基于GJB6600 的IETM 邏輯引擎設(shè)計(jì)

喬福超

(海軍航空工程學(xué)院，山東煙臺(tái) 264001)

交互式電子技術(shù)手冊(cè)(interactive electronic technical manual，IETM)是以數(shù)字形式存儲(chǔ)，采用文字、圖形、表格、音頻和視頻等形式，以人機(jī)交互方式提供裝備基本原理、操作使用和維修內(nèi)容的技術(shù)出版物［1］。與傳統(tǒng)的電子技術(shù)手冊(cè)相比，IETM 最顯著的特征是具有交互性，這使得用戶與計(jì)算機(jī)之間能夠以人機(jī)對(duì)話的方式獲取信息與知識(shí)，極大地提高了裝備維修效率。

IETM 普遍采用過(guò)程數(shù)據(jù)模塊(Data Module)和邏輯引擎(Logic Engine)相互配合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。目前，針對(duì)歐洲S1000D 標(biāo)準(zhǔn)的IETM 開發(fā)平臺(tái)已經(jīng)具有了成熟的邏輯引擎。我國(guó)自2009年頒布GJB6600 標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，也出現(xiàn)了各型支持該標(biāo)準(zhǔn)的IETM 開發(fā)平臺(tái)，但由于平臺(tái)的側(cè)重點(diǎn)不同，目前所接觸的幾款支持GJB6600 標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)平臺(tái)都暫不提供對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)模塊和邏輯引擎的支持。因此，設(shè)計(jì)一種基于GJB6600 標(biāo)準(zhǔn)的邏輯引擎，為相關(guān)的研究與開發(fā)提供參考。

1 過(guò)程數(shù)據(jù)模塊

IETM 中的技術(shù)信息是以數(shù)據(jù)模塊的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的。數(shù)據(jù)模塊是描述裝備結(jié)構(gòu)、性能和操作步驟等技術(shù)信息的獨(dú)立的、完整的數(shù)據(jù)單元。根據(jù)技術(shù)信息的用途不同，GJB6600將數(shù)據(jù)模塊分為8 類，包括描述類、程序類、故障類、維修計(jì)劃類、操作類、圖解零件類、連線類、過(guò)程類。其中，過(guò)程數(shù)據(jù)模塊是一類特殊的數(shù)據(jù)模塊，它是具有內(nèi)在邏輯判斷的腳本流，能夠根據(jù)裝備的狀態(tài)信息組織其他數(shù)據(jù)模塊和步驟的顯示順序。

GJB6600 所定義的過(guò)程數(shù)據(jù)模塊包括〈變量聲明〉、〈操作準(zhǔn)備〉、〈模塊執(zhí)行順序〉和〈收尾工作〉子元素，其數(shù)據(jù)模型如圖1 所示。其中，〈變量聲明〉和〈模塊執(zhí)行順序〉是實(shí)現(xiàn)IETM 交互性的2 個(gè)重要元素。下面對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)模塊中的主要元素作簡(jiǎn)要分析。

圖1 過(guò)程數(shù)據(jù)模塊的數(shù)據(jù)模型

1.1 〈變量聲明〉元素

在裝備維修過(guò)程中，IETM 經(jīng)常需要獲取一些與裝備相關(guān)的狀態(tài)信息(如溫度、輸出電壓等)，以便判斷故障類型，指引用戶維修?！醋兞柯暶鳌翟丶词怯糜趯?duì)維修過(guò)程中所需的所有狀態(tài)信息(變量)進(jìn)行定義和初始化的。在IETM 運(yùn)行過(guò)程中，使用邏輯引擎驅(qū)動(dòng)對(duì)話框或調(diào)用外部測(cè)試程序，以便用戶能夠手動(dòng)輸入信息或由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備自行輸入信息。邏輯引擎將所獲取的狀態(tài)信息以變量的形式存儲(chǔ)于狀態(tài)表中，以供后續(xù)的邏輯判斷、數(shù)值計(jì)算或其他程序使用。

1.2 〈模塊執(zhí)行順序〉元素

〈模塊執(zhí)行順序〉元素用于描述多個(gè)數(shù)據(jù)模塊和步驟之間執(zhí)行的先后順序，形成具有內(nèi)在判斷邏輯的腳本流。它包括〈順序執(zhí)行方式〉、〈分支選擇方式〉、〈條件判斷方式〉、〈循環(huán)判斷方式〉4 種子元素。其中，〈順序執(zhí)行方式〉是核心元素，其作用是描述向用戶呈現(xiàn)的信息內(nèi)容，包括獨(dú)立的操作步驟、對(duì)話框、消息框、引用的數(shù)據(jù)模塊、外部請(qǐng)求等內(nèi)容;〈分支選擇方式〉描述多分支情況下的業(yè)務(wù)邏輯，邏輯引擎通過(guò)判斷其子元素的〈適用性信息〉元素值或〈適用性引用〉屬性值，決定在特定的邏輯條件下所應(yīng)選擇的分支;〈條件判斷方式〉用于描述一個(gè)if-then-else 的業(yè)務(wù)邏輯，邏輯引擎通過(guò)判斷其〈表達(dá)式〉元素值決定應(yīng)選擇的分支;〈循環(huán)判斷方式〉描述一個(gè)循環(huán)邏輯，邏輯引擎通過(guò)判斷其〈表達(dá)式〉元素值決定是否跳出循環(huán)。需要指出的是，上述4 種元素均可在其子元素中繼續(xù)套用這4 種結(jié)構(gòu)，以描述任意復(fù)雜程度的腳本流。

