装备资源保障知识模型管理平台研究与设计

陈端迎

（江苏杰瑞信息科技有限公司，江苏 连云港 222006）

0 引 言

装备资源保障信息化理论及相关技术研究开展最早、研究最深的首推美国，经过10多年的努力，美国国防部和海军制定了一系列通用标准和专用标准，用以指导装备保障资源模型的开发、应用与实施。近年来，俄罗斯以及日本、韩国、新加坡等国的军方也积极和开展该项技术的研究与应用。国外著名的厂商及产品：使用美军标准的有雷神、航天测控等，使用欧洲标准S1000D的较多，有PTC、SiberSafe、Inmedius等。国内最早开始由军方率先引入综合后勤保障概念，对装备资源保障的基本概念、内容形式和应用前景有了初步了解。2008—2009年，总装备部发布了系列标准，这标志着我军装备保障信息化进入了快速发展期。目前，国内一些研究机构、科研院所已经开始着手研究，虽然有一些阶段性的成果发布出来，但大多关注针对具体装备的制作流程和实现方法，对系统通用性、综合性、制作效率研究较少，且很少关注装备资源知识的智能交互功能。针对上述情况，本文提出装备资源保障知识模型管理平台，能较为全面地改进现有系统弊端，推动国内装备资源保障知识模型管理平台的研究与应用。

1 系统研究目标

从现代装备资源保障的信息化需求出发，利用成熟的计算机技术、数据库技术，统一规划设计，以符合安全保密制度和质量管理体系为指导，研究、开发一套装备资源保障知识模型管理平台软件，能够支持模型的构建和交互式使用，实现装备资源的数字化、交互式、智能化。将装备或设备的技术资料、使用手册、维修手册等资源信息以多媒体的形式存在并且集中展现给用户，指导用户对设备进行操作使用、日常维护、故障检测及维修排故等工作。

主要研究目标包括：

（1）各种资源的知识模型构建发布平台：模型原始数据模块的抽取、组装、编辑，基于知识主题的数据模型的构建、管理，建立和发布装备资源知识库。

（2）知识模型的交互式使用：知识模型的在线浏览，移动终端的离线查询使用，二维图元、三维仿真的使用和交互，知识库的全文检索，基于语音识别的智能交互。

2 系统技术方案

2.1 系统总体架构

装备资源保障知识模型管理平台的总体设计思路是建立公共资源知识库，使用各自独立的数据单元形式存储装备资源知识信息，建立标准的信息交互界面实现对知识信息的统一访问及控制。数据信息采用可扩展标记语言（XML）描述，实现知识数据存储与展示业务的分离。数据格式采用标准格式定义，便于接入外部数据，为数据统一交互提供基础支持，保障装备知识的信息交互。

系统总体基于Java平台，采用SOA体系结构架构，采用XML、JSON标准数据交换格式，利用XML WebService和Windows Communication Foundation （WCF）构建Web服务平台，支持B/S架构下的消息推送，支持业务应用的插件化开发机制。业务应用系统的元数据配置统一存放在基本数据库中，通过业务基础平台进行管理。系统组成如图1所示。

图1 系统组成框图

系统按照内聚性强、耦合性弱的模块化设计思想进行总体规划与设计，主要由知识模型建立和发布、交互式使用两部分组成。将这两部分划分为多个子系统，所有子系统的任务来源于项目管理子系统，各用户依据角色权限执行相应任务。

2.2 业务功能设计

2.2.1 项目管理

项目管理子系统负责装备项目的建立、修改及装备知识的基本描述，同时提供知识数据内容的编辑与存储，实现对项目的总体管控。项目管理子系统作为所有任务的发起、来源，为知识模型构建、信息修改、进程状态展示、工作流程配置、知识发布、用户权限管理等知识模型的构建活动进行综合控制；提供编辑阶段产生的数据内容集中存储，包括技术信息版本控制、信息交换、文档结构、信息状态等管理，同时支持所有数据的备份及恢复。

2.2.2 知识模型构建

知识模型构建的主要任务是根据装备资源保障知识模型管理的业务要求，分解装备技术资料到最小的颗粒度，将资料通过编辑调整为能够完整描述装备能力的知识模块，形成文字信息的同时可将本装备知识模块的相关纸质文件、视频资料或音频资料、PPT等，分解加工成符合知识规则的多媒体类材料，链接到本知识模块，形成文字、图形、音视频等表现形式齐全的知识模型。知识模型构建同时支持使用三维虚拟技术构建装备虚拟场景，实现三维知识数据展示及存储。知识模型构建子系统的主要功能为数据模型建立、编辑、修改，多媒体文件格式转换、裁剪、存储。主要特点是支持使用图形化方式进行知识模型构建，实时更改XML、多媒体对象信息，实现技术细节与操作无关，便捷生成知识数据集合。

2.2.3 知识发布

知识发布子系统主要任务是调用知识模型数据库中的相关数据模型，依据项目知识的发布模板和样式，打包装备保障知识库中数据模型的所有数据发布并显示，形成装备知识产品。主要功能包括知识发布的需求解析，知识结构、发布样式、知识内容配置，以及装备资源保障知识的生成。可针对不同的装备知识结构，制定不同类型的发布样式，选择不同的知识模型内容，形成灵活可变、自定义模式的知识发布体系。用户可根据实际需要自制所需知识。知识发布的模式包括在线和离线两种，适应于联网和外场等多种应用场景。

