交互式線路編制系統的設計與開發

宋建華，王正，范加利

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

交互式線路編制系統的設計與開發

宋建華，王正，范加利

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041）

針對外軍交互式圖形編制效率低下和裝備維修人員的特定需求，提出了交互式線路編制系統的體系框架，設計了系統的功能模塊，闡述了主要功能模塊的技術實現。實例應用證明，所設計系統具有線路圖元動態擴展特點，實現了線路圖、饋線元數據、原理腳本與手冊發布一體化編制，提高了線路圖冊的編制效率。

線路圖冊；饋線數據；交互式電子手冊

0 引言

飛機線路圖冊是飛機技術資料的重要組成部分，主要用于輔助飛機維修人員進行線路原理培訓、線路檢測和深層次原理故障排查。隨著航空裝備復雜度的提高，線路圖冊無論在數量和復雜度上都發生了巨大的變化，對維修人員的業務水平提出了更高要求。為提高線路圖冊的讀圖效率，降低讀圖難度，外軍提出了交互式圖形的概念，即通過一定格式轉化使得線路圖具有一定的智能性，主要表現在如圖形內部圖元可檢索、具有熱點可交互等特點。外軍在線路圖冊交互性轉換基本流程是：首先將AutoCAD等格式圖形轉換為CGM格式圖形，其次采用PTC IsoDraw等專用軟件進行熱區定義，再次采用文本編制軟件進行熱區元數據的編輯 并進行熱區關聯，最后采用瀏覽器軟件進行圖形閱讀。該流程存在編制效率低、核心數據格式不清晰和瀏覽器軟件無法定制等缺點，使得國內在研究線路圖冊的交互性上存在一定的障礙。為了徹底解決上述問題，本文提出了設計國內自主交互性線路編制系統，首先分析了系統的功能需求，其次設計了系統功能模塊，再次介紹了系統的主要功能模塊實現，最后以某型飛機某子系統線路圖為例進行應用驗證。

1 需求分析

目前國內對線路圖冊類技術資料的交互性研究還比較少，國內一些的商用線路圖繪制軟件僅能滿足繪圖功能，無法滿足裝備維修保障人員對線路圖冊類技術資料交互性的要求。而維修保障人員交互式線路編制要求具體體現在以下幾個方面。

（1）能夠實現拖放式、所見即所得的圖形化編輯 模式，提高編制效率。

（2）由于線路圖冊中部件圖形的不確定性，系統應該具備圖元自定義功能，實現用戶的后期自行擴展。

（3）能夠實現線路圖冊數字化管理，方便后期快捷的更改。

（4）不僅能夠實現線路圖冊本身編制，還能夠關聯圖冊中部件的實物圖片、拆裝視頻以及IETM系統中數據模塊等形象化元素。

（5）能夠實現線路分析專家經驗積累。

（6）線路圖冊編制應能按機型編制、發布、查閱。

（7）線路圖冊編制應符合國軍標和航空工業標準的要求。

2 系統設計

2.1 架構設計

設計的交互式線路維修支持系統的總體架構如圖1所示，分為數據層、服務層和應用層。數據層采用原生XML數據庫和線性存儲相結合的方式來存儲饋線數據，完整保留XML文檔的數據格式，提高了數據組織和管理的效率；服務層包括數據庫訪問服務ADO.NET、圖形控件服務GoDiagram、運行庫dot Framework 4.0和中間件服務；應用層包為交互式線路編制系統，實現圖冊類技術資料的編制、存儲、管理等功能。

圖1 系統總體架構

2.2 功能模塊規劃

系統功能模塊框圖如圖2所示，主要包括項目管理、圖元繪制、饋線數據編輯 、線路圖繪制、圖冊發布和系統管理等內容。

（1）項目管理：提供線路圖冊項目頂層規劃功能。具體包括項目管理、饋線數據結構規劃、手冊系統規劃等功能。

（2）線路圖元繪制：提供圖形化圖元編輯 功能，完成系統圖形自定義擴展。具體包括圖元及其元數據的編輯 和操作（包括新建、修改、保存、剪切、復制、粘貼、刪除、對齊、旋轉等）等功能。系統預含GB/T 4728和HB 6637-2006（航空工業）規范定義的電氣元件。

（3）線路圖繪制：提供線路圖冊的拖放式圖形化繪制功能，用戶可利用預置電氣設備、標準零部件或自定義庫中的預置控件繪制線路圖。具體包括線路圖設計管理、圖紙操作管理（包括新建、打開、保存、刪除、關閉、圖元瀏覽和插入、圖紙預覽等操作）等功能。

（4）饋線數據編制：提供圖形元數據編制功能。具體包括導線、部件和端口數據信息的編制以及電流軌跡跟蹤工作原理腳本編輯 功能。

（5）圖冊發布：提供圖冊的發布功能，系統發布成功后閱讀系統方可瀏覽使用。具體包括手冊結構設計、結構節點同線路圖紙對應管理、圖冊的一鍵發布等功能。

（6）系統管理功能：提供用戶、權限、日志、數據庫訪問以及緩存等管理功能。

3 主要功能設計與實現

3.1 線路圖元繪制模塊

線路圖元繪制模塊是系統的核心，該功能使得設計系統的圖元擴展功能。主要設計思路如下。

（1）對圖元進行了抽象，并定義NodeClass圖元類，類圖見圖3。該類由兩個屬性，一是數據類型為List的RawNode，該屬性包含所有圖形節點列表，用于系統編輯 時使用；二是繼承GoNode的CustomNode，用于圖冊編制圖元實例化，含有數據類型為GoNode代表引腳含義的Pins屬性、數據類型為GoText代表部件名稱的Label屬性以及數據類型為GoN－ode代表部件本體的Body屬性。

