基于全壽命保障的艦船交互式電子技術(shù)手冊應(yīng)用技術(shù)研究

林廣宏 李 赫

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

當(dāng)前在艦船裝備的研制、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和保障工作中產(chǎn)生大量的技術(shù)信息數(shù)據(jù)，包括工程圖紙、設(shè)計(jì)說明書、使用手冊、培訓(xùn)手冊和維修保障手冊等。傳統(tǒng)方法是將這些技術(shù)手冊裝訂成冊，這些技術(shù)文檔和技術(shù)手冊的編制、運(yùn)輸、分布、存儲和維護(hù)需要大量的人力、物力和財(cái)力；同時(shí)，這些資料手冊種類繁多，管理和使用不便，很大程度上降低了艦船裝備的維修保養(yǎng)能力，同時(shí)也難徹底達(dá)到安全保密要求。艦船裝備除需要具備良好的功能特性外，還需要具備良好的可靠性、維修性、測試性和保障性。為了提高艦船裝備的戰(zhàn)備完好性，減少維修人員的工作負(fù)擔(dān)，降低全壽命周期費(fèi)用，需要建立艦船裝備交互式電子技術(shù)手冊（IETM），以替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)技術(shù)文檔和技術(shù)手冊，為設(shè)備保障維修提供標(biāo)準(zhǔn)化、交互式、實(shí)時(shí)的技術(shù)信息。［1］

交互式電子技術(shù)手冊主要經(jīng)歷了5個(gè)階段：電子索引頁面階段、電子滾動頁面階段、線性結(jié)構(gòu)階段、分層結(jié)構(gòu)化階段和綜合電子信息系統(tǒng)階段，［2］其中第5階段是現(xiàn)今電子交互式技術(shù)研究的重點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀

1.1.1 美軍IETM發(fā)展現(xiàn)狀

概念發(fā)展階段：20世紀(jì)80年代后期，美軍啟動資料數(shù)據(jù)化的可行性研究，并最終獲得實(shí)現(xiàn)辦法——IETM；但之后很快認(rèn)識到，要確保IETM健康發(fā)展，關(guān)鍵是制定相應(yīng)的軍用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

規(guī)范化開發(fā)階段：20世紀(jì)90年代后期，美國國防部成立由軍方、工業(yè)部門和政府機(jī)構(gòu)三方組成的IETM技術(shù)工作組，成員包括陸軍、海軍和空軍，并制定和頒布了3個(gè)軍用標(biāo)準(zhǔn)。在此階段，各軍種廣泛開展IETM研發(fā)工作并均有建樹；不過，很快也暴露出一些問題，主要是各軍種獨(dú)立開發(fā)的IETM只能獨(dú)立運(yùn)用，相互之間并不協(xié)同。

集成發(fā)展階段：該階段，美國建立了一個(gè)統(tǒng)一的構(gòu)架，使不同來源的武器系統(tǒng)的IETM能在一個(gè)通用的用戶界面操作。

目前，美軍的IETM早已從理論研究走向了實(shí)用階段。

1.1.2 歐洲IETM發(fā)展現(xiàn)狀

美軍IETM的成功應(yīng)用，引起了當(dāng)時(shí)“北約”的高度重視，其紛紛效仿美軍，在軍事裝備中使用IETM技術(shù)。

歐洲航空工業(yè)IETM發(fā)展迅速，其主要的推動力量是工業(yè)領(lǐng)域。歐洲航空工業(yè)協(xié)會與英國國防部合作，進(jìn)行國際規(guī)范的編制，至2002年，該規(guī)范即我們所用的S1000D［3］進(jìn)行了9次較大規(guī)模的修改。之后，S1000D評估吸取了美軍規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容，并與美國航空工業(yè)協(xié)會聯(lián)合發(fā)展。至此，S1000D成為國際上最通用的標(biāo)準(zhǔn)。目前，歐洲的IETM早已處于實(shí)用階段［4］。