1.3 〈表達(dá)式〉元素

〈表達(dá)式〉是過(guò)程數(shù)據(jù)模塊中極為重要的元素，在腳本流中，所有的邏輯表達(dá)式、算術(shù)表達(dá)式、直接量等都需要使用〈表達(dá)式〉進(jìn)行描述。該元素具體包含4 種結(jié)構(gòu)的子元素，如圖2 所示。

1.4 〈對(duì)話框〉元素

人機(jī)對(duì)話是IETM 交互功能的基礎(chǔ)。在裝備維修過(guò)程中，當(dāng)邏輯引擎需要獲取或更新某一狀態(tài)信息(變量)時(shí)，會(huì)彈出對(duì)話框并要求用戶輸入相應(yīng)的信息?！磳?duì)話框〉元素即用于描述所彈出對(duì)話框的內(nèi)容以及與之相關(guān)聯(lián)的變量。該元素主要包含5 種類型的子元素，即〈填空〉、〈菜單〉、〈按鈕〉、〈消息框〉、〈對(duì)話組合〉子元素，通過(guò)搭配使用這5 種子元素可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔高效的對(duì)話框?！磳?duì)話框〉元素的數(shù)據(jù)模型如圖3 所示。

圖2 〈表達(dá)式〉元素的數(shù)據(jù)模型

圖3 〈對(duì)話框〉元素的數(shù)據(jù)模型

2 邏輯引擎

2.1 邏輯引擎運(yùn)行機(jī)理

過(guò)程數(shù)據(jù)模塊是靜態(tài)的腳本，其本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。邏輯引擎是解析執(zhí)行靜態(tài)腳本的一個(gè)軟件，是腳本流的解釋器［2］。在IETM 中，過(guò)程數(shù)據(jù)模塊必須借助邏輯引擎的支持才能完成人機(jī)交互功能。

本節(jié)以一段維修流程為例，對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)模塊和邏輯引擎的作用進(jìn)行說(shuō)明，如圖4 所示。首先，數(shù)據(jù)模塊編制人員將由廠商提供的設(shè)備維修流程按照一定的IETM 標(biāo)準(zhǔn)編制成過(guò)程數(shù)據(jù)模塊(該項(xiàng)工作通常是借助IETM 開發(fā)平臺(tái)完成的，優(yōu)秀的開發(fā)平臺(tái)能夠使用圖形界面來(lái)構(gòu)建維修流程，并自動(dòng)生成基于IETM 標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程數(shù)據(jù)模塊)。在數(shù)據(jù)模塊編制完成后，邏輯引擎對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)模塊中的靜態(tài)腳本進(jìn)行解析并處理。邏輯引擎的運(yùn)行涉及2 方面內(nèi)容:解析器和處理器。其中，解析器負(fù)責(zé)對(duì)XML 文檔中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)的類型調(diào)用相應(yīng)的處理器;處理器則根據(jù)當(dāng)前所遍歷的節(jié)點(diǎn)類型及內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的處理，如顯示數(shù)據(jù)模塊內(nèi)容、彈出對(duì)話框等。

圖4 過(guò)程數(shù)據(jù)模塊和邏輯引擎的作用示意圖

2.2 邏輯引擎實(shí)現(xiàn)方案

解析器與處理器有多種實(shí)現(xiàn)方式，本研究提出2 種可行的方案。

1)解釋型邏輯引擎

該型邏輯引擎的運(yùn)行機(jī)理類似于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中解釋型語(yǔ)言的翻譯過(guò)程。它首先加載過(guò)程數(shù)據(jù)模塊，然后由解析器逐個(gè)節(jié)點(diǎn)地進(jìn)行遍歷，每當(dāng)遍歷到一個(gè)節(jié)點(diǎn)，便調(diào)用處理器執(zhí)行相應(yīng)的操作。解析器會(huì)根據(jù)用戶的操作和文檔內(nèi)在的邏輯有選擇性地遍歷XML 文檔，是一種動(dòng)態(tài)的翻譯方式。

2)編譯型邏輯引擎

該型邏輯引擎的運(yùn)行機(jī)理類似于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中編譯型語(yǔ)言的翻譯過(guò)程。它是將整個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)模塊直接翻譯成完整的可執(zhí)行的程序代碼。它首先加載過(guò)程數(shù)據(jù)模塊，并對(duì)文檔中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷。每當(dāng)遍歷到一個(gè)節(jié)點(diǎn)，即調(diào)用相應(yīng)的翻譯函數(shù)，將該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容翻譯成可執(zhí)行代碼，并以字符串的形式存儲(chǔ)該代碼。在遍歷完成后，將所得到的所有節(jié)點(diǎn)的代碼拼接形成完整的程序代碼，并調(diào)用執(zhí)行。

