宋建華，王 正，范加利，高富東

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū),山東 青島 266041)

航空機(jī)載設(shè)備線路圖冊(cè)類技術(shù)資料交互性研究

宋建華，王 正，范加利，高富東

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū),山東 青島 266041)

航空機(jī)載設(shè)備線路圖冊(cè)是飛機(jī)的重要技術(shù)資料之一，對(duì)于維修人員理論學(xué)習(xí)、熟悉掌握實(shí)際工作、分析排除設(shè)備故障等具有十分重要的作用和現(xiàn)實(shí)意義。目前，紙質(zhì)版或PDF格式的航空機(jī)載設(shè)備線路圖冊(cè)類技術(shù)資料受分辨率、可擴(kuò)展性和改進(jìn)功能等多種因素的制約，智能性和交互性不強(qiáng)，在實(shí)際工作中難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。為此，提出了交互式圖形模型，并在該模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套滿足維修人員使用需求的交互式線路維修支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用饋線數(shù)據(jù)和電流軌跡模型，實(shí)現(xiàn)了線路圖元?jiǎng)討B(tài)擴(kuò)展、線路圖冊(cè)的快速繪制、饋線數(shù)據(jù)和電流軌跡腳本高效編輯、線路圖冊(cè)的交互式閱讀。實(shí)際應(yīng)用情況表明，所構(gòu)建的交互式線路維修支持系統(tǒng)有效地提高了一線維修人員編制和查閱線路圖冊(cè)的效率。

線路圖冊(cè)；饋線數(shù)據(jù)；交互式電子手冊(cè)；S1000D

0 引 言

航空機(jī)載設(shè)備線路圖冊(cè)作為其眾多隨機(jī)資料中的一種,在維修人員的理論學(xué)習(xí)、深層次故障排查中起著重要的支撐作用。隨著設(shè)備復(fù)雜程度的提高，其線路圖冊(cè)越來越龐大和復(fù)雜，維修人員的讀圖效率越來越低、讀圖難度越來越高，更有甚者某些圖只有少數(shù)線路專家才能讀懂,對(duì)維修人員的業(yè)務(wù)水平提出了更高要求。為克服上述問題，充分發(fā)揮線路圖冊(cè)深層次排故作用，波音公司等單位在飛機(jī)交互式電子技術(shù)手冊(cè)(IETM)的基礎(chǔ)上對(duì)線路圖冊(cè)類技術(shù)資料的交互性問題進(jìn)行了研究，比如：制定了WebCGM交互式圖形標(biāo)準(zhǔn)[1-2]；開發(fā)了一些實(shí)用系統(tǒng)，如波音公司W(wǎng)iring Illuminator WebTM[3]、DSS公司的P2Trace[4]、CASSIDIAN公司的IETP-X-AT Electric[5]等。上述系統(tǒng)根本的目的是讓靜態(tài)電路圖動(dòng)起來，以提高線路圖的智能性。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)技術(shù)資料的交互性研究主要側(cè)重于技術(shù)說明書、維修手冊(cè)等文本內(nèi)容為主的IETM上，研究重點(diǎn)放在IETM的規(guī)范研究、內(nèi)容管理、數(shù)據(jù)處理方法等方面[6-10]；而對(duì)機(jī)載設(shè)備線路圖冊(cè)類技術(shù)資料的交互性研究還較少，僅停留在理論研究層面，還未出現(xiàn)實(shí)用系統(tǒng)[11-13]。

綜上所述，為提高國(guó)內(nèi)航空線路圖冊(cè)類技術(shù)資料的交互性，在研究分析設(shè)計(jì)目標(biāo)和實(shí)際功能的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計(jì)國(guó)外自主交互式線路維修支持系統(tǒng),論述了系統(tǒng)的總體架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)，并以某飛機(jī)線路圖為例進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

