裝備資源保障知識模型管理平臺研究與設(shè)計

陳端迎

（江蘇杰瑞信息科技有限公司，江蘇 連云港 222006）

0 引 言

裝備資源保障信息化理論及相關(guān)技術(shù)研究開展最早、研究最深的首推美國，經(jīng)過10多年的努力，美國國防部和海軍制定了一系列通用標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)，用以指導(dǎo)裝備保障資源模型的開發(fā)、應(yīng)用與實施。近年來，俄羅斯以及日本、韓國、新加坡等國的軍方也積極和開展該項技術(shù)的研究與應(yīng)用。國外著名的廠商及產(chǎn)品：使用美軍標(biāo)準(zhǔn)的有雷神、航天測控等，使用歐洲標(biāo)準(zhǔn)S1000D的較多，有PTC、SiberSafe、Inmedius等。國內(nèi)最早開始由軍方率先引入綜合后勤保障概念，對裝備資源保障的基本概念、內(nèi)容形式和應(yīng)用前景有了初步了解。2008—2009年，總裝備部發(fā)布了系列標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著我軍裝備保障信息化進(jìn)入了快速發(fā)展期。目前，國內(nèi)一些研究機構(gòu)、科研院所已經(jīng)開始著手研究，雖然有一些階段性的成果發(fā)布出來，但大多關(guān)注針對具體裝備的制作流程和實現(xiàn)方法，對系統(tǒng)通用性、綜合性、制作效率研究較少，且很少關(guān)注裝備資源知識的智能交互功能。針對上述情況，本文提出裝備資源保障知識模型管理平臺，能較為全面地改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)弊端，推動國內(nèi)裝備資源保障知識模型管理平臺的研究與應(yīng)用。

1 系統(tǒng)研究目標(biāo)

從現(xiàn)代裝備資源保障的信息化需求出發(fā)，利用成熟的計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，以符合安全保密制度和質(zhì)量管理體系為指導(dǎo)，研究、開發(fā)一套裝備資源保障知識模型管理平臺軟件，能夠支持模型的構(gòu)建和交互式使用，實現(xiàn)裝備資源的數(shù)字化、交互式、智能化。將裝備或設(shè)備的技術(shù)資料、使用手冊、維修手冊等資源信息以多媒體的形式存在并且集中展現(xiàn)給用戶，指導(dǎo)用戶對設(shè)備進(jìn)行操作使用、日常維護(hù)、故障檢測及維修排故等工作。

主要研究目標(biāo)包括：

（1）各種資源的知識模型構(gòu)建發(fā)布平臺：模型原始數(shù)據(jù)模塊的抽取、組裝、編輯，基于知識主題的數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建、管理，建立和發(fā)布裝備資源知識庫。

（2）知識模型的交互式使用：知識模型的在線瀏覽，移動終端的離線查詢使用，二維圖元、三維仿真的使用和交互，知識庫的全文檢索，基于語音識別的智能交互。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

裝備資源保障知識模型管理平臺的總體設(shè)計思路是建立公共資源知識庫，使用各自獨立的數(shù)據(jù)單元形式存儲裝備資源知識信息，建立標(biāo)準(zhǔn)的信息交互界面實現(xiàn)對知識信息的統(tǒng)一訪問及控制。數(shù)據(jù)信息采用可擴展標(biāo)記語言（XML）描述，實現(xiàn)知識數(shù)據(jù)存儲與展示業(yè)務(wù)的分離。數(shù)據(jù)格式采用標(biāo)準(zhǔn)格式定義，便于接入外部數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)統(tǒng)一交互提供基礎(chǔ)支持，保障裝備知識的信息交互。

系統(tǒng)總體基于Java平臺，采用SOA體系結(jié)構(gòu)架構(gòu)，采用XML、JSON標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式，利用XML WebService和Windows Communication Foundation （WCF）構(gòu)建Web服務(wù)平臺，支持B/S架構(gòu)下的消息推送，支持業(yè)務(wù)應(yīng)用的插件化開發(fā)機制。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)配置統(tǒng)一存放在基本數(shù)據(jù)庫中，通過業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺進(jìn)行管理。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)按照內(nèi)聚性強、耦合性弱的模塊化設(shè)計思想進(jìn)行總體規(guī)劃與設(shè)計，主要由知識模型建立和發(fā)布、交互式使用兩部分組成。將這兩部分劃分為多個子系統(tǒng)，所有子系統(tǒng)的任務(wù)來源于項目管理子系統(tǒng)，各用戶依據(jù)角色權(quán)限執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)。

2.2 業(yè)務(wù)功能設(shè)計

2.2.1 項目管理

項目管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)裝備項目的建立、修改及裝備知識的基本描述，同時提供知識數(shù)據(jù)內(nèi)容的編輯與存儲，實現(xiàn)對項目的總體管控。項目管理子系統(tǒng)作為所有任務(wù)的發(fā)起、來源，為知識模型構(gòu)建、信息修改、進(jìn)程狀態(tài)展示、工作流程配置、知識發(fā)布、用戶權(quán)限管理等知識模型的構(gòu)建活動進(jìn)行綜合控制；提供編輯階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)內(nèi)容集中存儲，包括技術(shù)信息版本控制、信息交換、文檔結(jié)構(gòu)、信息狀態(tài)等管理，同時支持所有數(shù)據(jù)的備份及恢復(fù)。

