装甲装备IETM数据库系统设计
王国辉，赵铁军，李向荣
(陆军装甲兵学院 兵器工程系，北京 100072)
摘 要： 针对装甲装备数据存储、管理、控制方面存在的问题，提出IETM数据库系统设计方案。以关系数据库为基础，进行需求分析，为了把部队需求转化成数据结构而设计数据库概念结构，然后把概念结构转化成SQL Server 2008支持的逻辑结构，为了保证装甲装备数据安全进行数据库安全设计。该设计方案解决了装甲装备IETM数据库系统规划设计中的关键技术问题，为IETM数据库开发提供理论依据。
关键词： 数据库；交互式电子技术手册；设计；装甲装备
随着装甲装备快速更新换代，其组成和结构更加复杂，技术资料数量急剧上升，又长期缺乏统一管理，信息制作标准不同造成信息之间交互性差，此外技术资料数量巨大造成存储使用管理难、操作程序复杂、维修难度增加、人员培训周期长等难题，迫切需要开发软件代替传统的装备保障方式[1]，因此装甲装备开始研发交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Manual, IETM).IETM能有效解决以上问题，克服传统技术资料的诸多弊端，给装甲装备使用、维修、管理、人员培训等方面带来巨大的效益。IETM的核心技术之一是数据库技术，建立装甲装备IETM数据库管理、储存数据，能提高数据的利用率、共享性和互操作性。装甲装备IETM数据库系统是根据部队任务和需求，创建规范化的数据结构，形成集成数据环境，设计数据的组织形式、模型、结构，使官兵能准确、高效地使用数据。
1 IETM 数据库理论分析
1.1 数据库理论
数据库系统是一个集存储介质、管理、处理对象于一体的软件，用于存储、管理、维护数据。数据库系统由数据库、数据库管理系统(database management system, DBMS)、数据库应用系统、硬件、人员组成。数据库是存储在磁盘上的各种数据模型集合，数据库通过数据之间的联系对数据进行储存[2]。DBMS提供数据库操作环境，通过DBMS对数据进行定义、查询、更新等操作，DBMS保证了数据的安全性、完整性。数据库应用系统是在数据库基础上研发的特定软件。硬件包括存储数据磁盘、存储和运行DBMS的CPU、内存。人员包括数据库管理员、用户、程序员。
1.2 装甲装备IETM 数据库系统分析
部队根据任务需求提出装甲装备IETM应该具备的功能、性能，由公司研发装甲装备IETM，开发出的IETM经过部队试用合格后方可配发部队，IETM后期维护工作由公司完成。使用过程中，由工程师担任IETM数据库管理员，用户是经过工程师授权的官兵，程序员由部队的工程师担任。装甲装备IETM数据库系统采用关系数据库，为装甲装备数据提供存储、检索、维护的功能，保证了数据的唯一性和完整性。关系数据库支持数据资料出版，能把同一个数据源生成纸质、PDF、IETM不同形式的出版物，满足不同的出版需求。关系数据库比较成熟而且广泛使用的DBMS有SQL Server、Oracle、DB2等，其中SQL Server具有使用方便、与相关软件集成程度高、支持Web分析与发布、支持XML等优点[3]。装甲装备IETM的数据用XML编程，程序用关系数据库存储和管理，出版物基于Web发布，因此DBMS采用SQL Server 2008.
