述舰船装备的技术资料能够更好地反映技术资料的树状层次结构,符合用户对技术数据的需求,是舰船装备IETM最佳的描述语言[6]。

2.2 数据存储技术

在一个IETM项目中,存在成千上万的数据模块,这些技术信息都以XML文档的形式存在,因此如何对XML进行有效地存储和管理,方便系统使用和查询,是IETM的关键技术之一。本文使用“元数据”+“文件”的存储方式进行数据模块的存储,即将数据模块以其文档结构层次进行划分,将IETM系统经常用到的、细粒度的数据(标识和状态节)进行分解,将得到的元数据存储到关系数据库表对应的字段中;然后将整个XML文档作为一个整体,存储到一个二进制大对象字段(Binary Large OBjects,BLOB)字段中,这样所有数据模块存储在一个表中,一个数据模块对应一条记录。

2.3 浏览显示技术

浏览显示是IETM技术信息灵活组织的终端表现形式,也是用户获取技术信息最直接、最直观的显示界面。浏览显示设计的好坏直接影响到IETM系统的性能。数据模块以XML文档的形式存在,XML文档内容与表现形式是分离的,通常使用级联样式表(Cascading Style Sheet,CSS)和可扩展样式语言(eXtensible Stylesheet Language,XSL)为数据的显示提供发布机制[7]。

3 系统设计

某型舰船装备IETM系统选用基于ASP.NET和SQL Server的解决方案,采用基于Web的三层B/S架构、基于ADO.NET的数据访问技术,用面向对象的C#进行开发。

3.1 软件体系结构设计

通过对舰船装备IETM的综合分析,将系统技术信息存储在服务器中,以便实施信息的集中存储,满足技术资料管理要求。客户端使用通用的浏览器软件,通过访问服务器获取需求的信息。二者之间的接口由Web服务器完成,负责接收浏览器请求,完成相应的业务逻辑,将结果返回给浏览器。因此本系统采用三层B/S结构,即应用层、服务层和数据层,如图1所示。

图1 软件体系结构图

图1中,第一层是应用层,主要完成对用户的接口功能,使用人员通过该层向Web服务器提出服务请求,也可以将相应的资源显示在浏览器端,完成使用人员权限允许范围内的请求操作;第二层是服务层,主要负责接受应用层用户的操作请求,通过与数据库连接,完成相应的业务逻辑,将请求结果通过HTTP协议返回给浏览器端;第三层是数据层,用于存储IETM系统的数据。鉴于实际需要,本文将数据库服务器和Web服务器合二为一,在这种基于Web的架构体系上,IETM内容数据主要存储在数据库服务器的数据库中并由数据库管理系统(DBMS)管理,应用服务器处理Web服务器和数据库服务器之间的数据访问和对话请求,它和数据库共同完成数据读取、修改,这种模型具有良好的系统安全性。

3.2 系统功能设计

根据上述需求分析的结果,结合上述体系结构的设计要求,本文采用按功能划分子系统的方法进行系统的设计与实现,打破传统的软件体系结构,在功能联系相对薄弱的地方将整个系统进行分为几个子系统,然后对每个子系统进行独立设计,这样可以保证思路清晰,便于设计、开发以及后期的维护,使得系统具有很好的开放性和维护性。所以按照内聚性强、耦合性弱的模块化设计方法,本文提出的子系统划分方法如图2所示。

图2 按功能划分子系统

1) 数据模块创作子系统

舰船装备IETM的主要用途是指导舰员级维修保障。本文根据海军舰船装备保障实际业务需求,将舰船技术信息分为部件、描述性、人员、程序、故障、维修计划和过程数据七类数据模块,如图3所示。

图3 数据模块分类

为了描述和约束XML文档结构,XML必须满足一定的模式,本系统选用XML-Schema来定义XML文档结构。在确定好技术信息分类以后,对收集到的数据进行分析,确定数据之间的关系和组织信息的方法。针对各类信息的模式定义了一套适合其特点的关于标记和属性的语法规则,建立不同信息分类数据模块的XML-Schema,最后在数据模块创作软件XMLSpy导入各类型的XML-Schema,按照生成约束框架对数据模块进行创作。

2) 多媒体制作子系统

在IETM系统中,需要用到插图、动画、视频等多种多媒体数据,它们具有直观、形象等特点,能够避免冗长的文字描述,帮助用户快速地理解技术信息。数据模块通过标记〈figure〉、〈multimedia〉来引用多媒体数据,以实现整个维修保障技术信息的完整性,这些多媒体数据需要和引用它的数据模块一起显示给用户。

