某型艦船裝備保障交互式技術支持系統設計與關鍵技術研究

張宇

摘要：本文應用交互式技術對某型艦船的裝備保障信息化系統進行了系統化的設計和關鍵技術的研究，它的應用對裝備保障信息化建設和提高裝備保障能力具有十分重要的意義。

關鍵詞：交互式電子技術手冊;艦船裝備;信息化保障;系統設計

中圖分類號：E92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0144-04

0 引言

在艦船的設計、生產和使用過程中會產生大量紙質的技術資料，它們是裝備保障工作的重要組成部分。據統計，1986年在美國防部檔案館存儲的武器裝備工程圖紙資料就多達2億張，美海軍CG-49型巡洋艦維護手冊的重量就有23噸之多，美空軍F-16戰斗機配套的技術資料約有75萬頁，其一套資料成本就超過2萬美元[1]。這些紙質的裝備技術資料不僅存儲困難、維護成本高、查找使用不便，而且在長期使用過程中極易產生破損、丟失等問題。因此這種保障方式難以滿足現代戰爭對裝備快速保障的需求。交互式電子技術手冊（IETM）便應運而生，它是一種數字化手冊，用戶可通過人機交互的方式快捷地查閱各種數據信息。近年來IETM已經被世界各軍事強國應用于軍事保障中，我軍雖重視其開發，也進行了相應的研究，但其應用仍處于起步階段[2-3]。

本文將設計一套基于交互式技術的裝備保障信息化系統，從而實現艦船裝備保障資料電子化，人員培訓快速化，資料查找便捷化、維修目標輔助化。

1 系統功能需求分析

交互式技術支持系統是通過應用多媒體、網絡及數據庫等技術將內容繁雜的信息資料按有關標準有機地組織起來，以人機交互的方式為用戶提供裝備使用與維護數據[4]。通過該系統，用戶可以更便捷地對裝備的各種文字技術資料和影像資料等信息進行查看，從而提高裝備使用和保障的效率。所設計的系統應滿足以下需求：

（1）滿足艦船裝備保障資料的數字化管理要求。這些保障資料主要包括設備的結構圖、操作規程、工作原理、保養說明、維修規范、故障案例、故障處置預案，系統的布置圖、原理圖以及使用管理等紙質資料和音視頻文件等，其次是針對艦船的油、汽、水、電路等復雜系統制作的系統矢量圖及動畫等，此外還包括主要設備的三維模型，具體內容如圖1所示。

（2）滿足為使用人員和保障人員提供技術培訓的要求。由于艦船裝備更新換代速度快，人員更替頻繁，使得傳統的人員大規模集訓、以老帶新和邊干邊學等培訓方式的局限性和滯后性變得尤為突出。所以開發的系統應方便使用與保障人員的自我學習和訓練。

（3）滿足為裝備故障診斷與維修提供技術支持的要求。能夠引導裝備保障人員進行故障診斷，輔助維修人員提高裝備維修的效率以及維修行為的安全性，從而降低保障人員對裝備熟練程度和維修技能的要求。

（4）滿足信息快速檢索的需求。系統需設計強大的檢索功能，通過該方式可快速查找到所需的信息。根據數據體系結構和用戶需求，設計按名稱檢索、編號檢索、模糊檢索和復合檢索等多種查詢方式。

（5）滿足數據資料便捷地更新的要求。主要考慮裝備系統的改換裝情況時有發生，數據資料更新較快。因此系統必須能夠根據實際情況及時進行數據更新。

（6）滿足信息系統保密安全的要求。在軟件、硬件上采取安全保密措施，制定對手冊內容進行使用、修改更新的權限。

2 系統設計

2.1 系統功能設計

通過對上述系統功能需求分析，以及在對該型艦船裝備的特點和性能進行了深入、詳細地研究分析的基礎上，筆者設計的系統主要包括以下7大板塊，具體構成如圖2所示。

2.2 系統構架設計

筆者采用基于B/S架構進行設計，將其分為電子手冊編著平臺、部隊用戶的移動終端平臺以及為完成系統所有功能的服務平臺三部分，如圖3所示。內部服務器置于后臺，用于存儲裝備保障相關技術資料，是整個IETM系統的核心;電子手冊編著平臺為系統提供在線編著、發布、版本更新;用戶移動終端可隨時查看系統信息，并可將保障現場信息進行記錄匯總并上傳至服務器，由此形成一個由IETM系統內容的編著與維護、系統信息的使用與反饋等構成的閉環設計。該系統設計應充分體現裝備保障信息化的特征與內涵，應該具有模塊化、開放性、共享性、適應性及快速性等特點[5];應盡可能兼容已有的電子資料和將來產生的電子資料，與它們實現無縫對接，而且兼顧信息安全，確保數據的完整性及安全性。

