基于IETM的飛行器維修信息化研究

葉 瑋，吳彥卓

（中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001）

0 引言

先進(jìn)復(fù)雜的武器裝備，在設(shè)計、生產(chǎn)、使用和保障過程中會產(chǎn)生、傳遞和使用大量的技術(shù)信息數(shù)據(jù)。目前，這些技術(shù)資料大多仍以紙為存儲介質(zhì)，或者雖然實現(xiàn)了數(shù)字化，但在數(shù)據(jù)格式上不能互相兼容。使用紙介質(zhì)的技術(shù)手冊，除本身重量重外，還有體積大、造價高、編制周期長及更新困難等問題，而不兼容的電子數(shù)據(jù)格式又會造成頻繁的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、低效的數(shù)據(jù)共享和利用。兩者都會延長裝備設(shè)計生產(chǎn)周期，增加裝備的全壽命費用，降低裝備的保障能力和戰(zhàn)備完好性。IETM作為計算機輔助后勤支持 (Continuous Acquisition And Life-Cycle Support，簡稱CALS)的重要組成部分，在發(fā)達(dá)國家已從理論走向了實用階段，特別是美軍的大型武器裝備中都已配備或正在研發(fā)IETM[1]。本文根據(jù)某飛行器維修保障實際需要，將飛行器IETM系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)相結(jié)合，采用層次式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，以交互式查詢、檢索和更新方式，輔助維修保障人員完成維修保障工作和維修保障管理，從而實現(xiàn)技術(shù)資料和維修信息的智能化。

1 IETM內(nèi)涵

按照美軍標(biāo)MIL-PRF-87269A中的定義，IETM是一種由專業(yè)工具創(chuàng)作、在電子屏幕上顯示、以數(shù)字化形式存在的技術(shù)手冊。它具有紙質(zhì)技術(shù)手冊所不具備的特征：

1）信息的格式和樣式得到優(yōu)化。信息更適于電子屏幕顯示，易于用戶操作和理解；

2）信息元素互相關(guān)聯(lián)。用戶可通過交互方式配置應(yīng)用環(huán)境，盡最大可能訪問到所請求的信息；

3）用戶與技術(shù)信息的交互性強。用戶能通過對話框與IETM互動，提供維修過程向?qū)?、技術(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)航、備件供應(yīng)信息等與裝備維修保障相關(guān)的幫助[2]。

特征2）反映了根據(jù)用戶環(huán)境獲取相關(guān)技術(shù)信息的功能要求；特征3）反映了IETM與維修部門環(huán)境等其他應(yīng)用系統(tǒng)相集成的功能要求。正是這兩種環(huán)境構(gòu)成了IETM的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)建起了裝備技術(shù)資料與保障指揮之間的橋梁，體現(xiàn)了IETM的真實內(nèi)涵。

2 IETM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IETM研究的對象是飛行器的技術(shù)數(shù)據(jù)部分，包括飛行器保障數(shù)據(jù)和技術(shù)資料數(shù)據(jù)。在功能上，IETM在CALS基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展，不僅強調(diào)數(shù)據(jù)的互操作與共享，更強調(diào)數(shù)據(jù)與用戶間的交互。IETM系統(tǒng)由技術(shù)信息文檔數(shù)據(jù)庫、管理系統(tǒng)和閱讀器三部分組成，如圖1所示。

圖1 IETM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)從邏輯上分為數(shù)據(jù)層、中間層和表示層，與程序結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。表示層是用戶與IETM的交互界面，中間層負(fù)責(zé)處理IETM的用戶請求，并把結(jié)果返回給表示層，數(shù)據(jù)層是存儲了與飛行器維修保障相關(guān)的所有數(shù)字化保障資源的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

圖2 IETM系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)與程序結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系

IETM數(shù)據(jù)可以直接取自裝備的各類工程數(shù)據(jù)，也可通過掃描轉(zhuǎn)換，按照CALS標(biāo)準(zhǔn)，將紙質(zhì)手冊和文檔數(shù)字化。IETM數(shù)據(jù)不同于一般的計算機文件或多媒體數(shù)據(jù)庫，而是把一套文檔或手冊的信息數(shù)據(jù)劃分成許多信息對象，將其作為基本信息單元存儲在數(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。存儲時按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中性格式，不依賴于某種特定的軟件商品。使用查詢時，信息數(shù)據(jù)可以以文字、表格、圖像、圖紙、聲音、視頻、動畫等多種形式表現(xiàn)，維修人員可以與計算機交互，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)。

