基于IETM技術(shù)的裝備三維零部件電子管理手冊(cè)研究

康興無，黃順勇，甑占昌，朱彥青，田 智

（西安高技術(shù)研究所 陜西 西安 710025）

在現(xiàn)代的復(fù)雜裝備保障中，對(duì)于較為復(fù)雜且精密的裝備都要求配備技術(shù)手冊(cè)，其中包括工程圖樣、設(shè)計(jì)說明、工藝卡、使用手冊(cè)、培訓(xùn)手冊(cè)和維修手冊(cè)等信息，技術(shù)手冊(cè)中的技術(shù)資料既是復(fù)雜裝備系統(tǒng)的重要組成部分，也是裝備保障系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的保障要素。作為保障技術(shù)資料，能夠更加系統(tǒng)規(guī)范的存儲(chǔ)裝備零部件信息。裝備三維零部件電子管理手冊(cè)是基于交互式電子技術(shù) （Interactive Electronic Technical Manual，簡稱IETM）[1]的三維交互式電子技術(shù)手冊(cè)，對(duì)裝備零部件進(jìn)行系統(tǒng)管理，提供完善的零部件信息與零部件的三維圖像資料，便于裝備使用、維修、人員培訓(xùn)過程中對(duì)零部件信息的查看與查詢。

1 交互式電子技術(shù)手冊(cè)技術(shù)

1.1 交互式電子技術(shù)手冊(cè)的概念

IETM按照美軍標(biāo)MIL-PRF-87269A[2-3]中的定義，IETM是一種專業(yè)工具創(chuàng)作在電子屏幕上顯示，以數(shù)字化形式存在技術(shù)手冊(cè)。它具備以下特點(diǎn)：

1）信息格式和樣式得到極大優(yōu)化，信息更適于在電腦屏幕上顯示，易于用戶操作和合理理解。

2）用戶與技術(shù)信息交互性強(qiáng)。IETM技術(shù)能在與用戶互動(dòng)基礎(chǔ)上提供維修過程向?qū)?、技術(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)航、備件供應(yīng)信息等裝備使用過程中相關(guān)的幫助。

3）信息元素的互相關(guān)聯(lián)，在電子手冊(cè)中，由于裝備各系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)性，用戶可通過多種途徑訪問、查詢到所需信息。

交互式電子技術(shù)手冊(cè)是能夠大大提高復(fù)雜裝備系統(tǒng)使用、訓(xùn)練、維修保障效率的技術(shù)手段，通過數(shù)字化方式對(duì)裝備的保障工作提供技術(shù)支持。是使用人員能夠方便快捷的查詢裝備零部件信息及查看零部件立體結(jié)構(gòu)圖。

1.2 IETM的分類及技術(shù)特點(diǎn)

IETM數(shù)據(jù)不同于一般的計(jì)算機(jī)文件和多媒體數(shù)據(jù)庫，而是把裝備的一套文檔或手冊(cè)的信息數(shù)據(jù)劃分成許多信息對(duì)象，將其作為基本信息單元存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，相互關(guān)聯(lián)的信息數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)格式是按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中性格式，完全不依賴某種特定的軟件商品。使用與查看時(shí)，信息數(shù)據(jù)可以以表格、文字、圖像、圖紙、聲音、視頻等多種形式呈現(xiàn)，用戶可以與計(jì)算機(jī)交互，信息數(shù)據(jù)相互參引，具有多種查詢和導(dǎo)航功能，顯示樣式遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，生動(dòng)靈活地將裝備信息展現(xiàn)在使用者面前。根據(jù)不同的內(nèi)容存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、顯示方式和集成化程度，通常將IETM分為5類[4]，如表1所示為各類技術(shù)的特點(diǎn)，從最基本的Class1，到目前為止研究最前沿的Class5。前兩類屬于ETM層次，即普通電子技術(shù)手冊(cè)，不具備數(shù)據(jù)可管理系統(tǒng)的功能、交互式輔助維修的功能等。不同的IETM技術(shù)都有自己的特點(diǎn)和適用對(duì)象。美國許多的復(fù)雜裝備配備的電子技術(shù)手冊(cè)處于世界領(lǐng)先水平，屬于Class4。國內(nèi)外已經(jīng)投入使用的技術(shù)文檔和技術(shù)手冊(cè)真正屬于Class5幾乎沒有，仍處于研究階段。