2.2.2 知識模型構(gòu)建

知識模型構(gòu)建的主要任務(wù)是根據(jù)裝備資源保障知識模型管理的業(yè)務(wù)要求，分解裝備技術(shù)資料到最小的顆粒度，將資料通過編輯調(diào)整為能夠完整描述裝備能力的知識模塊，形成文字信息的同時可將本裝備知識模塊的相關(guān)紙質(zhì)文件、視頻資料或音頻資料、PPT等，分解加工成符合知識規(guī)則的多媒體類材料，鏈接到本知識模塊，形成文字、圖形、音視頻等表現(xiàn)形式齊全的知識模型。知識模型構(gòu)建同時支持使用三維虛擬技術(shù)構(gòu)建裝備虛擬場景，實現(xiàn)三維知識數(shù)據(jù)展示及存儲。知識模型構(gòu)建子系統(tǒng)的主要功能為數(shù)據(jù)模型建立、編輯、修改，多媒體文件格式轉(zhuǎn)換、裁剪、存儲。主要特點是支持使用圖形化方式進(jìn)行知識模型構(gòu)建，實時更改XML、多媒體對象信息，實現(xiàn)技術(shù)細(xì)節(jié)與操作無關(guān)，便捷生成知識數(shù)據(jù)集合。

2.2.3 知識發(fā)布

知識發(fā)布子系統(tǒng)主要任務(wù)是調(diào)用知識模型數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)模型，依據(jù)項目知識的發(fā)布模板和樣式，打包裝備保障知識庫中數(shù)據(jù)模型的所有數(shù)據(jù)發(fā)布并顯示，形成裝備知識產(chǎn)品。主要功能包括知識發(fā)布的需求解析，知識結(jié)構(gòu)、發(fā)布樣式、知識內(nèi)容配置，以及裝備資源保障知識的生成?？舍槍Σ煌难b備知識結(jié)構(gòu)，制定不同類型的發(fā)布樣式，選擇不同的知識模型內(nèi)容，形成靈活可變、自定義模式的知識發(fā)布體系。用戶可根據(jù)實際需要自制所需知識。知識發(fā)布的模式包括在線和離線兩種，適應(yīng)于聯(lián)網(wǎng)和外場等多種應(yīng)用場景。

2.2.4 樣式管理

樣式管理子系統(tǒng)主要任務(wù)是為知識模型構(gòu)建和知識發(fā)布功能提供樣式文件，知識模型構(gòu)建和知識發(fā)布通過調(diào)用樣式文件進(jìn)行知識內(nèi)容的配置。樣式管理主要功能是對知識頁面布局、知識段落格式、字體樣式和交互界面設(shè)置等。通過樣式管理形成不同風(fēng)格、面向不同需求的程式化格式，為知識模型的快速構(gòu)建和知識發(fā)布的多樣性、便捷性提供基礎(chǔ)支撐。

2.2.5 模型驗證

模型驗證的主要任務(wù)是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)審核知識模型，提高知識模型的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，確保經(jīng)過裝備資源知識模型管理平臺創(chuàng)作的知識模型符合GJB6600標(biāo)準(zhǔn)要求。知識模型驗證的對象主要是對基于XML格式數(shù)據(jù)模型和多媒體知識素材的驗證，依據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則對數(shù)據(jù)的有效性、一致性、完整性、安全性和適用性進(jìn)行驗證。驗證方式提供系統(tǒng)平臺靜默全自動驗證和審核人員半自動核查驗證兩種。

2.2.6 知識模型數(shù)據(jù)庫

知識模型數(shù)據(jù)庫主要任務(wù)是為所有知識模型、知識素材、發(fā)布的知識數(shù)據(jù)、知識樣式、技術(shù)手冊等信息提供存儲與管理。存儲的信息對象均為可被標(biāo)識與交換的數(shù)據(jù)信息單元，通過知識模型編號、種類及其他元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行知識模型搜索，支持以目錄形式進(jìn)行搜索。知識模型數(shù)據(jù)庫存儲管理的主要對象是數(shù)據(jù)模塊、描述數(shù)據(jù)模塊間關(guān)聯(lián)關(guān)系的文件、數(shù)據(jù)模塊需求、知識注釋和數(shù)據(jù)交換說明等信息。

2.2.7 圖庫及多媒體管理

系統(tǒng)按照裝備標(biāo)準(zhǔn)編碼體系（SNS）結(jié)構(gòu)對技術(shù)插圖和多媒體進(jìn)行管理，支持CGM、TIF、JPEG、BMP、GIF等圖像格式和常見的多媒體格式。支持插圖相關(guān)屬性的統(tǒng)一管理，支持圖形的上傳、下載及刪除，支持圖形的預(yù)覽及引用情況察看，提供圖形的版本管理、狀態(tài)管理功能。