2 需求分析
2.1 设计目标
开发装甲装备IETM要实现技术资料无纸化，提高信息化保障水平。数据库技术是IETM的核心技术，具备技术资料管理、存储、维护、控制功能，要实现数据模块(data module, DM)定制化创作、IETM数字化出版、研发公司与用户进行数据交换。
（3）选择施工人员的技术不过关。施工技术是保障建筑工程高质量的又一重要基础。然而很多建筑工程都实行了工程外包，对施工人员的技术水平并不了解，直接导致了各种施工质量不合格的现象发生。
2.2 功能分析
REVOKE repairman FROM soldier02;
通过设计装甲装备IETM数据库系统的存取权限能实现未授权的人无法访问数据，从而避免非法使用者使用和破坏数据。可以从两个方面定义官兵权限，一是存取什么数据，二是对数据进行哪些操作，然后把定义好的权限编译并存入数据字典。官兵要经工程师授予系统权限才能成为装甲装备IETM的合法用户，然后工程师对已经成为合法用户的官兵授予数据操作权限，当官兵进行操作时，DBMS查询数据字典，按照定义好的权限进行合法性检查，如果在权限范围内则允许操作，如果超出权限范围则拒绝操作。官兵只能访问岗位专业范围内的数据，无权访问其他数据，符合部队保密规定，不扩大知密范围。
2.3 数据需求分析
装甲装备IETM的数据主要有DM、数据模块列表、插图、多媒体、仿真模型、出版物、数据分发包、评注等。IETM的DM是XML生成独立的标准化信息描述模型，DM是数据库存储的核心内容，把装甲装备维修信息、程序信息、人员信息等各类信息制作成DM，描述装甲装备操作使用、维修等任务[4]。插图显示说明装甲装备技术信息的图形，插图不存储在DM中，每个插图分配了唯一的信息控制码作为标识，DM通过信息控制码调用和控制插图。多媒体包括视频、动画、虚拟现实、3D模型等，多媒体资料是传统纸质技术资料没有的部分，把装甲装备的结构原理图、组成、分解结合、故障隔离程序、操作方法等做成多媒体，提高技术资料的多样性、可用性、易懂性。但是多媒体数据占用空间大，格式种类多，存储管理复杂，给数据库存储和管理多媒体数据带来困难。数据模块列表是用于描述数据库内容的计划、管理、控制。评注是为DM或者出版物模块的发布者提供反馈信息。数据分发包是负责研制IETM的不同公司之间进行数据交换的标准和程序。
3 概念结构设计
根据计划，河北省按照“省级统筹、市县实施，精准帮扶、注重实效”原则，由石家庄市、唐山市等6个设区市组建21支支教团队，对口帮扶隆化县、围场县、张北县等10个深度贫困县的农村学校。各支教团队由各市城区优质中小学校的退休校长和退休特级教师组成，同时从当地师范院校选拔大学生志愿者，每位支教老校长配备一名大学生志愿者，共同开展支教工作。每个支教团队原则上每月深入支教学校一次，每次3至5天。
聚焦精准管理。严格规范乡、村、户建档立卡档案及系统数据录入工作，重点完善贫困规模、致贫原因、脱贫需求、帮扶责任、扶持举措等方面资料，确保建档立卡档案与扶贫信息系统相衔接，真实完整记录和反映精准识别、精准帮扶、精准脱贫全过程。
4 逻辑结构设计
装甲装备IETM包括维修手册、培训手册等。维修手册包括故障信息表、备件信息表、装备信息表、故障排除信息表和统计分析表等。维修手册的每个表记录和存储了装甲装备维修所需的信息，为维修提供数据支撑。培训手册的数据表记录了教学、训练、考核和讲评所需信息，集中了人员培训全过程的有效数据。以维修手册中的修理为例进行分析，建立修理信息表，如表5所示，该表反映装甲装备修理的有效数据，并将数据建立联系，组成整体存储在数据库中。
装甲装备IETM数据库系统设计首先要把部队需求转化成数据结构，概念结构设计是现实世界到信息世界的第1层抽象。概念设计的方法有很多种，其中最常用的是E-R模型，E-R模型具有较强的语义表达能力，而且结构清晰、路径明了、易于理解。E-R模型用实体集描述事物，用联系集描述事物和事物之间的联系，用属性描述事物的特征。装甲装备组成和结构较为复杂，因此采用自顶向下、逐步扩张的方法分析。以某型两栖装甲突击车为例建立全局E-R模型，如图2所示。该图分析了该车的装备、系统、子系统、部件、零件5个层次，及其组成、属性和联系。而且该模型能向关系模型、网状模型、层次模型等多种模型转化，是逻辑结构设计的基础。
表1 某型两栖装甲突击车数据表
表2 定位导航数据表
表3 主动轮数据表
可以直接建立SQL Server 2008接受的装甲装备逻辑数据模型，描述基本信息，操作信息、使用信息、管理信息等。以装备实力为例进行分析，建立装备实力数据表，如表4所示。
表4 装备实力数据表
装备实力数据表包括装备基本属性，主码是型号识别码，是装备实力表的唯一标识。这类表能描述某一方面的详细信息，多张表组合起来能全面地反映装甲装备的信息，而且易于更新、修改，是关系数据库的基础数据来源。
