基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的船舶領(lǐng)域智能IETM平臺(tái)構(gòu)建

張 輝

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050）

由于海軍作戰(zhàn)環(huán)境和海洋環(huán)境的特殊性，以及艦船任務(wù)剖面的特點(diǎn)，海軍艦載裝備保障與陸軍、空軍等軍種相比具有其特殊性。按一般艦艇的任務(wù)剖面，艦艇遠(yuǎn)離基地執(zhí)行海上巡航和作戰(zhàn)任務(wù)平均每次約21－60天，如執(zhí)行遠(yuǎn)洋任務(wù)或出訪(fǎng)多個(gè)其它國(guó)家則可能需要90天。艦艇出海時(shí)間長(zhǎng)，處于惡劣的海洋環(huán)境下，并處在以高速突襲導(dǎo)彈為主要威脅的復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境之中，這就要求單艦和艦艇編隊(duì)具有很強(qiáng)的海上訓(xùn)練、海上機(jī)動(dòng)維修、艦員自修和戰(zhàn)損搶修的能力。而海軍武器裝備都比較復(fù)雜，技術(shù)先進(jìn)，這就需要有更多的數(shù)據(jù)資料對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、操作，需要對(duì)艦員進(jìn)行更復(fù)雜的艦上訓(xùn)練，以保證其操作技能。而原先的數(shù)據(jù)資料多以紙張為主，不僅占用大量空間和重量，而且使用起來(lái)相當(dāng)不便，導(dǎo)致了一系列保障性問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，美國(guó)“洛杉磯”級(jí)核潛艇（SSN－688）的艇載技術(shù)資料有16噸重，而CG－52水面艦技術(shù)資料更重達(dá)36噸。這些資料的存放位置和重量影響了艦艇的穩(wěn)性，占據(jù)了大量的空間。而更重要的是，傳統(tǒng)方式不便于管理與使用，增加了艦員管理資料的負(fù)擔(dān)。

可見(jiàn)，隨著技術(shù)手冊(cè)的數(shù)量增加、技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜性增強(qiáng)和維修任務(wù)的緊迫，傳統(tǒng)的技術(shù)資料的組織與開(kāi)發(fā)方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求。針對(duì)復(fù)雜的艦船相關(guān)的知識(shí)源，需要建立一種領(lǐng)域通用的知識(shí)編輯、表示及存儲(chǔ)方式，以提高知識(shí)的檢索效率和質(zhì)量，在領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行知識(shí)的共享和復(fù)用，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一知識(shí)管理平臺(tái)上的科技培訓(xùn)、專(zhuān)家系統(tǒng)、智能決策和知識(shí)檢索等模塊。

技術(shù)資料是船舶裝備保障的重要因素之一。隨著艦船技術(shù)系統(tǒng)的復(fù)雜化、技術(shù)資料數(shù)量的膨脹和用戶(hù)的需求多樣性需求，交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）的創(chuàng)作和使用需要具備智能性、共享性、互操作性和多功能性。有效的組織領(lǐng)域知識(shí)并提供統(tǒng)一的可共享知識(shí)管理平臺(tái)將成為IETM等其它基于知識(shí)的系統(tǒng)的前提與基礎(chǔ)。

1 IETM概念和分級(jí)

IETM是技術(shù)手冊(cè)的一種高級(jí)形式，包括3層含義。①I(mǎi)ETM是技術(shù)手冊(cè)，是包括武器系統(tǒng)、武器系統(tǒng)部件和保障設(shè)備的安裝、使用、維修、培訓(xùn)以及保障說(shuō)明書(shū)在內(nèi)的一種出版物，為用戶(hù)和維修人員提供使用和維修該項(xiàng)裝備所需的資料和說(shuō)明。②IETM是電子格式，其存儲(chǔ)方式、傳播途徑和顯示方式大都采用電子方式。③IETM是交互的，主要指用戶(hù)和IETM的交互。交互功能是為了用戶(hù)提供友好的IETM使用環(huán)境，但是明顯增加了IETM的創(chuàng)作成本。