表1 IETM技術(shù)分類Tab.1 Classification of IETM technology

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，IETM技術(shù)的發(fā)展趨勢是與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及與人工智能技術(shù)相結(jié)合的。文中所開發(fā)系統(tǒng)利用IETM技術(shù)對(duì)某裝備包含的零件信息進(jìn)行存儲(chǔ)，將零件三維圖像存儲(chǔ)于系統(tǒng)之中，方便使用者查看并能更加深刻、快速地熟悉裝備零部件信息。提高裝備保障的科技水平與基層訓(xùn)練、使用裝備的效率。

2 IETM技術(shù)在零部件信息管理中的應(yīng)用

從IETM技術(shù)特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)功能來看，其在復(fù)雜裝備中的應(yīng)用主要在各類手冊(cè)方面，特別是維修手冊(cè)方面的應(yīng)用，因?yàn)槠浜w的內(nèi)容較多，可以將裝備的有關(guān)數(shù)據(jù)信息，故障查找與維修方面的全部技術(shù)信息集成到數(shù)據(jù)庫中，為使用者提供智能地故障診斷和查找程序，使維修人員方便獲得信息支持[5]。文中根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要利用IETM技術(shù)開發(fā)了汽車底盤系統(tǒng)的零部件電子手冊(cè)。

具有完整功能的電子手冊(cè)不是簡簡單單的一份封閉獨(dú)立的文檔或電子文檔，而是一個(gè)能夠提供有關(guān)裝備使用、維修與訓(xùn)練信息的“動(dòng)態(tài)百科全書”。在維修手冊(cè)中可將維修指南、零部件信息、零部件三維模型、故障診斷等功能集成，實(shí)現(xiàn)與使用者的交互。對(duì)于復(fù)雜裝備的電子手冊(cè)依據(jù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、技術(shù)資料等信息，制作交互式電子技術(shù)手冊(cè)的流程如圖1所示。

圖1 交互式電子手冊(cè)制作流程Fig.1 Production flow chart of interactive electronic manual

將收集的各類資料、數(shù)據(jù)等，依照特定的行業(yè)DTD（Document Type Definition，文檔類型定義），轉(zhuǎn)換成 SGML文檔。由于該文檔采用的結(jié)構(gòu)化的文檔類型標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)信息可以根據(jù)DTD分解成基本的信息。將所有信息轉(zhuǎn)換成SGML文檔目的主要是：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；轉(zhuǎn)換后，便于Web發(fā)布；更好管理數(shù)據(jù)，將文檔結(jié)構(gòu)映射成數(shù)據(jù)庫的模式，并將已經(jīng)分解成信息元素的技術(shù)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中的技術(shù)信息提供給用戶。這樣能較好的滿足用戶的需求。數(shù)據(jù)更新可以在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行，這樣就可以在所有運(yùn)用中同時(shí)發(fā)生變化，提高效率。

裝備的技術(shù)數(shù)據(jù)，一般都是有很多種形式的，需要用統(tǒng)一的方式將這些技術(shù)數(shù)據(jù)分解成基本的信息組成單元。XML文檔[6]的靈活性可以自行定義元素，這為技術(shù)信息的分解提供十分便利的方法和途徑。在數(shù)據(jù)分解過程中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)特定的文檔類型定義（DTD），定義文檔的邏輯結(jié)構(gòu)，規(guī)范了文檔所使用的元素、實(shí)體、元素的屬性、元素與實(shí)體之間的關(guān)系。DTD的設(shè)計(jì)工作比較繁瑣，所設(shè)計(jì)的文檔類型必須要適合裝備特點(diǎn)的關(guān)于標(biāo)記符的語法規(guī)則，其中包括元素名、元素出現(xiàn)的順序、應(yīng)具有的屬性和實(shí)體等。當(dāng)然在設(shè)計(jì)DTD之前需要對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，確定數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和組織信息方法，然后繪制DTD圖，根據(jù)DTD圖確定元素名和元素包含的屬性以及實(shí)體的定義。如圖2所示為裝備結(jié)構(gòu)的簡單DTD圖。

