某型舰炮武器系统交互式电子手册设计与实现

王 雷

(海军装备部驻西安地区军事代表局，陕西 西安 710043)

随着武器系统复杂程度的提高，大量技术资料贯穿武器系统全寿命周期各阶段，纸质载体技术资料存储、使用不便等问题凸显，无法满足现代武器系统使用保障需求。交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Manual，IETM)可有效解决上述问题。IETM能够为武器系统使用保障人员提供实时、高效的技术指导和信息支持，在提高武器系统保障能力方面有着重要作用[1]，其技术研究受到军事强国重视。设计实现可适应当前和今后升级改造的武器系统的交互式电子手册，对缩短使用保障人员学习与维护时间，提高武器系统保障能力具有重要意义。

1 总体设计

1.1 标准选择

标准是IETM实现信息共享、产品数据互操作等核心技术的前提和基本保障， IETM的技术开发应在相关标准的约束下进行。目前，国内外主流的IETM技术标准主要有美军的MIL-PRF-87268A、MIL-PRF-82769A、MIL-HDBK-511体系，欧洲航空工业协会(AECMA)制定的S1000D标准体系，OASIS结构信息化标准组织维护的DITA标准，国内总装制定的GJB 6600标准体系和海装制定的HJB 506.5—2011标准体系[2]。

美军标准形成时间较早，结构相对分散，对新技术的支持能力欠缺。国内总装制定的GJB 6600及海装制定的HJB 506.5—2011等标准起步较晚，众多规范参考国外标准，许多规范定义不够明确，标准体系不够成熟完善，不利于后期的升级改造。鉴于上述原因，某型舰炮武器系统交互式电子技术手册采用DITA标准体系进行开发设计，同时借鉴S1000D中对3D动画的支持，在传统电子维修手册仅支持文本、2D和视频等多媒体信息的基础上，增加交互式3D动画支持，以提高电子手册的实用性和交互性。

S1000D[3]和DITA[4]标准都采用XML作为数据存储格式，都支持内容与显示分离，提供数据单元的共享与复用。欧洲标准S1000D由于其成熟的标准体系被广泛应用于国内外军事及民用领域，但S1000D标准更侧重于产品的生产，主要是面向大型、生命周期长的复杂装备工程，其数据模块的建模主要面向零部件，需要一套复杂的编码机制实现共享，其使用起来很复杂，工程量大。

DITA标准虽然与S1000D有很多共同点，但DITA更侧重于技术文档的开发，DITA设计之初主要面向知识工程和过程处理，解决了出版物的结构化描述及内容重组问题，适用技术手册类出版物。DITA采用更易于理解和组织的主题结构，相比S1000D，支持主题的专门化扩展，用户可以根据需要扩展主题，开发工作量较小，开发成本低，更适于对已有纸质手册向交互式电子技术手册的过渡[5-6]。因此，S1000D和DITA的共性特征、组件对比分别如图1、2所示。

1.2 需求与功能分析

本舰船武器系统IETM系统[7-8]面向部队基层级舰炮武器系统培训、学习及维护使用，旨在解决部队基层战士换件维修与系统认识学习的问题。为使交互式电子手册提供的信息更加直观，便于普通操作人员学习掌握，本IETM系统具备以下功能：

1)目录导航功能。系统采用目录导航的方式，通过自顶向下的树形目录向用户提供目录中指向的信息内容。

2)关键字搜索功能。通过基于全文检索的关键字查询功能，使用户输入关键字来定位到IETM中的相关内容。

3)热点链接功能。在IETM的信息内容中，相关内容间可相互链接，点击后跳转到目标信息。链接目标信息可为文本、表格、图片、视频和3D模型等信息。

4)可交互的三维零部件显示功能。为便于使用者更加直观地认识学习舰炮武器系统，IETM中应包含武器系统关键零部件的二维图片、三维模型以及三维交互式零部件明细和零部件拆解过程，三维模型可交互操作。

5)危险操作的警告提示功能。在武器系统的正常使用及维护维修操作时，对危险操作及相关注意事项以弹出式警告框方式进行提示。

6)分栏显示功能。为方便使用者的操作使用和内容浏览，一些链接内容需同页面显示，通过在WEB页面的右侧或底部分栏显示，提高了用户的浏览体验。

1.3 总体框架

为了使电子手册具备可扩展性、可伸缩性和灵活性，本方案采用分层结构，由数据层、管理层与应用层构成，各层之间相对独立，既可单独更新主题数据模块，又能充分使用现有软件产品，符合IETM发展趋势要求，总体框架如图3所示。