按照技術(shù)手冊(cè)的內(nèi)容、存儲(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、顯示方式和功能，國(guó)際上通常將技術(shù)手冊(cè)分為五級(jí)：電子索引頁(yè)式圖像（一級(jí)）；電子滾動(dòng)式文檔（二級(jí)）；線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的IETM（三級(jí)）；層次結(jié)構(gòu)的IETM（四級(jí)）；綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的IETM（五級(jí)）。這五級(jí)電子技術(shù)手冊(cè)中，最基本的是第一級(jí)，最先進(jìn)的是第五級(jí)。實(shí)際上各類(lèi)電子技術(shù)文檔和技術(shù)手冊(cè)都有自己的特點(diǎn)，有自己的使用對(duì)象。目前，美國(guó)很多武器裝備配備的IEMT一般屬于比較先進(jìn)的第四級(jí)。幾乎沒(méi)有已投入使用的技術(shù)文檔和技術(shù)手冊(cè)屬于真正的第五級(jí)。

IETM研究者和開(kāi)發(fā)人員對(duì)第五級(jí)IETM在以下幾個(gè)方面已經(jīng)形成共識(shí)：第五級(jí)IETM是綜合電子技術(shù)信息系統(tǒng)（IETIS），是由第四級(jí)交互式顯示與其它過(guò)程的數(shù)據(jù)綜合而成；集成的其它過(guò)程數(shù)據(jù)包括信息顯示的專(zhuān)家系統(tǒng)規(guī)則和其它用戶(hù)應(yīng)用程序，例如智能診斷和計(jì)算機(jī)培訓(xùn)；第五級(jí)IETM功能強(qiáng)大，適合對(duì)常用的復(fù)雜的TM進(jìn)行創(chuàng)作，CBT（Conputer Based Trainning）和ES（Expert System）功能的整合增強(qiáng)了TM的可用性，最大程度上提高了用戶(hù)在使用時(shí)對(duì)需求信息檢索的查全率和查準(zhǔn)率。

2 S1000D標(biāo)準(zhǔn)

S1000D是一個(gè)采用通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)創(chuàng)建技術(shù)文檔的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可以用它對(duì)任何軍用或民用的陸、海、空交通工具和設(shè)備制作技術(shù)文檔（包括紙型文檔和交互電子技術(shù)出版物IETP）。S1000D標(biāo)準(zhǔn)中提出了兩個(gè)核心概念，用來(lái)保證IETM實(shí)例間的信息共享與交換，這兩個(gè)核心概念是：數(shù)據(jù)模塊與通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)，只有實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)核心概念才能稱(chēng)得上實(shí)現(xiàn)了S1000D標(biāo)準(zhǔn)。

（1）數(shù)據(jù)模塊（DM）。數(shù)據(jù)模塊是S1000D標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)核心概念，邏輯上，一個(gè)數(shù)據(jù)模塊是一個(gè)自我包含、包含裝備一部分信息的數(shù)據(jù)單元，不可分割，具有原子性；物理上，它就是一個(gè)ASCII碼文件，它以SGML或XML格式組織數(shù)據(jù)，并有相應(yīng)的文檔類(lèi)型定義（DTD）來(lái)約束和驗(yàn)證數(shù)據(jù)文件中的標(biāo)記。每個(gè)數(shù)據(jù)模塊包含標(biāo)識(shí)和狀態(tài)段 （Identification and Status section，IDSTATUS）和內(nèi)容段（CONTENT）兩部分。

（2）通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)（CSDB）。通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)（Common Source Data Base，CSDB）是S1000D中的另一個(gè)核心概念，用于信息管理。在S1000D標(biāo)準(zhǔn)中它是這樣定義的：通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)信息存儲(chǔ)地與管理工具，為生成技術(shù)手冊(cè)而需要的所有信息對(duì)象都保存在其中，它也被用于媒體輸出，用于生成紙質(zhì)的或電子格式的出版物。

存儲(chǔ)在通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息對(duì)象有如下幾種，它們都是可以被標(biāo)識(shí)（addressable）與可交換（exchangeable）的信息單元：數(shù)據(jù)模塊（Data Module，DM）、插圖（Illustration，所有與數(shù)據(jù)模塊相關(guān)聯(lián)的非SGML／XML格式的文件）、數(shù)據(jù)模塊列表（Data Module List，DML）、注釋?zhuān)–omments）、出版模塊（Publication Module，PM）、數(shù)據(jù)交換說(shuō)明（Data Dispatch Notes，DDN）。各信息對(duì)象在通用資源數(shù)據(jù)庫(kù)中用其相應(yīng)的編號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)與管理，并做到無(wú)冗余的存儲(chǔ)。

