后勤裝備便攜式維修數據終端設計與實現

彭 濤，趙 翔,余騰飛

(1.中國人民解放軍陸軍勤務學院 油料系， 重慶 401331； 2.重慶交通大學 建筑與城市規劃學院， 重慶 400074)

隨著以信息技術為核心的高新技術的發展，我軍后勤裝備復雜程度、自動化程度和信息化程度不斷增強，維修工作量和難度也隨之呈幾何倍增大[1]。盡管我軍在裝備保障信息化方面已有較大進步，但維修機構和基層部隊對信息技術的應用仍不充分，不能滿足高效、快速、有力的裝備維修保障要求[2-5]：

1) 裝備管理仍以人工管理為主。裝備維修信息的搜集采用紙質記錄或手動錄入電腦方式，即便部分單位已采用PDA查庫，也只是對某個區域進行巡查記錄，發現問題后手動錄入文字描述，工作粗放，效率低下，受作業人員責任心和業務素質影響大。

2) 基層部隊維修力量薄弱。裝備報修主要采用電話、短信等語言文字敘述的方式，時效性差且信息單一，難以準確地進行遠程診斷和維修方案的制定，而基層部隊地處偏遠，錯誤的判斷將導致維修時間的延誤和維修資源的大量浪費。

3) 裝備維修信息統計方式不規范。部隊以前所用信息系統多為各業務單位根據自身需求進行開發的，信息重疊、標準不一、共享困難、軍地資源脫節，難以進行長時間大范圍的信息整合以形成有效維修信息數據庫，實現維修經驗共享和提供宏觀數據進行決策支持。

針對上述問題，與后勤裝備維修管理信息系統配套設計了一款便攜式維修輔助設備(PMA)，配發維修機構和基層部隊，可現場記錄采集后勤裝備維修過程圖文音視頻信息和查閱技術資料，輔助維修器材管理，對充實維修信息數據庫，提高后勤裝備遠程維修能力和維修保障效能具有重要現實意義。

1 后勤裝備維修管理信息系統

1.1 系統總體架構

維修終端是后勤裝備維修管理信息系統在業務現場完成維修過程管理、維修器材入出庫倒垛操作、圖文音視頻信息采集、憑證填報和技術資料查詢的工具，二者與數據庫服務器共同構成了一套完整的后勤裝備維修管理信息平臺，如圖1所示。

1.2 維修管理和維修器材管理業務流程

對基層部隊而言，利用維修終端可進行音視頻信息采集和技術資料的查詢，對維修機構而言，維修終端則是實現維修管理和維修器材管理的載體。

維修管理業務流程如下：部隊裝備出現故障不能自修排除時，向上級機關提出維修申請，上級機關向維修機構下達任務，同時部隊通過發送裝備故障音視頻信息等方式向維修機構匯報情況，維修機構以此進行初步診斷，制定相應維修方案，獲批后通過遠程會診確認采取巡修(抽組維修)、送修或是遠程維修的方式。而后現場組織故障檢測，實施維修，維修過程中可通過維修終端進行裝備卡片維護、IETM查詢、維修資源查詢、維修器材請領歸還、音視頻采集和維修登記。裝備修竣后進行技術鑒定，而后交付部隊，最后匯總維修過程信息進行數據同步和情況上報，如圖2所示。維修終端是完成步驟①③⑦⑨⑩以及憑證填報、音視頻采集、技術資料查詢和數據同步的媒介。

維修器材管理分為入庫管理、在庫管理和出庫管理。入庫管理流程為：器材到場驗收合格后掃描入庫，如系統無該器材信息，可通過信息編輯和照片采集來維護完善器材信息，在終端編輯入庫單，而后與PC端同步后完成入庫操作。在庫管理主要分為庫存信息查詢、日常查庫、器材倒垛、照片采集和庫存報警幾個部分。出庫管理主要是完成維修過程中維修器材的請領工作。如圖3所示，終端是入出庫倒垛操作、器材信息維護、庫存查詢的重要工具。

