航空機載設備線路圖冊類技術資料交互性研究

宋建華，王 正，范加利，高富東

(海軍航空工程學院青島校區,山東 青島 266041)

航空機載設備線路圖冊類技術資料交互性研究

宋建華，王 正，范加利，高富東

(海軍航空工程學院青島校區,山東 青島 266041)

航空機載設備線路圖冊是飛機的重要技術資料之一，對于維修人員理論學習、熟悉掌握實際工作、分析排除設備故障等具有十分重要的作用和現實意義。目前，紙質版或PDF格式的航空機載設備線路圖冊類技術資料受分辨率、可擴展性和改進功能等多種因素的制約，智能性和交互性不強，在實際工作中難以發揮應有的作用。為此，提出了交互式圖形模型，并在該模型的基礎上設計和開發了一套滿足維修人員使用需求的交互式線路維修支持系統。該系統采用饋線數據和電流軌跡模型，實現了線路圖元動態擴展、線路圖冊的快速繪制、饋線數據和電流軌跡腳本高效編輯、線路圖冊的交互式閱讀。實際應用情況表明，所構建的交互式線路維修支持系統有效地提高了一線維修人員編制和查閱線路圖冊的效率。

線路圖冊；饋線數據；交互式電子手冊；S1000D

0 引 言

航空機載設備線路圖冊作為其眾多隨機資料中的一種,在維修人員的理論學習、深層次故障排查中起著重要的支撐作用。隨著設備復雜程度的提高，其線路圖冊越來越龐大和復雜，維修人員的讀圖效率越來越低、讀圖難度越來越高，更有甚者某些圖只有少數線路專家才能讀懂,對維修人員的業務水平提出了更高要求。為克服上述問題，充分發揮線路圖冊深層次排故作用，波音公司等單位在飛機交互式電子技術手冊(IETM)的基礎上對線路圖冊類技術資料的交互性問題進行了研究，比如：制定了WebCGM交互式圖形標準[1-2]；開發了一些實用系統，如波音公司Wiring Illuminator WebTM[3]、DSS公司的P2Trace[4]、CASSIDIAN公司的IETP-X-AT Electric[5]等。上述系統根本的目的是讓靜態電路圖動起來，以提高線路圖的智能性。目前，國內對技術資料的交互性研究主要側重于技術說明書、維修手冊等文本內容為主的IETM上，研究重點放在IETM的規范研究、內容管理、數據處理方法等方面[6-10]；而對機載設備線路圖冊類技術資料的交互性研究還較少，僅停留在理論研究層面，還未出現實用系統[11-13]。

綜上所述，為提高國內航空線路圖冊類技術資料的交互性，在研究分析設計目標和實際功能的基礎上，提出了設計國外自主交互式線路維修支持系統,論述了系統的總體架構及其關鍵技術，并以某飛機線路圖為例進行了實例驗證。

1 系統的設計目標

國內一些商用線路圖繪制軟件只有繪圖功能，只能滿足電路設計人員的要求，而無法滿足維修人員對線路圖冊類技術資料交互性的要求，設計重點是實現一套適合于維修人員使用、交互能力強的線路圖冊類技術資料編制、管理和閱讀于一體的系統，具體目標如下：

(1)實現線路圖冊的交互式閱讀，饋線數據交互式查詢，特別能夠實現特定需求信息顯示；

(2)實現線路圖冊數字化管理，方便后期更改；

(3)實現線路圖冊的信號分析和線路軌跡跟蹤，最好輔助必要的圖片、視頻等媒體介質對插頭和部件進行形象化表示；

(4)線路圖冊編制應符合相關國家標準的要求；

(5)既可獨立運行,也能實現與其他系統(如IETM系統、維修管理系統、航材管理系統)的集成。

2 系統設計方案

2.1架構設計

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。

圖1 系統總體架構

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。

應用層包括交互式線路編制系統和閱讀系統，實現圖冊類技術資料的編制、存儲、管理、交互性查閱和顯示等功能。

2.2功能設計

整個系統由交互式線路編制系統和閱讀系統構成，如圖1所示。其中編制系統主要分為項目管理、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模塊；閱讀系統主要分為線路圖瀏覽、視圖顯示、連接規劃、動態布線、電流軌跡跟蹤、IETM集成等模塊。

2.2.1 編制系統

(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。

(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HB6637-2006(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。

