交互式線路編制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

宋建華，王正，范加利

（海軍航空工程學院青島校區(qū)，山東青島266041）

交互式線路編制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

宋建華，王正，范加利

（海軍航空工程學院青島校區(qū)，山東青島266041）

針對外軍交互式圖形編制效率低下和裝備維修人員的特定需求，提出了交互式線路編制系統(tǒng)的體系框架，設(shè)計了系統(tǒng)的功能模塊，闡述了主要功能模塊的技術(shù)實現(xiàn)。實例應(yīng)用證明，所設(shè)計系統(tǒng)具有線路圖元動態(tài)擴展特點，實現(xiàn)了線路圖、饋線元數(shù)據(jù)、原理腳本與手冊發(fā)布一體化編制，提高了線路圖冊的編制效率。

線路圖冊；饋線數(shù)據(jù)；交互式電子手冊

0 引言

飛機線路圖冊是飛機技術(shù)資料的重要組成部分，主要用于輔助飛機維修人員進行線路原理培訓、線路檢測和深層次原理故障排查。隨著航空裝備復雜度的提高，線路圖冊無論在數(shù)量和復雜度上都發(fā)生了巨大的變化，對維修人員的業(yè)務(wù)水平提出了更高要求。為提高線路圖冊的讀圖效率，降低讀圖難度，外軍提出了交互式圖形的概念，即通過一定格式轉(zhuǎn)化使得線路圖具有一定的智能性，主要表現(xiàn)在如圖形內(nèi)部圖元可檢索、具有熱點可交互等特點。外軍在線路圖冊交互性轉(zhuǎn)換基本流程是：首先將AutoCAD等格式圖形轉(zhuǎn)換為CGM格式圖形，其次采用PTC IsoDraw等專用軟件進行熱區(qū)定義，再次采用文本編制軟件進行熱區(qū)元數(shù)據(jù)的編輯 并進行熱區(qū)關(guān)聯(lián)，最后采用瀏覽器軟件進行圖形閱讀。該流程存在編制效率低、核心數(shù)據(jù)格式不清晰和瀏覽器軟件無法定制等缺點，使得國內(nèi)在研究線路圖冊的交互性上存在一定的障礙。為了徹底解決上述問題，本文提出了設(shè)計國內(nèi)自主交互性線路編制系統(tǒng)，首先分析了系統(tǒng)的功能需求，其次設(shè)計了系統(tǒng)功能模塊，再次介紹了系統(tǒng)的主要功能模塊實現(xiàn)，最后以某型飛機某子系統(tǒng)線路圖為例進行應(yīng)用驗證。

1 需求分析

目前國內(nèi)對線路圖冊類技術(shù)資料的交互性研究還比較少，國內(nèi)一些的商用線路圖繪制軟件僅能滿足繪圖功能，無法滿足裝備維修保障人員對線路圖冊類技術(shù)資料交互性的要求。而維修保障人員交互式線路編制要求具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)拖放式、所見即所得的圖形化編輯 模式，提高編制效率。

（2）由于線路圖冊中部件圖形的不確定性，系統(tǒng)應(yīng)該具備圖元自定義功能，實現(xiàn)用戶的后期自行擴展。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)線路圖冊數(shù)字化管理，方便后期快捷的更改。

（4）不僅能夠?qū)崿F(xiàn)線路圖冊本身編制，還能夠關(guān)聯(lián)圖冊中部件的實物圖片、拆裝視頻以及IETM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)模塊等形象化元素。

（5）能夠?qū)崿F(xiàn)線路分析專家經(jīng)驗積累。

（6）線路圖冊編制應(yīng)能按機型編制、發(fā)布、查閱。

（7）線路圖冊編制應(yīng)符合國軍標和航空工業(yè)標準的要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 架構(gòu)設(shè)計

設(shè)計的交互式線路維修支持系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層采用原生XML數(shù)據(jù)庫和線性存儲相結(jié)合的方式來存儲饋線數(shù)據(jù)，完整保留XML文檔的數(shù)據(jù)格式，提高了數(shù)據(jù)組織和管理的效率；服務(wù)層包括數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)ADO.NET、圖形控件服務(wù)GoDiagram、運行庫dot Framework 4.0和中間件服務(wù)；應(yīng)用層包為交互式線路編制系統(tǒng)，實現(xiàn)圖冊類技術(shù)資料的編制、存儲、管理等功能。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 功能模塊規(guī)劃

