王 雷

(海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局，陜西 西安 710043)

隨著武器系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，大量技術(shù)資料貫穿武器系統(tǒng)全壽命周期各階段，紙質(zhì)載體技術(shù)資料存儲、使用不便等問題凸顯，無法滿足現(xiàn)代武器系統(tǒng)使用保障需求。交互式電子技術(shù)手冊(Interactive Electronic Technical Manual，IETM)可有效解決上述問題。IETM能夠為武器系統(tǒng)使用保障人員提供實時、高效的技術(shù)指導(dǎo)和信息支持，在提高武器系統(tǒng)保障能力方面有著重要作用[1]，其技術(shù)研究受到軍事強(qiáng)國重視。設(shè)計實現(xiàn)可適應(yīng)當(dāng)前和今后升級改造的武器系統(tǒng)的交互式電子手冊，對縮短使用保障人員學(xué)習(xí)與維護(hù)時間，提高武器系統(tǒng)保障能力具有重要意義。

1 總體設(shè)計

1.1 標(biāo)準(zhǔn)選擇

標(biāo)準(zhǔn)是IETM實現(xiàn)信息共享、產(chǎn)品數(shù)據(jù)互操作等核心技術(shù)的前提和基本保障， IETM的技術(shù)開發(fā)應(yīng)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的約束下進(jìn)行。目前，國內(nèi)外主流的IETM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有美軍的MIL-PRF-87268A、MIL-PRF-82769A、MIL-HDBK-511體系，歐洲航空工業(yè)協(xié)會(AECMA)制定的S1000D標(biāo)準(zhǔn)體系，OASIS結(jié)構(gòu)信息化標(biāo)準(zhǔn)組織維護(hù)的DITA標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)總裝制定的GJB 6600標(biāo)準(zhǔn)體系和海裝制定的HJB 506.5—2011標(biāo)準(zhǔn)體系[2]。

美軍標(biāo)準(zhǔn)形成時間較早，結(jié)構(gòu)相對分散，對新技術(shù)的支持能力欠缺。國內(nèi)總裝制定的GJB 6600及海裝制定的HJB 506.5—2011等標(biāo)準(zhǔn)起步較晚，眾多規(guī)范參考國外標(biāo)準(zhǔn)，許多規(guī)范定義不夠明確，標(biāo)準(zhǔn)體系不夠成熟完善，不利于后期的升級改造。鑒于上述原因，某型艦炮武器系統(tǒng)交互式電子技術(shù)手冊采用DITA標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，同時借鑒S1000D中對3D動畫的支持，在傳統(tǒng)電子維修手冊僅支持文本、2D和視頻等多媒體信息的基礎(chǔ)上，增加交互式3D動畫支持，以提高電子手冊的實用性和交互性。

S1000D[3]和DITA[4]標(biāo)準(zhǔn)都采用XML作為數(shù)據(jù)存儲格式，都支持內(nèi)容與顯示分離，提供數(shù)據(jù)單元的共享與復(fù)用。歐洲標(biāo)準(zhǔn)S1000D由于其成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外軍事及民用領(lǐng)域，但S1000D標(biāo)準(zhǔn)更側(cè)重于產(chǎn)品的生產(chǎn)，主要是面向大型、生命周期長的復(fù)雜裝備工程，其數(shù)據(jù)模塊的建模主要面向零部件，需要一套復(fù)雜的編碼機(jī)制實現(xiàn)共享，其使用起來很復(fù)雜，工程量大。

DITA標(biāo)準(zhǔn)雖然與S1000D有很多共同點，但DITA更側(cè)重于技術(shù)文檔的開發(fā)，DITA設(shè)計之初主要面向知識工程和過程處理，解決了出版物的結(jié)構(gòu)化描述及內(nèi)容重組問題，適用技術(shù)手冊類出版物。DITA采用更易于理解和組織的主題結(jié)構(gòu)，相比S1000D，支持主題的專門化擴(kuò)展，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展主題，開發(fā)工作量較小，開發(fā)成本低，更適于對已有紙質(zhì)手冊向交互式電子技術(shù)手冊的過渡[5-6]。因此，S1000D和DITA的共性特征、組件對比分別如圖1、2所示。

1.2 需求與功能分析

本艦船武器系統(tǒng)IETM系統(tǒng)[7-8]面向部隊基層級艦炮武器系統(tǒng)培訓(xùn)、學(xué)習(xí)及維護(hù)使用，旨在解決部隊基層戰(zhàn)士換件維修與系統(tǒng)認(rèn)識學(xué)習(xí)的問題。為使交互式電子手冊提供的信息更加直觀，便于普通操作人員學(xué)習(xí)掌握，本IETM系統(tǒng)具備以下功能：

