張宇

摘要：本文應(yīng)用交互式技術(shù)對某型艦船的裝備保障信息化系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)的研究，它的應(yīng)用對裝備保障信息化建設(shè)和提高裝備保障能力具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：交互式電子技術(shù)手冊;艦船裝備;信息化保障;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

0 引言

在艦船的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生大量紙質(zhì)的技術(shù)資料，它們是裝備保障工作的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(dá)2億張，美海軍CG-49型巡洋艦維護(hù)手冊的重量就有23噸之多，美空軍F-16戰(zhàn)斗機(jī)配套的技術(shù)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(zhì)的裝備技術(shù)資料不僅存儲困難、維護(hù)成本高、查找使用不便，而且在長期使用過程中極易產(chǎn)生破損、丟失等問題。因此這種保障方式難以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對裝備快速保障的需求。交互式電子技術(shù)手冊（IETM）便應(yīng)運(yùn)而生，它是一種數(shù)字化手冊，用戶可通過人機(jī)交互的方式快捷地查閱各種數(shù)據(jù)信息。近年來IETM已經(jīng)被世界各軍事強(qiáng)國應(yīng)用于軍事保障中，我軍雖重視其開發(fā)，也進(jìn)行了相應(yīng)的研究，但其應(yīng)用仍處于起步階段[2-3]。

本文將設(shè)計(jì)一套基于交互式技術(shù)的裝備保障信息化系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)艦船裝備保障資料電子化，人員培訓(xùn)快速化，資料查找便捷化、維修目標(biāo)輔助化。

1 系統(tǒng)功能需求分析

交互式技術(shù)支持系統(tǒng)是通過應(yīng)用多媒體、網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫等技術(shù)將內(nèi)容繁雜的信息資料按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)地組織起來，以人機(jī)交互的方式為用戶提供裝備使用與維護(hù)數(shù)據(jù)[4]。通過該系統(tǒng)，用戶可以更便捷地對裝備的各種文字技術(shù)資料和影像資料等信息進(jìn)行查看，從而提高裝備使用和保障的效率。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求：

（1）滿足艦船裝備保障資料的數(shù)字化管理要求。這些保障資料主要包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖、操作規(guī)程、工作原理、保養(yǎng)說明、維修規(guī)范、故障案例、故障處置預(yù)案，系統(tǒng)的布置圖、原理圖以及使用管理等紙質(zhì)資料和音視頻文件等，其次是針對艦船的油、汽、水、電路等復(fù)雜系統(tǒng)制作的系統(tǒng)矢量圖及動畫等，此外還包括主要設(shè)備的三維模型，具體內(nèi)容如圖1所示。

（2）滿足為使用人員和保障人員提供技術(shù)培訓(xùn)的要求。由于艦船裝備更新?lián)Q代速度快，人員更替頻繁，使得傳統(tǒng)的人員大規(guī)模集訓(xùn)、以老帶新和邊干邊學(xué)等培訓(xùn)方式的局限性和滯后性變得尤為突出。所以開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)方便使用與保障人員的自我學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

（3）滿足為裝備故障診斷與維修提供技術(shù)支持的要求。能夠引導(dǎo)裝備保障人員進(jìn)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(tǒng)需設(shè)計(jì)強(qiáng)大的檢索功能，通過該方式可快速查找到所需的信息。根據(jù)數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)和用戶需求，設(shè)計(jì)按名稱檢索、編號檢索、模糊檢索和復(fù)合檢索等多種查詢方式。

（5）滿足數(shù)據(jù)資料便捷地更新的要求。主要考慮裝備系統(tǒng)的改換裝情況時(shí)有發(fā)生，數(shù)據(jù)資料更新較快。因此系統(tǒng)必須能夠根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

（6）滿足信息系統(tǒng)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(nèi)容進(jìn)行使用、修改更新的權(quán)限。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

通過對上述系統(tǒng)功能需求分析，以及在對該型艦船裝備的特點(diǎn)和性能進(jìn)行了深入、詳細(xì)地研究分析的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要包括以下7大板塊，具體構(gòu)成如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

