IETM通用數據源管理平臺的設計實現

林偉賢

（中航工業綜合技術研究所，北京 100028）

IETM通用數據源管理平臺的設計實現

林偉賢

（中航工業綜合技術研究所，北京 100028）

[摘要]提出并設計實現了一個具有自主知識產權的基于S1000D標準的IETM通用數據源管理平臺，實現IETM從內容收集、創作、管理到發布全流程的功能。

[關鍵詞]S1000D；交互式電子技術手冊；數據模塊；數據模塊列表；共享內容對象參考模型內容包

隨著高新技術的發展和裝備復雜程度的日益提高，構建基于信息化手段的精細化綜合保障能力，已成為裝備綜合保障技術的發展方向，成為構建裝備保障力的重要內容。技術資料是綜合保障的關鍵因素之一，是維修保障的基礎。

S1000D標準[1]是一個采用通用資源數據庫來創建技術文檔的國際標準，可以用它對任何軍用或民用的陸、海、空交通工具和設備制作技術文檔。目前，S1000D標準在美國及北約的軍事及民用領域有著廣泛的應用。

基于S1000D標準的交互式電子技術手冊（Interactive Electronic Technical Manual，IETM）[2]是裝備技術數據的新型載體，也是裝備技術數據的主要表現形式，利用信息化手段對技術資料進行存儲、管理，研制形成IETM，并在智能診斷、在線訓練等方面加以應用，是綜合保障信息化的重要內容。

1 研究現狀與分析

IETM是結構化的、交互化的、智能化的裝備技術數據的載體，也是一種新型的、重要的數字化保障裝備。IETM具有紙質技術手冊無可比擬的優點，據美國國防部的統計，可以使技術資料生產效率提高70%、失誤率減少50%、查詢時間節省50%、制作費用減少70%、重量只有原來的1/148、體積只有原來的1/53[3]，應用IETM技術可大大提高裝備的保障水平、增強裝備作戰能力、節省保障費用，是實現裝備保障過程技術信息互操作的必備條件，也是“技術信息數字化、信息交換標準化、信息傳輸網絡化”這一裝備保障新理念的充分體現，對我軍當前和未來的裝備保障信息化建設具有重要意義。

世界各國均對IETM技術的應用予以高度重視，通過IETM標準的制定和實施，在裝備研制、裝備保障中獲取了巨大的軍事效益和經濟效益，例如美軍在其主戰武器包括 F22、F35、RQ4“全球鷹”無人機等的研制和使用中均應用了IETM技術。

近年來，IETM的應用在我國取得了較快的發展，但推廣應用仍存在幾個突出的問題：一是采用國外的IETM創作平臺需要長期依賴國外軟件開發商的技術支持和維護，不利于保密。二是未能更好地體現裝備需求可定制性和擴展性。三是信息共享與標準支持差。IETM作為一項支撐裝備保障信息化建設的關鍵技術，出于標準貫徹實施的需要、裝備自主發展的需要以及綜合保障工作一體化的需要，不論是從經濟和軍事信息安全的角度，還是從信息共享的角度考慮，都迫切需要開發具有自主知識產權的IETM創作平臺，為IETM技術在軍隊的推廣應用奠定基礎。

2 系統需求

IETM通用數據源管理平臺的系統需求如下：

● 中文化要求，操作界面和底層數據標簽應以中文形式表示；

● 可視化要求，平臺應最大限度實現可視化編輯、管理和發布等功能；

● 自動化要求，業務規則檢查和數據結構驗證應實現自動化；

● 互操作要求，平臺可與訓練管理系統、維修保障信息系統、保障性分析系統之間進行無縫數據交互，不需要轉換數據格式；

● 安全性要求，平臺應具備多維安全防護，實現安裝控制、訪問控制、內容加密等；

● 人性化要求，操作界面應友好，功能模塊設計人性化，操作流程簡潔清晰；

● 兼容性要求，兼容S1000D 2.3、3.0、4.0；

● 通用性要求，平臺要適用于制作我軍陸、海、空、二炮各類裝備的IETM，所制作的IETM應能滿足輔助維修、輔助訓練與輔助用戶技術資料管理的使用功能和各項技術要求。