逻辑结构设计是把E-R模型转化成特定DBMS支持的逻辑数据模型，逻辑数据模型包括层次模型、网络模型、关系模型等。概念结构设计建立了能反映用户需求的E-R模型，但是任何一种DBMS都不支持E-R模型，装甲装备IETM的DBMS采用SQL Server 2008，因此把E-R模型转化成SQL Server 2008支持的关系模型，生成的关系模型能反映相应的E-R模型。关系数据库支持关系模型，关系模型是利用二维表描述实体之间的联系[5]。实体是客观存在的而且能相互区别的事物，如装甲装备、工程师，主码用于唯一地标识实体的属性或属性组合。关系有三种表：基本表、查询表、视图表。基本表是实际存在的表，用于表示实际存储数据之间的逻辑关系;查询表是查询结果产生的表;视图表是由基本表或者其他视图表导出的虚拟表。E-R模型向关系模型转化的规则是一个实体转化为一个关系模型，实体的属性转化为关系的属性，实体的主码转化为关系的主码。将图2的E-R模型转化为某型两栖装甲突击车数据如表1所示，定位导航数据如表2所示，主动轮数据如表3所示。表中具体型号用“*”表示。
表5 修理信息表
5 IETM 数据库安全设计
装甲装备IETM数据库安全设计是为了防止非法操作造成装甲装备数据泄密、更改、破坏，给装备保障带来困难。
5.1 控制存取权限
地面自动观测站测量的气象要素主要有风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、总辐射、净辐射、蒸发。可完成风向、风速、温度、湿度、地温、雨雪量、总辐射、净辐射、气压的实时测量，空气的水蒸气压和露点温度则由相对湿度和温度计算获得，利用实测数据计算出气象要素平均量、阶段时间内的极值等。
传统课堂，讲台往往是教师一个人“唱独角戏”的舞台，课上、课下学生处于被动接受的地位，有问题不能第一时间沟通交流，严重影响学习效果。在线开放课程为师生间、生生间提供交流的平台。教师利用平台提出问题，引发讨论；学生无论在课上还是课下均可第一时间参与进来，交流各自的想法。另外，学生间也可以在课程平台自发地讨论学习内容，协作完成学习任务。
CREATE SOLDIER<soldier01, soldier02>[WITH] [DBA|RESOURCE|CONNECT];
SQL>GRANT CREATE TABLE TO soldier01;
SQL>REVOKE CREATE TABLE, CREATE VIEW FROM soldier01;
根据相关国家政策，所有新建及改造污水处理场均需要采取恶臭废气处理措施。因此，建议在渗沥液新建项目可研及设计阶段充分考虑除臭系统投资及占地要求，必要时可将生物土壤滤池设置在各池顶，以减少工程用地，同时美化环境。
sp_addrole<repairman>;
装甲装备IETM数据库系统用户量大，一一授权工作量很大，为了简化授权操作，用到数据库角色。数据库角色是权限的集合，只需创建一个角色就能为相同类别的官兵授权。装甲装备IETM角色分为：系统管理员、操作使用人员、修理员、装备管理员。授权和权限收回的相关定义语句如下：
GRANT {all|<command_list>}ON <objectName> To < repairman_list>;
GRANT select, update, insert ON Information table of equipment repair TO repairman;
GRANT repairman TO soldier02;
现阶段各单位使用的技术资料仍以纸质资料为主，配有一些Word、PDF等电子资料，这些资料制作标准不统一、技术审核不严格，信息难共享、交互性差、配套不全。还有的单位自己研发了装甲装备管理系统、装甲装备维修系统、人员培训电子教程等，在一定程度提高了信息化保障水平，但是这些系统功能单一、性能不稳定、交互功能差，要实现装甲装备全方位信息化保障任务需要开发多种软件。装甲装备IETM集维修、训练、人员培训、装备管理、技术资料管理功能于一体，一个软件就能解决所有问题，真正实现全方位信息化保障。功能分析采用自顶向下的方式，最顶层给出系统功能，根据装备的复杂程度逐层分解，最终形成若干层次的数据流程图，能清晰地描述系统的工作过程。装甲装备IETM的功能如图1所示，包含了功能、内容，完整地反映了装甲装备IETM框架。
REVOKE {all<command_list>}ON<objectName> FROM <repairman_list>;
5.2 建立审计机制
审计是通过监视、跟踪和记录数据，记录官兵的所有操作并存入审计日志。审计记录内容有官兵的账号、相关数据、操作终端、操作类型、时间和数据修改前后的影像等。工程师能通过审计选项重现导致数据库出现问题的操作过程，用于监视和收集特定人的活动或者特定操作。审计很费时间和空间，因此需要最小化审计选项，工程师根据安全性需要适时打开或关闭审计功能，或者缩小审计范围，只对特定操作审计。例如发现某人soldier03可疑，则跟踪soldier03的操作，当soldier03把表information table of equipment repair删除时审计，语句如下：
例(2)：Truly yours, once a decent man, but now MARK TWAIN, I.P., M.T., B.S., D.T., F.C., and L.E.
