某型舰船装备保障交互式技术支持系统设计与关键技术研究

张宇

摘要：本文应用交互式技术对某型舰船的装备保障信息化系统进行了系统化的设计和关键技术的研究，它的应用对装备保障信息化建设和提高装备保障能力具有十分重要的意义。

关键词：交互式电子技术手册;舰船装备;信息化保障;系统设计

中图分类号：E92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0144-04

0 引言

在舰船的设计、生产和使用过程中会产生大量纸质的技术资料，它们是装备保障工作的重要组成部分。据统计，1986年在美国防部档案馆存储的武器装备工程图纸资料就多达2亿张，美海军CG-49型巡洋舰维护手册的重量就有23吨之多，美空军F-16战斗机配套的技术资料约有75万页，其一套资料成本就超过2万美元[1]。这些纸质的装备技术资料不仅存储困难、维护成本高、查找使用不便，而且在长期使用过程中极易产生破损、丢失等问题。因此这种保障方式难以满足现代战争对装备快速保障的需求。交互式电子技术手册（IETM）便应运而生，它是一种数字化手册，用户可通过人机交互的方式快捷地查阅各种数据信息。近年来IETM已经被世界各军事强国应用于军事保障中，我军虽重视其开发，也进行了相应的研究，但其应用仍处于起步阶段[2-3]。

本文将设计一套基于交互式技术的装备保障信息化系统，从而实现舰船装备保障资料电子化，人员培训快速化，资料查找便捷化、维修目标辅助化。

1 系统功能需求分析

交互式技术支持系统是通过应用多媒体、网络及数据库等技术将内容繁杂的信息资料按有关标准有机地组织起来，以人机交互的方式为用户提供装备使用与维护数据[4]。通过该系统，用户可以更便捷地对装备的各种文字技术资料和影像资料等信息进行查看，从而提高装备使用和保障的效率。所设计的系统应满足以下需求：

（1）满足舰船装备保障资料的数字化管理要求。这些保障资料主要包括设备的结构图、操作规程、工作原理、保养说明、维修规范、故障案例、故障处置预案，系统的布置图、原理图以及使用管理等纸质资料和音视频文件等，其次是针对舰船的油、汽、水、电路等复杂系统制作的系统矢量图及动画等，此外还包括主要设备的三维模型，具体内容如图1所示。

（2）满足为使用人员和保障人员提供技术培训的要求。由于舰船装备更新换代速度快，人员更替频繁，使得传统的人员大规模集训、以老带新和边干边学等培训方式的局限性和滞后性变得尤为突出。所以开发的系统应方便使用与保障人员的自我学习和训练。

（3）满足为装备故障诊断与维修提供技术支持的要求。能够引导装备保障人员进行故障诊断，辅助维修人员提高装备维修的效率以及维修行为的安全性，从而降低保障人员对装备熟练程度和维修技能的要求。

（4）满足信息快速检索的需求。系统需设计强大的检索功能，通过该方式可快速查找到所需的信息。根据数据体系结构和用户需求，设计按名称检索、编号检索、模糊检索和复合检索等多种查询方式。

（5）满足数据资料便捷地更新的要求。主要考虑装备系统的改换装情况时有发生，数据资料更新较快。因此系统必须能够根据实际情况及时进行数据更新。

（6）满足信息系统保密安全的要求。在软件、硬件上采取安全保密措施，制定对手册内容进行使用、修改更新的权限。

2 系统设计

2.1 系统功能设计

通过对上述系统功能需求分析，以及在对该型舰船装备的特点和性能进行了深入、详细地研究分析的基础上，笔者设计的系统主要包括以下7大板块，具体构成如图2所示。

2.2 系统构架设计

笔者采用基于B/S架构进行设计，将其分为电子手册编著平台、部队用户的移动终端平台以及为完成系统所有功能的服务平台三部分，如图3所示。内部服务器置于后台，用于存储装备保障相关技术资料，是整个IETM系统的核心;电子手册编著平台为系统提供在线编著、发布、版本更新;用户移动终端可随时查看系统信息，并可将保障现场信息进行记录汇总并上传至服务器，由此形成一个由IETM系统内容的编著与维护、系统信息的使用与反馈等构成的闭环设计。该系统设计应充分体现装备保障信息化的特征与内涵，应该具有模块化、开放性、共享性、适应性及快速性等特点[5];应尽可能兼容已有的电子资料和将来产生的电子资料，与它们实现无缝对接，而且兼顾信息安全，确保数据的完整性及安全性。