圖2 后勤裝備維修管理業務流程

圖3 維修器材管理業務流程

2 便攜式維修終端設計

2.1 維修終端系統架構

維修終端以手持數據采集器作為硬件平臺，通過二維碼掃描、拍照攝像、信息錄入等方式，實現維修過程管理、故障信息采集、器材入出庫倒垛操作、憑證填報和技術資料的查詢。單獨設計制造一款數據采集器費用高昂，目前市面手持數據采集器已發展較為成熟，功能豐富、性能可靠，在快遞物流等領域廣泛使用，直接選購一款滿足功能需求、結實耐用的數據采集器將能節省大量成本。市售手持數據采集器操作系統主要為Android系統和Win CE系統。WinCE系統成熟、穩定，易與Windows系統集成，但其產業鏈斷裂，在售后或者替換上無方案，且帶寬不足，對無線通信技術支持不好[6]。Android平臺具有開源性，產業鏈成熟，工業貼合度高，二次開發資源豐富，便于根據自身需求開發應用程序，可充分發揮硬件功能[7]。因此操作系統選擇Android系統。根據上述要求，市面可選產品豐富，選擇性價比高、口碑較好的廠家產品，例如優博訊i6200S手持數據采集器。

維修終端總體采用3層架構設計，分別為數據訪問層、維修應用層和人機交互層，如圖4所示。

圖4 維修終端架構

人機交互層包括人機交互界面和界面控制邏輯。人機交互界面負責從用戶接收命令和數據，傳遞給維修應用層，然后呈現結果。界面控制邏輯負責處理人機交互層和維修應用層之間的數據交換，以及界面之間流程的控制和數據格式化等功能。

維修應用層封裝實際業務邏輯，包含業務數據和業務操作，是整個應用系統的核心。業務數據將本地數據庫中的憑證表單或文件映射至內存。業務操作主要包括裝備卡片查詢維護、維修管理憑證下載填報、圖片音視頻采集、器材管理憑證下載填報、IETM閱讀、賬戶和文件管理、安全認證與加密傳輸。

數據訪問層為數據庫提供外界訪問的接口，主要完成裝備基礎信息，維修信息(包括裝備卡片、各類憑證表單和圖片視頻信息)和電子技術資料的存取功能。

2.2 系統功能設計

維修終端與后勤裝備維修管理信息系統配套，采用模塊化結構設計，設置維修管理、器材管理、音視頻采集、IETM查詢、數據同步和用戶管理5個模塊，如圖5所示。

圖5 維修終端功能結構

維修管理模塊：所有裝備按樹狀分類編碼規則具有全軍唯一身份代碼，以二維碼存儲裝備技術信息[8-9]。通過該功能，可查詢維護裝備卡片，查詢維修任務和維修資源，根據維護保養、維修受理、維修實施、技術鑒定、裝備交付等具體業務流程掃描二維碼、填報相應憑證，或通過攝像頭采集維修過程音視頻信息，實現對維修的全過程管理。

器材管理模塊：包括維修器材的入庫、出庫、倒垛憑證填報功能、圖片采集和庫存查詢功能。

IETM查詢模塊：包括文檔資料和技術手冊。文檔資料包含裝備故障圖文信息、維修案例等與裝備使用、維修相關的資料。技術手冊包含裝備維修手冊、裝備保養手冊、維修規程等與裝備相關的規范標準。IETM(交互式電子手冊)將內容繁雜的文檔資料、技術手冊和裝備信息數據庫有機組織起來，能夠以交互方式進行查閱，將所需信息以文字、表格、圖像等多種信息反饋給操作人員，可幫助其熟悉裝備機理、分析裝備故障，提高現場維修能力[10]。

數據同步模塊：包含附件交換功能和數據交換功能。附件交換功能主要實現非結構化數據的交換，非結構化數據包括文檔、圖片、音視頻、交互式電子技術手冊等以文件形式存儲的數據。數據交換功能主要實現結構化數據的交換，結構化數據包括裝備代碼、裝備卡片、維修過程憑證、器材管理信息等數據庫存儲的數據。

用戶管理模塊：主要實現對賬戶、本地文件的管理和對軟件的升級。考慮部隊專崗專人，軟件采用多用戶管理模式。終端從PC端自動檢測升級包，可選擇下載進行軟件升級。

2.3 系統操作流程設計

以維修登記為例，維修人員通過掃描二維碼，終端自動調用數據訪問層接口，訪問本地數據庫，關聯對應裝備基礎信息和維修信息，并根據維修字典給出維修級別、維修方式、維修器材等信息選項，從而減少信息錄入量，維修人員只需填寫故障描述、維修工時、耗材數量等具體信息。充分考慮作業效率，發揮維修終端優勢，維修登記業務流程如圖6所示。

