基于航空发动机IETM制作的多媒体技术研究

2014-04-16安燕霞

科技视界 2014年13期

安燕霞

（中航工业沈阳发动机设计研究所，辽宁沈阳 110000）

0 引言

随着航空产品竞争日益激烈，降低保障与维护费用成为用户关心的问题，特别是对随机技术手册提出了更高要求，技术手册必须具有快速查阅、信息检索定位、故障定位、方便携带等功能，以使装备维修、维护、保障及时有力。而传统的基于纸张的技术手册发布格式已经越来越难以满足最终用户的使用维护要求。纸质的技术资料手册重量与体积大、造价高，而且其执行更改不及时，由此看来，传统的维修手段已不不适应现代航空发动机的发展。展望未来航空维修业的发展，随着技术数据数字化，计算机微型化以及网络通讯技术日益发展成熟。早在20世纪70年代末期,外军即开始意识到将交互式电子信息技术应用于武器装备维修保障的重要意义[2]。美国国防部在进行大量调研分析的基础上，选择典型装备组织开展了一系列技术论证、应用研究以及验证评估活动。结果表明,IETM能使用户在众多的技术资料中快速、准确地找到所需的最新的技术信息，保证维修工作的及时进行，提高航空发动机的维修效能和战备完好性。据统计，使用IETM使生产率提高70%、失误率减少50%、查询时间节省50%、复制费用减少70%、重量是原来的1/148、体积是原来的1/53[1]。

研究基于IETM的多媒体技术就是用图形、图像、视频/动画等多种形式显示技术手册内容,为使用者提供详细、生动、易于理解的“电子化”技术资料。因此，多媒体制作的好坏直接关系到IETM的功能实现，而多媒体技术研究是IETM制作过程中的一个关键技术，本文主要对IETM中图像、视频/动画的制作过程进行分析，给出了解决办法，并实现多媒体和技术手册的统一。

1 IETM简介

IETM (Interactive Electronic Technical Manual)即交互式电子技术手册，它是指综合应用了计算机多媒体、数据库和网络等技术的优势，将内容繁杂的操作手册、维修手册等信息，按照有关的标准有机地组织管理起来，并以最优化的方式将文字、表格、图像、工程图形、声音、视频/动画等多种信息形式显示在电子屏幕上，并以交互的方式进行查阅，将维修技术人员或系统操作人员所需的信息，精确地展现在使用者面前。

IETM技术不断得以完善和发展，经历了以下五个基本阶段：电子影像式分页索引文档、电子式滚动文档、线性结构化IETM、阶层性结构化IETM以及整合数据库IETM。目前，第四代阶层性结构化的IETM技术发展已较为成熟，并在军事领域中获得了广泛应用。第五代整合数据库IETM技术由于引入了专家系统和人工智能机制，可有选择地实时、智能处理多种类别信息，具备单一系统从多信息源分析获取各种不同信息的功能，是目前技术结构较为先进且应用前景良好的交互式电子技术信息系统，也是美国、日本以及西欧各国争相研究和重点发展的方向。其中第四级IETM就融入了多媒体技术。通过将多媒体技术整合在交互式电子技术手册中，以图文并茂、生动活泼的动态形式表现出来，给人以很强的视觉冲击力，留下深刻印象。

2 多媒体制作

航空发动机的技术资料的功能主要是供拥有指定型号的地勤维护和空勤的维护人员使用。这些资料应能使不熟悉该发动机的技术人员能够完成在航线上或在维修机库内维修飞机的任务。航空发动机维护人员在工作前都要查阅维修手册。因此，每项维修工作的实施都可单独作为指导维修人员工作的依据。这就要求该手册完整的包括航空发动机的结构原理、使用维护、拆卸安装和性能调整排故方面的内容，便于维护人员快速查找，又能准确按照手册完成维护任务。

本文研究的IETM采用的标准是S1000D，S1000D是目前影响最大、应用最广泛的主流标准，S10OOD标准一个显著的特点就是数据模块重用。S1OOOD强调的重点是独立的部件与零件，它能在零部件级的数据模块上进行重用，这样数据模块可以从一个项目复制到另一个项目中去，即在数据模块全部制作完成之前，已经有大量的可用数据模块存在。与产品的设计与开发相比，技术手册的开发工作第一次完全实现了“并行工程”。多媒体数据是和文本独立的数据模块，显示的IETM手册是需要在文本中引用多媒体数据，组合展示给用户。所以在制作第四级IETM时需要对多媒体进行数据分析。

