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(中國工程物理研究院 計算機應(yīng)用研究所，四川 綿陽 621999)

0 引言

S1000D[1]標(biāo)準(zhǔn)的核心理念是數(shù)據(jù)模塊化，為了實現(xiàn)不同IETM項目之間出版物數(shù)據(jù)模塊的任意復(fù)用，在項目頂層規(guī)劃時則需依據(jù)S1000D標(biāo)準(zhǔn)對技術(shù)資料進行模塊化劃分，采用模塊化的方法來組織 IETM系統(tǒng)的技術(shù)信息，這種數(shù)據(jù)共享方式可以大大降低技術(shù)資料之間數(shù)據(jù)共享的耦合度。數(shù)據(jù)模塊由信息集和裝備結(jié)構(gòu)通過復(fù)雜的聯(lián)接關(guān)系組裝而成，它的描述精細到了零件級別，是IETM系統(tǒng)中最小信息單元[2]。在IETM項目研制過程中，所有的IETM手冊都是由大規(guī)模、各種類型的數(shù)據(jù)模塊組建而成的，數(shù)據(jù)模塊的生成則奠定了整個IETM研制的基礎(chǔ)，如何快速有效地建立數(shù)據(jù)模塊是IETM的關(guān)鍵技術(shù)難題。

本人通過參與大量IETM項目實踐，提出將信息集嵌入裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元技術(shù)路線，利用集合化運算的新思路快速有效地構(gòu)建數(shù)據(jù)模塊，突破了傳統(tǒng)的IETM數(shù)據(jù)模塊生成方法，從創(chuàng)作者的角度探索更高效、合理的數(shù)據(jù)模塊融合模式，實現(xiàn)了基于笛卡爾積集合化運算特點的數(shù)據(jù)模塊快速有效生成。

1 信息集

1.1 信息集建立

信息集是對裝備技術(shù)信息深度和范圍的描述，它是能完整地描述一個技術(shù)信息內(nèi)容的所有數(shù)據(jù)模塊的集合，并對集合中所有數(shù)據(jù)模塊進行組織的一種信息對象[3]。信息集實際上是用戶需求的直接反映，信息集的生成是根據(jù)用戶需要制作什么IETM、IETM的內(nèi)容是什么、IETM所具有的功能是啥等等需求，以及用戶提供的裝備技術(shù)資料，同時參考S1000D標(biāo)準(zhǔn)中給出的通用信息集和專用信息集，對裝備技術(shù)資料在合適的深度和粒度上進行拆分，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的方式分解成基本的信息單元，以一種邏輯化的形式描述技術(shù)信息的深度和廣度，并從編寫者角度對技術(shù)資料進行規(guī)范化信息分類，以建立符合標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)信息集。信息集的生成為確定數(shù)據(jù)模塊類型、數(shù)據(jù)模塊粒度劃分等工作奠定了基礎(chǔ)[3]。

我們以某裝備IETM技術(shù)手冊為例，分析裝備技術(shù)資料，采用標(biāo)準(zhǔn)分析方法從編寫者角度對裝備技術(shù)信息用途、深度和范圍進行梳理，首先需要明確用戶的需求，理解用戶最終需要生成哪些分類的技術(shù)手冊，比如用戶按操作使用、維修保養(yǎng)、設(shè)備工具、圖解零部件、故障檢測及電路圖冊等分類形成技術(shù)手冊，這些分類是保證裝備操作使用、維護保養(yǎng)、故障檢修的重要技術(shù)依據(jù)[4]；其次需結(jié)合S1000D標(biāo)準(zhǔn)提供的通用信息集，將提供的裝備技術(shù)資料進行比對分析，進一步規(guī)劃生成裝備IETM項目所需信息集，如：說明與操作信息、維修計劃信息、修復(fù)信息、圖解工具和保障設(shè)備信息、圖解零部件信息、饋線數(shù)據(jù)信息；最后整理分析每類技術(shù)手冊所包含的信息集。下圖是某裝備技術(shù)手冊類型及對應(yīng)的信息集關(guān)系圖。