系統(tǒng)功能模塊框圖如圖2所示，主要包括項目管理、圖元繪制、饋線數(shù)據(jù)編輯 、線路圖繪制、圖冊發(fā)布和系統(tǒng)管理等內(nèi)容。

（1）項目管理：提供線路圖冊項目頂層規(guī)劃功能。具體包括項目管理、饋線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、手冊系統(tǒng)規(guī)劃等功能。

（2）線路圖元繪制：提供圖形化圖元編輯 功能，完成系統(tǒng)圖形自定義擴展。具體包括圖元及其元數(shù)據(jù)的編輯 和操作（包括新建、修改、保存、剪切、復制、粘貼、刪除、對齊、旋轉(zhuǎn)等）等功能。系統(tǒng)預含GB/T 4728和HB 6637-2006（航空工業(yè)）規(guī)范定義的電氣元件。

（3）線路圖繪制：提供線路圖冊的拖放式圖形化繪制功能，用戶可利用預置電氣設(shè)備、標準零部件或自定義庫中的預置控件繪制線路圖。具體包括線路圖設(shè)計管理、圖紙操作管理（包括新建、打開、保存、刪除、關(guān)閉、圖元瀏覽和插入、圖紙預覽等操作）等功能。

（4）饋線數(shù)據(jù)編制：提供圖形元數(shù)據(jù)編制功能。具體包括導線、部件和端口數(shù)據(jù)信息的編制以及電流軌跡跟蹤工作原理腳本編輯 功能。

（5）圖冊發(fā)布：提供圖冊的發(fā)布功能，系統(tǒng)發(fā)布成功后閱讀系統(tǒng)方可瀏覽使用。具體包括手冊結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)節(jié)點同線路圖紙對應(yīng)管理、圖冊的一鍵發(fā)布等功能。

（6）系統(tǒng)管理功能：提供用戶、權(quán)限、日志、數(shù)據(jù)庫訪問以及緩存等管理功能。

3 主要功能設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 線路圖元繪制模塊

線路圖元繪制模塊是系統(tǒng)的核心，該功能使得設(shè)計系統(tǒng)的圖元擴展功能。主要設(shè)計思路如下。

（1）對圖元進行了抽象，并定義NodeClass圖元類，類圖見圖3。該類由兩個屬性，一是數(shù)據(jù)類型為List的RawNode，該屬性包含所有圖形節(jié)點列表，用于系統(tǒng)編輯 時使用；二是繼承GoNode的CustomNode，用于圖冊編制圖元實例化，含有數(shù)據(jù)類型為GoNode代表引腳含義的Pins屬性、數(shù)據(jù)類型為GoText代表部件名稱的Label屬性以及數(shù)據(jù)類型為GoN－ode代表部件本體的Body屬性。

（2）在GoDiagram圖形控件和NodeClass圖元類的基礎(chǔ)上，設(shè)計了拖放式圖元編輯 界面（圖4）。用戶利用“工具”或“圖庫”提供的圖形工具可完成圖元的繪制。

3.2 線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制模塊

饋線數(shù)據(jù)是線路圖冊類技術(shù)資料中圖形的描述數(shù)據(jù)，共包含導線、部件、端口三類元數(shù)據(jù)。導線元數(shù)據(jù)用于描述導線的系統(tǒng)、線號、導線的起始部件等信息；部件元數(shù)據(jù)用于描述部件的件號、功能、數(shù)量、控制邏輯、圖示等信息；端口元數(shù)據(jù)用于線路圖冊之間的交叉引用信息。線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制模塊完成線路圖及相關(guān)元數(shù)據(jù)的編制，其實現(xiàn)思路如下：

（1）參照S1000D 4.1標準，采用XML文檔的Schema建模方法定義導線、電氣部件和端口三類饋線數(shù)據(jù)模型（圖5）。

圖2 功能模塊設(shè)計

圖3 NodeClass類圖

圖4 圖元繪制模塊界面

圖5 導線數(shù)據(jù)的Schema架構(gòu)

（2）對交互式圖形進行抽象，定義了Design交互式圖形類，類圖如圖6所示。該類是圖紙（原理圖、接線圖）、圖紙內(nèi)部目錄結(jié)構(gòu)、圖元清單、圖元元數(shù)據(jù)的集合。

