基于S1000D的动车组IETM管理平台研究

轩振原，詹珂昕，杨 鑫，李国顺

（1.中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；3.中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 100081）

我国动车组自2007年上线运行以来，积累了大量非结构化的技术资料与文档，这些技术信息包含的种类繁多、技术含量高，且各部分相互联系。目前，已有的对动车组技术文件管理的研究主要集中在针对技术文件的分类管理和流程管理等方面[1-2]，尚未形成标准化、常态化的技术信息编制，管理和发布环境，编写流程不够规范，且缺乏可追溯性[3]。

本文在前人研究的基础上，提出了通过引入更先进的交互式电子技术手册，设计符合我国动车组运维的动车组交互式电子技术手册（IETM，Interactive Electronic Technology Manual） 管 理 平 台（简称：动车组IETM管理平台），规范动车组相关技术文件的类型划分与内容格式，明确主机厂与中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）及其内部各单位之间的业务流程，形成全国铁路技术信息的编制导则与规范。

IETM是一种按照标准的数字格式编制，采用文、图、表、音、视等形式，以人机交互方式提供装备基本原理、操作和维修内容的技术出版物，IETM将静态的传统纸质技术资料演变为一个动态的信息系统，提升了用户的使用体验和效率[4]。

目前，IETM在航空、军工等高端复杂装备领域得到了广泛应用，国内研究人员对基于S1000D标准的IETM设计已具有初步理论体系。王学奇等人[5]提出了IETM的定义与XML文档标准，并开发了某型飞机的军械检测系统的电子手册；李宗亮[6]依据S1000D标准，完成了整个IETM平台的一个子系统公共源数据库的原型系统的设计与实现；陈飞[7]以某飞机发动机叶片的技术资料手册为例，设计了以XML数据为管理对象的基于B/S模式的 IETM 数据管理系统；王国辉等人[8]以关系数据库为基础, 针对装甲装备数据存储提出了IETM数据库系统设计方案，为IETM数据库开发提供了理论依据。IETM的应用有效地提高了装备维护维修、辅助人员训练和技术资料管理的效率。国内动车组制造企业也已经开始了动车组IETM技术的研究，但还不成熟，因此，自主研发动车组IETM管理平台具有重要的理论价值和实际意义。

1 动车组IETM管理平台架构

1.1 总体架构

总体架构设计依据“统一规划、统一标准、统一平台”的原则，采取总体规划分步建设的方式完成，具有实用性、安全性、可扩展性和可维护性的特点。动车组IETM管理的业务对象主要有制造方和运营方2类：制造方即主机厂，主要负责动车组技术手册的编制与维护；运营方指由国铁集团、铁路局集团公司、动车段构成的三级管理架构。

动车组IETM管理平台按业务内容，分为主机厂IETM转发平台和国铁集团及下属单位IETM平台。其中，国铁集团、铁路局集团公司、动车段IETM平台统一搭建。平台之间的信息依托铁路机辆信息管理平台进行传输，技术文件在各个机构之间循环流转，形成流程管理的闭环；技术内容的编制维护，与实际生产过程中的运用检修和动车组的技术状态保持同步一致，形成内容管理的闭环。动车组IETM管理平台总体架构如图1所示。

图1 动车组 IETM 管理平台总体架构

1.2 逻辑架构

动车组IETM管理平台逻辑架构如图2所示。

图2 动车组 IETM 管理平台逻辑架构

动车组IETM管理平台的逻辑架构可自下而上划分为以下层面[9]。

（1）基础设施层。为管理平台提供必要的硬件和基础软件支撑。

（2） 数据来源层。确定管理平台的数据范围，包括由制造方内部与运营方系统产生的动车组技术文件的相关数据。

（3）数据支撑层。采集、收取数据来源层中的结构化与非结构化数据，并为数据提供管理与存储。

（4）业务流程层。实现核心功能，结合用户需求，将各项功能封装为数据接口形式和发布接口形式，为用户提供各项数据相关的应用。

（5）终端应用层。通过各种文字编辑、专业设计工具或者浏览器，以C/S和B/S两种方式实现客户终端与服务器之间的应用交互。不同机构的动车组IETM管理平台以主从站点的方式实现数据同步，外部系统则通过数据传输中间件与系统进行数据交换共享。

1.3 功能架构

结合动车组IETM管理平台总体架构与逻辑架构，该平台具有编写、管理、发布3个应用模块，功能架构如图3所示。

图3 动车组 IETM 管理平台功能架构

（1）编写。在编写阶段，创作人员使用专业的结构化编辑器和插图制作工具进行动车组技术资料的写作，编写符合编码标准的数据模块。结构化编辑器与公共源数据库进行集成， 创作生成的数据模块可检入公共源数据库进行管理。

（2）管理。内容管理平台是建立在Oracle数据库之上的S1000D公共源数据库，实现动车组技术文件的内容管理，是平台的核心，主要管理内容包括信息码、数据模块和部件字典等。在技术资料内容管理中，管理者可以创建、配置、修订和管理符合编码标准的技术文件，维护动车组运用检修项目中的内容。

（3）发布。动车组IETM管理平台的发布是指建立符合编码标准的动车组技术文件发布模块，进行技术文件的内容组织、验证和动态发布。平台可以按照组织要求将相关的 XML 结构化数据内容进行组合，通过发布引擎将技术文件发布成 PDF 格式或交互式电子手册Web格式，可以查看文字、图片、音频、视频和模型等内容。

