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(1.中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安微 合肥 230088；2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044)

雷達(dá)維修三維交互式電子技術(shù)手冊設(shè)計(jì)研究

雷鳴1，程五四1，張紅旗1，張?zhí)O2，張曉璐2

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安微 合肥 230088；2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044)

針對雷達(dá)維修信息種類多、可閱讀性差的問題，提出了利用可嵌入式平臺將3D技術(shù)融入在手冊設(shè)計(jì)的方法，并闡述了3D-IETM設(shè)計(jì)流程、功能實(shí)現(xiàn)及模塊組成，開發(fā)了三維交互式電子技術(shù)手冊設(shè)計(jì)軟件。

雷達(dá)維修；三維交互式電子技術(shù)手冊；可嵌入式平臺；手冊設(shè)計(jì)軟件

0 引言

傳統(tǒng)的雷達(dá)維修技術(shù)手冊，多數(shù)以紙質(zhì)文件或簡單的電子文檔交付給用戶。但隨著雷達(dá)體制的不斷創(chuàng)新，系統(tǒng)日益復(fù)雜，維修難度不斷加大，造成紙質(zhì)技術(shù)手冊數(shù)量急劇增加，給維修手冊的設(shè)計(jì)、分發(fā)、使用、維護(hù)和保存帶來了許多困難。針對傳統(tǒng)紙質(zhì)技術(shù)手冊的弊端，美軍在20世紀(jì)70年代初就提出了交互式電子技術(shù)手冊(IETM)的解決方案，將復(fù)雜的技術(shù)手冊、操作文檔等紙質(zhì)技術(shù)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息并進(jìn)行有序組織，使其能夠使用計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備顯示閱讀。早期的IETM多數(shù)是通過文字描述加工、裝配、使用和維修過程，并獲取CAD環(huán)境下產(chǎn)品零部件的三維圖形、裝配圖、爆炸圖等圖片或產(chǎn)品的音頻、視頻等數(shù)據(jù)，以增加描述的直觀性，最后將各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織整合，生成設(shè)計(jì)手冊并打印裝訂成冊，分發(fā)給制造、裝配、使用和維修人員。交互式電子技術(shù)手冊的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)的維修保障手段帶來的不足，大大提高了武器裝備在各種環(huán)境下的維修保障水平[1]。但隨著CAD技術(shù)和3D顯示技術(shù)的快速發(fā)展，IETM有了新的功能和含義，很多企業(yè)對直接利用三維CAD模型來設(shè)計(jì)交互式電子技術(shù)手冊的方法進(jìn)行了研究，提出了三維交互式電子技術(shù)手冊(3D-IETM)的概念。3D-IETM是在IETM的基礎(chǔ)上添加了3D技術(shù)元素，能夠?qū)崿F(xiàn)在三維空間中對三維模型的交互式操作，以及面向應(yīng)用的模型視圖自動(dòng)更新能力，屬于第4級的IETM[2]。在此，通過對IETM標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，提出了3D技術(shù)容器式嵌入方法，開發(fā)了雷達(dá)維修三維交互式電子技術(shù)手冊設(shè)計(jì)軟件(RM-IETM)。

1 3D-IETM設(shè)計(jì)

3D-IETM設(shè)計(jì)方法為“容器式嵌入”方法，即將各類雷達(dá)維修工程數(shù)據(jù)信息分為3D信息和傳統(tǒng)信息，然后將對應(yīng)的不同類別信息放置在不同的“容器”中?；谶@種思想，將軟件開發(fā)成一個(gè)信息的容器，能夠支持不同類別信息的儲存和顯示。3D-IETM設(shè)計(jì)流程如圖1所示。3D-IETM的設(shè)計(jì)包括3個(gè)工作階段，即資料準(zhǔn)備階段、設(shè)計(jì)階段和應(yīng)用階段。