1.2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

1.2.1 航空領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

幾乎所有的航空主機(jī)科研院所都已經(jīng)建設(shè)IETM，在大致經(jīng)歷了3個(gè)階段后，即將進(jìn)入成熟期。2009年前，軍方?jīng)]有要求時(shí)，各單位先自籌經(jīng)費(fèi)或通過技改提前進(jìn)行能力建設(shè)，向軍方展示應(yīng)用效果；2009至 2010年軍方對總體單位的型號提出IETM研制要求；2011年后，軍方開始要求最新型號的總體單位及所有配套單位都提交IETM。

1.2.2 艦船領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)戰(zhàn)斗艦艇總體設(shè)計(jì)單位自2010年起開始IETM項(xiàng)目研制工作，目前已在國內(nèi)某驅(qū)逐艦與某護(hù)衛(wèi)艦上完成試點(diǎn)工作。輔助戰(zhàn)斗艦艇由于型號多且差異較大，在IETM制作方面稍顯滯后。據(jù)了解，某型號輔助戰(zhàn)斗艦艇于2017年完成了典型系統(tǒng)與樣例的制作，并通過具體設(shè)備完成全表現(xiàn)形式展示，但目前尚無實(shí)際上艦的完整產(chǎn)品。

2 基于全壽命保障的IETM總體開發(fā)思路

IETM項(xiàng)目開發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要主管機(jī)關(guān)、總體科研院所、設(shè)備承制單位、使用部隊(duì)，以及相關(guān)技術(shù)協(xié)作單位共同努力、協(xié)作完成。從系統(tǒng)操作角度考慮，應(yīng)滿足全壽命過程中各類人員的操作使用需求［5］。其開發(fā)總體思路如下頁圖1所示。

圖1 IETM總體開發(fā)思路

鑒于我國艦船類型多樣且周期跨度較大，為確保整個(gè)全壽命保障周期的適用、適裝性，有必要在IETM編制與集成階段即制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在資料制作與編碼選取上約定一個(gè)通用性要求。

3 技術(shù)資料編制要求

制作交互式電子技術(shù)手冊時(shí)，通常將技術(shù)資料通常分為兩大類：文字素材和多媒體素材。本部分內(nèi)容重點(diǎn)針對文字素材提出具體編制要求。

依據(jù)文件規(guī)定，文字素材分為《技術(shù)說明書》、《使用說明書》和《維修說明書》。按此要求進(jìn)行相關(guān)資料編寫存在3個(gè)問題，一是文字素材存在重復(fù)；二是重點(diǎn)不夠突出；三是要求過于繁多。這就導(dǎo)致編寫內(nèi)容難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而增加了電子手冊編制與使用的難度。根據(jù)深入研究“三書”編制內(nèi)容，選取適用于電子技術(shù)手冊內(nèi)容，重新組成文字素材編寫規(guī)范，內(nèi)容明確為以下6部分：

（1）安全警告；

（2）概述；

（3）工作原理及接口；

（4）使用操作指導(dǎo)；

（5）定期檢查與維護(hù)；

（6）故障分析與排除。

圖2 某船某型設(shè)備技術(shù)資料編制目錄

以某船某型設(shè)備為例，其最終編制成果見圖2。

從該編制目錄可看出：技術(shù)資料已涵蓋了設(shè)備的主要技術(shù)以及使用和維修說明，且內(nèi)容清晰、突出，既方便IETM的資料審核錄入，也可增強(qiáng)IETM的實(shí)用性和便利性。

4 數(shù)據(jù)模塊代碼定義規(guī)則

數(shù)據(jù)模塊代碼（DMC）是數(shù)據(jù)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化的標(biāo)識，由硬件/系統(tǒng)標(biāo)識、信息類型和學(xué)習(xí)類型（可選）3個(gè)部分組成。結(jié)合船舶全壽命保障過程管理與船舶特性，建議將數(shù)據(jù)模塊代碼分成6個(gè)代碼段：型號識別碼、型號差異碼、系統(tǒng)劃分碼、信息碼、產(chǎn)品位置碼和學(xué)習(xí)碼，如圖3所示。其中：型號識別碼由11位字母和數(shù)字混排，分別包含6位型號代碼、3位舷號代碼和2位階段代碼；型號差異碼由4位字母組成。