圖2 裝備結(jié)構(gòu)簡單DTD圖Fig.2 Simple DTD graph of equipment structure

在定義裝備信息元素時(shí)，可以針對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，而節(jié)點(diǎn)的下一級(jí)節(jié)點(diǎn)可以看作是上一級(jí)的屬性，也可以看作其組成部分。對(duì)于電子手冊(cè)中的一些輔助信息（如注釋、提示等）、視頻、音頻、圖形及文中電子手冊(cè)所用到的三維模型可以看作是實(shí)體。以下列舉幾段DTD中具有代表意義的幾條語句：

//定義系統(tǒng)元素及組成部分

//定義系統(tǒng)元素屬性

將裝備的所有技術(shù)信息用數(shù)據(jù)模塊的形式存放，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容就是將傳統(tǒng)的紙質(zhì)文檔中以“章、節(jié)、段”或“系統(tǒng)、分系統(tǒng)、子系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)組織的數(shù)據(jù)分解成為由單個(gè)操作、單個(gè)技術(shù)信息組成的獨(dú)立數(shù)據(jù)模塊。同時(shí)，還需對(duì)分解后得到的各個(gè)數(shù)據(jù)模塊內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步分析，分析其與其它數(shù)據(jù)模塊的關(guān)系，并建立鏈接。

技術(shù)信息處理完之后，便可進(jìn)行“添加標(biāo)記”工作?？墒褂镁庉嬡浖?，編輯IETM系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)格式為所需要的文本型技術(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合編寫的樣式表，將技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為所需要的格式并顯示。

3 裝備三維零部件電子管理手冊(cè)

將零部件信息整理完成之后，通過應(yīng)用程序開發(fā)，為使用者提供交互的手段，主要有零部件信息瀏覽、查詢、導(dǎo)航本系統(tǒng)創(chuàng)新性的加入零部件的三維模型，對(duì)于復(fù)雜或重要的用戶在瀏覽零部件系統(tǒng)的同時(shí)為了更加直觀、形象的了解零部件的結(jié)構(gòu)和形狀信息時(shí)，就可點(diǎn)擊觀看零部件的三維模型，以下為某裝備系統(tǒng)三維零部件電子管理手冊(cè)界面截圖如圖3汽車底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、圖4傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)組成界面、圖5部件變速器箱三維模型及信息截面。

圖3 汽車底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of automotive site system

4 結(jié)束語

文中主要是對(duì)三維電子管理手冊(cè)的實(shí)現(xiàn)過程和應(yīng)用進(jìn)行介紹，首先對(duì)電子管理手冊(cè)中所用到的IETM技術(shù)的概念、分類及特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。并針對(duì)不同類型的IETM技術(shù)特點(diǎn)的功能和本系統(tǒng)開發(fā)的需求，最后介紹了三維零部件電子管理手冊(cè)的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用。

圖4 傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)組成Fig.4 Structure of transmission

圖5 零件信息界面Fig.5 Screenshots with parts information

[1]王國恩，湯永濤，厲春生.IETM技術(shù)在裝備保障中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（35）:17-19.WANG Guo-en，TANG Yong-tao，LI Chun-sheng.Research on IETM technology apply in the equipment support[J].Science and Technology Innovation Herald，2008（35）:17-19.

[2]MIL-PRF-87269A.交互式電子技術(shù)冊(cè)數(shù)據(jù)庫要求[S].1995.

[3]MIL-PRF-87268A.交互式電子技術(shù)冊(cè)通用內(nèi)容、樣式、格式和交互要求[S].1995.

[4]賴彪，田洪偉.交互式電子技術(shù)手冊(cè)在裝備保障信息化中的應(yīng)用研究[J].科技論壇，2007，18.LAI Biao， TIAN Hong-wei.Research on interactive electronic manual apply in informationize of equipment support[J].Science and Technology Forum.2007，18.

[5]趙鵬.基于裝備保障的交互式電子技術(shù)手冊(cè)技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2007（7）:88-90.ZHAO Peng.Research on interactive electronic technique manual technology based on equipment support[J].Equipement Manufactring Technology，2007（7）:88-90.

[6]丘廣華.XML編程實(shí)例教程[M].北京:科學(xué)出版社，2004.