國(guó)內(nèi)一些商用線路圖繪制軟件只有繪圖功能，只能滿足電路設(shè)計(jì)人員的要求，而無法滿足維修人員對(duì)線路圖冊(cè)類技術(shù)資料交互性的要求，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)一套適合于維修人員使用、交互能力強(qiáng)的線路圖冊(cè)類技術(shù)資料編制、管理和閱讀于一體的系統(tǒng)，具體目標(biāo)如下：

(1)實(shí)現(xiàn)線路圖冊(cè)的交互式閱讀，饋線數(shù)據(jù)交互式查詢，特別能夠?qū)崿F(xiàn)特定需求信息顯示；

(2)實(shí)現(xiàn)線路圖冊(cè)數(shù)字化管理，方便后期更改；

(3)實(shí)現(xiàn)線路圖冊(cè)的信號(hào)分析和線路軌跡跟蹤，最好輔助必要的圖片、視頻等媒體介質(zhì)對(duì)插頭和部件進(jìn)行形象化表示；

(4)線路圖冊(cè)編制應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求；

(5)既可獨(dú)立運(yùn)行,也能實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)(如IETM系統(tǒng)、維修管理系統(tǒng)、航材管理系統(tǒng))的集成。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1架構(gòu)設(shè)計(jì)

交互式線路維修支持系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

數(shù)據(jù)層采用原生XML數(shù)據(jù)庫(kù)和線性存儲(chǔ)相結(jié)合的方式來存儲(chǔ)饋線數(shù)據(jù)，完整保留XML文檔的數(shù)據(jù)格式，提高了數(shù)據(jù)組織和管理的效率。

服務(wù)層包括數(shù)據(jù)庫(kù)訪問服務(wù)ADO.NET、圖形控件服務(wù)GoDiagram、運(yùn)行庫(kù)dot Framework 4.0和中間件服務(wù)。

應(yīng)用層包括交互式線路編制系統(tǒng)和閱讀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖冊(cè)類技術(shù)資料的編制、存儲(chǔ)、管理、交互性查閱和顯示等功能。

2.2功能設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由交互式線路編制系統(tǒng)和閱讀系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。其中編制系統(tǒng)主要分為項(xiàng)目管理、圖元繪制、饋線數(shù)據(jù)編輯、線路圖繪制、圖冊(cè)發(fā)布和系統(tǒng)管理等模塊；閱讀系統(tǒng)主要分為線路圖瀏覽、視圖顯示、連接規(guī)劃、動(dòng)態(tài)布線、電流軌跡跟蹤、IETM集成等模塊。

2.2.1 編制系統(tǒng)

(1)項(xiàng)目管理：提供線路圖冊(cè)項(xiàng)目頂層規(guī)劃功能，具體包括項(xiàng)目管理、饋線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、手冊(cè)系統(tǒng)規(guī)劃等。

(2)線路圖元繪制：提供圖形化圖元編輯功能，完成系統(tǒng)圖形自定義擴(kuò)展。具體包括圖元及其元數(shù)據(jù)的編輯和操作(包括新建、修改、保存、剪切、復(fù)制、粘貼、刪除、對(duì)齊、旋轉(zhuǎn)等)等功能。系統(tǒng)預(yù)含GB/T 4728和HB6637-2006(航空工業(yè))規(guī)范定義的電氣元件。

(3)線路圖繪制：提供線路圖冊(cè)的拖放式圖形化繪制功能，用戶可利用預(yù)置電氣設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)零部件或自定義庫(kù)中的預(yù)置控件繪制線路圖。具體包括線路圖設(shè)計(jì)管理、圖紙操作管理(包括新建、打開、保存、刪除、關(guān)閉、圖元瀏覽和插入、圖紙預(yù)覽等操作)等功能。

(4)饋線數(shù)據(jù)編制：提供圖形元數(shù)據(jù)編制功能，具體包括導(dǎo)線、部件和端口數(shù)據(jù)信息的編制以及電流軌跡跟蹤工作原理腳本編輯。

(5)圖冊(cè)發(fā)布：提供圖冊(cè)的發(fā)布功能，系統(tǒng)發(fā)布成功后閱讀系統(tǒng)方可瀏覽使用。具體包括手冊(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)同線路圖紙對(duì)應(yīng)管理、圖冊(cè)的一鍵發(fā)布等功能。