3 IETM集成化方案

IETM能包含裝備維修保障信息的變化，如維修規(guī)程、零部件和設(shè)計圖紙等，維修地點是在前沿地域或后方維修基地[3]。維修人員可以根據(jù)當(dāng)時環(huán)境準(zhǔn)確獲取。若為簡單的飛行器維修任務(wù)，維修任務(wù)在現(xiàn)場修理完畢，維修歷史自動更新；若需要更復(fù)雜的修理時，裝備帶著故障診斷結(jié)果送至維修基地，該結(jié)果由IETM指導(dǎo)人員在特定應(yīng)用環(huán)境下自動完成，結(jié)果包括飛行器型號、類型、配置、故障癥狀、任務(wù)階段和使用環(huán)境。應(yīng)用IETM除了能縮短裝備的維修時間外，還能保證診斷結(jié)果（至少故障的癥狀）的準(zhǔn)確性。因為在裝備送至維修基地后，由于條件發(fā)生改變，有些故障癥狀不一定會再現(xiàn)。IETM集成化方案如圖3所示。

圖3 IETM集成化方案

4 IETM系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

飛行器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配置多樣，資料數(shù)據(jù)量龐大，所以需要根據(jù)飛行器的結(jié)構(gòu)、功能特點對IETM數(shù)據(jù)進(jìn)行分層管理，并由此建立基于知識結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫模型，如圖4所示。

圖4 某型飛行器IETM數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫管理是在Delphi環(huán)境下通過編程來實現(xiàn)對Access數(shù)據(jù)庫的操作。采用ADO(ActiveXDateObject)控件作為數(shù)據(jù)庫引擎，ADO是微軟公司的數(shù)據(jù)訪問規(guī)范，是ActiveX技術(shù)在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的應(yīng)用，具有良好的通用性與可移植性。

4.2 信息錄入與分析

本文將某飛行器的IETM信息劃分為三大類信息：維修指南信息、零部件安裝信息和故障隔離信息。維修指南以飛行器現(xiàn)有技術(shù)資料為中心，將飛行器技術(shù)說明書、使用維護(hù)說明書等信息集成到一起；零部件信息以外場可更換單元的安裝拆卸為中心，將零部件圖解目錄集成到一起；故障隔離以飛行器研制定型及后期使用維護(hù)為基礎(chǔ)進(jìn)行集成。ITEM系統(tǒng)中所有技術(shù)信息均以數(shù)據(jù)模塊的形式存放，所以首先必須將傳統(tǒng)紙質(zhì)文檔中以“系統(tǒng)、分系統(tǒng)、子系統(tǒng)”或以“章、節(jié)”結(jié)構(gòu)組織的數(shù)據(jù)分解為單個操作、單個技術(shù)信息組成的獨立數(shù)據(jù)模塊，同時還需對分解后得到的各個數(shù)據(jù)模塊內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)分析，分析其中引用的其他數(shù)據(jù)模塊信息并建立相應(yīng)的超鏈接。技術(shù)信息模塊化處理完成后，可添加XML標(biāo)記，將IETM系統(tǒng)中所有信息編寫為XML格式的技術(shù)數(shù)據(jù)，同時結(jié)合XSLT樣式表，將XML數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)化為HTML顯示在瀏覽器中。

故障定位和排除信息一般應(yīng)該包括以下幾個方面的內(nèi)容：故障癥狀；故障定位過程：測試、維修、拆除、維修和服務(wù)計劃；位置圖和電路圖；部件和測試設(shè)備信息；設(shè)備故障記錄；操作原理[4]。故障定位和排除信息主要來源于排故經(jīng)驗積累和理論分析得出的靜態(tài)故障樹。常見故障的排除方法包括：系統(tǒng)和設(shè)備、所需設(shè)備、故障現(xiàn)象、故障原因、處理措施、故障時間、發(fā)生次數(shù)和排故人員。常見故障是一種動態(tài)模型，應(yīng)允許維修人員添加故障現(xiàn)象和處理措施，并能根據(jù)故障的出現(xiàn)次數(shù)改變故障的顯示次序。在有充分的理論分析和故障數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，可以建立故障樹。故障樹是一種典型的故障隔離程序，具有明確的邏輯判斷思路。故障樹一般是以故障隔離程序框圖的形式存在。