圖1 3D-IETM設(shè)計(jì)流程

a.資料準(zhǔn)備階段。雷達(dá)設(shè)計(jì)人員建立可視化的三維模型以及維修場景，并基于Pro/E軟件平臺，完成一系列視圖、標(biāo)注、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)畫等的制作，用于對雷達(dá)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)演示、裝配、使用和維修進(jìn)行指導(dǎo)；雷達(dá)維修人員提供各類維修工程數(shù)據(jù)，包括維修照片、圖像、表格、文字、視頻和音頻等[3]。

b.設(shè)計(jì)階段。手冊設(shè)計(jì)人員獲得前期的數(shù)據(jù)輸入，通過雷達(dá)維修三維交互電子手冊設(shè)計(jì)軟件，以目錄樹的形式，將這些素材與文字、圖片等元素集成，進(jìn)行手冊目錄、頁面信息以及模型關(guān)聯(lián)組織等手冊設(shè)計(jì)工作，并保存手冊設(shè)計(jì)工程文件中。

c.應(yīng)用階段。將設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)手冊信息轉(zhuǎn)換為HTML文件和輕量化的模型，并在應(yīng)用端通過IE瀏覽器顯示設(shè)計(jì)手冊的目錄樹、頁面和三維模型，用戶、工人和維修人員通過IE瀏覽器快速查找所需的頁面，對模型視圖進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，了解雷達(dá)維修技術(shù)內(nèi)容。

2 平臺實(shí)現(xiàn)功能

基于3D-IETM設(shè)計(jì)方法，開發(fā)了雷達(dá)維修三維交互式電子技術(shù)手冊設(shè)計(jì)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)雷達(dá)三維模型與各類傳統(tǒng)維修工程數(shù)據(jù)的集成表達(dá)。其主要功能如下所述。

a.實(shí)現(xiàn)多種維修工程數(shù)據(jù)的輸入。雷達(dá)維修過程中的多種工程數(shù)據(jù)，包括文字、表格、圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和三維模型等，能夠?qū)崿F(xiàn)其輸入及集成顯示。其中，三維模型的輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)通用模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，包括 3DMax，AutoCAD等多種輕量化異構(gòu)數(shù)據(jù)的直接或間接導(dǎo)入。

b.實(shí)現(xiàn)多元化的信息表達(dá)方式。三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入過程中保留其材質(zhì)信息、貼圖坐標(biāo)、燈光效果與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息，并在軟件平臺中顯示，采用鼠標(biāo)點(diǎn)選、鍵盤控制等交互操作手段來實(shí)現(xiàn)人性化的信息獲取和流程控制，并實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶操作，達(dá)到良好的演示效果。

c.固化某典型雷達(dá)維修過程。針對某典型雷達(dá)，搜集整理常見雷達(dá)故障及故障維修處理方法，固化其過程，利用多種工程數(shù)據(jù)來展現(xiàn)維修過程。

d.實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理及查詢。為了實(shí)現(xiàn)手冊內(nèi)容的快速檢索和查詢，對各類工程數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理。

e.各類信息模板的定制。對雷達(dá)維修過程中的各類信息，如起重設(shè)備、維修工具、人員配置、工藝卡片和工藝規(guī)程等定制模板。

f.實(shí)現(xiàn)電子手冊的發(fā)布及瀏覽。將Pro/E設(shè)計(jì)結(jié)果快速發(fā)布成三維交互電子手冊。應(yīng)用該軟件，能夠面向產(chǎn)品全生命周期的需要，通過樹形目錄結(jié)構(gòu)，對各種用于指導(dǎo)產(chǎn)品制造、使用和維護(hù)的信息(包括文字、圖片、動(dòng)畫和模型視圖)進(jìn)行集成，并脫離產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)環(huán)境，發(fā)布和顯示這些信息。

3 平臺模塊組成

RM-IETM主要包括工程管理、目錄樹管理、頁面管理、手冊發(fā)布和手冊瀏覽5個(gè)功能模塊，如圖2所示。

圖2 RM-IETM設(shè)計(jì)軟件功能模塊

軟件分為6個(gè)部分：手冊目錄樹、檢索和索引頁面、功能菜單、頁面組、頁面編輯區(qū)和可交互三維模型區(qū)。

a.手冊目錄樹。以樹狀的方式，將發(fā)布工程中包含的Pro/E產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)果和文件組織起來，通過對目錄樹的操作，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的添加、刪除和修改等。目錄樹是三維設(shè)計(jì)手冊環(huán)境中輸入和瀏覽手冊信息的基本結(jié)構(gòu)，也是三維設(shè)計(jì)手冊模型的基本組織形式，其數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

b.檢索頁面和索引頁面。提供對全部內(nèi)容的檢索和索引顯示功能，根據(jù)工作內(nèi)容(維修對象、維修資源和故障現(xiàn)象等)的不同，自動(dòng)定位至相關(guān)的手冊內(nèi)容。