2.3 系统内容设计

本文根据装备保障实际业务需求出发，以某型舰船的装备为对象，系统内容包括装备保障的方方面面，具体如图4所示。

3 关键技术研究

3.1 纸质技术资料电子化

为实现纸质资料的录入，需进行电子化转换，在电子化过程中不能产生失真，即电子化的信息要与原始信息一致，而且要解决位图占用空间大、传送速度慢、缩放后变形失真等问题。电子化后的图纸资料应该满足再现性好，精度高，灵活性大等要求。

图5给出了扫描图电子化处理前后的对比。

扫描图首先选用ACDSee Photo Manager对图像预处理，再结合使用Photoshop软件对图像进一步加工，处理后的图像达到使用要求。经过实践检验，在研究中总结了一套标准有效的扫描图处理流程，在完成该流程后，扫描图基本上达到了系統设计的要求。如图6所示。

3.2 信息存储技术

由于系统中图纸数量多，占用存储器的大量空间，调用过程中会占用通信系统的带宽，这将会降低计算机信息的处理速度。图片压缩分割存储方式，降低了大量图纸占用存储器空间、提高了计算机处理速度。主要包括下述四个步骤：

第一步是进行图片格式的压缩，由TIF到JPG格式的转化。图像首先经过格式转化，根据不同的格式规范压缩至固定的倍率。采用批处理技术将TIF文件转化为JPG。在Photoshop定义的80%的图像品质下，图像存储容量是原图的0.2倍。

第二步是进行图片分割，经过格式转化后的图纸，采用图片分割技术，将图像按标准划分为大小相同的图块。

第三步是自动化去除纹理技术，将分割后的图块进行鉴别，辨别出哪些是有用的，哪些是不带任何信息的纹理;使用计算机图形识别算法，取出不带任何图纸信息的空白区域。

第四步是分割存储技术，将有用的图块进行存储。将提取的有用图块自动化命名，并存储每个有用图块所在的位置。根据统计，使用10像素的分割尺寸，图像存储空间可以达到原图的0.1倍。

3.3 舱内虚拟维修技术

虚拟维修是以计算机技术与虚拟现实技术为基础，在由计算机生成的虚拟场景中，通过驱动人体模型来完成整个维修过程的综合性仿真技术。

通过在计算机上模拟某型舰船舱内三维虚拟环境，使用户能浏览并进行交互性操作，以体验真实维修场景。运用虚拟维修技术演示典型故障的维修过程及工艺，并可实现自主模拟维修操作。该模块既可让用户学习舱室结构组成、了解设备典型故障的排除方法，又可让用户掌握故障排除过程。具体过程如下所示：

（1）舱室虚拟环境制作。上船拍摄，采集舱室内部环境素材。利用3Dmax软件创建出模拟的舱室环境。

（2）舱室内设备的制作。利用3Dmax软件，将已创建的设备三维模型进行重构，然后按照实船环境对所有设备模型进行空间定位;接着对模型进行贴图绘制和编辑，然后进行材质烘焙，再利用Photoshop等工具，进行美化加工，使得虚拟环境更加逼真。

（3）程序的编写。将3Dmax重建后的设备模型通过Virtools软件导入虚拟舱室环境，利用Virtools软件完成设备的舱内拆装与出舱动画以及手动拆卸与维修。

4 结语

本文以某型舰船为背景，旨在为其装备操作使用和维修保障建立一套基于IETM的装备保障信息化系统，主要对装备的功能结构和维护维修等内容进行层次化编排，以更便捷的方式为用户提供装备使用维修的资料查询、培训学习、故障诊断与维修等技术支持。该系统已成功应用于多条船的综合保障，它的使用显著缩短了保障人员岗前培训时间、较好的解决了该型舰船装备的信息化保障问题。

参考文献

[1] 吴传海.船舶交互式电子技术手册工程化应用研究[J].中国修船，2017，30（1）：32-35.

[2] 朱世松，秦敬辉，杜磊.主战装备综合保障通用型IETM设计[J].装甲兵工程学院学报，2015，29（6）：78-81.

[3] 张晓怀.基于IETM的舰船装备保障信息化系统设计[J].设备管理与维修，2019（4）：8-9.

[4] 雷震，李慶全，何嘉武.基于IETM的武器装备虚拟维修训练系统设计[J].现代电子技术，2015，38（16）：138-140.

[5] 王诗.整船级交互式电子技术手册软件设计[D].唐山：华北理工大学，2018.