基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的直升機IETM系統(tǒng)研究

張 洋，宋永磊，胡 磊

(中航工業(yè)直升機設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

在直升機的使用和維護中，直升機技術(shù)手冊是使用和維修作業(yè)的指令性文件和技術(shù)培訓(xùn)的重要參考資料。隨著直升機各系統(tǒng)日益精密復(fù)雜，各種技術(shù)手冊的信息量越來越大，甚至多達(dá)數(shù)百本，從而造成技術(shù)手冊查詢困難、不易攜帶與保存、難于與裝備技術(shù)狀態(tài)同步更新等問題。交互式電子技術(shù)手冊(以下簡稱IETM)是解決該問題的有效手段。

IETM作為一種電子手冊，不僅實現(xiàn)了技術(shù)手冊的數(shù)字化，具有交互功能，實現(xiàn)了技術(shù)手冊的智能化，更為重要的是，IETM的數(shù)據(jù)格式采用了通用的標(biāo)準(zhǔn)，根本上為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互操作和共享性、網(wǎng)絡(luò)集成化提供了可能。而這些正是實現(xiàn)裝備保障信息化、實現(xiàn)CALS理念的最基本、最核心的技術(shù)。因此，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，IETM已從理論走向了大規(guī)模應(yīng)用階段。

在所有IETM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，目前國際上比較流行和通用的是S1000D標(biāo)準(zhǔn)，

S1000D標(biāo)準(zhǔn)的前身為AECMA S1000D標(biāo)準(zhǔn)，由歐洲航空工業(yè)協(xié)會(AECMA)與英國國防部共同成立的文檔工作組(DWG)于1989年編制完成AECMA S1000D第一版，隨后又繼續(xù)發(fā)布了1.6、1.7、1.8、1.9 等多個版本，其最新版本為 2008 年 8月發(fā)布的4.0版，適用范圍也從最初的軍用飛機產(chǎn)品擴展到現(xiàn)在的海陸空各種軍用和民用裝備，從信息生成、交換、管理到文檔資料的生成、更新和版本管理過程，都在S1000D管理的范圍之內(nèi)，并且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和適用范圍的不斷擴展，規(guī)范將不斷完善并推出新的版本。S1000D的發(fā)展不僅僅是需求的牽引，同時還緊緊跟蹤了IT技術(shù)的發(fā)展，如逐步采取了XML、Schema、ADL等技術(shù)。我國在S1000D標(biāo)準(zhǔn)方面的研究起步比較晚，但最近幾年取得了顯著的成績，如工信部電子五所已經(jīng)根據(jù)S1000D4.0標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建起具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IETM系統(tǒng)。

1 S1000D標(biāo)準(zhǔn)的特點

S1000D標(biāo)準(zhǔn)全面關(guān)注了源數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、用戶交互機制、運行格式和用戶體驗。靜態(tài)源數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化主要來源于歐洲航天設(shè)備制造商協(xié)會(AECMA)S1000D。動態(tài)源數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化主要來源于MIL－PRF－87269A和MILSTD－2361。用戶的交互機制和運行格式參照了MIL－HDBK－511。用戶體驗方面則綜合了MIL－PRF－87268、MIL－HDBK－511、MIL－STD－3001和AECMA S1000D中的有關(guān)要求和指導(dǎo)方針?？梢哉f，S1000D綜合了現(xiàn)有IETM各方標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點。此外我國的IETM軍標(biāo)(GJB6600)也是基于S1000D制定的。

S1000D采用了多項ISO國際標(biāo)準(zhǔn)和CALS以及W3C標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)廣義標(biāo)記語言(SGML)、可擴展標(biāo)記語言(XML)和計算機圖源文件(CGM)。這些中性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不依賴于S1000D平臺的具體的架構(gòu)、語言、數(shù)據(jù)存儲等技術(shù)，只要產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是符合S1000D標(biāo)準(zhǔn)的，就可以在完全不同的多個平臺間無縫地進行數(shù)據(jù)交換。