圖1 手冊類型與信息集關(guān)系

1.2 信息集集合化

通過分析裝備技術(shù)資料以及用戶的需求，形成相應(yīng)技術(shù)手冊及其信息集，每本技術(shù)手冊可以對應(yīng)一個或多個信息集。由圖1可知各類型技術(shù)手冊與對應(yīng)的信息集關(guān)系：裝備操作使用手冊對應(yīng)說明與操作信息集(b1)，維修保養(yǎng)手冊對應(yīng)3個信息集：維修計劃信息集(b2)、修復(fù)信息集(b3)、圖解工具和保障設(shè)備信息集(b4)，圖解零備件目錄對應(yīng)：圖解零部件信息集(b5)，故障排除手冊對應(yīng)兩個信息集：修復(fù)信息集(b3)、圖解工具和保障設(shè)備信息集(b4)，設(shè)備工具手冊對應(yīng)圖解工具和保障設(shè)備信息集(b4)，技術(shù)圖冊對應(yīng)饋線數(shù)據(jù)信息集(b6)。由于一本技術(shù)手冊可包含一個或多個信息集為便于理解可以將信息集用集合化表描，分析裝備手冊類型與信息集關(guān)系模型，我們將確定的信息集用集合Bk來表示：

BK=B(b1,b2,…,bk)

K為信息集數(shù)，bi為第i個信息集。

2 裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拆分

在IETM中，技術(shù)信息的最終展示與存儲是以數(shù)據(jù)模塊的形式進行的。在S1000D標(biāo)準(zhǔn)中對數(shù)據(jù)模塊的定義是獨立的、完整的最小數(shù)據(jù)單元，它是一種技術(shù)信息，是對裝備結(jié)構(gòu)、性能和操作步驟等進行描述的技術(shù)信息，并且每一個數(shù)據(jù)模塊都要清晰地明確其所要描述的是裝備的哪一部分信息[5]。因此，在IETM手冊研制“頂層規(guī)劃”過程中需要對裝備進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的拆分，拆分的原則是以裝備的物理結(jié)構(gòu)或功能結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)[6]，將其分解為若干獨立的樹形組織模式，分解步驟按其結(jié)構(gòu)自上而下進行，以系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部組件為分解單元，部組件單元的分解原則以能夠進行故障定位為止，形成裝備樹形層級分解結(jié)構(gòu)。裝備結(jié)構(gòu)的拆分原則需綜合考慮信息的重用和工作量大小，因拆分粒度越細重用度越高但工作量越大，而拆分粒度越粗重用度越低但工作量越小，為技術(shù)信息與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最終結(jié)合生成數(shù)據(jù)模塊奠定基礎(chǔ)。裝備結(jié)構(gòu)拆分模型如圖2所示。

圖2 裝備結(jié)構(gòu)拆分模型

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合化

通過對裝備結(jié)構(gòu)拆分模型分析得知，裝備是按“系統(tǒng)/子系統(tǒng)/部組件”樹型結(jié)構(gòu)進行拆分的，裝備結(jié)構(gòu)的不同層次結(jié)構(gòu)中均包含多個子結(jié)構(gòu)，故每個層次結(jié)構(gòu)的拆分單元可以用一個集合來表示，那么不同層次結(jié)構(gòu)則可以用n個集合來表示：

An=A(an1,an2,…,ankn)；n為層數(shù)；kn為第n層結(jié)構(gòu)中包含的單元數(shù)。

每個層級由集合an表示，由此我們可以利用求和公式計算出不同層次的結(jié)構(gòu)單元數(shù)，裝備第n層結(jié)構(gòu)中包含的結(jié)構(gòu)單元數(shù)表示如下：

