基于PDA與IETM的航空保障輔助維修系統(tǒng)研究

王云翔，歐海英，楊茂勝，王海東

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

基于PDA與IETM的航空保障輔助維修系統(tǒng)研究

王云翔，歐海英，楊茂勝，王海東

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

針對(duì)艦船航空保障裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性要求高的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一種面向一線維護(hù)人員使用的便攜式輔助維修系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PDA作為硬件終端，基于IETM技術(shù)實(shí)現(xiàn)輔助維修的手段，可以與艦船裝備管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。論述該系統(tǒng)的功能、體系結(jié)構(gòu)、信息流程及其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，以為提升一線裝備維護(hù)能力起到輔助作用。

PDA；IETM；輔助維修

0 前言

艦艇航空部門航空保障裝備是涉及領(lǐng)域眾多、專業(yè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度高、可靠性要求高的特點(diǎn)，給日常維修保障工作帶來(lái)很大難度。為了提高維修保障作業(yè)的靈活性，提升維修效果，結(jié)合移動(dòng)式輔助維修（PMA）與交互式電子手冊(cè)（IETM）技術(shù)，研究輔助維修的方法。

PMA技術(shù)是指通過(guò)便攜式的電腦硬件，也可以是PDA，搭載一定的軟件系統(tǒng)，對(duì)維修方式方法進(jìn)行輔助決策，提高保障效率。一般情況下要求PMA具有與維修人員的交互功能，以及與被測(cè)設(shè)備直接通信的功能。IETM技術(shù)實(shí)際上是軟件系統(tǒng)，其綜合應(yīng)用專家系統(tǒng)、多媒體信息處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及電子出版等技術(shù)，將種類諸多、內(nèi)容繁雜的操作使用說(shuō)明、維修指導(dǎo)、技術(shù)圖紙資料等信息精煉組織，有機(jī)地結(jié)合為一體，構(gòu)成電磁介質(zhì)，具有一定的交互能力[1，2]。

1 系統(tǒng)功能分析

將PDA與IETM技術(shù)應(yīng)用于航空保障裝備的輔助維修中，主要目的是實(shí)現(xiàn)維修現(xiàn)場(chǎng)的智能化培訓(xùn)，維修決策支持，是以實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性為建設(shè)原則。PDA作為輔助維修的硬件平臺(tái)，由于航空保障裝備不具有航空裝備的集成化特點(diǎn)，因此不要求PDA與被測(cè)設(shè)備直接通信。而PDA與維修人員的交互功能通過(guò)搭載IETM軟件實(shí)現(xiàn)，其集成多種航空保障裝備的信息資源，為維修人員隨時(shí)隨地提供需要的維修信息，輔助維修。

航空保障裝備輔助維修系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、維修保養(yǎng)、設(shè)備管理、維修指導(dǎo)和數(shù)據(jù)通信等幾個(gè)子系統(tǒng)組成，分別完成相應(yīng)的功能（圖1）。

圖1 航空保障裝備輔助維修系統(tǒng)功能

系統(tǒng)管理模塊是指登陸系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理。一方面，超級(jí)管理員可以新增、修改和刪除普通管理員的相關(guān)信息；另一方面，也可以修改各個(gè)管理員的權(quán)限，也就是所能瀏覽、修改的裝備范圍。由于航空保障系統(tǒng)無(wú)論從行政劃分上看，還是從裝備歸屬上看，都應(yīng)該區(qū)分管理，相互之間不要存在干涉，既便于保密，也利于區(qū)分責(zé)任。維修保養(yǎng)模塊是裝備日常管理的一部分，用于進(jìn)行日常檢拭時(shí)，記錄裝備的故障信息、保養(yǎng)信息，同時(shí)，對(duì)于需要維修的裝備，要將維護(hù)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)記錄，便于后期查詢。設(shè)備管理模塊提供設(shè)備的詳細(xì)信息，使用信息主要是記錄設(shè)備的日常使用信息，用于統(tǒng)計(jì)設(shè)備正常工作時(shí)間及使用壽命；備品配件信息記錄庫(kù)存?zhèn)浼幕厩闆r，同時(shí)應(yīng)具有備件使用的統(tǒng)計(jì)分析，便于輔助領(lǐng)導(dǎo)決策。維修指導(dǎo)模塊提供部門所轄裝備的詳細(xì)技術(shù)資料，采用IETM技術(shù)實(shí)現(xiàn)，涉及系統(tǒng)的原理、構(gòu)造、維修方法、維修理論等方面。同時(shí)，該模塊還提供故障診斷的基本功能，通過(guò)專家知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和結(jié)論庫(kù)等子系統(tǒng)提供合理的維修方案。數(shù)據(jù)通信模塊是指與上級(jí)航空保障裝備管理系統(tǒng)服務(wù)器的交互，提供與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換管理功能，可以將日常工作中采集到的故障信息、維修信息和使用信息等上傳服務(wù)器，也可以將服務(wù)器上的技術(shù)資料下載到PDA終端上。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)將結(jié)合XML、ASP、ADO.NET和JavaScript等技術(shù)，采用客戶/服務(wù)兩層架構(gòu)（圖2）。

