交互式線路編制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

宋建華，王正，范加利

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

交互式線路編制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

宋建華，王正，范加利

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

針對(duì)外軍交互式圖形編制效率低下和裝備維修人員的特定需求，提出了交互式線路編制系統(tǒng)的體系框架，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的功能模塊，闡述了主要功能模塊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。實(shí)例應(yīng)用證明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有線路圖元?jiǎng)討B(tài)擴(kuò)展特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了線路圖、饋線元數(shù)據(jù)、原理腳本與手冊(cè)發(fā)布一體化編制，提高了線路圖冊(cè)的編制效率。

線路圖冊(cè)；饋線數(shù)據(jù)；交互式電子手冊(cè)

0 引言

飛機(jī)線路圖冊(cè)是飛機(jī)技術(shù)資料的重要組成部分，主要用于輔助飛機(jī)維修人員進(jìn)行線路原理培訓(xùn)、線路檢測(cè)和深層次原理故障排查。隨著航空裝備復(fù)雜度的提高，線路圖冊(cè)無(wú)論在數(shù)量和復(fù)雜度上都發(fā)生了巨大的變化，對(duì)維修人員的業(yè)務(wù)水平提出了更高要求。為提高線路圖冊(cè)的讀圖效率，降低讀圖難度，外軍提出了交互式圖形的概念，即通過(guò)一定格式轉(zhuǎn)化使得線路圖具有一定的智能性，主要表現(xiàn)在如圖形內(nèi)部圖元可檢索、具有熱點(diǎn)可交互等特點(diǎn)。外軍在線路圖冊(cè)交互性轉(zhuǎn)換基本流程是：首先將AutoCAD等格式圖形轉(zhuǎn)換為CGM格式圖形，其次采用PTC IsoDraw等專用軟件進(jìn)行熱區(qū)定義，再次采用文本編制軟件進(jìn)行熱區(qū)元數(shù)據(jù)的編輯 并進(jìn)行熱區(qū)關(guān)聯(lián)，最后采用瀏覽器軟件進(jìn)行圖形閱讀。該流程存在編制效率低、核心數(shù)據(jù)格式不清晰和瀏覽器軟件無(wú)法定制等缺點(diǎn)，使得國(guó)內(nèi)在研究線路圖冊(cè)的交互性上存在一定的障礙。為了徹底解決上述問(wèn)題，本文提出了設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)自主交互性線路編制系統(tǒng)，首先分析了系統(tǒng)的功能需求，其次設(shè)計(jì)了系統(tǒng)功能模塊，再次介紹了系統(tǒng)的主要功能模塊實(shí)現(xiàn)，最后以某型飛機(jī)某子系統(tǒng)線路圖為例進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

1 需求分析

目前國(guó)內(nèi)對(duì)線路圖冊(cè)類技術(shù)資料的交互性研究還比較少，國(guó)內(nèi)一些的商用線路圖繪制軟件僅能滿足繪圖功能，無(wú)法滿足裝備維修保障人員對(duì)線路圖冊(cè)類技術(shù)資料交互性的要求。而維修保障人員交互式線路編制要求具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)拖放式、所見(jiàn)即所得的圖形化編輯 模式，提高編制效率。

（2）由于線路圖冊(cè)中部件圖形的不確定性，系統(tǒng)應(yīng)該具備圖元自定義功能，實(shí)現(xiàn)用戶的后期自行擴(kuò)展。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)線路圖冊(cè)數(shù)字化管理，方便后期快捷的更改。

（4）不僅能夠?qū)崿F(xiàn)線路圖冊(cè)本身編制，還能夠關(guān)聯(lián)圖冊(cè)中部件的實(shí)物圖片、拆裝視頻以及IETM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)模塊等形象化元素。

（5）能夠?qū)崿F(xiàn)線路分析專家經(jīng)驗(yàn)積累。

（6）線路圖冊(cè)編制應(yīng)能按機(jī)型編制、發(fā)布、查閱。

（7）線路圖冊(cè)編制應(yīng)符合國(guó)軍標(biāo)和航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的交互式線路維修支持系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層采用原生XML數(shù)據(jù)庫(kù)和線性存儲(chǔ)相結(jié)合的方式來(lái)存儲(chǔ)饋線數(shù)據(jù)，完整保留XML文檔的數(shù)據(jù)格式，提高了數(shù)據(jù)組織和管理的效率；服務(wù)層包括數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)服務(wù)ADO.NET、圖形控件服務(wù)GoDiagram、運(yùn)行庫(kù)dot Framework 4.0和中間件服務(wù)；應(yīng)用層包為交互式線路編制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖冊(cè)類技術(shù)資料的編制、存儲(chǔ)、管理等功能。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 功能模塊規(guī)劃

系統(tǒng)功能模塊框圖如圖2所示，主要包括項(xiàng)目管理、圖元繪制、饋線數(shù)據(jù)編輯 、線路圖繪制、圖冊(cè)發(fā)布和系統(tǒng)管理等內(nèi)容。