IETM插图主要有位图和矢量图两种格式,推荐的位图格式有PNG、JPG、GIF等,矢量图使用CGM格式。

本文在实际操作中采用矢量图与位图相结合的方式制作IETM系统中的插图信息。首先将其它格式的图形或CAD工程图转换或输出成标准的格式如PNG、JPG等,再将原始设计图纸和纸质技术资料中非常清晰的图像(一般是原理图、示意图)经过扫描处理,转化为压缩率比较大的位图格式。由于这些图像一般仅为较简单的彩色线条,故压缩后图像质量损失几乎可以不计。对于设计图纸及纸质技术资料均不清晰的图像,使用AutoCAD重新绘制。图像绘制结束之后,将其存储为CGM格式,之后使用专用的CGM图像编辑系统,为CGM图像添加相关的热区链接。

系统中为部分装备原理、组成结构等复杂的技术信息,利用Adobe flash工具制作了明确易懂的动画,对装备的运行原理、结构组成进行形象的说明。对于一些典型的维护保养、使用操作、故障隔离等任务,通过实地拍摄、制作视频,作为IETM数据的一部分。

3) CSDB管理子系统

CSDB管理子系统可实现用户管理、数据模块和出版物模块管理、数据导入与导出、数据存储与管理等功能。CSDB管理子系统处于IETM信息流程的中间环节,负责信息对象的存储、管理与发布,CSDB管理子系统用于IETM制作时,存储和管理信息数据,发布技术信息。因此本文认为CSDB管理子系统应具有以下功能:

(1)用户/权限管理

IETM用户包括多种类型,为了有效地控制用户获取权限以外的功能,有必要对系统用户和权限进行管理。

(2)数据模块、多媒体数据管理

完成对数据模块、多媒体数据进行查找、查看、添加、删除等功能。

(3)数据模块编码(DMC)、信息控制码(ICN)管理

DMC是数据模块标准化、结构化的标识,ICN是插图和多媒体模块的唯一标记符,因此需要对它们进行维护。

(4)数据模块需求列表(DMRL)管理

DMRL是IETM项目中计划、管理和控制数据模块的工具。因此需要对DMRL进行定义和管理。

(5)出版物模块(PM)管理

PM是用于定义、准备和管理数据模块的通用出版物,组织数据模块的顺序与结构,用于技术信息的分发,因此需要对出版物模块结构树进行管理。

(6)数据导入与导出

为了实现数据的共享和重用,系统应能实现XML数据的导入和导出。

(7)数据备份与恢复

为了数据的安全,防止发生以外,管理员应不定期地对数据进行备份,在需要的时候再进行选择恢复。

4) 前台浏览显示子系统

本文利用Web服务器担任XML中性存储器与技术信息分发管理器,利用通用的IE浏览器担任前端显示器。根据IETM交互性要求以及实际用户需求,本文设计的浏览显示子系统的框架结构和流程如图4所示。

图4 浏览显示框架结构

浏览显示不仅要满足一定的技术标准,而且要适用于装备使用、维修等环境下的舰员交互。因此,本文根据标准的约定和实际应用的需要,设计浏览显示框架主要基于Web的浏览器外观模式,遵循统一的标准,包括菜单、弹出式对话框、文本框、图形框和导航按钮等,还为用户提供交互的手段,包括信息浏览、查询、导航、打印等功能。

4 结语

本文分析了现阶段海军舰船装备维修保障能力的问题和解决方法,对IETM相关技术关键进行了分析,针对舰船装备IETM的特点,对系统进行了详细设计,最后以某型舰船装备为例进行了设计实现。该IETM系统可用于辅助维修,人员培训,可大大提高装备的维修水平,是装备维修信息化建设的重要组成部分。

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Design and Implementation of IETM System in Warships Equipment Based on Web

HU Ping1GU Xuefeng1XU Haizhu2

(1. Office of Research & Development, Naval University of Engineering, Wuhan 430033) (2. Naval Academy of Armament, Beijing 100161)

The informatization of equipment maintenance support is always an important attention content of the related research organizations. The research and application of interactive electronic technical manual(IETM) on warships equipment has great significance to speed up the informatization of naval construction and improve support capability. The IETM development of key technologies is analyzed and the warships equipment IETM System based on Web is designed in this paper, and it has great propelling effect on equipment informatization.

warships equipment, maintenance support, interactive electronic technical manual

2014年12月16日,

2015年1月27日

胡平,男,博士,工程师,研究方向:舰船武器系统。顾雪峰,男,硕士,工程师,研究方向:装备保障。徐海珠,男,博士,工程师,研究方向:信号处理和仿真技术。

TP393

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.026