圖2 航空保障裝備輔助維修系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系

艦船裝備管理服務(wù)器為服務(wù)器端，由Web服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu)成。IETM數(shù)據(jù)庫(kù)等各類數(shù)據(jù)庫(kù)駐留于數(shù)據(jù)服務(wù)器，分別存儲(chǔ)和管理檢拭、維修中涉及的不同類型數(shù)據(jù)?？蛻舳耸荘DA上安裝的便攜式輔助維修系統(tǒng)，可以聯(lián)網(wǎng)模式或單機(jī)模式工作，其帶有數(shù)據(jù)總線和測(cè)試接口，可以由一線維護(hù)人員手動(dòng)錄入信息到便攜式數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以通過(guò)串行接口將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器或下載到移動(dòng)端。采用Web瀏覽器為用戶引入系統(tǒng)工作界面，瀏覽器上可運(yùn)行以Java Applet形式存在的客戶端應(yīng)用程序，并帶有便攜式數(shù)據(jù)庫(kù)，臨時(shí)存儲(chǔ)裝備狀態(tài)檢測(cè)信息和從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器下載的訓(xùn)練與維修輔助資料信息，方便系統(tǒng)在維修現(xiàn)場(chǎng)以單機(jī)模式運(yùn)作。

2.2 PDA體系結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)使用PDA作為便攜式維修終端，可以完成維修信息的采集、分析和管理，減少基層人員的作業(yè)時(shí)間和工作量，提高基層單位的工作質(zhì)量和效率，保證數(shù)據(jù)采集工作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。操作系統(tǒng)采用Windows CE，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用SQL Server Mobile，開(kāi)發(fā)工具采用Visual Studio 2005。和PC系統(tǒng)不同的是，PDA系統(tǒng)存儲(chǔ)空間小，處理速度有限，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮系統(tǒng)資源的利用率，盡量少占用內(nèi)存，避免大量的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊獨(dú)立封裝，在方便維護(hù)的同時(shí)，也便于系統(tǒng)的升級(jí)擴(kuò)展。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由3部分組成，即表示層、功能層和數(shù)據(jù)層（圖3）。表示層為用戶提供操作界面，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互，以直觀的形式表現(xiàn)系統(tǒng)信息，在這層的程序開(kāi)發(fā)中主要是使用可視化編程工具。功能層相當(dāng)于應(yīng)用的本體，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它將具體的業(yè)務(wù)處理邏輯地編入程序，主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的連接、事務(wù)處理、身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)邏輯。數(shù)據(jù)層就是DBMS，負(fù)責(zé)管理對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的讀寫，并響應(yīng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求[3]。