圖3 數(shù)據(jù)模塊代碼組成

產(chǎn)品位置碼由1位字母組成，示意為：“A”該產(chǎn)品安裝在型號上；“B”該產(chǎn)品部分組件已拆除，但主體仍在型號上；“C”該產(chǎn)品從型號上完全拆除。

學(xué)習(xí)碼由4位字母組成，前3位指學(xué)習(xí)碼，第4位指事件差異碼。示例：TNNA，該數(shù)據(jù)模塊含培訓(xùn)數(shù)據(jù)，且僅包含學(xué)習(xí)計(jì)劃。

4.1 系統(tǒng)劃分碼（SNS）

艦船類型繁多且系統(tǒng)劃分差別較大，為確保系統(tǒng)編碼規(guī)則統(tǒng)一，需借助成熟的艦船規(guī)范進(jìn)行適用性改進(jìn)。本文參照GJB 2258-1994《艦船工作分解結(jié)構(gòu)》［6］的指導(dǎo)思想，結(jié)合S1000D標(biāo)準(zhǔn)編碼系統(tǒng)中“系統(tǒng)-子系統(tǒng)/子子系統(tǒng)-單元組件”的3級編碼形式進(jìn)行艦船系統(tǒng)進(jìn)行劃分。

2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的管理思想基本相同，故在結(jié)合GJB 2258向S1000D標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換過程中，采用其前2位編碼作為S1000D的系統(tǒng)編碼，第3位作為子系統(tǒng)編碼，第4位子子系統(tǒng)補(bǔ)“0”，單元組件編碼統(tǒng)一為“00”。轉(zhuǎn)換結(jié)果如表1所示。

表1 GJB 2258轉(zhuǎn)換S1000D結(jié)果

針對GJB 2258中的定義，子子系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)依據(jù)進(jìn)行劃分，以綜合電力系統(tǒng)中進(jìn)排氣系統(tǒng)為例。

進(jìn)排氣系統(tǒng)是指推進(jìn)柴油機(jī)、推進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)以及推進(jìn)發(fā)電機(jī)組用以吸入空氣和排出廢氣的系統(tǒng)和設(shè)備，包括：推進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒空氣系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)；推進(jìn)柴油機(jī)和推進(jìn)發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的進(jìn)氣、排氣系統(tǒng)；軸系的空氣系統(tǒng)，以及這些系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動裝置、圍井、柴油機(jī)通氣管的進(jìn)、排氣管路、舌閥、指示和操縱傳動裝置、消聲器、紅外線抑制設(shè)施、絕熱層、吊架和附件等。［6］

至此，完成“系統(tǒng)-子系統(tǒng)/子子系統(tǒng)”的劃分，總體所可將此代碼分配給相關(guān)系統(tǒng)/設(shè)備單位，據(jù)此進(jìn)行組件拆分。拆分過程中應(yīng)注意以下原則：

（1）劃分過程中要注意劃分的粒度不易過細(xì)，應(yīng)以劃分到需要最終用戶了解的單元組件為宜，不需要拆卸維護(hù)的通常不進(jìn)行劃分；

（2）當(dāng)劃分過程中發(fā)現(xiàn)子子系統(tǒng)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，采用子系統(tǒng)加括號的方式進(jìn)行描述；

（3）根據(jù)下一級劃分設(shè)備的大小，將大的需要再拆分的放入子子系統(tǒng)，小的無需再進(jìn)行拆分的直接放入單元組件；

（4）針對復(fù)雜系統(tǒng)可劃分到組件拆分碼。

表2 子子系統(tǒng)劃分示例

4.2 信息碼

GJB 6600的信息碼中定義了000～999外加00A-00Z（除去I和O）共1 024個(gè)信息碼，并根據(jù)百位上的數(shù)字對其劃分為10大類。在信息碼選擇過程中，應(yīng)遵照分類原則從對應(yīng)的組中進(jìn)行信息碼選擇，再通過十位上的數(shù)字進(jìn)行細(xì)分，最終定位到個(gè)位上的數(shù)字。信息碼選定以后，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)定義的名稱，對于意思相同但名稱不同的，可以根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