(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。

2.2.2 閱讀系統

(1)查詢單元：提供圖冊和元數據的多種查詢功能，并以相應方式顯示查詢目標的詳細信息。具體包括按機型(項目)/系統進、導線、部件和端口查詢。

(2)連接規劃：提供部件連接關系分析功能，顯示某一部件與其他部件的連接關系，幫助用戶能夠在復雜線路圖中準確查找目標與其他部件之間的連接情況。

(3)視圖顯示：提供元數據圖形化顯示，用于顯示線路圖中的部件及饋線所具有的不同媒體形式(拆裝動畫、結構圖片、文字等)詳細信息。具體包括標準視圖、連接器視圖、實物視圖、功能視圖、屏蔽層視圖、雙絞線視圖等多種視圖。

(4)動態布線：提供按部件和導線進行連接關系分析，實現線路的動態布線。具體表現為系統可動態繪制出某個部件的插頭的某個插針的線路走向，該功能可幫助維修人員迅速定位故障件的插頭和插針號。

(5)電流軌跡跟蹤：提供電流軌跡跟蹤功能，按照線路分析專家生成的預定線路工作原理腳本進行動態展示。例如，當用戶選擇閉合線路圖中某一開關后或工作流程某一步驟，系統將會自動顯示出該開關閉合后或該步驟的電流軌跡并標注。用戶根據標注路線逐一排查，可最終確定故障的位置進行維修。

(6)IETM系統集成：提供同IETM系統集成功能，進一步擴展該系統功能。

3 系統實現關鍵技術

3.1交互式圖形模型

現有的圖形格式均不能滿足線路圖冊交互性的要求,在WebCGM 2.1[1]標準的基礎上設計了交互式圖形模型，如圖2所示。

圖2 交互式圖形模型

該模型共分為五層：元數據、圖形、圖形主體、圖紙和層，具有圖形內部圖元查詢、熱點交互功能、圖元高亮顯示等特點，較好地解決了線路圖的交互性問題。

3.1.1 元數據層

元數據層作為模型的頂層，定義了模型整體結構，分為開始、元數據描述、圖形和結束四部分。元數據描述用于描述模型的頂層元數據，主要包括以下內容：

(1)基本元數據，主要包括名稱、版本、存儲位置等信息；

(2)元數據架構，主要描述導線、部件、端口元數據的結構；

(3)導線元數據，主要描述了所有導線相關的數據信息；

(4)部件元數據，主要主要描述了所有部件相關的數據信息；

(5)端口元數據，主要描述了所有端口相關的數據信息；

(6)腳本元數據，描述了電流軌跡邏輯腳本實例。

3.1.2 圖形層

圖形層描述了模型的主題，主要分為開始、圖形描述、主體和結束四部分。圖形元數據描述了圖形層的元數據，主要包括圖形的目錄結構以及所有圖元(導線、部件、端口)列表。

3.1.3 圖形主體層

圖形主體層描述了圖形主體的組成，主要分為開始、圖紙和結束三部分。

3.1.4 圖紙層

圖紙層代表了線路圖冊的實體，可以是具體的原理圖或接線圖等。主要分為層、部件、端口和導線四部分。而層是由部件、端口和導線組成。

3.2饋線數據模型

饋線數據是線路圖冊類技術資料中圖形的描述數據，也就是交互式圖形模型中的元數據部分。饋線數據共包含導線數據、部件數據、端口數據三類。導線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；端口數據用于線路圖冊之間的交叉引用信息。在借鑒S1000D 4.1[2]標準的基礎上，采用XML文檔的Schema建模方法[14]定義導線、電氣部件和端口三類饋線數據模型，如圖3所示。

圖3 導線數據的Schema架構

由圖3看出，導線數據的根元素為元素，主要包括、、、、，分別定義了導線的順序號、唯一標識號、線路的連接信息和導線信息。

線路標識元素包含導線系統標識元素、線號標識元素和導線子系統標識元素等；導線連接元素包含起始部件元素和結束部件元素；導線元素包含導線型號、導線規格、導線長度、導線顏色等。

3.3電流軌跡建模

電流軌跡模型是對線路工作原理的抽象，是對線路工作過程的動態展示。文中采用Schema建模技術建立電流軌跡模型，其中Schema如圖4所示。

模型的根元素有一個或多個任務元素，任務元素包含一個圖形元素和一個或多個任務元素，圖形元素包含一個或多個元素。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4 電流軌跡的Schema架構