（3）在饋線數(shù)據(jù)Schema模型和Desing類的基礎(chǔ)上設(shè)計實現(xiàn)了線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制界面（圖7）。其中，左側(cè)為圖紙繪制區(qū)，右側(cè)為饋線數(shù)據(jù)編輯 區(qū)。當新插入導線、部件或端口時，將在右側(cè)區(qū)域自動增加一行對應(yīng)元數(shù)據(jù)，當點擊左側(cè)區(qū)域的部件或?qū)Ь€時，將自動定位到對應(yīng)元數(shù)據(jù)行方便用戶進行元數(shù)據(jù)編輯 。

3.3 電流軌跡腳本編制

圖6 設(shè)計圖形類圖

圖7 線路繪制和饋線數(shù)據(jù)編制界面

電流軌跡腳本是線路工作原理的抽象，是線路工作過程的動態(tài)展示，是線路分析專家分析的結(jié)果。該模塊可實現(xiàn)專家經(jīng)驗的積累，主要設(shè)計思路如下。

（1）定義電流軌跡腳本Schema模型（圖8）。該模型中根元素有1個或多個任務(wù)元素，任務(wù)元素包含1個圖形元素< graph>和1個或多個任務(wù)元素，圖形元素包含一個或多個< flowlink>元素。其中任務(wù)元素表示操作步驟，如“按下某個開關(guān)”；表示對應(yīng)任務(wù)下電流流過的導線。

圖8 電流軌跡的Schema架構(gòu)

（2）在定義了電流軌跡模型的基礎(chǔ)上設(shè)計了圖形化的腳本編輯 界面（圖9）。其中，左側(cè)為任務(wù)編輯 ，右側(cè)為對應(yīng)任務(wù)所含有的線路。使用時首次添加任務(wù)，其次在右側(cè)區(qū)域雙擊鼠標添加節(jié)點，再次點擊圖紙中對應(yīng)的線路進行復制操作，最后連接右側(cè)區(qū)域要連接兩個節(jié)點就完成腳本的編寫。

圖9 電流軌跡腳本編寫界面

圖10 出版流程

3.4 圖冊發(fā)布

圖冊發(fā)布按照用戶的需求定制發(fā)布線路圖冊，只有發(fā)布成功的圖冊瀏覽器軟件才能使用。該模塊的主要設(shè)計思路如下。

（1）設(shè)計出版流程（圖10）。在發(fā)布過程中，為保證發(fā)布過程的完整性和正確性采用事務(wù)管理，依次生成出版物信息、目錄節(jié)點信息、圖紙導線/部件/端口預選參數(shù)、導線/部件/端口元數(shù)據(jù)信息。

（2）利用RadControls控件設(shè)計手冊發(fā)布界面（圖11）。用戶首先設(shè)計出版物目錄，目錄設(shè)計時用戶可以自行創(chuàng)建，也可從系統(tǒng)目錄上拖拽；再次目錄節(jié)點同前期繪制的圖紙關(guān)聯(lián)起來；最后進行一鍵發(fā)布即可完成手冊的發(fā)布。

4 實例驗證

以某型飛機某子系統(tǒng)的線路圖為例，按照“圖元繪制”—“線路繪制”—“元數(shù)據(jù)編制”—“電流腳本編制”—“出版發(fā)布”的流程對整個系統(tǒng)進行了驗證，如圖12所示。經(jīng)測試驗證：系統(tǒng)可以方便的擴展系統(tǒng)圖元，通過拖放圖元和拖拽連線快速繪制線路圖，通過預置模板可以方便編輯 元數(shù)據(jù)，可快速方便的生成手冊。

5 結(jié)束語

國內(nèi)對線路圖冊類技術(shù)資料的交互性研究較少，尚未出線路圖、饋線元數(shù)據(jù)、原理經(jīng)驗積累與手冊發(fā)布與一體的實用系統(tǒng)。本文設(shè)計的交互式線路編制系統(tǒng)功能完備、操作方便，可有效地提高裝備維修保障人員的線路圖冊編制和管理效率，便于積累線路專家經(jīng)驗知識，實際應(yīng)用證明軍事和經(jīng)濟效益顯著。

當裝備線路圖冊較多時，僅依靠手動繪制系統(tǒng)編制效率還不是很高。如何利用圖像識別技術(shù)將紙質(zhì)圖冊自動識別并生成系統(tǒng)要求得圖形格式是下一步研究的重點。

圖11 手冊發(fā)布界面

圖12 系統(tǒng)主要編輯 界面舉例

［1］朱興動.武器裝備交互式電子技術(shù)手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

［2］朱興動，劉嘯，李其申，等.IETM饋線數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計與應(yīng)用［J］.計算機與現(xiàn)代化，2013（215）：212-215.

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.51