裝備資源保障知識模型管理平臺研究與設計

陳端迎

（江蘇杰瑞信息科技有限公司，江蘇 連云港 222006）

0 引 言

裝備資源保障信息化理論及相關技術研究開展最早、研究最深的首推美國，經過10多年的努力，美國國防部和海軍制定了一系列通用標準和專用標準，用以指導裝備保障資源模型的開發、應用與實施。近年來，俄羅斯以及日本、韓國、新加坡等國的軍方也積極和開展該項技術的研究與應用。國外著名的廠商及產品：使用美軍標準的有雷神、航天測控等，使用歐洲標準S1000D的較多，有PTC、SiberSafe、Inmedius等。國內最早開始由軍方率先引入綜合后勤保障概念，對裝備資源保障的基本概念、內容形式和應用前景有了初步了解。2008—2009年，總裝備部發布了系列標準，這標志著我軍裝備保障信息化進入了快速發展期。目前，國內一些研究機構、科研院所已經開始著手研究，雖然有一些階段性的成果發布出來，但大多關注針對具體裝備的制作流程和實現方法，對系統通用性、綜合性、制作效率研究較少，且很少關注裝備資源知識的智能交互功能。針對上述情況，本文提出裝備資源保障知識模型管理平臺，能較為全面地改進現有系統弊端，推動國內裝備資源保障知識模型管理平臺的研究與應用。

1 系統研究目標

從現代裝備資源保障的信息化需求出發，利用成熟的計算機技術、數據庫技術，統一規劃設計，以符合安全保密制度和質量管理體系為指導，研究、開發一套裝備資源保障知識模型管理平臺軟件，能夠支持模型的構建和交互式使用，實現裝備資源的數字化、交互式、智能化。將裝備或設備的技術資料、使用手冊、維修手冊等資源信息以多媒體的形式存在并且集中展現給用戶，指導用戶對設備進行操作使用、日常維護、故障檢測及維修排故等工作。

主要研究目標包括：

（1）各種資源的知識模型構建發布平臺：模型原始數據模塊的抽取、組裝、編輯，基于知識主題的數據模型的構建、管理，建立和發布裝備資源知識庫。

（2）知識模型的交互式使用：知識模型的在線瀏覽，移動終端的離線查詢使用，二維圖元、三維仿真的使用和交互，知識庫的全文檢索，基于語音識別的智能交互。

2 系統技術方案

2.1 系統總體架構

裝備資源保障知識模型管理平臺的總體設計思路是建立公共資源知識庫，使用各自獨立的數據單元形式存儲裝備資源知識信息，建立標準的信息交互界面實現對知識信息的統一訪問及控制。數據信息采用可擴展標記語言（XML）描述，實現知識數據存儲與展示業務的分離。數據格式采用標準格式定義，便于接入外部數據，為數據統一交互提供基礎支持，保障裝備知識的信息交互。

系統總體基于Java平臺，采用SOA體系結構架構，采用XML、JSON標準數據交換格式，利用XML WebService和Windows Communication Foundation （WCF）構建Web服務平臺，支持B/S架構下的消息推送，支持業務應用的插件化開發機制。業務應用系統的元數據配置統一存放在基本數據庫中，通過業務基礎平臺進行管理。系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

系統按照內聚性強、耦合性弱的模塊化設計思想進行總體規劃與設計，主要由知識模型建立和發布、交互式使用兩部分組成。將這兩部分劃分為多個子系統，所有子系統的任務來源于項目管理子系統，各用戶依據角色權限執行相應任務。

2.2 業務功能設計

2.2.1 項目管理

項目管理子系統負責裝備項目的建立、修改及裝備知識的基本描述，同時提供知識數據內容的編輯與存儲，實現對項目的總體管控。項目管理子系統作為所有任務的發起、來源，為知識模型構建、信息修改、進程狀態展示、工作流程配置、知識發布、用戶權限管理等知識模型的構建活動進行綜合控制；提供編輯階段產生的數據內容集中存儲，包括技術信息版本控制、信息交換、文檔結構、信息狀態等管理，同時支持所有數據的備份及恢復。

2.2.2 知識模型構建

知識模型構建的主要任務是根據裝備資源保障知識模型管理的業務要求，分解裝備技術資料到最小的顆粒度，將資料通過編輯調整為能夠完整描述裝備能力的知識模塊，形成文字信息的同時可將本裝備知識模塊的相關紙質文件、視頻資料或音頻資料、PPT等，分解加工成符合知識規則的多媒體類材料，鏈接到本知識模塊，形成文字、圖形、音視頻等表現形式齊全的知識模型。知識模型構建同時支持使用三維虛擬技術構建裝備虛擬場景，實現三維知識數據展示及存儲。知識模型構建子系統的主要功能為數據模型建立、編輯、修改，多媒體文件格式轉換、裁剪、存儲。主要特點是支持使用圖形化方式進行知識模型構建，實時更改XML、多媒體對象信息，實現技術細節與操作無關，便捷生成知識數據集合。

2.2.3 知識發布

知識發布子系統主要任務是調用知識模型數據庫中的相關數據模型，依據項目知識的發布模板和樣式，打包裝備保障知識庫中數據模型的所有數據發布并顯示，形成裝備知識產品。主要功能包括知識發布的需求解析，知識結構、發布樣式、知識內容配置，以及裝備資源保障知識的生成。可針對不同的裝備知識結構，制定不同類型的發布樣式，選擇不同的知識模型內容，形成靈活可變、自定義模式的知識發布體系。用戶可根據實際需要自制所需知識。知識發布的模式包括在線和離線兩種，適應于聯網和外場等多種應用場景。