筆者采用基于B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將其分為電子手冊編著平臺、部隊(duì)用戶的移動終端平臺以及為完成系統(tǒng)所有功能的服務(wù)平臺三部分，如圖3所示。內(nèi)部服務(wù)器置于后臺，用于存儲裝備保障相關(guān)技術(shù)資料，是整個(gè)IETM系統(tǒng)的核心;電子手冊編著平臺為系統(tǒng)提供在線編著、發(fā)布、版本更新;用戶移動終端可隨時(shí)查看系統(tǒng)信息，并可將保障現(xiàn)場信息進(jìn)行記錄匯總并上傳至服務(wù)器，由此形成一個(gè)由IETM系統(tǒng)內(nèi)容的編著與維護(hù)、系統(tǒng)信息的使用與反饋等構(gòu)成的閉環(huán)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)裝備保障信息化的特征與內(nèi)涵，應(yīng)該具有模塊化、開放性、共享性、適應(yīng)性及快速性等特點(diǎn)[5];應(yīng)盡可能兼容已有的電子資料和將來產(chǎn)生的電子資料，與它們實(shí)現(xiàn)無縫對接，而且兼顧信息安全，確保數(shù)據(jù)的完整性及安全性。

2.3 系統(tǒng)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本文根據(jù)裝備保障實(shí)際業(yè)務(wù)需求出發(fā)，以某型艦船的裝備為對象，系統(tǒng)內(nèi)容包括裝備保障的方方面面，具體如圖4所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 紙質(zhì)技術(shù)資料電子化

為實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)資料的錄入，需進(jìn)行電子化轉(zhuǎn)換，在電子化過程中不能產(chǎn)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(yīng)該滿足再現(xiàn)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(yù)處理，再結(jié)合使用Photoshop軟件對圖像進(jìn)一步加工，處理后的圖像達(dá)到使用要求。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，在研究中總結(jié)了一套標(biāo)準(zhǔn)有效的掃描圖處理流程，在完成該流程后，掃描圖基本上達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。如圖6所示。

3.2 信息存儲技術(shù)

由于系統(tǒng)中圖紙數(shù)量多，占用存儲器的大量空間，調(diào)用過程中會占用通信系統(tǒng)的帶寬，這將會降低計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)處理速度。主要包括下述四個(gè)步驟：

第一步是進(jìn)行圖片格式的壓縮，由TIF到JPG格式的轉(zhuǎn)化。圖像首先經(jīng)過格式轉(zhuǎn)化，根據(jù)不同的格式規(guī)范壓縮至固定的倍率。采用批處理技術(shù)將TIF文件轉(zhuǎn)化為JPG。在Photoshop定義的80%的圖像品質(zhì)下，圖像存儲容量是原圖的0.2倍。

第二步是進(jìn)行圖片分割，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)化后的圖紙，采用圖片分割技術(shù)，將圖像按標(biāo)準(zhǔn)劃分為大小相同的圖塊。

第三步是自動化去除紋理技術(shù)，將分割后的圖塊進(jìn)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(jì)算機(jī)圖形識別算法，取出不帶任何圖紙信息的空白區(qū)域。

第四步是分割存儲技術(shù)，將有用的圖塊進(jìn)行存儲。將提取的有用圖塊自動化命名，并存儲每個(gè)有用圖塊所在的位置。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用10像素的分割尺寸，圖像存儲空間可以達(dá)到原圖的0.1倍。

3.3 艙內(nèi)虛擬維修技術(shù)

虛擬維修是以計(jì)算機(jī)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，在由計(jì)算機(jī)生成的虛擬場景中，通過驅(qū)動人體模型來完成整個(gè)維修過程的綜合性仿真技術(shù)。

通過在計(jì)算機(jī)上模擬某型艦船艙內(nèi)三維虛擬環(huán)境，使用戶能瀏覽并進(jìn)行交互性操作，以體驗(yàn)真實(shí)維修場景。運(yùn)用虛擬維修技術(shù)演示典型故障的維修過程及工藝，并可實(shí)現(xiàn)自主模擬維修操作。該模塊既可讓用戶學(xué)習(xí)艙室結(jié)構(gòu)組成、了解設(shè)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(huán)境制作。上船拍攝，采集艙室內(nèi)部環(huán)境素材。利用3Dmax軟件創(chuàng)建出模擬的艙室環(huán)境。

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

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

4 結(jié)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(tǒng)，主要對裝備的功能結(jié)構(gòu)和維護(hù)維修等內(nèi)容進(jìn)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(xùn)學(xué)習(xí)、故障診斷與維修等技術(shù)支持。該系統(tǒng)已成功應(yīng)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(xùn)時(shí)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(xiàn)

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