圖6 維修登記業務流程

3 系統開發與實現

Android Studio提供了集成的Android開發工具，SQLite具有開源性，性能良好且占用資源低[11-12]。維修終端以Android Studio為平臺， SQLite為數據庫，以Java語言進行開發。

3.1 用戶界面設計

界面設計是終端給操作人員的第一體驗。根據功能結構，本著功能齊全、界面簡潔、導航清晰的原則，終端運行界面采用較為美觀高效的Flex實現。終端操作界面圖例如圖7所示。

圖7 終端操作界面圖例

3.2 數據同步方案

根據部隊保密要求，智能設備不可通過USB直接連接軍網電腦，需采用USB轉RJ45轉接線與軍網電腦進行有線連接，為使數據交換便利化和多樣化，可考慮采用無線傳輸方式作為輔助傳輸方式。

目前主流手持數據采集器無線傳輸方式多為WIFI傳輸和藍牙4.0傳輸。WIFI是IEEE定義的無線通信標準，在有線局域網的基礎上通過無線集線器、無線訪問節點、無線網橋、無線網卡等設備使無線通信得以實現，具有傳輸速率大、距離遠、穿透性強的特點[13]。藍牙是一種基于數據包、有著主從架構協議的短距離通信技術，采用跳頻通信方式，穩定性、抗干擾性和保密性更強，實際使用傳輸速率為100 kb/s級，傳輸距離為10 m級，能滿足終端數據傳輸需求[14]。藍牙采用跳頻通信且傳輸傳輸距離有限，在室內使用時將藍牙功率調至滿足業務需求的最低功率，隨用隨開、用完即關，輔以保密措施能夠滿足保密需求，終端選擇藍牙作為數據無線傳輸的方式。

維修終端結構化數據存儲在本地SQLite數據庫，非結構化數據則存儲在存儲卡中。終端與PC端的數據同步分為結構化數據同步和非結構化數據同步，數據上傳流程分別如圖8和圖9所示。

圖8 終端結構性數據上傳流程

圖9 終端非結構化數據上傳流程

結構性數據同步：XML是網絡環境中應用廣泛的數據交換載體[15]，終端先從本地數據庫提取結構化數據，轉換為XML文本格式，再將生成的文件信息(文件名)以字符串形式發往PC端，而后將文件內容(XML文件本身)發往PC端，XML文件接收完成后， PC端將XML文件解析為原格式數據，將數據寫入PC端數據庫。

非結構化數據同步：終端從存儲卡提取非結構化數據，生成相應的文件信息字符串，文件信息包括文件對應的類型、編號(或代碼)和文件名，再將將文件信息發往PC端，而后將文件內容(文件本身)傳送至PC端，PC端解析出相應文件信息。PC端文件目錄本身是按類型、編號(或代碼)的樹狀結構進行排列的，文件內容接收完成后，系統將自動將文件放至對應的文件夾路徑下，實現非結構化數據與PC端的同步。

維修終端從PC端進行數據下載則是數據上傳的逆過程，不再贅述。

3.3 加密方案

由于PC端接入軍事綜合信息網，對保密安全性要求很高。系統的物理安全、數據的存取和傳輸安全都是終端數據安全的突出問題，終端采取的安全保密措施如下[16-19]：

① 存入數據自動加密機制：對存入終端的各類數據自動進行加密，不通過登錄口令進入系統，操作人員無法打開數據文件。

② 安全認證機制：安全認證是終端與PC端連接的第一道防線，藍牙連接時為所有連接授權認證和加密，選擇足夠長、隨機和私密的PIN碼。

③ 傳輸鏈路加密機制：數據加密是保證數據傳輸過程安全性最有效的方法，藍牙4.0自身采用安全簡單配對策略(SSP)，使用橢圓曲線(DCDH)算法生成密鑰。要保證所有設備擁有定期改變的、唯一的、以強健方式生成的ECDH密鑰對，增強SSP的竊聽保護。

4 結束語

本文研制的便攜式數據終端已在某維修機構與后勤裝備管理信息系統配套試用，各項功能工作正常，有效提高了維修人員作業效率，受到維修機構各級好評，下步我們將進一步對維修終端進行整體優化。本終端可使維修人員現場采集維修過程信息、查閱技術資料，提高維修人員業務能力，增強遠程維修能力，充實裝備維修信息數據庫，實現后勤裝備維修全系統全過程管理，為裝備維修管理及維修器材管理提供決策支持，具有全軍推廣價值。