3 系統設計與實現

3.1 設計原則

3.1.1 多標準支持

創作平臺必須基于S1000D相關標準的要求進行開發，S1000D標準經過多次修訂，存在2.3、3.0、4.0版本，創作平臺需要兼容這些標準。

3.1.2 豐富的接口

創作平臺的建設需要考慮內部各功能模塊間的接口、與其他業務系統的接口、與第三方軟件的接口，方便平臺進行功能整合和數據集成。

3.1.3 先進性原則

創作平臺必須采用成熟、具有國內先進水平，并符合國際發展趨勢的技術、軟件產品，以保證系統具有較長的生命力和擴展能力。

3.1.4 成熟性原則

在開發工具的選型階段，應該盡量基于成熟的產品和規范，選擇已經成為標準的、被大量實踐所采用的技術，選用具有成熟性、可持續發展性的開發工具。系統要采用國際主流、成熟的體系架構來構建。

3.1.5 易組裝性原則

系統功能模塊化、組件化方式，能夠擴展疊加，允許替換，實現業務組件及項目資源的重用。

3.1.6 通用性原則

系統能實現多個項目的技術共享及資源重用，并進行平臺化擴展。

3.1.7 可擴展性原則

創作平臺的設計要考慮到業務未來發展的需要，盡可能設計得簡明，降低各功能模塊耦合度，并充分考慮兼容性。充分考慮系統在縱向和橫向上的可擴展性。

3.2 體系架構

通用數據源管理平臺的體系架構如圖1。

圖1 平臺體系架構

平臺分為視圖層、視圖模型層和數據層共3層，采用MVVM（Model-View-View Model）模式。層與層之間的依賴是自頂向下的，上層調用下層可以通過綁定或調用下層提供的方法、屬性來實現，當下層要主動通知上層時則通過接口實現。

3.2.1 視圖層（View Layer）

界面層主要負責展現數據和接收用戶輸入，采用微軟推出的新一代圖形系統框架WPF（Windows Presentation Foundation）進行開發。界面層由主界面框架、界面基礎組件和各業務界面組件構成。主界面框架是系統的“外殼”，主要負責為顯示業務功能界面和編輯窗口提供統一的方法；界面基礎組件為業務界面組件提供公用的自定義控件、模板和樣式；業務界面組件是最終呈現給用戶的數據管理界面和數據編輯窗口，是界面層的主要組成部分。

3.2.2 視圖模型層（View Model Layer）

視圖模型層處于界面層和模型層中間，起到了視圖和模型數據交互中承上啟下的作用，主要作用是響應來自界面層的請求，根據業務邏輯校驗和處理用戶輸入的數據，向模型層發送讀/寫數據的請求。當視圖模型層修改了數據后，通過INotifyPropertyChanged接口通知界面層刷新數據；當校驗到用戶輸入錯誤數據時，通過IDataErrorInfo接口通知界面層做出相應的提示。

3.2.3 數據模型層（Data Model Layer）

模型層主要由業務實體類型和一些基礎服務構成，業務實體模型用于封裝與應用程序的業務邏輯相關的數據和對數據的處理方法，模型層對數據層有直接訪問的權力，如對數據庫的訪問。模型層不依賴視圖、視圖模型層，因此模型層不關心它是如何被顯示和如何被操作的，它只關心模型的內部數據和數據層數據。

3.2.4 數據訪問層（Data Access Layer）

數據訪問層的作用是提供統一的數據訪問接口，負責數據庫和文件的訪問以及對象實體的持久化。

數據訪問層由數據訪問接口、日志服務、其它基礎服務和業務實體構成。數據訪問接口為邏輯層提供LINQ To Entity數據訪問方法；日志服務為邏輯層的日志服務組件提供統一的讀/寫用戶操作日志和系統錯誤日志的方法；業務實體與數據庫中的表一一對應，為邏輯層提供對象實體集和對象實體的持久化。