2 关键技术

2.1 数据模块编码

IETM具有很多标准，其中，S1000D依靠其数据模块与公共源数据库的核心概念得到广泛应用[10]。S1000D标准是一个XML格式的电子出版物国际规范，遵循该标准的技术手册数据存储在公共源数据库中，公共源数据库的中心内容是数据模块。数据模块是IETM中最小的独立信息单元，包含文本、表格和其他可解析的数据，插图和其他格式的数据不直接包含在数据模块中，通过引用机制进行调用。动车组IETM管理平台以数据模块组织信息内容，从而实现对数据的模块化创建和存储，与传统的技术文件形式相比，基于S1000D的技术信息更利于编制、管理和使用，便于IETM的制作和应用。

基于S1000D的IETM制作过程主要包含以下3个关键点。

（1）编码关系。IETM由技术出版物模块发布后生成，技术出版物模块定义了出版物内容与结构，每个技术出版物模块由一个或多个数据模块组成，数据模块是自我包含的独立完整单元，可以在不同的技术出版物模块之间引用。各技术出版物模块、数据模块及各类素材文件均使用编码的方式进行引用，技术出版物模块通过引用数据模块编码将需要的数据模块包含到技术出版物模块中，数据模块通过引用信息控制编码，将需要的图片、矢量图、三维图、音频和视频等素材文件包含到数据模块。动车组IETM编码关系如图4所示。

图4 动车组 IETM 编码关系

以动车组检修类手册为例，其技术出版物模块包含检修计划类数据模块或程序类数据模块。检修计划类数据模块提供了维修项目、周期等信息；程序类数据模块提供了维修程序所需的工具、作业流程及注意事项等信息，可引用图片、矢量图、三维图、音频和视频等素材文件。

（2）数据模块编码标准。数据模块编码设计是结构化工作的核心环节，根据S1000D编码规范，结合动车组IETM的实际情况，定义8个代码段，共37 bit字符[11]。数据模块编码各码段描述如表1所示。

表1 数据模块编码各码段描述

数据模块编码结构定义如图5所示。其中，“Y”标识码段字符是大写英文字母或数字，其范围是字母“A”至“Z”（不包含“I”和“O”）、数字“0”至“9”。

图5 数据模块编码结构示意

以动车组检修类手册为例，将编号为CR400BFM2-3120-001的CR400BF型动车组齿轮箱检查与换油（戚墅堰）二级修维修卡片按照上述编码标准拆分为数据模块编码，拆分示例如图6所示。

图6 二级修维修卡片拆分示例

2.2 结构化数据存储

按照《交互式电子技术手册 第3部分：公共源数据库要求》（GB/T 24463.3—2009），公共源数据库可以采用数据库结构进行管理，包含数据模块、与数据模块相关的插图、出版物模块等内容。基于国家标准的公共源数据库用于集中存储、管理技术文件信息，提供单一数据源管理。

公共源数据库中存储和管理的信息对象根据其是否可由XML描述分为两类[12]：作为XML对象的数据模块、出版物模块等内容；图解、三维图、音视频和其他非XML对象数据。公共源数据库存储的每一信息对象都提供了唯一的标识，对于XML对象以编码方式标识，例如数据模块、出版物模块的标识分别为数据模块编码、出版物模块编码。图解、多媒体和其他非XML对象数据的标识则为信息控制码。

2.3 数据传输与共享

按照统一的编码标准进行技术文件编写时，动车组IETM管理平台支持各单位以数据模块形式作为载体，进行技术文件相关数据的传输和交换，即合作单位编写的数据模块及其引用的技术插图、多媒体等信息可以导出传递至管理平台，与平台中的数据模块汇总后统一进行出版发布，也可以将数据模块系统导出给其他单位使用。数据传输技术主要包括以下2方面。

（1）数据传输。动车组IETM管理平台依据S1000D 基于文件的数据传输标准，支持数据交换规则建立，如对数据的编制、数据包文件格式，以及交换数据包的形式、文件类型和命名规范进行统一规定；自动按交换规则在导出数据包创建时进行约束，同时对导入数据包进行检查；数据传输检验，即动车组IETM管理平台提供数据包导入/导出的检验功能，包括数据交换规则的符合性检查、数据交换包的数据完整性检查、数据的正确性检查。

（2）数据共享。动车组IETM管理平台需要与动车组管理系统等铁路内部应用系统实现数据共享，不同单位的站点之间，也必须实现技术和业务数据的同步。国铁集团内部各单位和主机厂之间的数据通信，还需要跨越铁路局域网和互联网之间的信息安全平台。对于铁路内部各应用系统之间数据共享的需求，采用Web Service作为本平台与铁路内部应用系统进行数据获取和反馈的关键技术。

3 结束语

我国高速铁路运营与维护体系建设的全面开展，对现有动车组技术标准管理体系和流程进行了较大调整，对动车组技术手册的信息化管理也提出了更高、更精细化的要求[13]。动车组IETM管理平台提高了编制与管理的便捷性与实用性。本文对实现该管理平台的关键技术进行了初步研究，给出了动车组IETM管理平台总体框架。运用信息技术手段的同时参考其他行业成熟的标准，建立我国的高速铁路管理标准，构建铁路技术信息发布、知识共享的平台是需要进一步的研究内容。