1.1 數(shù)據(jù)模塊

按照S1000D標(biāo)準(zhǔn)的定義，技術(shù)出版物的內(nèi)容存儲于一系列獨立的DM(Data Module，數(shù)據(jù)模塊)中。一個裝備的技術(shù)出版物所涉及的所有DM均有組織地存放于CSDB(Common Source DataBase，公共源數(shù)據(jù)庫)中進行統(tǒng)一管理。一個DM就是一個獨立的XML文件，用于描述在某個特定的情況下針對裝備的某個系統(tǒng)/子系統(tǒng)/子子系統(tǒng)的某個維修任務(wù)或說明。每個DM均包含兩個部分，即內(nèi)容部分和狀態(tài)部分，如圖1所示。內(nèi)容部分包含裝備操作/維修工作所需的數(shù)據(jù)，如原理描述、工作步驟等;狀態(tài)部分，包含管理DM所需的各種源數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)模塊的標(biāo)志信息(如編號、標(biāo)題、發(fā)行號、發(fā)行日期、所用語言等)和狀態(tài)信息(如:保密等級、適用性、質(zhì)量保證狀態(tài)等)。

在CSDB中，每一個DM都是由其DMC(Data Module Code)和發(fā)放號(Issue Number)來唯一識別的。一個DM創(chuàng)作完成后，可以根據(jù)需要，在不同的交付物中多次重復(fù)使用。這樣不僅可以節(jié)省存儲空間，還可以保證數(shù)據(jù)的一致性，節(jié)省維護費用，提高數(shù)據(jù)管理能力。當(dāng)需求改變時，僅修改單一一個數(shù)據(jù)模塊，即可影響到生成的技術(shù)文檔，這個特性充分體現(xiàn)了CALS“一次制作生成，多次重復(fù)使用”的基本理念。此外，針對DM和DM中的內(nèi)容，可以施加內(nèi)容適用性信息，從而能夠生成針對特定裝備構(gòu)型的定制化技術(shù)出版物。

1.2 通用資源數(shù)據(jù)庫

根據(jù)實用性、可操作性原則，本文采用目前較流行且技術(shù)成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為CSDB數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。將所有的數(shù)據(jù)模塊、插圖等信息對象存放到CSDB之中，并使用數(shù)據(jù)模塊列表和出版模塊管理它們。其具有以下三個特點:

1)具有可修改能力，以適應(yīng)直升機全壽命周期內(nèi)各階段技術(shù)狀態(tài)的變化，提供最新的、容易理解的、準(zhǔn)確的和詳細(xì)的技術(shù)信息;

2)格式中立，數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容和格式必須分離定義，以確保不同的IETM顯示系統(tǒng)或其它的綜合保障信息系統(tǒng)能夠共享信息資源;

3)數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，以確保具有數(shù)據(jù)交換的能力。

圖1 數(shù)據(jù)模塊結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模塊類型

2 基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的直升機IETM系統(tǒng)流程研究

S1000D標(biāo)準(zhǔn)為IETM的開發(fā)提供了一個開放系統(tǒng)描述方法，指出以數(shù)據(jù)模塊組織技術(shù)信息(并規(guī)定了數(shù)據(jù)模塊的形式結(jié)構(gòu))，以通用資源數(shù)據(jù)庫管理信息對象，但標(biāo)準(zhǔn)中并沒有給出任何一種IETM系統(tǒng)實現(xiàn)方案，因此需要開發(fā)者自行研究設(shè)計。

按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合IETM開發(fā)的基本流程，基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的IETM信息流程應(yīng)包括:技術(shù)信息的收集整理、數(shù)據(jù)模塊制作、插圖制作、信息對象存儲與管理、技術(shù)信息發(fā)布等過程，如圖2所示。

