航空發動機裝配IETM開發技術研究

龍洋　王彤　孫貴青　劉清軍

【摘 要】分析了航空發動機行業傳統裝配技術手冊的現狀與不足，研究了IETM制作的關鍵技術；按照S1000D標準對航空發動機裝配工藝手冊體系進行結構化處理、采用數字化三維矢量圖解及仿真動畫傳遞工藝信息；成功開發了某型航空發動機裝配技術手冊。

【關鍵詞】IETM；航空發動機；裝配

航空發動機裝配技術手冊是發動機裝配制造環節中最重要的技術資料，是指導發動機裝配的工藝文件，其內容對發動機裝配質量有直接的影響。同時裝配技術手冊還是后續航空發動機大修、航線維護操作文件編寫的重要依據。

隨著國內航空發動機的復雜程度、可靠性要求越來越高，裝配技術手冊承載的信息越來越多，從而造成技術手冊制作查詢困難、不易攜帶與保存、難于與產品技術狀態同步更新等問題。同時數字化技術在國內航空發動機設計領域的迅速推進，為了打通了發動機產品設計制造之間的聯系，裝配技術手冊作為制造環節中重要的技術資料也應該迅速推進數字化進程。

交互式電子技術手冊（Interactive Electric Technical Manual，簡稱IETM）是一種數字化的、基于數據重用的結構化的、規范標準化的電子技術手冊。本文通過IETM技術應用研究，將其應用在發動機裝配技術手冊中形成裝配IETM。

1 國內發動機裝配技術手冊存在的問題

航空發動機裝配是發動機制造過程中最后的環節，也是最重要的環節，包括部件、單元體、整機的裝配、分解、故檢、清洗等內容。裝配技術手冊的功能主要是指導裝配車間操作人員進行發動機裝配活動。這些資料應能使不熟悉該發動機的操作人員完成指定的發動機裝配指令。操作人員在工作前都要查閱裝配技術手冊。因此，每項裝配操作工作的實施都可單獨作為指導操作人員工作的依據。這就要求該手冊完整的包括航空發動機的部件、單元體、整機的裝配、分解、故檢、清洗等內容，同時一定要便于操作人員快速查找，準確按照手冊完成裝配任務。

國內航空發動機裝配技術手冊主要以紙介質為載體，主要采用辦公自動化工具編制，最常用的是微軟公司的和一些計算機繪圖工具，在其開發創作技術方面幾乎空白。主要體現在以下幾方面：

1）缺乏統一執行的開發創作標準。各個航空發動機裝配制造單位按照自己的標準編寫裝配技術手冊，不利于行業內技術交流與技術積累，阻礙整個行業的裝配技術發展。

2）數字化程度低。目前航空發動機領域數字化推進迅速，已基本完成了從二維圖紙設計到全三維設計的轉換。傳統的發動機裝配技術手冊的開發制作已經完全與發動機設計環節脫節，多媒體、虛擬現實、數字化工藝等技術無法融入。

3）手冊技術管理手段落后。目前國內裝配技術手冊的文檔格式為非結構化格式，缺乏結構化的描述信息，僅停留在文檔管理水平，其有效性管理、版本控制是對文件級文檔的管理與控制，無法深入到技術內容層面[1]；不同型號研制中積累的技術內容的交叉利用要靠開發者人工管理，造成手冊間內容的重用率低，無法進行技術內容的知識化管理與應用；為了避免內容編制問題或版本錯誤，就要在編制、校對、審核、標準化、批準、歸檔等環節投入較多技術和管理人員，耗費大量的人力物力且效率低下。

4）裝配技術手冊的表達形式單一。僅僅通過文字、圖片、二維圖紙描述裝配活動，仍然難以消除操作人員理解上偏差，影響工作的質量與效率。

在國外，民用航空發動機維修領域的技術資料都是采用IETM技術制作的，其制作標準包括ATA100、S1000等，如V2500發動機、CFM56發動機等。而且IETM技術在國外大量應用在武器裝備的研制、操作、維修、訓練和后勤保障的技術資料中。IETM具有以下幾方面的優點：1）交互性好；2）信息的組織檢索和使用方式靈活；3）可以使用多種表達方式，視頻、圖解、動畫等；4）采用公共源數據庫管理數據，數據信息結構化、方便數據查找與重用。

因此借鑒國外先進的IETM技術解決國內航空發動機裝配技術手冊的問題是一條切實可行之路。

2 開發裝配IETM的關鍵技術

2.1 制作標準的選擇

目前最具有代表性的IETM技術標準是S1000D標準，它是新一代的技術出版物國際規范，目前世界上最強大的航空工業組織，以及歐洲、美洲、大洋洲和非洲的幾十個國家都開始采用S1000D。其發展歷程如圖1所示。