2.2.4 样式管理

样式管理子系统主要任务是为知识模型构建和知识发布功能提供样式文件，知识模型构建和知识发布通过调用样式文件进行知识内容的配置。样式管理主要功能是对知识页面布局、知识段落格式、字体样式和交互界面设置等。通过样式管理形成不同风格、面向不同需求的程式化格式，为知识模型的快速构建和知识发布的多样性、便捷性提供基础支撑。

2.2.5 模型验证

模型验证的主要任务是依据标准审核知识模型，提高知识模型的数据标准化，确保经过装备资源知识模型管理平台创作的知识模型符合GJB6600标准要求。知识模型验证的对象主要是对基于XML格式数据模型和多媒体知识素材的验证，依据业务规则对数据的有效性、一致性、完整性、安全性和适用性进行验证。验证方式提供系统平台静默全自动验证和审核人员半自动核查验证两种。

2.2.6 知识模型数据库

知识模型数据库主要任务是为所有知识模型、知识素材、发布的知识数据、知识样式、技术手册等信息提供存储与管理。存储的信息对象均为可被标识与交换的数据信息单元，通过知识模型编号、种类及其他元数据信息进行知识模型搜索，支持以目录形式进行搜索。知识模型数据库存储管理的主要对象是数据模块、描述数据模块间关联关系的文件、数据模块需求、知识注释和数据交换说明等信息。

2.2.7 图库及多媒体管理

系统按照装备标准编码体系（SNS）结构对技术插图和多媒体进行管理，支持CGM、TIF、JPEG、BMP、GIF等图像格式和常见的多媒体格式。支持插图相关属性的统一管理，支持图形的上传、下载及删除，支持图形的预览及引用情况察看，提供图形的版本管理、状态管理功能。

2.2.8 工作流管理

工作流是根据业务需要，从管理的角度出发，让日常工作中所产生的数据资料（包括数据模块、图像多媒体文件等）按照预先定义的流程执行，完成分配、编辑、校对、审核、审批等一系列工作。期间需要用户和部门的各种角色相互协作，遵循工作流的顺序共同完成相关工作，从而实现技术资料编制过程中的协同工作和监督管理。

2.2.9 交互式应用

在线浏览模式基于Java技术架构，支持Web服务动态数据展现技术，通过读取用户权限，在其权限范围内提供基于Web语义的全文检索功能，阅读控制管理支持导航、跳转，人机交互提供书签、会话、注解、输入、警告提示等功能。同时提供语音检索功能，通过对用户语音进行识别后，将其转换为全文检索关键字进行检索。

离线浏览模式即单机浏览，将发布好的知识模型通过封装打包成单机APP，在单机终端或移动设备上安装后即可查询使用，对装备故障诊断与维修、人员培训等需要现场处理的场景是极大的补充，延展了系统的应用范围，可支持Windows 7、安卓等主流操作系统。

3 关键技术研究

3.1 异构数据知识模型构建技术

装备资源知识库模型数据包括：XML数据文件、图片等多媒体资源文件，其中前者是结构化数据，后者为非结构化数据。对于结构化数据，可以采用结构化编辑器进行编辑，但对于非结构化数据则需要专业的多媒体编辑器。另外，知识库所定义的数据节点粒度非常细，有些节点独立编辑起来繁琐且困难，比如：单元格节点、图形热点节点等。针对上述问题，本文采用半结构化数据编辑技术实现数据模块的制作。整个数据模块编辑器还是采用结构化方式列出数据节点层次树，普通节点仍然出现在树中，但对于单元格节点、图形热点节点等不方便直接编辑的节点则融合到上级方便编辑的节点中形成复合节点，然后针对复合节点开发专业的编辑工具进行编辑。

3.2 三维虚拟化的知识智能交互技术

为了实现装备资源知识模型的交互性并提高使用和培训效果，采用三维虚拟技术构建装备模拟场景，可便捷地对装备模型进行旋转和缩放，通过鼠标拖拽方式实现模型的交互和动态展示。

（1）使用虚拟场景展示平台。使用Unity 3D插件进行虚拟场景展现，与其他同类3D技术相比具有多个优点，如文件体积小、图像逼真形象等。

（2）构建三维模型。在装备研制过程中现在基本都采用了3D技术参与设计，都采用成熟、标准的软件系统构建了三维模型，可直接将其导出为Unity3D格式文件，导入本系统使用，对于没有使用3D技术研制的装备，则需要针对本装备进行3D建模后导入。

（3）实现三维交互。构建接口实现装备知识阅读器与三维虚拟场景的交互，通过开发接收和发送事件进行信息交互，场景中的节点通过事件的出口和入口进行发出和接收事件。

（4）实现三维模型与资料的联动。将知识相关的文字、图片、音频、视频等多媒体素材引入三维场景，形象生动地展示装备结构特征，同时提供知识模型的详细说明。通过实时注释和超链接方式展示模型资料。

4 结 语

装备资源保障知识模型管理平台应用系统主要定位在我国军工企业、科研院所的企业，适用于国防、航空航天、金融、生产制造、通信等领域，也能用于民用装备的研制生产企业，适用范围广。当前我国处于军事装备高速发展的黄金时期，需求量大，而国内市场研制类似软件产品的企业较少，并且都在起步阶段，因此市场前景较大。