2.2.8 工作流管理

工作流是根據(jù)業(yè)務(wù)需要，從管理的角度出發(fā)，讓日常工作中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資料（包括數(shù)據(jù)模塊、圖像多媒體文件等）按照預(yù)先定義的流程執(zhí)行，完成分配、編輯、校對、審核、審批等一系列工作。期間需要用戶和部門的各種角色相互協(xié)作，遵循工作流的順序共同完成相關(guān)工作，從而實現(xiàn)技術(shù)資料編制過程中的協(xié)同工作和監(jiān)督管理。

2.2.9 交互式應(yīng)用

在線瀏覽模式基于Java技術(shù)架構(gòu)，支持Web服務(wù)動態(tài)數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)，通過讀取用戶權(quán)限，在其權(quán)限范圍內(nèi)提供基于Web語義的全文檢索功能，閱讀控制管理支持導(dǎo)航、跳轉(zhuǎn)，人機交互提供書簽、會話、注解、輸入、警告提示等功能。同時提供語音檢索功能，通過對用戶語音進(jìn)行識別后，將其轉(zhuǎn)換為全文檢索關(guān)鍵字進(jìn)行檢索。

離線瀏覽模式即單機瀏覽，將發(fā)布好的知識模型通過封裝打包成單機APP，在單機終端或移動設(shè)備上安裝后即可查詢使用，對裝備故障診斷與維修、人員培訓(xùn)等需要現(xiàn)場處理的場景是極大的補充，延展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可支持Windows 7、安卓等主流操作系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 異構(gòu)數(shù)據(jù)知識模型構(gòu)建技術(shù)

裝備資源知識庫模型數(shù)據(jù)包括：XML數(shù)據(jù)文件、圖片等多媒體資源文件，其中前者是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，后者為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可以采用結(jié)構(gòu)化編輯器進(jìn)行編輯，但對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則需要專業(yè)的多媒體編輯器。另外，知識庫所定義的數(shù)據(jù)節(jié)點粒度非常細(xì)，有些節(jié)點獨立編輯起來繁瑣且困難，比如：單元格節(jié)點、圖形熱點節(jié)點等。針對上述問題，本文采用半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)編輯技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)模塊的制作。整個數(shù)據(jù)模塊編輯器還是采用結(jié)構(gòu)化方式列出數(shù)據(jù)節(jié)點層次樹，普通節(jié)點仍然出現(xiàn)在樹中，但對于單元格節(jié)點、圖形熱點節(jié)點等不方便直接編輯的節(jié)點則融合到上級方便編輯的節(jié)點中形成復(fù)合節(jié)點，然后針對復(fù)合節(jié)點開發(fā)專業(yè)的編輯工具進(jìn)行編輯。

3.2 三維虛擬化的知識智能交互技術(shù)

為了實現(xiàn)裝備資源知識模型的交互性并提高使用和培訓(xùn)效果，采用三維虛擬技術(shù)構(gòu)建裝備模擬場景，可便捷地對裝備模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和縮放，通過鼠標(biāo)拖拽方式實現(xiàn)模型的交互和動態(tài)展示。

（1）使用虛擬場景展示平臺。使用Unity 3D插件進(jìn)行虛擬場景展現(xiàn)，與其他同類3D技術(shù)相比具有多個優(yōu)點，如文件體積小、圖像逼真形象等。

（2）構(gòu)建三維模型。在裝備研制過程中現(xiàn)在基本都采用了3D技術(shù)參與設(shè)計，都采用成熟、標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)構(gòu)建了三維模型，可直接將其導(dǎo)出為Unity3D格式文件，導(dǎo)入本系統(tǒng)使用，對于沒有使用3D技術(shù)研制的裝備，則需要針對本裝備進(jìn)行3D建模后導(dǎo)入。

（3）實現(xiàn)三維交互。構(gòu)建接口實現(xiàn)裝備知識閱讀器與三維虛擬場景的交互，通過開發(fā)接收和發(fā)送事件進(jìn)行信息交互，場景中的節(jié)點通過事件的出口和入口進(jìn)行發(fā)出和接收事件。

（4）實現(xiàn)三維模型與資料的聯(lián)動。將知識相關(guān)的文字、圖片、音頻、視頻等多媒體素材引入三維場景，形象生動地展示裝備結(jié)構(gòu)特征，同時提供知識模型的詳細(xì)說明。通過實時注釋和超鏈接方式展示模型資料。

4 結(jié) 語

裝備資源保障知識模型管理平臺應(yīng)用系統(tǒng)主要定位在我國軍工企業(yè)、科研院所的企業(yè)，適用于國防、航空航天、金融、生產(chǎn)制造、通信等領(lǐng)域，也能用于民用裝備的研制生產(chǎn)企業(yè)，適用范圍廣。當(dāng)前我國處于軍事裝備高速發(fā)展的黃金時期，需求量大，而國內(nèi)市場研制類似軟件產(chǎn)品的企業(yè)較少，并且都在起步階段，因此市場前景較大。