（1）項(xiàng)目管理：提供線路圖冊(cè)項(xiàng)目頂層規(guī)劃功能。具體包括項(xiàng)目管理、饋線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、手冊(cè)系統(tǒng)規(guī)劃等功能。

（2）線路圖元繪制：提供圖形化圖元編輯 功能，完成系統(tǒng)圖形自定義擴(kuò)展。具體包括圖元及其元數(shù)據(jù)的編輯 和操作（包括新建、修改、保存、剪切、復(fù)制、粘貼、刪除、對(duì)齊、旋轉(zhuǎn)等）等功能。系統(tǒng)預(yù)含GB/T 4728和HB 6637-2006（航空工業(yè)）規(guī)范定義的電氣元件。

（3）線路圖繪制：提供線路圖冊(cè)的拖放式圖形化繪制功能，用戶可利用預(yù)置電氣設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)零部件或自定義庫(kù)中的預(yù)置控件繪制線路圖。具體包括線路圖設(shè)計(jì)管理、圖紙操作管理（包括新建、打開(kāi)、保存、刪除、關(guān)閉、圖元瀏覽和插入、圖紙預(yù)覽等操作）等功能。

（4）饋線數(shù)據(jù)編制：提供圖形元數(shù)據(jù)編制功能。具體包括導(dǎo)線、部件和端口數(shù)據(jù)信息的編制以及電流軌跡跟蹤工作原理腳本編輯 功能。

（5）圖冊(cè)發(fā)布：提供圖冊(cè)的發(fā)布功能，系統(tǒng)發(fā)布成功后閱讀系統(tǒng)方可瀏覽使用。具體包括手冊(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)同線路圖紙對(duì)應(yīng)管理、圖冊(cè)的一鍵發(fā)布等功能。

（6）系統(tǒng)管理功能：提供用戶、權(quán)限、日志、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)以及緩存等管理功能。

3 主要功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 線路圖元繪制模塊

線路圖元繪制模塊是系統(tǒng)的核心，該功能使得設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖元擴(kuò)展功能。主要設(shè)計(jì)思路如下。

（1）對(duì)圖元進(jìn)行了抽象，并定義NodeClass圖元類，類圖見(jiàn)圖3。該類由兩個(gè)屬性，一是數(shù)據(jù)類型為L(zhǎng)ist的RawNode，該屬性包含所有圖形節(jié)點(diǎn)列表，用于系統(tǒng)編輯 時(shí)使用；二是繼承GoNode的CustomNode，用于圖冊(cè)編制圖元實(shí)例化，含有數(shù)據(jù)類型為GoNode代表引腳含義的Pins屬性、數(shù)據(jù)類型為GoText代表部件名稱的Label屬性以及數(shù)據(jù)類型為GoN－ode代表部件本體的Body屬性。

（2）在GoDiagram圖形控件和NodeClass圖元類的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了拖放式圖元編輯 界面（圖4）。用戶利用“工具”或“圖庫(kù)”提供的圖形工具可完成圖元的繪制。

3.2 線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制模塊

饋線數(shù)據(jù)是線路圖冊(cè)類技術(shù)資料中圖形的描述數(shù)據(jù)，共包含導(dǎo)線、部件、端口三類元數(shù)據(jù)。導(dǎo)線元數(shù)據(jù)用于描述導(dǎo)線的系統(tǒng)、線號(hào)、導(dǎo)線的起始部件等信息；部件元數(shù)據(jù)用于描述部件的件號(hào)、功能、數(shù)量、控制邏輯、圖示等信息；端口元數(shù)據(jù)用于線路圖冊(cè)之間的交叉引用信息。線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制模塊完成線路圖及相關(guān)元數(shù)據(jù)的編制，其實(shí)現(xiàn)思路如下：

（1）參照S1000D 4.1標(biāo)準(zhǔn)，采用XML文檔的Schema建模方法定義導(dǎo)線、電氣部件和端口三類饋線數(shù)據(jù)模型（圖5）。

圖2 功能模塊設(shè)計(jì)

圖3 NodeClass類圖

圖4 圖元繪制模塊界面

圖5 導(dǎo)線數(shù)據(jù)的Schema架構(gòu)

（2）對(duì)交互式圖形進(jìn)行抽象，定義了Design交互式圖形類，類圖如圖6所示。該類是圖紙（原理圖、接線圖）、圖紙內(nèi)部目錄結(jié)構(gòu)、圖元清單、圖元元數(shù)據(jù)的集合。

（3）在饋線數(shù)據(jù)Schema模型和Desing類的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制界面（圖7）。其中，左側(cè)為圖紙繪制區(qū)，右側(cè)為饋線數(shù)據(jù)編輯 區(qū)。當(dāng)新插入導(dǎo)線、部件或端口時(shí)，將在右側(cè)區(qū)域自動(dòng)增加一行對(duì)應(yīng)元數(shù)據(jù)，當(dāng)點(diǎn)擊左側(cè)區(qū)域的部件或?qū)Ь€時(shí)，將自動(dòng)定位到對(duì)應(yīng)元數(shù)據(jù)行方便用戶進(jìn)行元數(shù)據(jù)編輯 。