1)目錄導(dǎo)航功能。系統(tǒng)采用目錄導(dǎo)航的方式，通過自頂向下的樹形目錄向用戶提供目錄中指向的信息內(nèi)容。

2)關(guān)鍵字搜索功能。通過基于全文檢索的關(guān)鍵字查詢功能，使用戶輸入關(guān)鍵字來定位到IETM中的相關(guān)內(nèi)容。

3)熱點鏈接功能。在IETM的信息內(nèi)容中，相關(guān)內(nèi)容間可相互鏈接，點擊后跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)信息。鏈接目標(biāo)信息可為文本、表格、圖片、視頻和3D模型等信息。

4)可交互的三維零部件顯示功能。為便于使用者更加直觀地認(rèn)識學(xué)習(xí)艦炮武器系統(tǒng)，IETM中應(yīng)包含武器系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的二維圖片、三維模型以及三維交互式零部件明細(xì)和零部件拆解過程，三維模型可交互操作。

5)危險操作的警告提示功能。在武器系統(tǒng)的正常使用及維護(hù)維修操作時，對危險操作及相關(guān)注意事項以彈出式警告框方式進(jìn)行提示。

6)分欄顯示功能。為方便使用者的操作使用和內(nèi)容瀏覽，一些鏈接內(nèi)容需同頁面顯示，通過在WEB頁面的右側(cè)或底部分欄顯示，提高了用戶的瀏覽體驗。

1.3 總體框架

為了使電子手冊具備可擴(kuò)展性、可伸縮性和靈活性，本方案采用分層結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)層、管理層與應(yīng)用層構(gòu)成，各層之間相對獨立，既可單獨更新主題數(shù)據(jù)模塊，又能充分使用現(xiàn)有軟件產(chǎn)品，符合IETM發(fā)展趨勢要求，總體框架如圖3所示。

各層構(gòu)成及功能描述如下：

1)數(shù)據(jù)層：由數(shù)據(jù)庫和XML中性存儲器構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對工程項目所有的信息對象的集中存儲，而XML中性存儲器則包含了與IETM實例相關(guān)的多個數(shù)據(jù)庫中的信息，并以XML格式存儲，用于信息發(fā)布。

2)管理層：連接應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層，由內(nèi)容管理器與分發(fā)管理器構(gòu)成。內(nèi)容管理器負(fù)責(zé)檢查、驗證應(yīng)用層生成的信息對象是否合法并將其存儲到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行管理；而分發(fā)管理器則負(fù)責(zé)將XML格式存在的中性存儲器中的信息格式化后進(jìn)行分發(fā)。

3)應(yīng)用層：由各種不同功能的具體應(yīng)用程序組成，負(fù)責(zé)生成主題、插圖和三維動畫等各種信息對象，可以采用通用軟件、專用軟件或與其他系統(tǒng)的接口工具實現(xiàn)。

1.4 模塊劃分

根據(jù)對艦炮武器系統(tǒng)IETM的需求分析，考慮到IETM系統(tǒng)的認(rèn)識學(xué)習(xí)及維護(hù)維修目的，本IETM系統(tǒng)從功能上可劃分為艦炮武器系統(tǒng)概述、組成結(jié)構(gòu)、接口關(guān)系、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、故障診斷與維修、備品備件以及系統(tǒng)背景資料等信息[9]。本IETM系統(tǒng)模塊組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。

系統(tǒng)概述主要包含武器系統(tǒng)的功能、用途、工作原理和戰(zhàn)技指標(biāo)等，采用文字與圖表圖形相結(jié)合的方式進(jìn)行描述；組成結(jié)構(gòu)使用圖片與文字結(jié)合的方式進(jìn)行描述，對關(guān)鍵部件使用三維爆炸圖、交互式三維模型和三維零部件明細(xì)表結(jié)合的形式描述；接口關(guān)系采用圖像熱點結(jié)合分欄顯示描述艦炮電氣和機(jī)械接口；操作使用部分使用文字結(jié)合Flash動畫的形式描述，軟件操作采用熱點鏈接功能模擬軟件的點擊跳轉(zhuǎn)操作；維護(hù)保養(yǎng)包含保養(yǎng)所需的工具、設(shè)備、耗材、備件、準(zhǔn)備工作和維護(hù)步驟，保養(yǎng)維護(hù)周期，采用三維動畫、三維零部件拆解及文字結(jié)合的方式展現(xiàn)拆解維修過程，并增加必要的警示信息；故障維修包括故障現(xiàn)象描述、故障隔離定位流程、故障原因、故障樹以及故障維修方法與所需工具等，故障診斷過程采用流程圖的方式進(jìn)行故障的定位與隔離；裝補彈流程及射前檢查重點強(qiáng)調(diào)射擊前的準(zhǔn)備工作；備品備件提供所有的備件信息，包括型號、名稱、數(shù)量、圖片、使用部位及使用方法等，采用文字結(jié)合圖片的描述方法用分欄顯示的形式呈現(xiàn)；背景資料為艦炮武器系統(tǒng)從設(shè)計、試驗、定型到生產(chǎn)等一系列的視頻資料，詳細(xì)介紹了艦炮武器系統(tǒng)發(fā)展過程，采用視頻的方式呈現(xiàn)。