多媒体数据是在技术手册内容基础上新增加的技术信息，它们需要重新制作，并要与技术手册的内容密切结合，真正实现信息的增值。

多媒体数据来源于已有技术手册或设计分析结果，进行多媒体数据分析时，应根据技术手册的内容要求，分析和确定多媒体数据的内容、格式、制作方法、数据压缩要求以及使用它们的工具要求。应指出的是，必须首先分析技术手册的内容，在文本部分难以使用户确切理解时或者应用户的需求，才需要用多媒体文件辅助说明，而且制作多媒体文件还需要综合考虑制作成本，如果过分追求多媒体效果，可能将喧宾夺主或本末倒置。

本文主要介绍制作第四级IETM时常见的几种多媒体：

（1）三维模型的动态显示；

（2）维修技术资料和视频/动画演示过程的同步配合显示。

上述几种多媒体制作按照以下步骤：

图1 多媒体制作流程

2.1 三维模型的建立和转换

用于三维模型制作的工具很多，有 UG、CATIA、PROE、SOLIDWORK等。目前，将三维技术应用于IETM是可行的。随着信息化技术的推广，航空发动机的设计逐渐用三维设计代替原来的二维设计，IETM的制作可直接使用现有三维模型。其次，对于使用不同三维设计软件的单位可以将三维图形的格式转换成需要的三维格式，所以用于IETM制作的三维数据来源有了切实可行的保证。

图2 手册中三维模型显示

2.2 三维模型的加工

许多交互式3D创作工具可以使用。如CORTONA 3D、3DVIA等，这些工具可以将原始的3D模型经过加工，转化和编辑后成为交互式3D文件，并在单机或网络发布。目前，大多数航空发动机的技术插图是将设计的结构模型进行加工，而设计的模型图具有精确的尺寸和坐标，这在发动机技术手册的介绍中是不需要的，因为技术手册向用户展示的是发动机的结构和原理。因此，IETM制作的数据模型可以有选择的进行删减和加工，只要按照技术手册的介绍展示给用户具体的结构就可以了。

2.3 技术插图制作

对于技术手册中的零部件结构要使用3D技术将零部件展现出来，将交互式3D技术应用于交互式电子技术手册可以使手册的使用者更快、更准确地接受航空发动机的技术信息并且减少培训时间和培训费用。

制作技术插图时首先要保证具有直观、形象,一目了然的特点,能够强调与澄清文字说明,避免冗长的文字解释、过程描述等。在S1000D中文字和插图是具有不同特性的模块，要保证插图和文字能够关联起来，帮助用户理解内容，并且将关联的数据同时显示给用户。插图格式可以是 CGM、BMP、JPEG、TIFF、PNG、PDF等,但是为了保证图形的质量，推荐使用CGM图，它较其他格式具有特殊的优越性。CGM是一种智能的矢量图形格式,通过专用软件如ISODRAW制作而成,利用专用的CGM浏览器将CGM格式的图片读出,即可在系统中显示带有热点的矢量图。

在IETM中开发的三维模型图可以实现模型的旋转、放大、缩小。操作者可以点击模型实现图文互动。图1就是用ISODRAW软件制作成的图文互动的三维模型，手册发布成IETP后，操作者通过点击可以快速知道模型结构的名称。

IETM发布出来有两种形式，一种是PDF版的，一种是网络版的也就是IETP形式的。对于网络版的可以使用三维模型和CGM的插图展示零部件结构，这两种形式的技术插图都可以实现放大、缩小，使用者可以清楚的根据需要了解零部件结构信息，而PDF版的IETM也可以采用CGM图，它较一般的图形要清楚，打印出来的纸质技术手册能够清楚的反映局部信息，不会出现模糊。

2.4 视频/动画

为了更有效的指导维修人员进行拆装训练，在视频/动画的制作中，零部件进行拆装时，同步地显示相应的维修手册内容，使维修人员能直观方便的了解拆装该零部件的信息、操作步骤以及拆装该零部件时需要注意的问题。在拆装过程中，每一步拆装所对应的零部件的零件号以及拆装层次都是唯一确定的，因此可以在拆装过程中读取零件号以及拆装层次的时候一起读取IETM相关信息，达到系统的理想要求[7]。