各层构成及功能描述如下：

1)数据层：由数据库和XML中性存储器构成，其中数据库实现对工程项目所有的信息对象的集中存储，而XML中性存储器则包含了与IETM实例相关的多个数据库中的信息，并以XML格式存储，用于信息发布。

2)管理层：连接应用层与数据层，由内容管理器与分发管理器构成。内容管理器负责检查、验证应用层生成的信息对象是否合法并将其存储到数据库中进行管理；而分发管理器则负责将XML格式存在的中性存储器中的信息格式化后进行分发。

3)应用层：由各种不同功能的具体应用程序组成，负责生成主题、插图和三维动画等各种信息对象，可以采用通用软件、专用软件或与其他系统的接口工具实现。

1.4 模块划分

根据对舰炮武器系统IETM的需求分析，考虑到IETM系统的认识学习及维护维修目的，本IETM系统从功能上可划分为舰炮武器系统概述、组成结构、接口关系、操作使用、维护保养、故障诊断与维修、备品备件以及系统背景资料等信息[9]。本IETM系统模块组成结构如图4所示。

系统概述主要包含武器系统的功能、用途、工作原理和战技指标等，采用文字与图表图形相结合的方式进行描述；组成结构使用图片与文字结合的方式进行描述，对关键部件使用三维爆炸图、交互式三维模型和三维零部件明细表结合的形式描述；接口关系采用图像热点结合分栏显示描述舰炮电气和机械接口；操作使用部分使用文字结合Flash动画的形式描述，软件操作采用热点链接功能模拟软件的点击跳转操作；维护保养包含保养所需的工具、设备、耗材、备件、准备工作和维护步骤，保养维护周期，采用三维动画、三维零部件拆解及文字结合的方式展现拆解维修过程，并增加必要的警示信息；故障维修包括故障现象描述、故障隔离定位流程、故障原因、故障树以及故障维修方法与所需工具等，故障诊断过程采用流程图的方式进行故障的定位与隔离；装补弹流程及射前检查重点强调射击前的准备工作；备品备件提供所有的备件信息，包括型号、名称、数量、图片、使用部位及使用方法等，采用文字结合图片的描述方法用分栏显示的形式呈现；背景资料为舰炮武器系统从设计、试验、定型到生产等一系列的视频资料，详细介绍了舰炮武器系统发展过程，采用视频的方式呈现。

1.5 编制流程

交互式电子手册的编制过程包括：确定技术信息的目的、范围和深度；制定各主题模块编码规则；确定技术信息粒度(精细程度)、制定主题模块需求列表、编写XML格式的主题模块、制作图表、模型、动画等管理存储信息对象、发布和交换主题模块等过程。从整体上可划分为技术信息的收集、处理和发布3个阶段。IETM系统制作流程如图5示。

根据流程数据层次可划分为源数据层、XML数据层和用户层。源数据层包括已有的设计说明书、工程图纸、故障手册和使用手册等电子或纸质文档，还包括已有的图片、视频和3D模型等信息。对于纸质格式通过扫描或人工制作的方式将其数字化，对于需要补充的三维模型、爆炸图及零部件明细需借助于其他软件人工制作完成。XML数据层包含按照DTD结构存储的主题模块，还包括多媒体信息及其他对象，并存储于文件系统或数据库中，便于信息的检索、重用等管理功能。用户层为根据用户的需求，使用可扩展样式语言(XSL)格式化XML数据，并根据级联样式表(CSS)在浏览器上将信息内容呈现给用户。

2 关键技术特点

2.1 目录导航与信息检索

交互式技术手册的左侧为导航栏，其中包括：目录、索引和搜索标签。目录按章节和主题显示电子手册的内容概览，用户可通过点击各个章节和主题快速定位需要浏览的内容。

用户点击索引标签，可以进入索引界面，通过索引界面用户可以通过索引关键词快速定位相关内容。

点击搜索标签，可以进入搜索界面，通过搜索界面用户可以搜索手册中包含搜索关键词的所有主题，搜索结果在搜索栏中显示，点击相应的搜索结果条目可在右侧显示其主题内容，同时搜索关键词加亮显示，以提示用户。搜索界面如图6所示。