3 邏輯引擎設(shè)計(jì)

本研究使用JavaScript 語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一款基于GJB6600 的編譯型邏輯引擎。下面對(duì)引擎實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和程序流程設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

3.1 邏輯引擎關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1.1 XML 解析

XML 文檔的解析通常需要借助XML 解析器來(lái)完成，本文即采用了基于DOM 規(guī)范的解析器。DOM 規(guī)范為解析XML 文檔定義了一組標(biāo)準(zhǔn)接口。DOM 解析器首先讀入整個(gè)文檔，然后將該文檔轉(zhuǎn)換成常駐內(nèi)存的樹狀結(jié)構(gòu)，即DOM樹。程序代碼可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系、標(biāo)簽名、屬性等訪問(wèn)DOM 樹中的節(jié)點(diǎn)，并獲取每個(gè)節(jié)點(diǎn)所包含的數(shù)據(jù)。

3.1.2 翻譯函數(shù)

編譯型邏輯引擎的處理器的主要工作是將節(jié)點(diǎn)內(nèi)容翻譯成程序代碼。因此，應(yīng)依據(jù)GJB6600 過(guò)程數(shù)據(jù)模塊的數(shù)據(jù)模型，為每一種類型的元素設(shè)計(jì)相應(yīng)的翻譯函數(shù)。翻譯函數(shù)將所要翻譯的節(jié)點(diǎn)作為參數(shù)傳入，將節(jié)點(diǎn)內(nèi)容翻譯成程序代碼，并存入一個(gè)字符串變量作為函數(shù)返回值。以〈表達(dá)式〉節(jié)點(diǎn)為例，其對(duì)應(yīng)的翻譯函數(shù)代碼如下所示:

圖5 所示的是一個(gè)表達(dá)式節(jié)點(diǎn)的XML 樹形圖，該節(jié)點(diǎn)描述了一個(gè)邏輯表達(dá)式，值為:(V_Min ＞11)＆＆ (V_Max ＜13)＆＆(V_Ripple ＜0.5)。使用上述翻譯函數(shù)對(duì)其進(jìn)行翻譯，將其最頂層表達(dá)式節(jié)點(diǎn)作為參數(shù)輸入該函數(shù)，所返回的字符串值為:(((V_Min)＞(11))＆＆((V_Max)＜(13)))＆＆((V_Ripple)＜(0.5))，即完成了對(duì)該節(jié)點(diǎn)內(nèi)容的翻譯。

圖5 表達(dá)式節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)

3.1.3 遍歷順序

編譯型邏輯引擎最終將所有節(jié)點(diǎn)的翻譯代碼拼接形成完整的程序代碼。代碼的拼接順序受節(jié)點(diǎn)的遍歷順序影響，因此必須選擇合適的遍歷方式。采用類似二叉樹中先序遍歷的方式，按自頂向下、自左向右的順序，先遍歷節(jié)點(diǎn)本身及其子節(jié)點(diǎn)，再遍歷兄弟節(jié)點(diǎn)。

3.1.4 無(wú)限嵌套

在過(guò)程數(shù)據(jù)模塊中，經(jīng)常出現(xiàn)元素之間相互嵌套或元素嵌套其本身的情況，如圖5 中的＜表達(dá)式＞元素。在XML文檔中，這種類型的節(jié)點(diǎn)可以具有任意多層次的子節(jié)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)無(wú)法預(yù)測(cè)。因此，對(duì)這種可無(wú)限嵌套的元素設(shè)計(jì)翻譯函數(shù)時(shí)，可使用遞歸調(diào)用的方法，如上述＜表達(dá)式＞元素的翻譯函數(shù)所示。

3.2 邏輯引擎程序設(shè)計(jì)

基于GJB6600 的編譯型邏輯引擎的程序流程圖如圖6所示。該程序首先加載XML 文檔，并將其轉(zhuǎn)化為DOM 樹，聲明全局字符串變量Str 以存儲(chǔ)整個(gè)模塊翻譯完成的代碼。然后對(duì)文檔節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷，每當(dāng)遍歷到一個(gè)節(jié)點(diǎn)，即調(diào)用相應(yīng)的翻譯函數(shù)，將該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容翻譯成可執(zhí)行代碼，并以字符串的形式存儲(chǔ)。當(dāng)文檔全部遍歷完成后，Str 變量值即為完整的程序代碼，調(diào)用eval()函數(shù)即可執(zhí)行字符串中的代碼。

4 結(jié)束語(yǔ)

論述了GJB6600 標(biāo)準(zhǔn)中過(guò)程數(shù)據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)和作用，分析了IETM 邏輯引擎的運(yùn)行機(jī)理，提出了邏輯引擎的2 種實(shí)現(xiàn)方案，即解釋型邏輯引擎和編譯型邏輯引擎。使用JavaScript 語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于GJB6600 標(biāo)準(zhǔn)的編譯型邏輯引擎。研究成果對(duì)IETM 邏輯引擎的設(shè)計(jì)與開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

圖6 邏輯引擎程序流程

［1］GJB6600，裝備交互式電子技術(shù)手冊(cè)［S］.

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