基于S1000D标准的船舶领域智能IETM平台构建

张 辉

（武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050）

由于海军作战环境和海洋环境的特殊性，以及舰船任务剖面的特点，海军舰载装备保障与陆军、空军等军种相比具有其特殊性。按一般舰艇的任务剖面，舰艇远离基地执行海上巡航和作战任务平均每次约21－60天，如执行远洋任务或出访多个其它国家则可能需要90天。舰艇出海时间长，处于恶劣的海洋环境下，并处在以高速突袭导弹为主要威胁的复杂多变的作战环境之中，这就要求单舰和舰艇编队具有很强的海上训练、海上机动维修、舰员自修和战损抢修的能力。而海军武器装备都比较复杂，技术先进，这就需要有更多的数据资料对其进行维护、操作，需要对舰员进行更复杂的舰上训练，以保证其操作技能。而原先的数据资料多以纸张为主，不仅占用大量空间和重量，而且使用起来相当不便，导致了一系列保障性问题。据报道，美国“洛杉矶”级核潜艇（SSN－688）的艇载技术资料有16吨重，而CG－52水面舰技术资料更重达36吨。这些资料的存放位置和重量影响了舰艇的稳性，占据了大量的空间。而更重要的是，传统方式不便于管理与使用，增加了舰员管理资料的负担。

可见，随着技术手册的数量增加、技术系统复杂性增强和维修任务的紧迫，传统的技术资料的组织与开发方法已经不能满足用户需求。针对复杂的舰船相关的知识源，需要建立一种领域通用的知识编辑、表示及存储方式，以提高知识的检索效率和质量，在领域内进行知识的共享和复用，实现统一知识管理平台上的科技培训、专家系统、智能决策和知识检索等模块。

技术资料是船舶装备保障的重要因素之一。随着舰船技术系统的复杂化、技术资料数量的膨胀和用户的需求多样性需求，交互式电子技术手册（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）的创作和使用需要具备智能性、共享性、互操作性和多功能性。有效的组织领域知识并提供统一的可共享知识管理平台将成为IETM等其它基于知识的系统的前提与基础。

1 IETM概念和分级

IETM是技术手册的一种高级形式，包括3层含义。①IETM是技术手册，是包括武器系统、武器系统部件和保障设备的安装、使用、维修、培训以及保障说明书在内的一种出版物，为用户和维修人员提供使用和维修该项装备所需的资料和说明。②IETM是电子格式，其存储方式、传播途径和显示方式大都采用电子方式。③IETM是交互的，主要指用户和IETM的交互。交互功能是为了用户提供友好的IETM使用环境，但是明显增加了IETM的创作成本。

按照技术手册的内容、存储的体系结构、数据格式、显示方式和功能，国际上通常将技术手册分为五级：电子索引页式图像（一级）；电子滚动式文档（二级）；线性结构的IETM（三级）；层次结构的IETM（四级）；综合数据库的IETM（五级）。这五级电子技术手册中，最基本的是第一级，最先进的是第五级。实际上各类电子技术文档和技术手册都有自己的特点，有自己的使用对象。目前，美国很多武器装备配备的IEMT一般属于比较先进的第四级。几乎没有已投入使用的技术文档和技术手册属于真正的第五级。

IETM研究者和开发人员对第五级IETM在以下几个方面已经形成共识：第五级IETM是综合电子技术信息系统（IETIS），是由第四级交互式显示与其它过程的数据综合而成；集成的其它过程数据包括信息显示的专家系统规则和其它用户应用程序，例如智能诊断和计算机培训；第五级IETM功能强大，适合对常用的复杂的TM进行创作，CBT（Conputer Based Trainning）和ES（Expert System）功能的整合增强了TM的可用性，最大程度上提高了用户在使用时对需求信息检索的查全率和查准率。

2 S1000D标准

S1000D是一个采用通用资源数据库来创建技术文档的国际标准，可以用它对任何军用或民用的陆、海、空交通工具和设备制作技术文档（包括纸型文档和交互电子技术出版物IETP）。S1000D标准中提出了两个核心概念，用来保证IETM实例间的信息共享与交换，这两个核心概念是：数据模块与通用资源数据库，只有实现了这两个核心概念才能称得上实现了S1000D标准。

（1）数据模块（DM）。数据模块是S1000D标准中的一个核心概念，逻辑上，一个数据模块是一个自我包含、包含装备一部分信息的数据单元，不可分割，具有原子性；物理上，它就是一个ASCII码文件，它以SGML或XML格式组织数据，并有相应的文档类型定义（DTD）来约束和验证数据文件中的标记。每个数据模块包含标识和状态段 （Identification and Status section，IDSTATUS）和内容段（CONTENT）两部分。

（2）通用资源数据库（CSDB）。通用资源数据库（Common Source Data Base，CSDB）是S1000D中的另一个核心概念，用于信息管理。在S1000D标准中它是这样定义的：通用资源数据库是一个信息存储地与管理工具，为生成技术手册而需要的所有信息对象都保存在其中，它也被用于媒体输出，用于生成纸质的或电子格式的出版物。

存储在通用资源数据库中的信息对象有如下几种，它们都是可以被标识（addressable）与可交换（exchangeable）的信息单元：数据模块（Data Module，DM）、插图（Illustration，所有与数据模块相关联的非SGML／XML格式的文件）、数据模块列表（Data Module List，DML）、注释（Comments）、出版模块（Publication Module，PM）、数据交换说明（Data Dispatch Notes，DDN）。各信息对象在通用资源数据库中用其相应的编号来标识与管理，并做到无冗余的存储。