S1000D采用了模塊化的原理，以數據模塊（Data module，DM）而非傳統的“書”的形式來編制和存儲技術出版物內容。DM是指技術出版物中最小的自包含的信息單元。一個型號項目所涉及的所有的DM由公共源數據庫（Common Source Data Base，CSDB）存儲和管理。根據需要，CSDB中的DM可以以不同方式組合，構成各種技術出版物[3]。

S1000D的基本原理，極大地方便了數據內容重用，與CALS（Computer Aided Logistic Support）“一次制作生成，多次重復使用”的基本理念不謀而合。與傳統的標準規范相比，基于S1000D標準編制和管理的數據，更易于IETM的制作和應用。目前，S1000D已經在世界各國的國防、航空領域得到了廣泛的應用。

2.2 技術手冊結構化

根據發動機裝配工藝規劃的發動機裝配結構單元、操作，按照S1000D標準的模塊化思想，對技術資料中的內容進行分解，分析和梳理能夠表達發動機裝配制造中所需的最小技術信息單元的數據模塊和信息對象。對發動機裝配工藝手冊進行結構化、標準化處理，以數據模塊的形式存儲于公共源數據庫中，供后續建立電子技術手冊時靈活組織和引用，以實現數據的一次建立多次使用。

按照發動機裝配結構單元、操作工藝的不同類型（如裝配、分解、清洗、檢查、修復等）將樹狀結構上的每個節點劃分成一個個相對獨立的模塊，通過這些顆粒狀模塊的排列、組合、引用、關聯構成發動機裝配的完整體系，如圖2所示。

2.3 單一數據源儲存和管理

手冊中所有的技術信息是存放在同一個數據庫中進行集中管理的，這個數據庫稱為公共源數據庫（CSDB）。技術信息來源的唯一性得以有效保證，技術信息沒有重復的冗余得以有效控制，并且能夠根據需要一次生成，多次使用，一家制作，多家享用；此外，技術信息的任何增加、刪減或者修改都會自動在數據中自動留痕，手冊版本全程可控，可追溯。

2.4 插圖及多媒體的創作

制作IETM的一個關鍵技術就是利用現代多媒體信息技術，使用圖像、聲音、動畫等多種表現手段來表現技術信息，向用戶提供更直觀的感受、幫助讀者正確理解文本內容。根據 S1000D 標準的要求，IETM 中的插圖應盡量使用矢量圖存儲，矢量圖格式有CGM、SVG等，它提供一種圖形交換的方法，可以維護熱點鏈接，實現圖形與其他內容的（如文本）間的交叉使用。矢量圖需要通過專用軟件（如Isodraw、3DVIA Composer 等） 繪制而成[4]。

動畫是二維或三維靜止圖像的運動。交互式動畫通過編寫腳本語言實現用戶對影片的控制，在動畫與使用者之間形成一種互動。在IETM中動畫一般用于復雜的操作過程、產品的運動關系或者原理的演示等。目前常見的動畫格式包括SMG、GIF、SWF等。

不論是插圖還是多媒體的制作都需要盡量的取自設計數據。其一般制作過程素材收集、格式轉化、圖形編輯、圖形發布等四個步驟。

3 某型發動機裝配IETM的開發

3.1 裝配技術手冊制作系統

某型裝配技術手冊系統是一種智能化的信息系統包括內容編輯模塊、數據管理模塊、數據發布模塊和手冊交付模塊。其制作平臺為PTC公司的Arbortext軟件。圖3為裝配技術手冊完整系統，圖4為手冊樣例制作完整流程。

3.2 技術信息創建

技術信息創建主要包含文本編輯、圖解編輯、仿真動畫制作三個方面。

3.2.1 文本方面

利用XML標記語言，將規程中的文字信息編輯成相應類型的結構化文檔，如圖5所示。

3.2.2 圖解方面[5]

鑒于航空發動機的結構復雜性及裝配工藝的復雜性，傳統的二維CAD圖解難以直觀傳遞裝配信息，該型發動機裝配技術電子手冊使用了業界領先的矢量圖解（CGM或SVG）。矢量圖解的引入，一方面，保證了上游部門的三維數據在裝配技術手冊得有有效使用，另一方面，具有立體感的矢量圖解亦大大增強了圖解的直觀性，減少傳統二維圖解的理解偏差，增強裝配技術信息的獲取效率與準確性。