(6)系統(tǒng)管理功能：提供用戶、權(quán)限、日志、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問以及緩存等管理功能。

2.2.2 閱讀系統(tǒng)

(1)查詢單元：提供圖冊(cè)和元數(shù)據(jù)的多種查詢功能，并以相應(yīng)方式顯示查詢目標(biāo)的詳細(xì)信息。具體包括按機(jī)型(項(xiàng)目)/系統(tǒng)進(jìn)、導(dǎo)線、部件和端口查詢。

(2)連接規(guī)劃：提供部件連接關(guān)系分析功能，顯示某一部件與其他部件的連接關(guān)系，幫助用戶能夠在復(fù)雜線路圖中準(zhǔn)確查找目標(biāo)與其他部件之間的連接情況。

(3)視圖顯示：提供元數(shù)據(jù)圖形化顯示，用于顯示線路圖中的部件及饋線所具有的不同媒體形式(拆裝動(dòng)畫、結(jié)構(gòu)圖片、文字等)詳細(xì)信息。具體包括標(biāo)準(zhǔn)視圖、連接器視圖、實(shí)物視圖、功能視圖、屏蔽層視圖、雙絞線視圖等多種視圖。

(4)動(dòng)態(tài)布線：提供按部件和導(dǎo)線進(jìn)行連接關(guān)系分析，實(shí)現(xiàn)線路的動(dòng)態(tài)布線。具體表現(xiàn)為系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)繪制出某個(gè)部件的插頭的某個(gè)插針的線路走向，該功能可幫助維修人員迅速定位故障件的插頭和插針號(hào)。

(5)電流軌跡跟蹤：提供電流軌跡跟蹤功能，按照線路分析專家生成的預(yù)定線路工作原理腳本進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。例如，當(dāng)用戶選擇閉合線路圖中某一開關(guān)后或工作流程某一步驟，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)顯示出該開關(guān)閉合后或該步驟的電流軌跡并標(biāo)注。用戶根據(jù)標(biāo)注路線逐一排查，可最終確定故障的位置進(jìn)行維修。

(6)IETM系統(tǒng)集成：提供同IETM系統(tǒng)集成功能，進(jìn)一步擴(kuò)展該系統(tǒng)功能。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1交互式圖形模型

現(xiàn)有的圖形格式均不能滿足線路圖冊(cè)交互性的要求,在WebCGM 2.1[1]標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了交互式圖形模型，如圖2所示。

圖2 交互式圖形模型

該模型共分為五層：元數(shù)據(jù)、圖形、圖形主體、圖紙和層，具有圖形內(nèi)部圖元查詢、熱點(diǎn)交互功能、圖元高亮顯示等特點(diǎn)，較好地解決了線路圖的交互性問題。

3.1.1 元數(shù)據(jù)層

元數(shù)據(jù)層作為模型的頂層，定義了模型整體結(jié)構(gòu)，分為開始、元數(shù)據(jù)描述、圖形和結(jié)束四部分。元數(shù)據(jù)描述用于描述模型的頂層元數(shù)據(jù)，主要包括以下內(nèi)容：

(1)基本元數(shù)據(jù)，主要包括名稱、版本、存儲(chǔ)位置等信息；

(2)元數(shù)據(jù)架構(gòu)，主要描述導(dǎo)線、部件、端口元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)；

(3)導(dǎo)線元數(shù)據(jù)，主要描述了所有導(dǎo)線相關(guān)的數(shù)據(jù)信息；

(4)部件元數(shù)據(jù)，主要主要描述了所有部件相關(guān)的數(shù)據(jù)信息；

(5)端口元數(shù)據(jù)，主要描述了所有端口相關(guān)的數(shù)據(jù)信息；

(6)腳本元數(shù)據(jù)，描述了電流軌跡邏輯腳本實(shí)例。

3.1.2 圖形層

圖形層描述了模型的主題，主要分為開始、圖形描述、主體和結(jié)束四部分。圖形元數(shù)據(jù)描述了圖形層的元數(shù)據(jù)，主要包括圖形的目錄結(jié)構(gòu)以及所有圖元(導(dǎo)線、部件、端口)列表。