3 基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的IETM開(kāi)發(fā)流

基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)，制作交互式電子技術(shù)手冊(cè)的完整過(guò)程包括：

（1）制定業(yè)務(wù)規(guī)則。與綜合保障工作信息制定，如定義元素和屬性的使用規(guī)則等；術(shù)語(yǔ)定義，如數(shù)據(jù)模塊代碼、信息控制碼的定義等；技術(shù)方面，包括數(shù)據(jù)模塊類(lèi)型定制；文字和圖形格式多媒體的格式定制及其它定制等。

（2）確定出版的深度和范圍。從維護(hù)工作角度出發(fā)，決定需要產(chǎn)生什么信息；如果沒(méi)有規(guī)劃對(duì)部件進(jìn)行維修，那么是否需要編寫(xiě)部件的故障隔離程序；仔細(xì)規(guī)劃向操作、維護(hù)人員進(jìn)行裝備使用、維護(hù)培訓(xùn)的內(nèi)容，是否需要向他們提供每一步詳細(xì)操作步驟的信息等。

（3）制定數(shù)據(jù)模塊需求列表。用于指導(dǎo)生成數(shù)據(jù)模塊。

（4）編寫(xiě)數(shù)據(jù)模塊。根據(jù)數(shù)據(jù)模塊需求列表定義的信息類(lèi)型創(chuàng)建數(shù)據(jù)模塊，包括繪制插圖、獲取照片、文本編寫(xiě)等。

（5）確定出版方式。根據(jù)各種不同使用情況決定出版物類(lèi)型；決定每一個(gè)出版物的具體內(nèi)容；決定每一個(gè)出版物的結(jié)構(gòu)；決定出版物格式是基于頁(yè)面或是IETP；決定前置資料內(nèi)容；決定傳遞、發(fā)布和展現(xiàn)的介質(zhì)。

（6）出版物制作。包括頁(yè)面形式出版物和交互式電子技術(shù)出版物IETP兩種。

（7）使用和反饋。必須向用戶(hù)提供能夠反饋簡(jiǎn)易、錯(cuò)誤信息的渠道或者方式。

IETM中所包含的信息來(lái)源于設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、工程圖紙、故障手冊(cè)、使用手冊(cè)等，此類(lèi)信息可以直接取自CAD生成的工程數(shù)據(jù)，或通過(guò)圖片掃描文字識(shí)別等計(jì)算機(jī)技術(shù)，將手冊(cè)和文檔的信息數(shù)據(jù)數(shù)字化。

IETM不是普通的計(jì)算機(jī)文件或多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，而是把一套文檔或手冊(cè)的文本信息劃分成許多信息單元，用XML將數(shù)據(jù)標(biāo)注成中立格式，并按特定DTD或Schema結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)模塊之中；將非文本信息如歷史資料、插圖等以GGM、JPEG等S1000D標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的插圖格式存儲(chǔ)于單獨(dú)文件中，因此需要將收集到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

所有數(shù)據(jù)模塊、插圖等信息對(duì)象均被存儲(chǔ)在CSDB之中，以便于信息的檢索、重用等管理功能。CSDB是所有項(xiàng)目、所有技術(shù)信息的存儲(chǔ)地，而IETM中性存儲(chǔ)器則僅存放本IETM所需要的信息數(shù)據(jù)。采用IETM中性存儲(chǔ)器將CSDB數(shù)據(jù)源與最終用戶(hù)視圖分開(kāi)，這樣可以使IETM用戶(hù)視圖包含來(lái)源于多個(gè)不同的CSDB數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。

IETM中性存儲(chǔ)器中所包含的所有數(shù)據(jù)模塊均以XML數(shù)據(jù)格式呈現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)模塊從CSDB中產(chǎn)生，用于被XSL格式化后顯示給用戶(hù)使用。

4 基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的IETM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可伸縮性和靈活性，本IETM系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、管理層與應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)來(lái)組織，如圖1所示，這樣各層之間相對(duì)獨(dú)立，耦合性弱，可以單獨(dú)更新各模塊，能充分體現(xiàn)IETM的商業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)。應(yīng)用層可以充分使用現(xiàn)有軟件系統(tǒng)及產(chǎn)品，以減少軟件開(kāi)發(fā)費(fèi)用，減少開(kāi)發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的IETM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5 智能IETM系統(tǒng)架構(gòu)