在矢量圖解中，以軸向爆炸圖展示裝配體包含的大小零件，三維立體剖切展現裝配體大小零件相對位置關系，以局部放大圖展示裝配體細節特征。

CGM或SVG格式的矢量圖解，數據小，可自由縮放與平移，且不會失真。此外矢量圖解中可任意增加熱點，與文本、表格建立關聯。見圖6。

3.2.3 仿真動畫方面

針對發動機結構的復雜性及工藝的復雜性，僅從文本和矢量圖解兩個維度描述裝配活動，仍然難以消除操作人員理解上偏差。在該型發動機裝配技術手冊中，首次引入了全三維裝配仿真動畫，通過某轉子及工裝設備的三維模型動態仿真來模擬發動機裝配真實過程，消除手冊使用者對文字及圖解理解偏差，使得各參研單位對發動機裝配工藝達成共識。

圖7為發動機裝配仿真的一種體現模式。左側裝配樹形結構，直觀反映模型的圖號及其層次；右側動畫演示窗口直觀反映發動機裝配過程中機件（或工裝設備）的位置變換及工藝控制要素。動畫為矢量模式，交互性極強。

可自由縮放、平移、旋轉、控制模型的消隱，方便使用人員全方位獲取裝配信息；底部為動畫索引，點擊后即可演示對應零部件的裝配。此外使用人員還可以直接在模型上量取相關尺寸，任意對模型進行剖切了解發動機內部結構及相對位置關系。

3.3 技術信息管理

采用數據模塊形式來存儲和管理發動機裝配活動信息，按照發動機結構劃分裝配信息結構，文本類模塊通過統一的DMC編碼存儲和管理，圖解、動畫等非文本信息通過統一的ICN編碼存儲和管理。該型發動機電子手冊DMC編碼及ICN編碼如表1、圖8、圖9所示。

表1 裝配技術電子手冊數據模塊編碼

圖8 部分數據模塊列表

圖9 動畫、插圖的ICN碼

如：XXXX-X-72-52-00-00A-720A-D表示將某轉子裝配（X狀態，由零件組裝成轉子平衡組件）；ICN-XXXX-X-72-52-00-A-SYXXX-00001-A-001-03表示某轉子裝配數據模塊中第一副圖解。

3.4 技術信息發布

該裝配技術手冊以兩類形式發布：1）PDF（紙質文檔）。對于PDF形式出版物而言，由于受Acrobat reader（閱讀器）的限制，僅能實現簡單的文檔鏈接和目錄功能；2）Web（ie格式）。對于web形式技術出版物，可以發布成單機版（CDROM提供）和網絡版，具有鏈接、目錄和一些定制的高級搜索、導航、信息反饋功能。Web發布樣式如圖10所示。

4 結束語

IETM作為一種現代化裝備保障的必要技術，它具有數字化、結構化、標準規范化、顯示多樣化、良好的交互性等特點，在武器裝備研制、使用、維護等領域被廣泛應用。本文通過分析傳統航空發動機裝配技術手冊的現狀及不足，對基于S1000D標準的IETM制作技術進行研究，以某型航空發動機為依托成功開發了航空發動機裝配技術手冊系統。該系統具有以下特點：

1）高效的維護和管理。工藝信息結構化、模塊化編寫，只需更新原始模塊，即可實現手冊中所有引用模塊的自動更新；更改紀錄公共源數據庫自動留痕，更改內容高亮顯示；數據更改后，版本自動升版，所有歷史版本數據庫自動留存。

2）直觀、準確的多媒體表達。文本和非文本信息同屏顯示（左側文本，右側圖解），相互分離且互為關聯；全面應用數字化三維矢量圖解及仿真動畫傳遞工藝信息。

3）良好的訪問和交互性。工藝信息分層分類，且構建了樹形導航樹；強大的搜索引擎，支持工藝信息的全文檢索和模糊檢索；工藝信息的相互關聯。手冊中相關信息雙向關聯（文本與圖形，文本與動畫，圖形與表格），支持信息同卷或跨卷跳轉。

目前航空發動機行業數字化發展迅速，開發基于全生命周期管理的數字化裝配技術手冊也是發動機數字化制造的必然趨勢。

【參考文獻】

[1]刁兆勇.交互式電子技術手冊及其應用研究[D].南京理工大學，2009.

[2]李希順，高丹，姜宇.基于航空發動機維修服務的IETM研究與分析[J].航空維修與工程，2015（5）.

[3]裝備IETM研制工程總論[M].北京：國防工業出版社，2012（4）.

[4]裝備IETM技術標準實施指南[M].北京：國防工業出版社，2012（4）.

[5]安燕霞.基于航空發動機IETM 制作的多媒體技術研究[J].科技視界，2014（13）：109-110.

[責任編輯：田吉捷]