數據訪問層使用ADO.NET 實體框架。

4 關鍵技術與實現

4.1 MVVM模式

基于WPF強大的數據綁定（Data Banding）、依賴屬性（Dependency Property）、路由事件（Routed Event）、命令（Command）、數據模板（DataTemplate）、控件模板（ControlTemplate）等機制，可以容易的實現MVVM模式，將界面層（view）與模型層（Model）進行分離，架構如圖2。

Model是純粹的業務對象，通過實體框架實現。對象包含了業務屬性，屬性校驗方法，數據持久化等職責。實現INotifyPropertyChanged、IDataErrorInfo接口。

圖2 MVVM模式

View基本沒有代碼，所有的效果通過綁定、DataTemplate、Style、Resource等來實現。Converter 是View相關的職責，通過單獨類型獨立實現。

ViewModel包含了界面狀態的數據，例如SelectedUser、某個命令是否可用的判斷邏輯等。ViewModel向View提供命令對象，ViewModel實現Command的執行方法。

ViewModel不封裝Model的屬性，直接公開Model本身。

View的DataContext設置為ViewModel。View和ViewModel的組裝方法。

4.2 數據模塊、數據模塊列表、出版物模塊、共享內容對象參考模型內容包管理

4.2.1 同步編輯

為了避免編寫資料過程中出現沖突、發生覆蓋的情況，除了管理規劃外，平臺給用戶提供了內容編輯同步控制能力。

平臺引入互斥鎖的概念，任意時刻每個業務對象只有一個鎖，獲取了對象鎖的過程稱為簽出，對象被簽出后方能對其進行編輯修改；但對象被簽出后，其他用戶則無法再成功對其進行簽出；用戶通過簽入或者撤銷簽出釋放對象鎖，對象鎖被釋放后，其他用戶方能對該對象進行簽出操作。

因此同一時間只允許一個用戶對一個數據模塊（DM）或數據模塊列表（DML）、出版物模塊（PM）、共享內容對象參考模型內容包（SCP）等進行編輯，要求用戶在對其內容進行編輯前，必須首先進行簽出操作。

在IETM軟件中，設計一個同步控制服務，圖3是同步服務的類圖。

4.2.2 版本內容對比

DM、DML等業務對象允許存在多版本，在IETM軟件中提供不同版本進行內容對比的能力，通過對比XML內容來實現。

圖3 鎖服務管理類圖

可擴展標記語言（XML）內容對比算法主要有“Tree-To-Tree Conrrection Problem”，“Shasha’s快速算法”和“Chawathe’s 算法”，IETM軟件所采用算法是在這幾種算法的基礎上，做了部分修改，主要包含差異提取和差異合并兩部分：

4.2.2.1 差異提取

差異提取的目的是通過比較兩份XML文檔，獲取兩份XML的差異描述文件。差異描述文件采用XML差異描述語言表達，通過差異描述文檔，對源文檔執行差異合并操作，可以把源文檔變換成目標文檔。在差異比較提取過程有兩個關鍵技術點，即差異提取過程和差異描述語言。

4.2.2.1.1 差異提取過程

XML文檔的比較過程可以看成兩棵邏輯樹的比較過程，差異提取過程一般方法是：首先為XML文檔樹的每個節點進行哈希值（Hash）計算，如果兩個節點的Hash不相同則這兩個節點是不同節點，利用節點Hash值可以快速比較兩個節點的分支是否相同；其次在兩個文檔中找出相同子樹，并記錄下相同子樹位置；第三利用相同子樹記錄，生成差異操作，第四根據差異操作生成差異描述文件。

4.2.2.1.2 差異描述語言

圖4描述的內容是：相對于原X M L文檔，目標XML文檔修改了節點21113屬性Inwork的值，更改為“01”；還增加了節點。

在IETM軟件差異描述語言中，有4種XML節點操作：新增、刪除、修改、移動，分別采用Add、Delete、Change、Move節點表示。在差異描述語言中有一個關鍵因素，即位置描述，如圖4所示節點位置采用從根節點至目標節點在父親節點的位置序號。