本體技術(shù)的應(yīng)用為智能IETM的應(yīng)用提供了可能。本體是可以共享的。當(dāng)前的IETM互操作性和共享問(wèn)題的解決方案以標(biāo)準(zhǔn)為中心，標(biāo)準(zhǔn)在一定的領(lǐng)域中起到了規(guī)范作用，是解決數(shù)據(jù)共享和互操作的有效方法之一。本體提供一種共享機(jī)制，以用戶(hù)和應(yīng)用程序?yàn)橹行模粡?qiáng)迫用戶(hù)和應(yīng)用程序遵循大量規(guī)范。因此，在第五級(jí)IETM中引入本體，可以解決第五級(jí)IETM的知識(shí)共享和互操作問(wèn)題，從一定程度上實(shí)現(xiàn)IETM的智能性。

根據(jù)第五級(jí)IETM的功能需求和技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，給出基于本體庫(kù)的第五級(jí)IETM的系統(tǒng)架構(gòu)。總體來(lái)看，第五級(jí)IETM是在共同的知識(shí)庫(kù)平臺(tái)下，借助一定的知識(shí)檢索技術(shù)，向不同應(yīng)用程序以一定的方式提供所需知識(shí)。其中，構(gòu)建知識(shí)庫(kù)是最為關(guān)鍵的一步，也是研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。第五級(jí)IETM系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能IETM系統(tǒng)架構(gòu)

6 船舶領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的智能IETM平臺(tái)

技術(shù)資料是船舶裝備保障的重要因素之一。隨著艦船技術(shù)系統(tǒng)的復(fù)雜化、技術(shù)資料數(shù)量的膨脹和用戶(hù)的需求多樣性需求，交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）的創(chuàng)作和使用需要具備智能性、共享性、互操作性和多功能性。有效的組織領(lǐng)域知識(shí)并提供統(tǒng)一的可共享知識(shí)管理平臺(tái)將成為IETM等其它基于知識(shí)的系統(tǒng)的前提與基礎(chǔ)。因此，船舶領(lǐng)域本體知識(shí)表示完備后，可應(yīng)用于智能IETM平臺(tái)上，我們提出了基于船舶領(lǐng)域本體的知識(shí)管理平臺(tái)，如下圖3所示，智能IETM是該平臺(tái)的重要應(yīng)用之一。在標(biāo)準(zhǔn)化船舶行業(yè)知識(shí)庫(kù)上，智能IETM實(shí)現(xiàn)的流程包括：智能電子技術(shù)資料的需求分析；需求規(guī)范化及知識(shí)搜索與選擇；基于用戶(hù)模型的個(gè)性化知識(shí)設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)（內(nèi)容和形式）；知識(shí)集成與IETM生成。

圖3 基于船舶領(lǐng)域本體庫(kù)的知識(shí)管理平臺(tái)

7 結(jié) 語(yǔ)

S1000D是一個(gè)龐大的IETM指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，采用了多項(xiàng)ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和CALS及W3C標(biāo)準(zhǔn)，基于領(lǐng)域本體的智能IETM系統(tǒng)的構(gòu)建還只是一個(gè)積極的探索，其中專(zhuān)家系統(tǒng)功能和培訓(xùn)功能的實(shí)現(xiàn)與整合還需要做進(jìn)一步的研究，這涉及到知識(shí)庫(kù)組織、檢索和知識(shí)設(shè)計(jì)等諸多問(wèn)題。我國(guó)是引用S1000D標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較晚的國(guó)家，現(xiàn)仍處于初級(jí)階段，深入研究S1000D標(biāo)準(zhǔn)，與我國(guó)實(shí)際相結(jié)合，對(duì)于制定我國(guó)自己的IETM標(biāo)準(zhǔn)具有重要的意義。

1 朱俊武，陳通凡，解洪成.基于本體庫(kù)的第五級(jí)IETM 研究［J］.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004.12

2 張輝.基于領(lǐng)域本體的船舶制造知識(shí)表示和智能IETM研究［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué).2010年第10A期

3 胡梁勇，徐宗昌.基于S1000D規(guī)范的通用裝備IETM創(chuàng)作新模式研究［J］.《船舶》2011.6

4 李宗亮.基于S1000標(biāo)準(zhǔn)的IETM系統(tǒng)技術(shù)研究［M］.廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.5

5 S1000DIssue 3.0［EB／OL］.http：／／www.s1000d.org，2007.7.31.