圖2 結(jié)合IETM體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的基本流程

2.1 技術(shù)文檔的模塊化制作

在S1000D中，資料的組織是基于SNS和IC碼進行的。SNS描述了技術(shù)資料的物理結(jié)構(gòu)，它是直升機的功能構(gòu)型和物理構(gòu)型的結(jié)合體，通過SNS能夠很快定位組件的功能或物理位置。IC碼是S1000D對技術(shù)資料的功能的簡短說明，資料使用者能夠通過IC碼(信息名)確定技術(shù)資料的作用，提高使用者定位和使用資料的速度。SNS與IC碼結(jié)合的資料組織結(jié)構(gòu)，不但為資料的編寫與管理提供了方便的基于構(gòu)型的管理，也為資料的使用者提供了更便捷的使用方式。使用者只要知道資料的物理名及相關(guān)工作名(IC碼)就能確定資料的位置。如:液壓系統(tǒng)－清洗，通過SNS(液壓系統(tǒng))就能定位資料在直升機技術(shù)資料中的結(jié)構(gòu)位置，清洗(IC)就能確定技術(shù)資料是作為清洗的指導(dǎo)資料。

此外，SNS所描述的技術(shù)資料的物理結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的“系統(tǒng)/分系統(tǒng)/子系統(tǒng)/子子系統(tǒng)”文檔組織結(jié)構(gòu)有很大差異。這就要求我們將原始的線性文檔逐層拆分為單元模塊的形式，將直升機各種技術(shù)資料中的文字、圖像、聲音、動畫等以合適的格式導(dǎo)入到數(shù)據(jù)模塊中，并分析其中所引用到的其他數(shù)據(jù)模塊，建立相關(guān)的超鏈接關(guān)系。

2.2 圈像的制作與處理

IETM系統(tǒng)的一個顯著特點就是可以利用現(xiàn)代多媒體信息技術(shù)，使用圖像、聲音、動畫等多種表現(xiàn)手段來表現(xiàn)技術(shù)信息，向用戶提供更直觀的感受，能夠避免冗長的文字解釋、幫助讀者正確理解文本內(nèi)容。

根據(jù)S1000D標(biāo)準(zhǔn)的要求，IETM中的圖像應(yīng)盡量使用矢量圖存儲，且其標(biāo)準(zhǔn)格式為CGM。CGM是一種智能的矢量圖形格式，可以實現(xiàn)HotSpot(熱區(qū))技術(shù)，通過專用軟件(如Isodraw、3DVIA Composer等)繪制而成，可以利用軟件賦予CGM圖像相應(yīng)的超鏈接屬性，因此可以更好地實現(xiàn)IETM系統(tǒng)的“交互性”要求［1］。

在制作插圖時一定要注意，插圖中應(yīng)當(dāng)僅包含圖像信息。除了插圖編號、名字等標(biāo)志信息外，所有其他與插圖相關(guān)聯(lián)的非圖形信息，都應(yīng)當(dāng)在插圖外部被保存和維護。如果插圖中含有非圖形信息，將約束插圖在不同上下文環(huán)境中的使用，并且還要使用圖像編輯工具來維護這些信息。最典型的情況就是為不同語言版本的數(shù)據(jù)模塊提供相同的插圖。

2.3 信息對象存儲與管理

直升機IETM中所有的信息對象都存放在通用資源數(shù)據(jù)庫CSDB中。CSDB是信息管理中最重要的元素，它儲存并管理所有工程中需要發(fā)布的技術(shù)手冊對象，負(fù)責(zé)所有合作商、供應(yīng)商和用戶之間數(shù)據(jù)的交換。在CSDB中存放的信息對象如圖3所示:

