航空機務危險作業多功能電子讀卡裝置的設計

武雪榮，蘇 波

（空軍第一航空學院 航空軍械工程系，河南 信陽 464000）

0 引言

保障航空軍械專業作業安全需要規范操作內容，明確操作風險點并對過程實時監管。傳統的紙質讀卡操作雖可完成操作內容的規范，但無法向操作人員提示潛在的操作風險，更無法實時監控設備狀態，因此提升作業安全的效果有限。同時，紙質讀卡操作還存在文檔數量龐大，不便于攜帶保存；紙質文檔無保密措施，安全性差；不能同設備的更新實時更新操作內容等缺點。因此，研制電子讀卡裝置成為規范和監控航空機務危險作業的迫切需求。

1 總體設計

該電子讀卡裝置包括硬件系統和軟件系統兩個部分。其中，硬件系統主要包括電子讀卡器和系統工作站兩個部分。電子讀卡器采用軍用加固移動終端作為平臺，系統工作站采用PC 機作為平臺。

電子讀卡器和系統工作站通過其內部的軟件實現相關功能，其軟件系統架構采用CS 模式，后臺數據庫選用SQL Server 2005；開發平臺選用VC、C++ Builder 6.0、JAVA +ANDROID SDK、通用數據庫系統開發平臺。通過繼承商業化代碼庫，最大限度提升開發效能及產品穩定性。

軟件系統主要由主管理系統、數據處理接口、電子讀卡器、SQL Server 數據庫、Web Server 五個部分組成，其系統結構如圖1 所示。

用戶登錄系統后，經由主管理系統讀取SQL Server數據庫內的全部記錄，通過機型、專業、科目等相關信息的篩選，用戶可從中選取出與本次作業相關的數據信息，并經由數據處理接口轉換成Android 系統可以使用的數控格式，通過USB 接口或網絡接口便可發布至各個電子讀卡器。

用戶直接通過電子讀卡器即可以獲得危險作業的相關操作信息，并可以通過電子讀卡器記錄操作過程各關鍵節點的操作結果。

圖1 系統結構Fig.1 System structure

當操作結束后，用戶可以將電子讀卡器的記錄經由USB 接口或網絡接口送至數據處理接口。數據處理接口將接收到的信息自動轉換成Windows 操作系統能夠識別數據格式，并存儲在SQL Server 數據庫中。

用戶通過主管理系統可以查詢電子讀卡器回傳的結果，并可以將相關結果通過Web Server 模塊轉換成網頁形式發布至各用戶終端，供管理人員和使用人員查看、分析。

此外，用戶還可將電子讀卡器的軟件升級版本存儲在PC 機內，通過主管理系統和數據處理接口對連接上PC 機的電子讀卡器進行應用軟件在線升級。

2 軟件設計與實現

該軟件系統按照功能劃分可以分為系統管理、電子讀卡、數據處理服務、動態網頁發布和在線升級5 個方面。

2.1 系統管理

系統管理模塊由角色管理、賬戶管理、校驗庫管理、初始化系統、數據接收、數據上報、數據備份、數據恢復八個子模塊組成，實現用戶權限配置、輸入數據校驗、數據接收上報、數據庫備份還原等功能，其功能框圖如下：

角色管理系統用戶權限管理借鑒Windows 工作組模式，將系統使用用戶分組，通過將相關人員劃分到每個工作組即可快速實現人員權限配置及更改。賬戶管理可以實現各類人員賬號的建立及基本信息的登記。校驗庫管理則通過開發通用數據輸入校驗模塊，維護校驗庫中的數據約束條件，統一數據輸入標準，從而規范所有使用人員的數據輸入質量。

初始化系統是刪除研發測試數據；首次繼承相關基礎數據，保障系統穩定運行；數據接收時通過對比本級系統與上級系統數據結構，批量導入可繼承數據；數據上報是依據上級系統數據規范實現數據的批量上報；數據備份、數據還原可以實現數據庫的一鍵備份與還原，保障數據庫安全。

基礎庫管理模塊由專業庫管理、機型庫管理、設備庫管理、工作時機庫管理、工作項目庫管理等五個子模塊組成，通過對這五個基礎庫的維護管理，可以有效規范統一各專業命名及分類標準，提高用戶輸入效率，保障數據統計的科學準確。

電子卡片管理屬于交互式電子技術手冊（ITEM）的一個主要形式，該模塊主要由參數設置模塊、卡片庫添加模塊、卡片庫編輯模塊和卡片庫導入導出模塊四個模塊組成。該電子卡片管理模塊的特點是既能完成文字信息的存儲查詢，又可實現圖片、視頻等多媒體信息的管理，屬于第四代ITEM 技術水平。數據發布主要實現讀卡器版本信息管理和數據發布；數據查詢根據用戶賬戶所處工作組的權限，實現對應級別的數據查詢；統計分析根據用戶賬戶所處工作組的權限，實現對應級別的數據統計、分析。