2.3 數(shù)據(jù)處理方式

人工查詢數(shù)據(jù)或錄入數(shù)據(jù)都是通過(guò)網(wǎng)頁(yè)形式的工作界面實(shí)現(xiàn)的。用戶提出服務(wù)請(qǐng)求后，該請(qǐng)求將以XML文件的形式通過(guò)Web瀏覽器傳遞給系統(tǒng)的Web服務(wù)器，Web服務(wù)器處理用戶請(qǐng)求，激活應(yīng)用程序服務(wù)器中相應(yīng)的應(yīng)用程序[4]。該程序執(zhí)行服務(wù)請(qǐng)求，通過(guò)SQL和ADO.NET訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，得到用戶需要的信息，而后把這些信息組合起來(lái)，動(dòng)態(tài)生成一個(gè)XML文件，通過(guò)Web服務(wù)器送回用戶端Web瀏覽器，同時(shí)返回一份XSL排版樣式文件，Web瀏覽器負(fù)責(zé)解釋XML文件并將其轉(zhuǎn)換為HTML形式呈現(xiàn)給用戶。

3 系統(tǒng)IETM的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

航空保障系統(tǒng)便攜式輔助維修系統(tǒng)IETM的主要用途是指導(dǎo)艦員級(jí)維修保障。根據(jù)部隊(duì)工作實(shí)際及業(yè)務(wù)需求，將艦船技術(shù)信息分為部件信息、人員信息、程序信息、故障信息、維修計(jì)劃信息等7大類數(shù)據(jù)模塊（圖4）。所有數(shù)據(jù)信息都可以歸納為文本類和非文本類，其中文本類包括以文本形式存在的數(shù)據(jù)集，非文本類則是以插圖及多媒體形式存在。IETM在對(duì)數(shù)據(jù)的處理，主要涉及到數(shù)據(jù)標(biāo)記、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

圖3 PDA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 IETM系統(tǒng)模塊組成

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)記

航空保障裝備IETM系統(tǒng)采用可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，即XML。XML是用來(lái)描述一種稱為XML的文件的數(shù)據(jù)對(duì)象，同時(shí)也部分的描述了處理這些數(shù)據(jù)對(duì)象的計(jì)算機(jī)程序的行為，它是一種SGML簡(jiǎn)化版的語(yǔ)言，可在記事本或者寫字板等文本編輯 器中創(chuàng)建，也能在任何能夠編寫簡(jiǎn)單文本文件的文字處理程序中創(chuàng)建[5]。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示

在XML中，內(nèi)容和顯示方式是分離的，其顯示方式從信息本身中抽離了出來(lái)，放在了樣式表Style sheet中。這樣人們?cè)诰帉慩ML文件時(shí)，只需關(guān)注文件中的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且可以使信息表現(xiàn)方式的修改、數(shù)據(jù)的搜索更為簡(jiǎn)便，也使得XML具有更好的自描述性。在航空保障系統(tǒng)IETM系統(tǒng)中，采用可擴(kuò)展樣式語(yǔ)言XSL（Extensible Style sheet Language）。

XSL是專門針對(duì)XML文檔的樣式提出來(lái)的規(guī)則，能使XML文檔得到更加有效地表現(xiàn)。XSL本質(zhì)上是XML文檔的一種延伸，是由XML語(yǔ)言行成的一個(gè)XML的應(yīng)用程序，這是因?yàn)樗蚗ML文件在語(yǔ)法上是一致的。不同的是XSL文件的擴(kuò)展名是“XSL”而不是“XML”。XSL元素用來(lái)指引XSL處理器如何對(duì)XML文檔中的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，并按照XSL文件中規(guī)定的輸出樣式將XML文檔表現(xiàn)出來(lái)。而一般的XSL處理器常常都附著在支持XSL的瀏覽器中。因此，XSL處理器在解讀XSL與XML文檔后，就可產(chǎn)生相應(yīng)的輸出結(jié)果，然后通過(guò)瀏覽器展示出來(lái)。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

本文采用S1000D標(biāo)準(zhǔn)處理文本類數(shù)據(jù)和非文本類數(shù)據(jù)。其主要涉及數(shù)據(jù)模塊DM與公共源數(shù)據(jù)庫(kù)CSDB。

數(shù)據(jù)模塊是裝備的各種信息是以離散的形式存在的最小的信息單元，用于文本類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)模塊包括兩個(gè)部分：標(biāo)識(shí)部分與內(nèi)容部分。標(biāo)識(shí)部分是數(shù)據(jù)模塊的唯一標(biāo)識(shí)碼，標(biāo)識(shí)部分的數(shù)據(jù)可以用于數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)模塊的管理、檢索功能的管理和控制等方面；內(nèi)容部分則是供用戶閱讀的部分。