圖3 IETM公用數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

數(shù)據(jù)模塊列表(Data Module List，DML)，用來管理和控制CSDB中的信息對象內(nèi)容，并定義了所有工程項目所需要的數(shù)據(jù)模塊;CSDB狀態(tài)列表(CSDB Status List，CSL)，用來確定項目的CSDB狀態(tài)，在CSDB由多家單位合作開發(fā)時，可使用CSL標(biāo)志CSDB的狀態(tài)，以保持CSDB的一致性;出版物模塊(Publication Modules，PMs)，用于管理組成技術(shù)出版物的所有數(shù)據(jù)模塊;數(shù)據(jù)分發(fā)備注(Data Dispatch Notes，DDN)，用于描述分發(fā)數(shù)據(jù)模塊的方法及其注意事項。在CSDB中組織IETM數(shù)據(jù)時，使用DDN所提供的方法，將所有DM和ICN存放入CSDB中，并使用DML和PM管理它們。

基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的CSDB應(yīng)當(dāng)是“特別設(shè)計的無冗余關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或面向?qū)ο蟮姆旨墧?shù)據(jù)庫”。所謂“特別設(shè)計”，是指將各種技術(shù)數(shù)據(jù)分解為完全無冗余的模塊，即把已經(jīng)分解成為僅描述單個維護任務(wù)或裝備信息的數(shù)據(jù)模塊，進一步分解為單個不同的操作步驟和裝備參數(shù)信息。如:將會在技術(shù)資料中不同部分重復(fù)使用的警告信息、圖像和通用的維護步驟等，在CSDB中只出現(xiàn)一次，在其引用位置上多次調(diào)用即可。這可以避免數(shù)據(jù)的冗余浪費，對直升機這樣的復(fù)雜系統(tǒng)來講是絕對必要的。這就要求CSDB在數(shù)據(jù)庫設(shè)計上要具有合理的分層結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)模塊粒度，在實現(xiàn)低冗余度的同時充分涵蓋直升機的全部技術(shù)資料信息［2］。

2.4 技術(shù)信息分發(fā)與提供

將信息對象按照一定的規(guī)則存儲到CSDB中后，需編寫IETM瀏覽程序。IETM瀏覽程序?qū)⒆詣优cCSDB建立數(shù)據(jù)鏈接，將CSDB中的數(shù)據(jù)按照用戶的輸入檢索并輸出至數(shù)據(jù)集中。此時的數(shù)據(jù)集中又恢復(fù)成為 XML文檔的格式，由瀏覽程序為該XML文檔指定相應(yīng)的XSLT(樣式表文件)。這里，樣式表文件將包含CSDB中各類信息對象的顯示樣式(如文本，表格，警示，準(zhǔn)備工作，菜單，數(shù)據(jù)模塊，適用性，故障信息等)，然后將XML以HTML、DHTML或者PDF的形式輸出顯示給用戶。在開發(fā)過程中應(yīng)詳細(xì)考慮到直升機使用方的交互性要求，將IETM的交互性設(shè)計融入到系統(tǒng)中，最后，可實現(xiàn)完整的IETM系統(tǒng)。

3 結(jié)論

目前，無論在國際還是在國內(nèi)，無論是直升機還是固定翼飛機，無論是軍用直升機還是民用直升機，基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的電子技術(shù)手冊是我國直升機行業(yè)編制標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用的方向，也是適合我國國情的，而且更有助于直升機交互式電子手冊的發(fā)展和相關(guān)行業(yè)電子手冊的融和。因此，在直升機維修信息化保障不斷加強和發(fā)展的今天，構(gòu)建直升機交互式電子技術(shù)手冊框架，將重要的技術(shù)資料有效地結(jié)合到交互式電子技術(shù)手冊系統(tǒng)中，給維護人員提供最直接、最全面、最新版的信息支持，是確保直升機維修科學(xué)性和高效性的有效手段。

［1］高萬春.S1000D下IETM的研究和實踐［M］.武漢:華中科技大學(xué)，2007.

［2］宋永磊.直升機交互式電子技術(shù)手冊總體框架設(shè)計研究［D］.南京:南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.