3.1.3 圖形主體層

圖形主體層描述了圖形主體的組成，主要分為開始、圖紙和結(jié)束三部分。

3.1.4 圖紙層

圖紙層代表了線路圖冊(cè)的實(shí)體，可以是具體的原理圖或接線圖等。主要分為層、部件、端口和導(dǎo)線四部分。而層是由部件、端口和導(dǎo)線組成。

3.2饋線數(shù)據(jù)模型

饋線數(shù)據(jù)是線路圖冊(cè)類技術(shù)資料中圖形的描述數(shù)據(jù)，也就是交互式圖形模型中的元數(shù)據(jù)部分。饋線數(shù)據(jù)共包含導(dǎo)線數(shù)據(jù)、部件數(shù)據(jù)、端口數(shù)據(jù)三類。導(dǎo)線數(shù)據(jù)用于描述導(dǎo)線的系統(tǒng)、線號(hào)、導(dǎo)線的起始部件等信息；部件數(shù)據(jù)用于描述部件的件號(hào)、功能、數(shù)量、控制邏輯、圖示等信息；端口數(shù)據(jù)用于線路圖冊(cè)之間的交叉引用信息。在借鑒S1000D 4.1[2]標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用XML文檔的Schema建模方法[14]定義導(dǎo)線、電氣部件和端口三類饋線數(shù)據(jù)模型，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)線數(shù)據(jù)的Schema架構(gòu)

由圖3看出，導(dǎo)線數(shù)據(jù)的根元素為元素，主要包括、、、、，分別定義了導(dǎo)線的順序號(hào)、唯一標(biāo)識(shí)號(hào)、線路的連接信息和導(dǎo)線信息。

線路標(biāo)識(shí)元素包含導(dǎo)線系統(tǒng)標(biāo)識(shí)元素、線號(hào)標(biāo)識(shí)元素和導(dǎo)線子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)元素等；導(dǎo)線連接元素包含起始部件元素和結(jié)束部件元素；導(dǎo)線元素包含導(dǎo)線型號(hào)、導(dǎo)線規(guī)格、導(dǎo)線長(zhǎng)度、導(dǎo)線顏色等。

3.3電流軌跡建模

電流軌跡模型是對(duì)線路工作原理的抽象，是對(duì)線路工作過程的動(dòng)態(tài)展示。文中采用Schema建模技術(shù)建立電流軌跡模型，其中Schema如圖4所示。

模型的根元素有一個(gè)或多個(gè)任務(wù)元素，任務(wù)元素包含一個(gè)圖形元素和一個(gè)或多個(gè)任務(wù)元素，圖形元素包含一個(gè)或多個(gè)元素。其中任務(wù)元素表示操作步驟，如按下某個(gè)開關(guān)；表示對(duì)應(yīng)任務(wù)下電流流過的導(dǎo)線。

圖4 電流軌跡的Schema架構(gòu)

4 實(shí)例驗(yàn)證

以某飛機(jī)子系統(tǒng)的線路圖為例，按照“圖元繪制”-“線路繪制”-“元數(shù)據(jù)編制”-“電流腳本編制”-“出版發(fā)布”-“交互式閱讀”的流程對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，編制和閱讀界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)主要編輯界面舉例

經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)可以方便擴(kuò)展系統(tǒng)圖元，通過拖放圖元和拖拽連線快速繪制線路圖，通過預(yù)置模板可以方便編輯元數(shù)據(jù)，通過定義元數(shù)據(jù)可顯示動(dòng)態(tài)布線和電流軌跡跟蹤，提高了線路圖的編制效率和讀圖效率。

5 結(jié)束語

國(guó)內(nèi)對(duì)線路圖冊(cè)類技術(shù)資料的交互性研究較少，尚未出現(xiàn)較為實(shí)用的系統(tǒng)。針對(duì)裝備維修人員的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了交互式線路維修支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能模塊，論述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)功能完備、操作方便，可有效地提高裝備維修保障人員的線路圖冊(cè)編制、管理、閱讀的效率和裝備保障的效率，以及線路圖冊(cè)的交互性。