SQL>AUDIT DELETE ON soldier03. information table of equipment repair BY ACCESS WHENEVER SUCCESSFUL；
首先,对对照组患者使用常规的护理康复方式,对观察组的患者在常规护理康复方式的基础上加入个性化的康复护理方式,具体内容如下:
工程师通过审计日志查明soldier03操作的时间、终端和相关数据等，并能恢复数据。审计能在敌方人员破坏装甲装备IETM数据后恢复数据，并查明嫌疑人。
5.3 数据恢复
装甲装备IETM数据库系统建立数据备份与恢复机制。一旦因软件或硬件故障、介质故障、人为操作不当破坏数据库，工程师利用备份数据，迅速完整地把它恢复到破坏前的某一正确状态[6]。装甲装备IETM数据库系统采用动态数据备份，备份过程中如果应用程序访问数据库，生成的备份数据和数据库有所差别，需要建立日志把备份过程事务中的数据操作记录下来，当数据库遭到破坏时，先把备份数据导入，然后根据日志中的记录对事务进行相应的操作[7]。如果备份过程中没有应用程序访问数据库，只需要进行数据备份，当数据库遭到破坏时导入备份数据即可。数据恢复技术极大地提高了数据库可靠性，对装甲装备数据安全具有重要意义。
6 结束语
信息化战争要求装备保障系统、高效、快速、准确、方便，而装甲装备现有的保障水平难以适应信息化战争的要求，因此需要研发IETM.数据库系统作为IETM的核心技术，是研究的工作重点难点。笔者进行完整的装甲装备IETM数据库系统设计，创新之处在于系统全面地提出装甲装备IETM数据库系统设计方案，把维修、操作使用、技术资料管理、人员培训、装备管理等数据全部纳入数据库中，解决了IETM对装甲装备全方面、全领域保障的关键技术。结合部队保密要求，设计完善的数据库安全方案。研究解决了装甲装备IETM数据库系统关键技术问题，为IETM开发提供理论依据。
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Design of Database for Armored Equipment IETM
WANG Guohui, ZHAO Tiejun, LI Xiangrong
(Department of Ordnance Engineering, Army Academy of Armored Forces, Beijing 100072, China)
Abstract :To solve the problems of data storage, management and control in armored equipment, this paper puts forward the design scheme for IETM database. Relational database system is taken as the basis for demand analysis. Database conceptual structure is designed to transform army demand into data structure. Conceptual structure is also transformed into logic structure supported by SQL Server 2008. The database security design was carried out to ensure the database security of armored equipment. This design scheme solves the key technological problems of design and planning in armored equipment IETM system so as to provide theoretical basis for the development of the system.
Key words ：database; IETM; design; armored equipment
DOI： 10.19323/j.issn.1673- 6524.2019.03.015
中图分类号： TJ811
文献标志码： A
文章编号： 1673-6524(2019)03-0071-05
收稿日期： 2018-06-04
作者简介： 王国辉(1966—)，男，教授，主要从事武器系统总体技术与维修保障。E-mail：474691046@qq.com
标签：数据库论文; 交互式电子技术手册论文; 设计论文; 装甲装备论文; 陆军装甲兵学院兵器工程系论文;