3 基于S1000D标准的IETM开发流

基于S1000D标准，制作交互式电子技术手册的完整过程包括：

（1）制定业务规则。与综合保障工作信息制定，如定义元素和属性的使用规则等；术语定义，如数据模块代码、信息控制码的定义等；技术方面，包括数据模块类型定制；文字和图形格式多媒体的格式定制及其它定制等。

（2）确定出版的深度和范围。从维护工作角度出发，决定需要产生什么信息；如果没有规划对部件进行维修，那么是否需要编写部件的故障隔离程序；仔细规划向操作、维护人员进行装备使用、维护培训的内容，是否需要向他们提供每一步详细操作步骤的信息等。

（3）制定数据模块需求列表。用于指导生成数据模块。

（4）编写数据模块。根据数据模块需求列表定义的信息类型创建数据模块，包括绘制插图、获取照片、文本编写等。

（5）确定出版方式。根据各种不同使用情况决定出版物类型；决定每一个出版物的具体内容；决定每一个出版物的结构；决定出版物格式是基于页面或是IETP；决定前置资料内容；决定传递、发布和展现的介质。

（6）出版物制作。包括页面形式出版物和交互式电子技术出版物IETP两种。

（7）使用和反馈。必须向用户提供能够反馈简易、错误信息的渠道或者方式。

IETM中所包含的信息来源于设计说明书、工程图纸、故障手册、使用手册等，此类信息可以直接取自CAD生成的工程数据，或通过图片扫描文字识别等计算机技术，将手册和文档的信息数据数字化。

IETM不是普通的计算机文件或多媒体数据库，而是把一套文档或手册的文本信息划分成许多信息单元，用XML将数据标注成中立格式，并按特定DTD或Schema结构，存储于数据模块之中；将非文本信息如历史资料、插图等以GGM、JPEG等S1000D标准规定的插图格式存储于单独文件中，因此需要将收集到的数字数据进行格式转换。

所有数据模块、插图等信息对象均被存储在CSDB之中，以便于信息的检索、重用等管理功能。CSDB是所有项目、所有技术信息的存储地，而IETM中性存储器则仅存放本IETM所需要的信息数据。采用IETM中性存储器将CSDB数据源与最终用户视图分开，这样可以使IETM用户视图包含来源于多个不同的CSDB数据库中的信息。

IETM中性存储器中所包含的所有数据模块均以XML数据格式呈现，这些数据模块从CSDB中产生，用于被XSL格式化后显示给用户使用。

4 基于S1000D标准的IETM系统结构设计

为了实现系统的可扩展性、可伸缩性和灵活性，本IETM系统采用数据层、管理层与应用层三层结构来组织，如图1所示，这样各层之间相对独立，耦合性弱，可以单独更新各模块，能充分体现IETM的商业化发展趋势。应用层可以充分使用现有软件系统及产品，以减少软件开发费用，减少开发失败的风险。

图1 基于S1000D标准的IETM系统结构

5 智能IETM系统架构

本体技术的应用为智能IETM的应用提供了可能。本体是可以共享的。当前的IETM互操作性和共享问题的解决方案以标准为中心，标准在一定的领域中起到了规范作用，是解决数据共享和互操作的有效方法之一。本体提供一种共享机制，以用户和应用程序为中心，不强迫用户和应用程序遵循大量规范。因此，在第五级IETM中引入本体，可以解决第五级IETM的知识共享和互操作问题，从一定程度上实现IETM的智能性。

根据第五级IETM的功能需求和技术实现手段，给出基于本体库的第五级IETM的系统架构。总体来看，第五级IETM是在共同的知识库平台下，借助一定的知识检索技术，向不同应用程序以一定的方式提供所需知识。其中，构建知识库是最为关键的一步，也是研究和开发的重点。第五级IETM系统架构如图2所示。

图2 智能IETM系统架构

6 船舶领域知识库的智能IETM平台

技术资料是船舶装备保障的重要因素之一。随着舰船技术系统的复杂化、技术资料数量的膨胀和用户的需求多样性需求，交互式电子技术手册（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）的创作和使用需要具备智能性、共享性、互操作性和多功能性。有效的组织领域知识并提供统一的可共享知识管理平台将成为IETM等其它基于知识的系统的前提与基础。因此，船舶领域本体知识表示完备后，可应用于智能IETM平台上，我们提出了基于船舶领域本体的知识管理平台，如下图3所示，智能IETM是该平台的重要应用之一。在标准化船舶行业知识库上，智能IETM实现的流程包括：智能电子技术资料的需求分析；需求规范化及知识搜索与选择；基于用户模型的个性化知识设计与呈现（内容和形式）；知识集成与IETM生成。

图3 基于船舶领域本体库的知识管理平台

7 结 语

S1000D是一个庞大的IETM指导标准，采用了多项ISO国际标准和CALS及W3C标准，基于领域本体的智能IETM系统的构建还只是一个积极的探索，其中专家系统功能和培训功能的实现与整合还需要做进一步的研究，这涉及到知识库组织、检索和知识设计等诸多问题。我国是引用S1000D标准相对较晚的国家，现仍处于初级阶段，深入研究S1000D标准，与我国实际相结合，对于制定我国自己的IETM标准具有重要的意义。

1 朱俊武，陈通凡，解洪成.基于本体库的第五级IETM 研究［J］.华东船舶工业学院学报（自然科学版），2004.12

2 张辉.基于领域本体的船舶制造知识表示和智能IETM研究［J］.计算机科学.2010年第10A期

3 胡梁勇，徐宗昌.基于S1000D规范的通用装备IETM创作新模式研究［J］.《船舶》2011.6

4 李宗亮.基于S1000标准的IETM系统技术研究［M］.广东工业大学硕士学位论文，2006.5

5 S1000DIssue 3.0［EB／OL］.http：／／www.s1000d.org，2007.7.31.