2.2.4 樣式管理

樣式管理子系統主要任務是為知識模型構建和知識發布功能提供樣式文件，知識模型構建和知識發布通過調用樣式文件進行知識內容的配置。樣式管理主要功能是對知識頁面布局、知識段落格式、字體樣式和交互界面設置等。通過樣式管理形成不同風格、面向不同需求的程式化格式，為知識模型的快速構建和知識發布的多樣性、便捷性提供基礎支撐。

2.2.5 模型驗證

模型驗證的主要任務是依據標準審核知識模型，提高知識模型的數據標準化，確保經過裝備資源知識模型管理平臺創作的知識模型符合GJB6600標準要求。知識模型驗證的對象主要是對基于XML格式數據模型和多媒體知識素材的驗證，依據業務規則對數據的有效性、一致性、完整性、安全性和適用性進行驗證。驗證方式提供系統平臺靜默全自動驗證和審核人員半自動核查驗證兩種。

2.2.6 知識模型數據庫

知識模型數據庫主要任務是為所有知識模型、知識素材、發布的知識數據、知識樣式、技術手冊等信息提供存儲與管理。存儲的信息對象均為可被標識與交換的數據信息單元，通過知識模型編號、種類及其他元數據信息進行知識模型搜索，支持以目錄形式進行搜索。知識模型數據庫存儲管理的主要對象是數據模塊、描述數據模塊間關聯關系的文件、數據模塊需求、知識注釋和數據交換說明等信息。

2.2.7 圖庫及多媒體管理

系統按照裝備標準編碼體系（SNS）結構對技術插圖和多媒體進行管理，支持CGM、TIF、JPEG、BMP、GIF等圖像格式和常見的多媒體格式。支持插圖相關屬性的統一管理，支持圖形的上傳、下載及刪除，支持圖形的預覽及引用情況察看，提供圖形的版本管理、狀態管理功能。

2.2.8 工作流管理

工作流是根據業務需要，從管理的角度出發，讓日常工作中所產生的數據資料（包括數據模塊、圖像多媒體文件等）按照預先定義的流程執行，完成分配、編輯、校對、審核、審批等一系列工作。期間需要用戶和部門的各種角色相互協作，遵循工作流的順序共同完成相關工作，從而實現技術資料編制過程中的協同工作和監督管理。

2.2.9 交互式應用

在線瀏覽模式基于Java技術架構，支持Web服務動態數據展現技術，通過讀取用戶權限，在其權限范圍內提供基于Web語義的全文檢索功能，閱讀控制管理支持導航、跳轉，人機交互提供書簽、會話、注解、輸入、警告提示等功能。同時提供語音檢索功能，通過對用戶語音進行識別后，將其轉換為全文檢索關鍵字進行檢索。

離線瀏覽模式即單機瀏覽，將發布好的知識模型通過封裝打包成單機APP，在單機終端或移動設備上安裝后即可查詢使用，對裝備故障診斷與維修、人員培訓等需要現場處理的場景是極大的補充，延展了系統的應用范圍，可支持Windows 7、安卓等主流操作系統。

3 關鍵技術研究

3.1 異構數據知識模型構建技術

裝備資源知識庫模型數據包括：XML數據文件、圖片等多媒體資源文件，其中前者是結構化數據，后者為非結構化數據。對于結構化數據，可以采用結構化編輯器進行編輯，但對于非結構化數據則需要專業的多媒體編輯器。另外，知識庫所定義的數據節點粒度非常細，有些節點獨立編輯起來繁瑣且困難，比如：單元格節點、圖形熱點節點等。針對上述問題，本文采用半結構化數據編輯技術實現數據模塊的制作。整個數據模塊編輯器還是采用結構化方式列出數據節點層次樹，普通節點仍然出現在樹中，但對于單元格節點、圖形熱點節點等不方便直接編輯的節點則融合到上級方便編輯的節點中形成復合節點，然后針對復合節點開發專業的編輯工具進行編輯。

3.2 三維虛擬化的知識智能交互技術

為了實現裝備資源知識模型的交互性并提高使用和培訓效果，采用三維虛擬技術構建裝備模擬場景，可便捷地對裝備模型進行旋轉和縮放，通過鼠標拖拽方式實現模型的交互和動態展示。

（1）使用虛擬場景展示平臺。使用Unity 3D插件進行虛擬場景展現，與其他同類3D技術相比具有多個優點，如文件體積小、圖像逼真形象等。

（2）構建三維模型。在裝備研制過程中現在基本都采用了3D技術參與設計，都采用成熟、標準的軟件系統構建了三維模型，可直接將其導出為Unity3D格式文件，導入本系統使用，對于沒有使用3D技術研制的裝備，則需要針對本裝備進行3D建模后導入。

（3）實現三維交互。構建接口實現裝備知識閱讀器與三維虛擬場景的交互，通過開發接收和發送事件進行信息交互，場景中的節點通過事件的出口和入口進行發出和接收事件。

（4）實現三維模型與資料的聯動。將知識相關的文字、圖片、音頻、視頻等多媒體素材引入三維場景，形象生動地展示裝備結構特征，同時提供知識模型的詳細說明。通過實時注釋和超鏈接方式展示模型資料。

4 結 語

裝備資源保障知識模型管理平臺應用系統主要定位在我國軍工企業、科研院所的企業，適用于國防、航空航天、金融、生產制造、通信等領域，也能用于民用裝備的研制生產企業，適用范圍廣。當前我國處于軍事裝備高速發展的黃金時期，需求量大，而國內市場研制類似軟件產品的企業較少，并且都在起步階段，因此市場前景較大。