4 實例驗證

以某飛機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”-“交互式閱讀”的流程對整個系統進行驗證，編制和閱讀界面如圖5所示。

圖5 系統主要編輯界面舉例

經測試，系統可以方便擴展系統圖元，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，通過定義元數據可顯示動態布線和電流軌跡跟蹤，提高了線路圖的編制效率和讀圖效率。

5 結束語

國內對線路圖冊類技術資料的交互性研究較少，尚未出現較為實用的系統。針對裝備維修人員的實際需求，設計了交互式線路維修支持系統的總體結構和功能模塊，論述了系統實現的關鍵技術。實際應用表明，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、管理、閱讀的效率和裝備保障的效率，以及線路圖冊的交互性。

目前航空裝備線路圖冊大多是紙質格式或PDF或CAD格式，現有系統僅支持手動重新繪制進行系統需求格式的轉換，當裝備復雜線路圖較多時，系統編制效率還有待提高。因此，如何掃描紙質圖冊并將自動識別生成系統要求的線路圖，如何將CAD圖自動轉化為系統定義的線路圖，是下一步研究的內容，以便進一步提高編制效率。

[1] Web CGM 2.1[EB/OL]. 2010. http://www.w3.org/TR/webcgm21.

[2] International specification for technical publications using a common source database[S].[s.l.]:[s.n.],2012.

[3] Wiringilluminator WebTM[EB/OL].2012.http://www.cdg-now.com/images/uploads/datasheet-WiringIlluminatorWeb-03-2012-edit.pdf.

[4] p2TraceTMoverview[EB/OL].2011.http://www.digitizedschematic.com/wp-content/uploads/2011/02/DSS004-p2 Trace-Insert_v6.pdf.

[5] Eng B,Sterr S.S1000D and wiring data-successfully in operation[EB/OL].2013.https://www.aaig.at/wp-content/uploads/P19-Sebastian-Sterr-S1000D-UF-2013-S1000D-and-Wiring-Data-final.pdf.

[6] 楊天賀.基于S1000D規范的IETM的研究與應用[D].南京:南京航空航天大學,2011.

[7] 朱建山.基于S1000D規范的IETM數據管理系統研究[D].南京:南京航空航天大學,2010.

[8] 楊永建.面向民航設備維護的交互式電子技術手冊系統研究[D].成都:電子科技大學,2009.

[9] 張西山,閆鵬程,孫江生,等.維修保障信息系統的數據處理方法[J].兵工自動化,2011,30(7):93-96.

[10] 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.

[11] 高萬春,張銳麗,吳為團.S1000D下IETM饋線數據研究與應用[J].計算機與現代化,2013(4):232-235.

[12] 朱興動,劉 嘯,李其申.IETM饋線數據模塊的設計與應用[J].計算機與現代化,2013(7):212-216.

[13] 宋建華,劉 嘯,朱興動,等.IETM中饋線數據交互性的研究與應用[J].計算機應用與軟件,2013,30(12):255-257.

[14] 但正剛,李 順.XML高級網絡應用[M].北京:清華大學出版社,2002.

ResearchonInteractivityofAviationEquipmentWiringDataManuals

SONG Jian-hua，WANG Zheng，FAN Jia-li，GAO Fu-dong

(Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Academy,Qingdao 266041,China)

Airborne equipment wiring data manual is one of the important technical data of the aircraft,which has importance and practical significance for maintenance personnel to learning theory,being familiar with the actual work,and troubleshooting the equipment failure.At present,due to any restrict factors,such as the resolution,expandability and improved function,the paper version or PDF format of technical manual data exists the problem of weakness intelligence and interactivity.So it is difficult to play its due role in the actual work.Therefore,the interactive graphic model is introduced.On this basis,the interactive wiring maintenance support system which meets the needs of equipment maintenance personnel is designed and developed.It adopts wiring data and current tracking models,and realizes the circuit element dynamic expansion,wiring manual fast rendering,efficient editing for wiring data and current tracking script,and wiring manual interactive reading.The practical application shows that it can improve the efficiency of authoring and reading wiring data manual.

wiring data manual;wiring data;interactive electronic manual;S1000D

TP319

A

1673-629X(2017)10-0146-05

2016-07-04

2016-11-02 < class="emphasis_bold">網絡出版時間

時間：2017-07-11

國家自然科學基金資助項目(51505491)

宋建華(1978-),男,講師，碩士,研究方向為裝備保障信息化、故障預測與健康管理。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170711.1452.020.html

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.09.031