2.2 交互式3D拆解维护与零部件目录

舰炮武器系统维护保养过程中经常需要涉及零部件的拆解、安装以及日常维护保养，传统纸质技术手册通过插图和文字描述的方式往往无法清晰表述过程和步骤，交互式3D拆解和维护技术可以直观形象地描述复杂的机械操作过程，维修操作人员通过交互式的三维演示过程可以很快掌握零部件的拆解和安装过程，以及日常注油保养的方法，极大地提高工作效率，减少误操作带来的人员和设备安全隐患。

借助于武器系统设计过程中制作的CAD三维模型及Cortona 3D软件，可以快速将舰炮武器系统中复杂的自动机、弹鼓、弹架等的拆解、安装和维护保养过程通过交互式3D技术来展现，操作人员可以分步骤学习零部件的拆解和安装过程，以及日常维护保养的方法，学习过程中还可以通过对零部件进行旋转、平移和缩放等操作，提高IETM的表现能力。图7为部件的3D拆解界面。

图8为自动机的维护保养界面，交互式技术手册以3D动画的方式直观展现了自动机的维护保养方法。

舰炮武器系统中包含大量的零部件，对零部件的名称、安装位置、三维外观及相互之间的安装关系等知识的了解可以有效提高维护人员的工作效率，提高使用维护人员对舰炮武器系统的操作水平。本IETM系统采用了3D零部件目录生成技术，将复杂组件的零部件通过3D零部件目录的方式展现出来，如图9所示。用户可以通过鼠标点击3D模型，模型中对应的零件会在目录中高亮显示。除此之外，用户还可以通过点击目录中的每个零件的复选框来隐藏或显示该零件。同时，可以通过鼠标对零部件目录中的3D模型进行旋转、平移、缩放等操作，可对模型显示视角进行选择，还可以对选中的零部件进行修改透明度操作，上述操作均可以有效帮助用户加深对系统中各个零部件的学习和了解。

2.3 信息多样化显示

IETM采用XML来描述主题文件，由于XML内容与表现形式是分离的，需要设计级联样式表(CSS)和可扩展样式表语言(XSL)来格式化XML数据。为保证手册内容以最佳方式展现给用户，设计中针对不同的主题设计了不同的显示样式，例如针对舰炮备件，采用左右分栏的显示方式，如图10所示。

左侧采用表格的形式显示舰炮的所有备件，备件名称增加超链接，当用户用鼠标点击某一备件名称时，浏览器自动添加右侧分栏，并在右侧分栏显示该备件的图片和描述信息，从而大大提高了用户的浏览体验。

2.4 安全警告提示

舰炮武器系统的维护中存在一些可能涉及人员和设备安全的操作，交互式技术手册必须以醒目的方式提示用户，这里采用两种方式进行提示，一种是文本中将警告提示以红色文本进行标识；另一种是弹出警告提示框的来提示用户，如图11所示。

2.5 软件操作模拟

舰炮武器系统操作中必然涉及软件操作过程，交互式技术手册利用图像热点技术，在软件界面图片中通过设置图像热点来模拟软件按钮，舰员在具体操作设备之前，可以通过手册提供的软件操作模拟界面来学习设备的操作方法和过程，从而有效提高人员的学习效率，减少误操作带来的人员和设备安全隐患，软件操作模拟界面如图12所示。

3 结束语

笔者设计实现的某型舰炮武器系统交互式电子手册以优化的方式将文字、图表和多媒体等多种信息形式按照相关标准有机地组织管理起来，形成一套基于浏览器的电子文档系统，提升技术资料的信息检索能力和交互式表现能力，降低了舰炮武器系统技术手册的编订成本，显著缩短技术手册的修订周期和部队保障人员的学习培训时间，有利于提高部队舰炮武器系统的保障能力水平，贴合部队信息化的发展需求，从而有效提高该型舰炮武器系统的综合技术保障能力。

在今后对交互式电子技术手册的进一步研究中，应推进IETM向智能型发展，集成故障诊断和专家系统，同时完善虚拟训练和学习功能，以进一步提高IETM的水平。