c.功能菜單。包括菜單欄和快捷按鈕欄，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部操作功能。

d.頁面組。對應(yīng)樹節(jié)點(diǎn)，用來管理節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容。每一頁都可以在編輯區(qū)進(jìn)行編輯瀏覽。

e.頁面編輯區(qū)。讓用戶編輯與當(dāng)前選中節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的內(nèi)容。用戶在“手冊目錄樹”中選中節(jié)點(diǎn)，則“頁面編輯區(qū)”顯示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，用戶可以對頁面的內(nèi)容進(jìn)行添加、刪除和修改等操作，包括Pro/E模型、裝配過程動(dòng)畫、工藝圖、仿真視頻和NC文件等。

圖3 目錄樹數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)

f.可交互三維模型區(qū)。在脫離Pro/E環(huán)境的情況下，瀏覽Pro/E設(shè)計(jì)的三維模型，并與其進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，如縮放、旋轉(zhuǎn)、拖拽、裝配和維修過程演示，產(chǎn)品展示，NC加工過程回放等。

4 手冊設(shè)計(jì)及發(fā)布

基于RM-IETM進(jìn)行雷達(dá)維修三維交互式電子技術(shù)手冊的設(shè)計(jì)和發(fā)布。設(shè)計(jì)過程主要包括工程文件的創(chuàng)建、三維模型的導(dǎo)入和維修資料的分類輸入，包括文本、圖片和動(dòng)畫文件等。

手冊設(shè)計(jì)完成后，將手冊轉(zhuǎn)換成HTML格式，包括了關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)和輕量化的Pro/E模型。發(fā)布后的手冊可通過IE瀏覽器瀏覽手冊全部內(nèi)容。在Pro/E的動(dòng)畫文件可以與指定的頁面相關(guān)聯(lián)；發(fā)布后可播放這些動(dòng)畫，并進(jìn)行暫停、單步和回放畫面等實(shí)時(shí)交互操作。除此之外，對模型可進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)和拖拽，并選擇缺省的關(guān)聯(lián)視圖方向、爆炸視圖、位置、縮放比例和標(biāo)注信息。

5 結(jié)束語

交互式電子技術(shù)手冊是在裝備保障現(xiàn)代化實(shí)施過程中的一項(xiàng)重要舉措[4]。針對雷達(dá)傳統(tǒng)維修存在的弊端，提出了3D技術(shù)容器式嵌入方法，即搭建交互式電子技術(shù)手冊設(shè)計(jì)通用平臺，能夠承載文本、圖片、三維模型、視頻、音頻和機(jī)構(gòu)仿真動(dòng)畫等多種形式雷達(dá)維修信息。

[1] 張?jiān)吕?航空維修IETM關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用框架設(shè)計(jì)[D].南京:南京航空航天大學(xué)，2008.

[2] 李宗亮.基于S1000D標(biāo)準(zhǔn)的IETM系統(tǒng)技術(shù)研究[D].廣東:廣東工業(yè)大學(xué)，2006.

[3] 楊永建.面向民航設(shè)備維護(hù)的交互式電子技術(shù)手冊系統(tǒng)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[4] 張丕宇，杜連勇，李勝光.交互式電子手冊在裝備全壽命保障中的應(yīng)用研究[J].科技信息，2009(32):363-364.

Research on Design of Three-dimensional Interactive Electronic Technical Manualfor Radar Maintenance

LEIMing1，CHENGWusi1，ZHANGHongqi1，ZHANGPing2，ZHANGXiaolu2

(1.No.38Research Institute of CETC，Hefei 230088，China；2.China Productivity Center for Machinery，Beijing 100044，China)

Aim at poor readability and many varieties of radar maintenance，presents a method of implanting 3D display by embeddable platform，and elaborates design process，function realizing and modules constitution. Finally，the software of three-dimensional interactive electronic technical manual design is developed.

radar maintenance; 3D-IETM; embeddable platform; software of manual design

2014-06-05

國防基礎(chǔ)科研重大項(xiàng)目(A1120131044)；國防技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)劃資助項(xiàng)目(Z312012B001，B3120131100)；國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAK28B02)

TP391; TN95

A

1001-2257(2014)10-0003-03

雷鳴(1963-)，男，江蘇南京人，高級工程師，主要從事雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)工作。