1.5 編制流程

交互式電子手冊的編制過程包括：確定技術(shù)信息的目的、范圍和深度；制定各主題模塊編碼規(guī)則；確定技術(shù)信息粒度(精細(xì)程度)、制定主題模塊需求列表、編寫XML格式的主題模塊、制作圖表、模型、動畫等管理存儲信息對象、發(fā)布和交換主題模塊等過程。從整體上可劃分為技術(shù)信息的收集、處理和發(fā)布3個階段。IETM系統(tǒng)制作流程如圖5示。

根據(jù)流程數(shù)據(jù)層次可劃分為源數(shù)據(jù)層、XML數(shù)據(jù)層和用戶層。源數(shù)據(jù)層包括已有的設(shè)計說明書、工程圖紙、故障手冊和使用手冊等電子或紙質(zhì)文檔，還包括已有的圖片、視頻和3D模型等信息。對于紙質(zhì)格式通過掃描或人工制作的方式將其數(shù)字化，對于需要補充的三維模型、爆炸圖及零部件明細(xì)需借助于其他軟件人工制作完成。XML數(shù)據(jù)層包含按照DTD結(jié)構(gòu)存儲的主題模塊，還包括多媒體信息及其他對象，并存儲于文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫中，便于信息的檢索、重用等管理功能。用戶層為根據(jù)用戶的需求，使用可擴(kuò)展樣式語言(XSL)格式化XML數(shù)據(jù)，并根據(jù)級聯(lián)樣式表(CSS)在瀏覽器上將信息內(nèi)容呈現(xiàn)給用戶。

2 關(guān)鍵技術(shù)特點

2.1 目錄導(dǎo)航與信息檢索

交互式技術(shù)手冊的左側(cè)為導(dǎo)航欄，其中包括：目錄、索引和搜索標(biāo)簽。目錄按章節(jié)和主題顯示電子手冊的內(nèi)容概覽，用戶可通過點擊各個章節(jié)和主題快速定位需要瀏覽的內(nèi)容。

用戶點擊索引標(biāo)簽，可以進(jìn)入索引界面，通過索引界面用戶可以通過索引關(guān)鍵詞快速定位相關(guān)內(nèi)容。

點擊搜索標(biāo)簽，可以進(jìn)入搜索界面，通過搜索界面用戶可以搜索手冊中包含搜索關(guān)鍵詞的所有主題，搜索結(jié)果在搜索欄中顯示，點擊相應(yīng)的搜索結(jié)果條目可在右側(cè)顯示其主題內(nèi)容，同時搜索關(guān)鍵詞加亮顯示，以提示用戶。搜索界面如圖6所示。

2.2 交互式3D拆解維護(hù)與零部件目錄

艦炮武器系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)過程中經(jīng)常需要涉及零部件的拆解、安裝以及日常維護(hù)保養(yǎng)，傳統(tǒng)紙質(zhì)技術(shù)手冊通過插圖和文字描述的方式往往無法清晰表述過程和步驟，交互式3D拆解和維護(hù)技術(shù)可以直觀形象地描述復(fù)雜的機(jī)械操作過程，維修操作人員通過交互式的三維演示過程可以很快掌握零部件的拆解和安裝過程，以及日常注油保養(yǎng)的方法，極大地提高工作效率，減少誤操作帶來的人員和設(shè)備安全隱患。