每個層級包含的結(jié)構(gòu)單元數(shù)為S，那么整個裝備結(jié)構(gòu)拆分的單元數(shù)則可以通過二次求和計算出來，裝備結(jié)構(gòu)共拆分為T個結(jié)構(gòu)單元：

3 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊生成方法

在IETM項目研制“頂層規(guī)劃”過程中，數(shù)據(jù)模塊生成的傳統(tǒng)方法，通常是在裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行拆分完成，同時候裝備技術(shù)資料技術(shù)信息集規(guī)劃形成的基礎(chǔ)上，頂層規(guī)劃人員常常以分解的裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主線，結(jié)合規(guī)劃的信息集進行逐級逐條梳理，最終將結(jié)構(gòu)與信息集融合生成滿足S1000D標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)模塊，如圖3所示。

這種傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模塊生成方式在一定程度上能夠滿足數(shù)據(jù)模塊創(chuàng)建的需求，但由于這種生成方式過于隨意、缺乏統(tǒng)一規(guī)范、缺乏理論指導(dǎo)，過度依賴頂層規(guī)劃人員的個人經(jīng)驗，對于經(jīng)驗不豐富或初次接觸IETM的人員來說，這種數(shù)據(jù)模塊生成方式顯得太過復(fù)雜，不利于數(shù)據(jù)的組織及管理。而且這種方式也存在不少的問題，比如生成的數(shù)據(jù)模塊容易重復(fù)，也容易遺漏部分數(shù)據(jù)模塊，最終導(dǎo)致頂層規(guī)劃數(shù)據(jù)模塊建立工作反反復(fù)復(fù)，造成IETM手冊研制工作繁瑣、效率低下。

表1 某型裝備信息集與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元的集合化運算表

圖3 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊生成方法模型

4 集合化思路構(gòu)建方法

4.1 信息集與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)融合

IETM手冊是由數(shù)據(jù)模塊構(gòu)成，為最終生成多種類型數(shù)據(jù)模塊，必須理清裝備結(jié)構(gòu)與信息集之間的關(guān)系。在對裝備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的層次化[7]拆分，以及裝備技術(shù)信息規(guī)范化分類形成信息集前提下，如何理清它們之間的關(guān)系是關(guān)鍵。由于裝備結(jié)構(gòu)拆分是按層次化結(jié)構(gòu)分解，通過梳理各層次結(jié)構(gòu)單元所隱含的技術(shù)信息集內(nèi)容，梳理裝備結(jié)構(gòu)與信息集之間的層次關(guān)聯(lián)關(guān)系，再利用整合原理進行裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)信息集的歸類融合，建立信息集和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)映射關(guān)系，從而實現(xiàn)將信息集嵌入到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元技術(shù)，構(gòu)建裝備結(jié)構(gòu)層次化與多類型信息集融合模型[8]，為下一步數(shù)據(jù)模塊的快速有效生成提供理論支撐。信息集嵌入裝備結(jié)構(gòu)單元模型如圖4所示。

圖4 信息集嵌入裝備結(jié)構(gòu)單元模型

4.2 數(shù)據(jù)模塊快速構(gòu)建

笛卡爾積是集合理論中的一種常見的運算，參考文獻資料見笛卡爾積的定義為：設(shè)A，B為兩個集合，在集合A中取一個元素x，在集合B中取一個元素y，組成一個有序?qū)?x，y) ，所有有序?qū)M成的集合稱為集合A和集合B的笛卡爾積，記作A×B，即A×B= {(x，y) |x∈A且y∈B}[9]。

根據(jù)圖4所示的信息集嵌入裝備結(jié)構(gòu)單元模型進行數(shù)據(jù)模塊生成過程分析，利用集合化運算理論對該模型進行數(shù)學(xué)形式的統(tǒng)一描述[10]，基于信息集集合Bk和裝備結(jié)構(gòu)單元集合An，構(gòu)建信息集與裝備結(jié)構(gòu)單元關(guān)聯(lián)映射關(guān)系，同時根據(jù)笛卡爾積集合化運算特點來驗證信息集嵌入裝備結(jié)構(gòu)單元模型數(shù)據(jù)信息的完整性，解決如何快速有效生成數(shù)據(jù)模塊及理清它們之間關(guān)系這一IETM關(guān)鍵技術(shù)問題。

