交互式线路编制系统的设计与开发

宋建华，王正，范加利

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

交互式线路编制系统的设计与开发

宋建华，王正，范加利

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

针对外军交互式图形编制效率低下和装备维修人员的特定需求，提出了交互式线路编制系统的体系框架，设计了系统的功能模块，阐述了主要功能模块的技术实现。实例应用证明，所设计系统具有线路图元动态扩展特点，实现了线路图、馈线元数据、原理脚本与手册发布一体化编制，提高了线路图册的编制效率。

线路图册；馈线数据；交互式电子手册

0 引言

飞机线路图册是飞机技术资料的重要组成部分，主要用于辅助飞机维修人员进行线路原理培训、线路检测和深层次原理故障排查。随着航空装备复杂度的提高，线路图册无论在数量和复杂度上都发生了巨大的变化，对维修人员的业务水平提出了更高要求。为提高线路图册的读图效率，降低读图难度，外军提出了交互式图形的概念，即通过一定格式转化使得线路图具有一定的智能性，主要表现在如图形内部图元可检索、具有热点可交互等特点。外军在线路图册交互性转换基本流程是：首先将AutoCAD等格式图形转换为CGM格式图形，其次采用PTC IsoDraw等专用软件进行热区定义，再次采用文本编制软件进行热区元数据的编辑 并进行热区关联，最后采用浏览器软件进行图形阅读。该流程存在编制效率低、核心数据格式不清晰和浏览器软件无法定制等缺点，使得国内在研究线路图册的交互性上存在一定的障碍。为了彻底解决上述问题，本文提出了设计国内自主交互性线路编制系统，首先分析了系统的功能需求，其次设计了系统功能模块，再次介绍了系统的主要功能模块实现，最后以某型飞机某子系统线路图为例进行应用验证。

1 需求分析

目前国内对线路图册类技术资料的交互性研究还比较少，国内一些的商用线路图绘制软件仅能满足绘图功能，无法满足装备维修保障人员对线路图册类技术资料交互性的要求。而维修保障人员交互式线路编制要求具体体现在以下几个方面。

（1）能够实现拖放式、所见即所得的图形化编辑 模式，提高编制效率。

（2）由于线路图册中部件图形的不确定性，系统应该具备图元自定义功能，实现用户的后期自行扩展。

（3）能够实现线路图册数字化管理，方便后期快捷的更改。

（4）不仅能够实现线路图册本身编制，还能够关联图册中部件的实物图片、拆装视频以及IETM系统中数据模块等形象化元素。

（5）能够实现线路分析专家经验积累。

（6）线路图册编制应能按机型编制、发布、查阅。

（7）线路图册编制应符合国军标和航空工业标准的要求。

2 系统设计

2.1 架构设计

设计的交互式线路维修支持系统的总体架构如图1所示，分为数据层、服务层和应用层。数据层采用原生XML数据库和线性存储相结合的方式来存储馈线数据，完整保留XML文档的数据格式，提高了数据组织和管理的效率；服务层包括数据库访问服务ADO.NET、图形控件服务GoDiagram、运行库dot Framework 4.0和中间件服务；应用层包为交互式线路编制系统，实现图册类技术资料的编制、存储、管理等功能。

图1 系统总体架构

2.2 功能模块规划

系统功能模块框图如图2所示，主要包括项目管理、图元绘制、馈线数据编辑 、线路图绘制、图册发布和系统管理等内容。

（1）项目管理：提供线路图册项目顶层规划功能。具体包括项目管理、馈线数据结构规划、手册系统规划等功能。

（2）线路图元绘制：提供图形化图元编辑 功能，完成系统图形自定义扩展。具体包括图元及其元数据的编辑 和操作（包括新建、修改、保存、剪切、复制、粘贴、删除、对齐、旋转等）等功能。系统预含GB/T 4728和HB 6637-2006（航空工业）规范定义的电气元件。

（3）线路图绘制：提供线路图册的拖放式图形化绘制功能，用户可利用预置电气设备、标准零部件或自定义库中的预置控件绘制线路图。具体包括线路图设计管理、图纸操作管理（包括新建、打开、保存、删除、关闭、图元浏览和插入、图纸预览等操作）等功能。

（4）馈线数据编制：提供图形元数据编制功能。具体包括导线、部件和端口数据信息的编制以及电流轨迹跟踪工作原理脚本编辑 功能。

（5）图册发布：提供图册的发布功能，系统发布成功后阅读系统方可浏览使用。具体包括手册结构设计、结构节点同线路图纸对应管理、图册的一键发布等功能。

（6）系统管理功能：提供用户、权限、日志、数据库访问以及缓存等管理功能。

3 主要功能设计与实现

3.1 线路图元绘制模块

线路图元绘制模块是系统的核心，该功能使得设计系统的图元扩展功能。主要设计思路如下。

（1）对图元进行了抽象，并定义NodeClass图元类，类图见图3。该类由两个属性，一是数据类型为List的RawNode，该属性包含所有图形节点列表，用于系统编辑 时使用；二是继承GoNode的CustomNode，用于图册编制图元实例化，含有数据类型为GoNode代表引脚含义的Pins属性、数据类型为GoText代表部件名称的Label属性以及数据类型为GoN－ode代表部件本体的Body属性。