3.3 電流軌跡腳本編制

圖6 設(shè)計(jì)圖形類圖

圖7 線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制界面

電流軌跡腳本是線路工作原理的抽象，是線路工作過(guò)程的動(dòng)態(tài)展示，是線路分析專家分析的結(jié)果。該模塊可實(shí)現(xiàn)專家經(jīng)驗(yàn)的積累，主要設(shè)計(jì)思路如下。

（1）定義電流軌跡腳本Schema模型（圖8）。該模型中根元素有1個(gè)或多個(gè)任務(wù)元素，任務(wù)元素包含1個(gè)圖形元素< graph>和1個(gè)或多個(gè)任務(wù)元素，圖形元素包含一個(gè)或多個(gè)< flowlink>元素。其中任務(wù)元素表示操作步驟，如“按下某個(gè)開(kāi)關(guān)”；表示對(duì)應(yīng)任務(wù)下電流流過(guò)的導(dǎo)線。

圖8 電流軌跡的Schema架構(gòu)

（2）在定義了電流軌跡模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了圖形化的腳本編輯 界面（圖9）。其中，左側(cè)為任務(wù)編輯 ，右側(cè)為對(duì)應(yīng)任務(wù)所含有的線路。使用時(shí)首次添加任務(wù)，其次在右側(cè)區(qū)域雙擊鼠標(biāo)添加節(jié)點(diǎn)，再次點(diǎn)擊圖紙中對(duì)應(yīng)的線路進(jìn)行復(fù)制操作，最后連接右側(cè)區(qū)域要連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就完成腳本的編寫。

圖9 電流軌跡腳本編寫界面

圖10 出版流程

3.4 圖冊(cè)發(fā)布

圖冊(cè)發(fā)布按照用戶的需求定制發(fā)布線路圖冊(cè)，只有發(fā)布成功的圖冊(cè)瀏覽器軟件才能使用。該模塊的主要設(shè)計(jì)思路如下。

（1）設(shè)計(jì)出版流程（圖10）。在發(fā)布過(guò)程中，為保證發(fā)布過(guò)程的完整性和正確性采用事務(wù)管理，依次生成出版物信息、目錄節(jié)點(diǎn)信息、圖紙導(dǎo)線/部件/端口預(yù)選參數(shù)、導(dǎo)線/部件/端口元數(shù)據(jù)信息。

（2）利用RadControls控件設(shè)計(jì)手冊(cè)發(fā)布界面（圖11）。用戶首先設(shè)計(jì)出版物目錄，目錄設(shè)計(jì)時(shí)用戶可以自行創(chuàng)建，也可從系統(tǒng)目錄上拖拽；再次目錄節(jié)點(diǎn)同前期繪制的圖紙關(guān)聯(lián)起來(lái)；最后進(jìn)行一鍵發(fā)布即可完成手冊(cè)的發(fā)布。

4 實(shí)例驗(yàn)證

以某型飛機(jī)某子系統(tǒng)的線路圖為例，按照“圖元繪制”—“線路繪制”—“元數(shù)據(jù)編制”—“電流腳本編制”—“出版發(fā)布”的流程對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，如圖12所示。經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證：系統(tǒng)可以方便的擴(kuò)展系統(tǒng)圖元，通過(guò)拖放圖元和拖拽連線快速繪制線路圖，通過(guò)預(yù)置模板可以方便編輯 元數(shù)據(jù)，可快速方便的生成手冊(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)對(duì)線路圖冊(cè)類技術(shù)資料的交互性研究較少，尚未出線路圖、饋線元數(shù)據(jù)、原理經(jīng)驗(yàn)積累與手冊(cè)發(fā)布與一體的實(shí)用系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的交互式線路編制系統(tǒng)功能完備、操作方便，可有效地提高裝備維修保障人員的線路圖冊(cè)編制和管理效率，便于積累線路專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，實(shí)際應(yīng)用證明軍事和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

當(dāng)裝備線路圖冊(cè)較多時(shí)，僅依靠手動(dòng)繪制系統(tǒng)編制效率還不是很高。如何利用圖像識(shí)別技術(shù)將紙質(zhì)圖冊(cè)自動(dòng)識(shí)別并生成系統(tǒng)要求得圖形格式是下一步研究的重點(diǎn)。

圖11 手冊(cè)發(fā)布界面

圖12 系統(tǒng)主要編輯 界面舉例

［1］朱興動(dòng).武器裝備交互式電子技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

［2］朱興動(dòng)，劉嘯，李其申，等.IETM饋線數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（215）：212-215.

〔編輯 凌瑞〕

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B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.51