（2）在GoDiagram圖形控件和NodeClass圖元類的基礎上，設計了拖放式圖元編輯 界面（圖4）。用戶利用“工具”或“圖庫”提供的圖形工具可完成圖元的繪制。

3.2 線路繪制和饋線數據編制模塊

饋線數據是線路圖冊類技術資料中圖形的描述數據，共包含導線、部件、端口三類元數據。導線元數據用于描述導線的系統、線號、導線的起始部件等信息；部件元數據用于描述部件的件號、功能、數量、控制邏輯、圖示等信息；端口元數據用于線路圖冊之間的交叉引用信息。線路繪制和饋線數據編制模塊完成線路圖及相關元數據的編制，其實現思路如下：

（1）參照S1000D 4.1標準，采用XML文檔的Schema建模方法定義導線、電氣部件和端口三類饋線數據模型（圖5）。

圖2 功能模塊設計

圖3 NodeClass類圖

圖4 圖元繪制模塊界面

圖5 導線數據的Schema架構

（2）對交互式圖形進行抽象，定義了Design交互式圖形類，類圖如圖6所示。該類是圖紙（原理圖、接線圖）、圖紙內部目錄結構、圖元清單、圖元元數據的集合。

（3）在饋線數據Schema模型和Desing類的基礎上設計實現了線路繪制和饋線數據編制界面（圖7）。其中，左側為圖紙繪制區，右側為饋線數據編輯 區。當新插入導線、部件或端口時，將在右側區域自動增加一行對應元數據，當點擊左側區域的部件或導線時，將自動定位到對應元數據行方便用戶進行元數據編輯 。

3.3 電流軌跡腳本編制

圖6 設計圖形類圖

圖7 線路繪制和饋線數據編制界面

電流軌跡腳本是線路工作原理的抽象，是線路工作過程的動態展示，是線路分析專家分析的結果。該模塊可實現專家經驗的積累，主要設計思路如下。

（1）定義電流軌跡腳本Schema模型（圖8）。該模型中根元素有1個或多個任務元素，任務元素包含1個圖形元素< graph>和1個或多個任務元素，圖形元素包含一個或多個< flowlink>元素。其中任務元素表示操作步驟，如“按下某個開關”；表示對應任務下電流流過的導線。

圖8 電流軌跡的Schema架構

（2）在定義了電流軌跡模型的基礎上設計了圖形化的腳本編輯 界面（圖9）。其中，左側為任務編輯 ，右側為對應任務所含有的線路。使用時首次添加任務，其次在右側區域雙擊鼠標添加節點，再次點擊圖紙中對應的線路進行復制操作，最后連接右側區域要連接兩個節點就完成腳本的編寫。

圖9 電流軌跡腳本編寫界面

圖10 出版流程

3.4 圖冊發布

圖冊發布按照用戶的需求定制發布線路圖冊，只有發布成功的圖冊瀏覽器軟件才能使用。該模塊的主要設計思路如下。

（1）設計出版流程（圖10）。在發布過程中，為保證發布過程的完整性和正確性采用事務管理，依次生成出版物信息、目錄節點信息、圖紙導線/部件/端口預選參數、導線/部件/端口元數據信息。

（2）利用RadControls控件設計手冊發布界面（圖11）。用戶首先設計出版物目錄，目錄設計時用戶可以自行創建，也可從系統目錄上拖拽；再次目錄節點同前期繪制的圖紙關聯起來；最后進行一鍵發布即可完成手冊的發布。

4 實例驗證

以某型飛機某子系統的線路圖為例，按照“圖元繪制”—“線路繪制”—“元數據編制”—“電流腳本編制”—“出版發布”的流程對整個系統進行了驗證，如圖12所示。經測試驗證：系統可以方便的擴展系統圖元，通過拖放圖元和拖拽連線快速繪制線路圖，通過預置模板可以方便編輯 元數據，可快速方便的生成手冊。

5 結束語

國內對線路圖冊類技術資料的交互性研究較少，尚未出線路圖、饋線元數據、原理經驗積累與手冊發布與一體的實用系統。本文設計的交互式線路編制系統功能完備、操作方便，可有效地提高裝備維修保障人員的線路圖冊編制和管理效率，便于積累線路專家經驗知識，實際應用證明軍事和經濟效益顯著。

當裝備線路圖冊較多時，僅依靠手動繪制系統編制效率還不是很高。如何利用圖像識別技術將紙質圖冊自動識別并生成系統要求得圖形格式是下一步研究的重點。

圖11 手冊發布界面

圖12 系統主要編輯 界面舉例

［1］朱興動.武器裝備交互式電子技術手冊［M］.北京：國防工業出版社，2009.

［2］朱興動，劉嘯，李其申，等.IETM饋線數據模塊的設計與應用［J］.計算機與現代化，2013（215）：212-215.

〔編輯 凌瑞〕

E953

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.51