信息碼的10個(gè)大類如下：000 功能，計(jì)劃和描述數(shù)據(jù)，100 操作，200 維護(hù)（保養(yǎng)），300 檢驗(yàn)、測試和檢查，400 故障報(bào)告和隔離程序，500 斷開、移除和分解程序，600 修理和本地加工程序及數(shù)據(jù)，700 裝配、安裝和連接程序，800 包裝、裝卸、存儲和運(yùn)輸，900 其他。

本文建議根據(jù)設(shè)備是否為研制設(shè)備，將最少包含信息碼定義為表3、表4所示。

在確定上述6個(gè)代碼段的編寫原則后，即可最終確定艦船通用數(shù)據(jù)模塊信息需求清單（DMRL）。

表3 研制設(shè)備至少包含信息碼種類

表4 選型設(shè)備至少包含信息碼種類

5 IETM與培訓(xùn)內(nèi)容集成

目前，裝備的更新?lián)Q代加快，艦員人員變動快、自訓(xùn)能力滯后，各設(shè)備單位承訓(xùn)能力有限，培新供需矛盾較突出，因此有必要將培訓(xùn)系統(tǒng)與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行有效集成?？晒蚕韮?nèi)容對象模型（SCORM）是當(dāng)前數(shù)字化學(xué)習(xí)的國際標(biāo)準(zhǔn)，目的是建立一套教材重復(fù)使用與共享，使學(xué)習(xí)者無論在何時(shí)何地，都能及時(shí)獲取所需的高品質(zhì)資源。S1000D與SCORM的整合是大勢所趨，自2008年發(fā)布的S1000D4.0版本中，就新增了SCO（可共享內(nèi)容對象）和SCORM內(nèi)容包模塊，這為交互式電子手冊與培訓(xùn)內(nèi)容集成提供了有力支撐。

5.1 系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架

該系統(tǒng)可分為手冊制作、培訓(xùn)內(nèi)容管理以及手冊與培訓(xùn)內(nèi)容集成這3大部分，參見圖4。

圖4 交互式電子技術(shù)手冊與培訓(xùn)系統(tǒng)集成構(gòu)架

其中，手冊制作系統(tǒng)和培訓(xùn)內(nèi)容管理系統(tǒng)為研制單位內(nèi)部使用，手冊制作系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模塊可用于制作培訓(xùn)課件；手冊與培訓(xùn)內(nèi)容集成系統(tǒng)交付最終用戶使用，集手冊瀏覽與培訓(xùn)考試于一體。

5.2 系統(tǒng)使用流程

系統(tǒng)使用流程如下頁圖5所示，手冊素材和培訓(xùn)素材由研制單位制作，通過培訓(xùn)內(nèi)容管理系統(tǒng)和交互式電子手冊制作系統(tǒng)（CSDB）分別制作培訓(xùn)課件包和手冊數(shù)據(jù)包。部隊(duì)用戶使用交互式電子手冊與培訓(xùn)內(nèi)容集成系統(tǒng)管理培訓(xùn)課件包和手冊數(shù)據(jù)包，依照研制單位提供的試題制作試卷，根據(jù)培訓(xùn)需求制定培訓(xùn)大綱及培訓(xùn)計(jì)劃，以便學(xué)員按計(jì)劃學(xué)習(xí)和考試，考試成績可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并反饋給相關(guān)人員。

圖5 交互式電子技術(shù)手冊與培訓(xùn)系統(tǒng)集成使用流程

6 結(jié) 語

交互式電子技術(shù)手冊是全壽命保障的一個(gè)重要切入點(diǎn)，可有效指導(dǎo)裝備使用、維護(hù)、保養(yǎng)等內(nèi)容。目前，通用型交互式電子手冊使用尚處于起步階段，與具體裝備的IETM相比，在標(biāo)準(zhǔn)化與表現(xiàn)力等方面尚存在一定差距。然而不可否認(rèn)的是，基于全壽命保障的電子手冊應(yīng)用，對確保艦船裝備安全性和可靠性，進(jìn)而保障艦船裝備的生命力和戰(zhàn)斗力具有重要意義。