我們把裝備結(jié)構(gòu)單元集合An與信息集Bk做笛卡爾積，記作An×Bk，乘積結(jié)果用Dt來表示：

Dt=A(an1,an2,…,ankn)×B(b1,b2,…,bk)

裝備結(jié)構(gòu)單元集合An與信息集Bk做笛卡爾積所有的乘積結(jié)果有序組構(gòu)成的矩陣表示為：

Dt=

乘積結(jié)果Dt可以簡化表示為：

Dt=D(D11,D22,…,Dkt)K為信息集總數(shù)，t為結(jié)構(gòu)單元總數(shù)，乘積結(jié)果Dij；i≤k，j≤t。

利用笛卡爾積對裝備結(jié)構(gòu)單元集合An與信息集Bk進行集合化所得運算結(jié)果Dij就是我們的數(shù)據(jù)模塊。但是在這種集合化生成模式中也會出現(xiàn)極小量冗余，需要我們對運算結(jié)果進行辨別清理，比如，某型吊車裝備的起升機構(gòu)它就沒有線路數(shù)據(jù)信息集，就需要我們將它們的乘積結(jié)果清理掉不生成正式的數(shù)據(jù)模塊，其余的運算結(jié)果Dij則形成裝備的數(shù)據(jù)模塊，所有的Dij就一次性快速構(gòu)成了裝備IETM的全部數(shù)據(jù)模塊。數(shù)據(jù)模塊集合化的快速構(gòu)建從理論上驗證了數(shù)據(jù)模塊生成的完整性、有效性、規(guī)范性，對IETM頂層規(guī)劃中數(shù)據(jù)模塊生成方法具有一定的理論指導(dǎo)和操作。

5 集合化構(gòu)建的應(yīng)用

數(shù)據(jù)模塊的集合化快速構(gòu)建突破了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模塊生成方法，使數(shù)據(jù)模塊的生成變得簡單易行且更符合標(biāo)準(zhǔn)要求，它提升IETM手冊研制效率；規(guī)范了數(shù)據(jù)模塊的組織方式及相互關(guān)系，保證了IETM研制的一致性；本技術(shù)研究成果已成功應(yīng)用于本單位多個IETM項目中，通過實踐證明實用性較強，對IETM項目前期頂層規(guī)劃工作具有一定的理論指導(dǎo)意義。下表為我單位某型裝備IETM研制過程頂層規(guī)劃時采用集合化理念規(guī)劃的數(shù)據(jù)模塊矩陣，在這個項目中充分利用信息集集合化、裝備結(jié)構(gòu)單元集合化以及笛卡爾積運算特點快速有效生成數(shù)據(jù)模塊列表，對裝備IETM編制規(guī)范化、數(shù)據(jù)模塊生成的快速有效性、完整性及編制效率提升具有極大地促進作用。

6 結(jié)論

采用集合化運算思想來取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模塊生成方法，提出將信息集嵌入到裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息單元技術(shù)路線，通過理論分析和實際應(yīng)用驗證了技術(shù)路線的正確性，集合化數(shù)據(jù)模塊生成技術(shù)使IETM頂層規(guī)劃過程中數(shù)據(jù)模塊的建立有據(jù)可依而且具有實際操作性，生成數(shù)據(jù)模塊更加規(guī)范，加強了數(shù)據(jù)信息的組織及管理，保證生成數(shù)據(jù)模塊的完備、準(zhǔn)確及快速有效，提升了IETM手冊的研制效率，為裝備IETM手冊研制提高數(shù)據(jù)模塊的重用性、可維護性、共享性奠定基礎(chǔ)。