（2）在GoDiagram图形控件和NodeClass图元类的基础上，设计了拖放式图元编辑 界面（图4）。用户利用“工具”或“图库”提供的图形工具可完成图元的绘制。

3.2 线路绘制和馈线数据编制模块

馈线数据是线路图册类技术资料中图形的描述数据，共包含导线、部件、端口三类元数据。导线元数据用于描述导线的系统、线号、导线的起始部件等信息；部件元数据用于描述部件的件号、功能、数量、控制逻辑、图示等信息；端口元数据用于线路图册之间的交叉引用信息。线路绘制和馈线数据编制模块完成线路图及相关元数据的编制，其实现思路如下：

（1）参照S1000D 4.1标准，采用XML文档的Schema建模方法定义导线、电气部件和端口三类馈线数据模型（图5）。

图2 功能模块设计

图3 NodeClass类图

图4 图元绘制模块界面

图5 导线数据的Schema架构

（2）对交互式图形进行抽象，定义了Design交互式图形类，类图如图6所示。该类是图纸（原理图、接线图）、图纸内部目录结构、图元清单、图元元数据的集合。

（3）在馈线数据Schema模型和Desing类的基础上设计实现了线路绘制和馈线数据编制界面（图7）。其中，左侧为图纸绘制区，右侧为馈线数据编辑 区。当新插入导线、部件或端口时，将在右侧区域自动增加一行对应元数据，当点击左侧区域的部件或导线时，将自动定位到对应元数据行方便用户进行元数据编辑 。

3.3 电流轨迹脚本编制

图6 设计图形类图

图7 线路绘制和馈线数据编制界面

电流轨迹脚本是线路工作原理的抽象，是线路工作过程的动态展示，是线路分析专家分析的结果。该模块可实现专家经验的积累，主要设计思路如下。

（1）定义电流轨迹脚本Schema模型（图8）。该模型中根元素有1个或多个任务元素，任务元素包含1个图形元素< graph>和1个或多个任务元素，图形元素包含一个或多个< flowlink>元素。其中任务元素表示操作步骤，如“按下某个开关”；表示对应任务下电流流过的导线。

图8 电流轨迹的Schema架构

（2）在定义了电流轨迹模型的基础上设计了图形化的脚本编辑 界面（图9）。其中，左侧为任务编辑 ，右侧为对应任务所含有的线路。使用时首次添加任务，其次在右侧区域双击鼠标添加节点，再次点击图纸中对应的线路进行复制操作，最后连接右侧区域要连接两个节点就完成脚本的编写。

图9 电流轨迹脚本编写界面

图10 出版流程

3.4 图册发布

图册发布按照用户的需求定制发布线路图册，只有发布成功的图册浏览器软件才能使用。该模块的主要设计思路如下。

（1）设计出版流程（图10）。在发布过程中，为保证发布过程的完整性和正确性采用事务管理，依次生成出版物信息、目录节点信息、图纸导线/部件/端口预选参数、导线/部件/端口元数据信息。

（2）利用RadControls控件设计手册发布界面（图11）。用户首先设计出版物目录，目录设计时用户可以自行创建，也可从系统目录上拖拽；再次目录节点同前期绘制的图纸关联起来；最后进行一键发布即可完成手册的发布。

4 实例验证

以某型飞机某子系统的线路图为例，按照“图元绘制”—“线路绘制”—“元数据编制”—“电流脚本编制”—“出版发布”的流程对整个系统进行了验证，如图12所示。经测试验证：系统可以方便的扩展系统图元，通过拖放图元和拖拽连线快速绘制线路图，通过预置模板可以方便编辑 元数据，可快速方便的生成手册。

5 结束语

国内对线路图册类技术资料的交互性研究较少，尚未出线路图、馈线元数据、原理经验积累与手册发布与一体的实用系统。本文设计的交互式线路编制系统功能完备、操作方便，可有效地提高装备维修保障人员的线路图册编制和管理效率，便于积累线路专家经验知识，实际应用证明军事和经济效益显著。

当装备线路图册较多时，仅依靠手动绘制系统编制效率还不是很高。如何利用图像识别技术将纸质图册自动识别并生成系统要求得图形格式是下一步研究的重点。

图11 手册发布界面

图12 系统主要编辑 界面举例

［1］朱兴动.武器装备交互式电子技术手册［M］.北京：国防工业出版社，2009.

［2］朱兴动，刘啸，李其申，等.IETM馈线数据模块的设计与应用［J］.计算机与现代化，2013（215）：212-215.

〔编辑 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.51