圖4 XML差異描述文檔

4.2.2.2 差異合并

利用差異描述文檔和原XML文檔，可以把文檔還原成目標XML文檔。在目標文檔還原過程中，需要特別注意差異描述文檔中的位置問題，后面的修改指令中位置會受到前面修改指令影響，隨著修改指令的執行，后續修改位置也需要不斷進行修正，這樣才能保證插入到原文檔中的位置是正確的。

4.2.3 Schema與業務規則校驗

為了保證用戶在編寫的技術資料滿足業務規劃要求或S1000D標準要求， IETM軟件實現了一個統一的校驗模塊——XML文檔校驗器，對外部提供統一的校驗接口和校驗輸出結果。

業務規則的校驗規則來自于DM所引用的業務規則DM，在規則邏輯上支持了標準編碼體系（SNS）規則、數據規則、符號規則等規則的校驗；SNS規則只約束SNS樹的構建，不影響DM內容的校驗。

Schema校驗，包含內容結構、內容數據等信息的校驗，在IETM軟件中Schema的校驗采用.net Framework框架中自帶的校驗器。該校驗器需要獲得DM所使用的Schema文檔，IETM軟件通過DM頭中指定的DTD類型，確定DM的Schema類型。

圖5是XML文檔校驗器的類圖。

4.3 S1000D標準多版本支持

隨著S1000D標準應用的推廣，S1000D標準被多次修訂，由此產生了多個版本，平臺從設計之初就考慮了標準的多版本支持。

圖5 XML文檔校驗器的類圖

S1000D系列版本中，2.3版與3.0版中適用性管理差別最大，而3.0版和4.0版最大的不同在于技術資料內容元素的名稱，3.0版元素使用縮寫，4.0版不使用縮寫方法定義元素。

為了滿足S1000D多版本的要求，在技術資料的管理模塊中，抽取出多個版本中相同的特性，對于存在差異的特性通過工廠方法，創建特定版本的處理工廠，分出2.3版、3.0版、4.0版等不同的處理方法，以實現對多版本標準的支持。 具體如下：

● 創建特定業務對象處理器接口，提供本業務對象專有的方法；

● 創建版本抽象處理工廠公共接口IResolverFactory，提供創建特定業務對象處理器的方法；

● 建立2.3、3.0、4.0版本的處理工廠Resolver Factory23、ResolverFactory30、ResolverFactory40，并實現抽象工廠接口IResolverFactory；

● 打開項目時根據項目版本實例化對應的標準處理工廠，并將實例加入ProjectContext的服務容器類ServiceContainer，在具體業務方法實現時再從服務容器獲取具體的標準處理工廠進行操作。

IETM軟件中為了解決S1000D多版本問題的設計如圖6。

圖6 S1000D多版本解決方案

5 結束語

本文設計并實現的基于S1000D標準的IETM通用數據源管理平臺，適用于陸軍、海軍、空軍、二炮等各類裝備的IETM制作，實現了數據模塊、出版物模塊的創作、審核、發布、瀏覽及數據源共享。通過本平臺制作的IETM可用于裝備技術數據管理、輔助維修和輔助訓練等，目前已經在國內近兩百家單位上線試用。

本平臺的意義及作用在于：

● 具有完全自主的知識產權；

● 完全符合S1000D 標準；

● 提高了IETM的創作效率；

● 有利于實現裝備信息資源共享；

● 實現了裝備保障技術資料的電子化、交互化；

● 具備良好的擴展性。

[參考文獻]

[1] ASD/AIA/ATA S1000D International Specification for Technical Publications Utilizing a Common Source Database[S].

[2] MIL-HDBK-511 Interactive Electronic Technical Manual（IETM）Guide[S].

[3] 杜曉明，甘茂治. 裝備保障信息化中的交互式電子技術手冊（IETM）研究[J] .裝備維修保障動態，2003(23):1-7.

（編輯：勞邊）

[收修訂稿日期] 2015-09-23

[中圖分類號]TP391

[文獻標識碼]C

[文章編號]1003–6660（2015）06–0046–05

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2015.06.011