4.3 特殊格式圖像的矢量化處理

飛行器技術(shù)資料中包含大量復(fù)雜電路原理圖、機械原理圖及裝配圖等。由于掃描所得的圖像清晰度低且?guī)в泻芏鄨D像雜點，所以一般應(yīng)重繪清晰度高的圖像，一般電路圖的繪制使用Protel軟件，機械圖使用AutoCAD軟件，框圖使用Viso軟件等等。通常做法是使各類軟件繪制的矢量圖 （以矢量圖形Shape格式存儲）生成*.jpg格式的位圖 （以點陣像素格式存儲），用以供IETM系統(tǒng)調(diào)用。各類繪圖軟件生成的矢量文件格式并不統(tǒng)一，Protel軟件生成*.sch文件，AutoCAD軟件生成*.dwg文件，Viso軟件生成*.vsd等。而在Delphi平臺中對特殊格式圖像的瀏覽，需要調(diào)用與繪圖軟件相對應(yīng)的dll（動態(tài)鏈接庫）或后臺調(diào)用繪圖軟件的相關(guān)程序，使得圖像在打開和關(guān)閉等待時間較長。針對這一問題，可以通過AdobeFlash平臺將不同類型的矢量文件統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為*.swf格式，通過應(yīng)用ocx控件，使圖像可以鼠標(biāo)所在位置為中心縮放，并保持源文件的清晰度，因此可以實現(xiàn)對各類大型復(fù)雜圖形圖像的輕松瀏覽。

4.4 三維建模與模型交互

飛行器的三維建模與模型交互是實現(xiàn)維修數(shù)字化、電子化處理的關(guān)鍵工作。應(yīng)用3DMax軟件對飛行器上各分系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)三維建模，采用Cult3D技術(shù)實現(xiàn)模型交互。Cult3D是全新的Web3D實現(xiàn)技術(shù)，擔(dān)任著虛擬現(xiàn)實的重要角色，同時也是一種跨平臺網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，在交互性能、文件體積、面積和畫面質(zhì)量等方面都有著相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。

從3DMax軟件輸出*.3ds文件，通過Cult3D技術(shù)完成對模型的交互動作，并輸出*.co文件，Delphi開發(fā)平臺通過調(diào)用這種帶有交互動作的模型文件*.co，開發(fā)三維模型人機交互界面，實現(xiàn)用戶對三維模型的全方位旋轉(zhuǎn)、隨意縮放、平移以及對重要部件的拆裝操作。

三維模型交互制作流程如圖5所示。

圖5 三維模型交互流程

4.5 與故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)合

在飛行器維修管理過程中，針對具體故障現(xiàn)象給出專家級的檢測要求，根據(jù)用戶實際測試反饋給專家系統(tǒng)，由系統(tǒng)給出診斷結(jié)果。對于診斷過程中專家系統(tǒng)給出的診斷位置等信息，用戶可以隨時切換到IETM界面進(jìn)行檢索，從而迅速找出故障源。

5 結(jié)語

基于IETM的飛行器維修信息化系統(tǒng)將飛行器各分系統(tǒng)資料及維修信息高度集成于一個統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、容易操作的系統(tǒng)中。IETM技術(shù)集數(shù)字化技術(shù)、因特網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)于一體，是新時期實現(xiàn)裝備保障信息化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

[1]梁偉杰，于永利，張磊.裝備交互式電子技術(shù)手冊發(fā)展綜述[J].國防技術(shù)基礎(chǔ)，2009（5）：9-15.

[2]朱大奇.電子設(shè)備故障診斷原理與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3]CALS/IDE Virtual Enterprise Site.A successful solution of IETM[EB/OL].[2006-04-28].http://www.dcnicn.com

[4]劉建，解洪成，張衛(wèi)國．交互式電子技術(shù)手冊的數(shù)據(jù)來源分析[J]．江蘇科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，105（21）:84-88.