2.3 系統內容設計

本文根據裝備保障實際業務需求出發，以某型艦船的裝備為對象，系統內容包括裝備保障的方方面面，具體如圖4所示。

3 關鍵技術研究

3.1 紙質技術資料電子化

為實現紙質資料的錄入，需進行電子化轉換，在電子化過程中不能產生失真，即電子化的信息要與原始信息一致，而且要解決位圖占用空間大、傳送速度慢、縮放后變形失真等問題。電子化后的圖紙資料應該滿足再現性好，精度高，靈活性大等要求。

圖5給出了掃描圖電子化處理前后的對比。

掃描圖首先選用ACDSee Photo Manager對圖像預處理，再結合使用Photoshop軟件對圖像進一步加工，處理后的圖像達到使用要求。經過實踐檢驗，在研究中總結了一套標準有效的掃描圖處理流程，在完成該流程后，掃描圖基本上達到了系統設計的要求。如圖6所示。

3.2 信息存儲技術

由于系統中圖紙數量多，占用存儲器的大量空間，調用過程中會占用通信系統的帶寬，這將會降低計算機信息的處理速度。圖片壓縮分割存儲方式，降低了大量圖紙占用存儲器空間、提高了計算機處理速度。主要包括下述四個步驟：

第一步是進行圖片格式的壓縮，由TIF到JPG格式的轉化。圖像首先經過格式轉化，根據不同的格式規范壓縮至固定的倍率。采用批處理技術將TIF文件轉化為JPG。在Photoshop定義的80%的圖像品質下，圖像存儲容量是原圖的0.2倍。

第二步是進行圖片分割，經過格式轉化后的圖紙，采用圖片分割技術，將圖像按標準劃分為大小相同的圖塊。

第三步是自動化去除紋理技術，將分割后的圖塊進行鑒別，辨別出哪些是有用的，哪些是不帶任何信息的紋理;使用計算機圖形識別算法，取出不帶任何圖紙信息的空白區域。

第四步是分割存儲技術，將有用的圖塊進行存儲。將提取的有用圖塊自動化命名，并存儲每個有用圖塊所在的位置。根據統計，使用10像素的分割尺寸，圖像存儲空間可以達到原圖的0.1倍。

3.3 艙內虛擬維修技術

虛擬維修是以計算機技術與虛擬現實技術為基礎，在由計算機生成的虛擬場景中，通過驅動人體模型來完成整個維修過程的綜合性仿真技術。

通過在計算機上模擬某型艦船艙內三維虛擬環境，使用戶能瀏覽并進行交互性操作，以體驗真實維修場景。運用虛擬維修技術演示典型故障的維修過程及工藝，并可實現自主模擬維修操作。該模塊既可讓用戶學習艙室結構組成、了解設備典型故障的排除方法，又可讓用戶掌握故障排除過程。具體過程如下所示：

（1）艙室虛擬環境制作。上船拍攝，采集艙室內部環境素材。利用3Dmax軟件創建出模擬的艙室環境。

（2）艙室內設備的制作。利用3Dmax軟件，將已創建的設備三維模型進行重構，然后按照實船環境對所有設備模型進行空間定位;接著對模型進行貼圖繪制和編輯，然后進行材質烘焙，再利用Photoshop等工具，進行美化加工，使得虛擬環境更加逼真。

（3）程序的編寫。將3Dmax重建后的設備模型通過Virtools軟件導入虛擬艙室環境，利用Virtools軟件完成設備的艙內拆裝與出艙動畫以及手動拆卸與維修。

4 結語

本文以某型艦船為背景，旨在為其裝備操作使用和維修保障建立一套基于IETM的裝備保障信息化系統，主要對裝備的功能結構和維護維修等內容進行層次化編排，以更便捷的方式為用戶提供裝備使用維修的資料查詢、培訓學習、故障診斷與維修等技術支持。該系統已成功應用于多條船的綜合保障，它的使用顯著縮短了保障人員崗前培訓時間、較好的解決了該型艦船裝備的信息化保障問題。

參考文獻

[1] 吳傳海.船舶交互式電子技術手冊工程化應用研究[J].中國修船，2017，30（1）：32-35.

[2] 朱世松，秦敬輝，杜磊.主戰裝備綜合保障通用型IETM設計[J].裝甲兵工程學院學報，2015，29（6）：78-81.

[3] 張曉懷.基于IETM的艦船裝備保障信息化系統設計[J].設備管理與維修，2019（4）：8-9.

[4] 雷震，李慶全，何嘉武.基于IETM的武器裝備虛擬維修訓練系統設計[J].現代電子技術，2015，38（16）：138-140.

[5] 王詩.整船級交互式電子技術手冊軟件設計[D].唐山：華北理工大學，2018.