目前航空裝備線路圖冊(cè)大多是紙質(zhì)格式或PDF或CAD格式，現(xiàn)有系統(tǒng)僅支持手動(dòng)重新繪制進(jìn)行系統(tǒng)需求格式的轉(zhuǎn)換，當(dāng)裝備復(fù)雜線路圖較多時(shí)，系統(tǒng)編制效率還有待提高。因此，如何掃描紙質(zhì)圖冊(cè)并將自動(dòng)識(shí)別生成系統(tǒng)要求的線路圖，如何將CAD圖自動(dòng)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)定義的線路圖，是下一步研究的內(nèi)容，以便進(jìn)一步提高編制效率。

[1] Web CGM 2.1[EB/OL]. 2010. http://www.w3.org/TR/webcgm21.

[2] International specification for technical publications using a common source database[S].[s.l.]:[s.n.],2012.

[3] Wiringilluminator WebTM[EB/OL].2012.http://www.cdg-now.com/images/uploads/datasheet-WiringIlluminatorWeb-03-2012-edit.pdf.

[4] p2TraceTMoverview[EB/OL].2011.http://www.digitizedschematic.com/wp-content/uploads/2011/02/DSS004-p2 Trace-Insert_v6.pdf.

[5] Eng B,Sterr S.S1000D and wiring data-successfully in operation[EB/OL].2013.https://www.aaig.at/wp-content/uploads/P19-Sebastian-Sterr-S1000D-UF-2013-S1000D-and-Wiring-Data-final.pdf.

[6] 楊天賀.基于S1000D規(guī)范的IETM的研究與應(yīng)用[D].南京:南京航空航天大學(xué),2011.

[7] 朱建山.基于S1000D規(guī)范的IETM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2010.

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

[9] 張西山,閆鵬程,孫江生,等.維修保障信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法[J].兵工自動(dòng)化,2011,30(7):93-96.

[10] 朱興動(dòng).武器裝備交互式電子技術(shù)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009.

[11] 高萬春,張銳麗,吳為團(tuán).S1000D下IETM饋線數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2013(4):232-235.

[12] 朱興動(dòng),劉 嘯,李其申.IETM饋線數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2013(7):212-216.

[13] 宋建華,劉 嘯,朱興動(dòng),等.IETM中饋線數(shù)據(jù)交互性的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2013,30(12):255-257.

[14] 但正剛,李 順.XML高級(jí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

ResearchonInteractivityofAviationEquipmentWiringDataManuals

SONG Jian-hua，WANG Zheng，F(xiàn)AN Jia-li，GAO Fu-dong

(Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Academy,Qingdao 266041,China)

Airborne equipment wiring data manual is one of the important technical data of the aircraft,which has importance and practical significance for maintenance personnel to learning theory,being familiar with the actual work,and troubleshooting the equipment failure.At present,due to any restrict factors,such as the resolution,expandability and improved function,the paper version or PDF format of technical manual data exists the problem of weakness intelligence and interactivity.So it is difficult to play its due role in the actual work.Therefore,the interactive graphic model is introduced.On this basis,the interactive wiring maintenance support system which meets the needs of equipment maintenance personnel is designed and developed.It adopts wiring data and current tracking models,and realizes the circuit element dynamic expansion,wiring manual fast rendering,efficient editing for wiring data and current tracking script,and wiring manual interactive reading.The practical application shows that it can improve the efficiency of authoring and reading wiring data manual.

wiring data manual;wiring data;interactive electronic manual;S1000D

TP319

A

1673-629X(2017)10-0146-05

2016-07-04

2016-11-02 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2017-07-11

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51505491)

宋建華(1978-),男,講師，碩士,研究方向?yàn)檠b備保障信息化、故障預(yù)測(cè)與健康管理。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170711.1452.020.html

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.09.031