2.2 電子讀卡

電子讀卡是電子讀卡器的功能實現，它主要由參數確認模塊、人員確認模塊、操作讀卡、數據記錄模塊和數據通信模塊五個模塊組成。

參數確認通過用戶選擇的專業、機型、設備、工作時機和工作項目獲得所需的相關參數；人員確認通過用戶選擇的職務、姓名和認證碼實現人員確認；操作讀卡在參數確認后，電子讀卡器自動調用相關的操作工藝卡內容，實現讀卡操作；數據記錄獲得人員在相關操作結束后的確認信息，記錄關鍵位置圖像，操作人員圖像；數據通信完成電子讀卡器與PC 機之間的雙向數據傳輸。

2.3 數據處理服務

由于PC 機使用的是Windows 操作系統，對應的數據庫是SQL Server 數據庫，電子讀卡器使用的時Android（安卓）操作系統，對應的數據庫是SQL LITE，相互軟件之間的數據并不兼容，并且目前也沒有同時兼容Windows 操作系統和Android 操作系統的數據庫管理系統，因此，為了實現PC 機與電子讀卡器之間的數據交換，必須經過數據處理服務的數據轉換。

數據處理服務模塊主要由SQL 指令接收、SQL 指令處理、數據編碼、Socket 數據通信和資源調控模塊等五個模塊組成。

SQL 指令接收：接收系統管理模塊發送的數據庫操作申請，并通過ADO 將指令申請送入SQL指令處理模塊。

SQL 指令處理：接收申請指令，實現先關數據庫操作，并將數據送入數據編碼模塊。對數據庫的操作包括：增加、刪除、修改、遍歷、查詢和統計等功能。

數據編碼：根據數據傳輸方向將數據轉換成對應系統能夠使用的數據格式，以增強系統的兼容性，以文本信息為例，Windows 操作系統使用GB2312 編碼，安卓系統使用JAVA UTF8 編碼。此外，數據編碼還可統一數據格式，提高系統傳輸可靠性。

Socket 數據通信：對不同類型的數據進行不同類型的轉換，從而實現數據。以圖像信息為例，為實現多媒體信息的傳輸，圖像信息全部使用Byte 數據流形式傳輸。

資源調控模塊：根據系統需求分配Socket 通信接口，從而實現單PC 與多電子讀卡器通信時的資源分配。

圖2 數據處理服務模塊Fig.2 Data processing service module

2.4 動態網頁發布

圖3 動態網頁發布Fig.3 Dynamic web publishing

通過電子讀卡器記錄的結果數據全部記錄在PC 機的 SQL Server數據庫內，根據工作需求，可以將不同類型的結果信息進行整合，并以動態網頁的形式進行發布。該模塊主要包括SQL 指令接收、SQL 指令處理和生成與發布模塊3 個模塊組成。

SQL 指令接收：接收數據庫操作申請，并通過ADO將指令申請送入SQL 指令處理模塊。

SQL 指令處理：接收申請指令，實現先關數據庫操作，并將數據送入生成與發布模塊。

生成與發布模塊：根據接收的數據庫信息，通過JAVA 程序產生動態頁面，并可通過網絡發送至各用戶終端。

2.5 在線升級

在線升級模塊由升級服務端、版本更新管理模塊、升級模塊三部分組成，升級服務端運行于服務器（即PC機)上，版本更新管理模塊、升級模塊運行于客戶端（即電子讀卡器）。

當電子讀卡器的應用軟件研發完新版本程序時，開發人員可通過版本更新管理模塊上傳最新版本軟件，各已安裝的老版本管理系統每次與服務器連接時均會檢測軟件版本信息，一旦發現有新版本軟件，系統將自動完成版本升級，實現系統一次安裝終生自動升級的功能。

3 結束語

電子讀卡裝置屬于交互式電子技術手冊的一種，據統計，國外采用交互式電子技術手冊進行武器裝備維護后，技術資料編寫費用降低了40%，出版費用降低了60%，內容更新時間僅為原來的1/9，重量為原來的1/148，體積為原來的1/53，可以預見，采用交互式電子技術手冊進行機務維護可以有效節省相關的武器裝備技術信息管理費用。

[1]劉啟航，等. 航空機務危險作業研究[J].航空維修，2013.

[2]趙杰，等.基于ARM 的危險作業機器人機械臂控制系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2012.

[3]李士祥.淺談硫磺聯合裝置危險作業的安全管理[J].安全·健康和環境，2009.