借助于武器系統(tǒng)設(shè)計過程中制作的CAD三維模型及Cortona 3D軟件，可以快速將艦炮武器系統(tǒng)中復(fù)雜的自動機(jī)、彈鼓、彈架等的拆解、安裝和維護(hù)保養(yǎng)過程通過交互式3D技術(shù)來展現(xiàn)，操作人員可以分步驟學(xué)習(xí)零部件的拆解和安裝過程，以及日常維護(hù)保養(yǎng)的方法，學(xué)習(xí)過程中還可以通過對零部件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移和縮放等操作，提高IETM的表現(xiàn)能力。圖7為部件的3D拆解界面。

圖8為自動機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)界面，交互式技術(shù)手冊以3D動畫的方式直觀展現(xiàn)了自動機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)方法。

艦炮武器系統(tǒng)中包含大量的零部件，對零部件的名稱、安裝位置、三維外觀及相互之間的安裝關(guān)系等知識的了解可以有效提高維護(hù)人員的工作效率，提高使用維護(hù)人員對艦炮武器系統(tǒng)的操作水平。本IETM系統(tǒng)采用了3D零部件目錄生成技術(shù)，將復(fù)雜組件的零部件通過3D零部件目錄的方式展現(xiàn)出來，如圖9所示。用戶可以通過鼠標(biāo)點擊3D模型，模型中對應(yīng)的零件會在目錄中高亮顯示。除此之外，用戶還可以通過點擊目錄中的每個零件的復(fù)選框來隱藏或顯示該零件。同時，可以通過鼠標(biāo)對零部件目錄中的3D模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等操作，可對模型顯示視角進(jìn)行選擇，還可以對選中的零部件進(jìn)行修改透明度操作，上述操作均可以有效幫助用戶加深對系統(tǒng)中各個零部件的學(xué)習(xí)和了解。

2.3 信息多樣化顯示

IETM采用XML來描述主題文件，由于XML內(nèi)容與表現(xiàn)形式是分離的，需要設(shè)計級聯(lián)樣式表(CSS)和可擴(kuò)展樣式表語言(XSL)來格式化XML數(shù)據(jù)。為保證手冊內(nèi)容以最佳方式展現(xiàn)給用戶，設(shè)計中針對不同的主題設(shè)計了不同的顯示樣式，例如針對艦炮備件，采用左右分欄的顯示方式，如圖10所示。

左側(cè)采用表格的形式顯示艦炮的所有備件，備件名稱增加超鏈接，當(dāng)用戶用鼠標(biāo)點擊某一備件名稱時，瀏覽器自動添加右側(cè)分欄，并在右側(cè)分欄顯示該備件的圖片和描述信息，從而大大提高了用戶的瀏覽體驗。

2.4 安全警告提示

艦炮武器系統(tǒng)的維護(hù)中存在一些可能涉及人員和設(shè)備安全的操作，交互式技術(shù)手冊必須以醒目的方式提示用戶，這里采用兩種方式進(jìn)行提示，一種是文本中將警告提示以紅色文本進(jìn)行標(biāo)識；另一種是彈出警告提示框的來提示用戶，如圖11所示。

2.5 軟件操作模擬

艦炮武器系統(tǒng)操作中必然涉及軟件操作過程，交互式技術(shù)手冊利用圖像熱點技術(shù)，在軟件界面圖片中通過設(shè)置圖像熱點來模擬軟件按鈕，艦員在具體操作設(shè)備之前，可以通過手冊提供的軟件操作模擬界面來學(xué)習(xí)設(shè)備的操作方法和過程，從而有效提高人員的學(xué)習(xí)效率，減少誤操作帶來的人員和設(shè)備安全隱患，軟件操作模擬界面如圖12所示。

3 結(jié)束語

筆者設(shè)計實現(xiàn)的某型艦炮武器系統(tǒng)交互式電子手冊以優(yōu)化的方式將文字、圖表和多媒體等多種信息形式按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)地組織管理起來，形成一套基于瀏覽器的電子文檔系統(tǒng)，提升技術(shù)資料的信息檢索能力和交互式表現(xiàn)能力，降低了艦炮武器系統(tǒng)技術(shù)手冊的編訂成本，顯著縮短技術(shù)手冊的修訂周期和部隊保障人員的學(xué)習(xí)培訓(xùn)時間，有利于提高部隊艦炮武器系統(tǒng)的保障能力水平，貼合部隊信息化的發(fā)展需求，從而有效提高該型艦炮武器系統(tǒng)的綜合技術(shù)保障能力。

在今后對交互式電子技術(shù)手冊的進(jìn)一步研究中，應(yīng)推進(jìn)IETM向智能型發(fā)展，集成故障診斷和專家系統(tǒng)，同時完善虛擬訓(xùn)練和學(xué)習(xí)功能，以進(jìn)一步提高IETM的水平。