公共源數(shù)據(jù)庫(kù)是IETM數(shù)據(jù)管理的中心，但只是一個(gè)虛擬的數(shù)據(jù)庫(kù)，一般利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它和上面介紹的數(shù)據(jù)模塊構(gòu)成了S1000D標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)核心概念。公共源數(shù)據(jù)庫(kù)是信息存儲(chǔ)和管理的容器，為生成技術(shù)手冊(cè)而需要的所有信息對(duì)象都保存在其中。

（1）文本類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。文本類數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)模塊的形式進(jìn)行的存儲(chǔ)。本文定義數(shù)據(jù)模塊的標(biāo)識(shí)部分是數(shù)據(jù)模塊的唯一標(biāo)示碼，也就是文本ID，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)自動(dòng)生成。而內(nèi)容部分則是供用戶閱讀并可擴(kuò)展標(biāo)記的語(yǔ)言，即XML進(jìn)行描述的部分。

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)模塊形式存在的文本信息時(shí)，首先將數(shù)據(jù)模塊標(biāo)識(shí)部分也就是文本ID作為唯一標(biāo)識(shí)碼存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的字段，然后將內(nèi)容部分即XML文檔作為一個(gè)整體，以XML數(shù)據(jù)類型為存儲(chǔ)類型存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有的文本類數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在一個(gè)表中。文本類數(shù)據(jù)映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)表，表1。

表1 文本數(shù)據(jù)屬性表

（2）非文本類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。非文本類數(shù)據(jù)主要包括圖片和多媒體文件，他們并非直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)模塊DM中，而是單獨(dú)存儲(chǔ)，只是需要與數(shù)據(jù)模塊DM建立起一定的鏈接關(guān)系。每一圖片或多媒體數(shù)據(jù)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)控制碼，也就是圖片ID或多媒體ID，如表2、表3所示。

表2 圖片數(shù)據(jù)屬性表

表3 多媒體數(shù)據(jù)屬性表

存儲(chǔ)圖片時(shí)，以圖片控制碼（圖片ID)作為唯一識(shí)別標(biāo)記，將圖片作為一個(gè)整體存儲(chǔ)成IMAGE數(shù)據(jù)類型，但多媒體數(shù)據(jù)較大，直接存儲(chǔ)成一個(gè)二進(jìn)制格式，如var binary（MAX），會(huì)影響數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行效率，因此在存儲(chǔ)多媒體時(shí)，將多媒體文件存放到某一文件夾目錄下，而在數(shù)據(jù)庫(kù)中存放該視頻文件所在的文件路徑URL，這樣程序只要到數(shù)據(jù)庫(kù)讀取文件的存放路徑，再根據(jù)這個(gè)路徑去調(diào)用視頻文件即可。

4 結(jié)語(yǔ)

航空保障裝備便攜式輔助維修系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析了以PDA為硬件基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計(jì)了以IETM為技術(shù)手段的輔助維修方法。該系統(tǒng)可用于輔助維修，人員培訓(xùn)等，可有效提高裝備的維修水平，推動(dòng)艦船裝備的信息化建設(shè)向更深層次發(fā)展。

［1］董穎輝.基于PDA的艦船設(shè)備記事系統(tǒng)[J].艦船電子工程，2008，（24）:163-165.

［2］李堯，陳金水.基于PDA的移動(dòng)醫(yī)護(hù)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2005，（29）：414-417.

［3］溫國(guó)強(qiáng)，夏芳，王衛(wèi)國(guó).基于IETM的武器裝備遠(yuǎn)程維修訓(xùn)練系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].火力與指揮控制，2008，（33）:84-89.

［4］陳龍，曹偉洲，刑千里.便攜式維修輔助工具在船舶維修中的應(yīng)用研究[J].艦船電子工程，2008，（12）:156-158.

［5］王衛(wèi)國(guó)，王不著斌.面向武器裝備綜合診斷的IETM結(jié)構(gòu)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2006，（34）:73-76.

〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.51