设备维修信息化中交互式电子技术手册研究

0 引言

设备维修对企业的经营有着巨大的影响，其重要性可比喻为一座冰山，在冰面上可以直接看到的那一小部分代表设备维修，而与设备维修相关的各个方面却隐藏在冰下。随着设备向大型、高速、重载、高精度、自动化、信息化及机电系统一体化方向的迅速发展，对设备的故障诊断、管理与维修提出了更高要求，传统的以维修技术人员为中心的维修方式已经不能适应现代先进设备的维修管理要求。而采用交互式电子技术手册IETM(interactive electronic technical manual)，可以达到培训技术人员、提供维修工作辅助决策专家系统、快速查阅设备维修历史记录和技术性能指标，从而可以明显提高设备维修水平和效率。

1 IETM简介

1.1 IETM的定义

IETM指综合应用了计算机多媒体、数据库和网络等技术的优势，将内容繁杂的操作手册、维修手册等信息，按照有关的标准有机地组织管理起来，并以最优化的方式将文字、表格、图像、工程图形、声音、视频和动画等多种信息形式显示在电子屏幕上，并以交互的方式进行查阅，将维修技术人员或系统操作人员所需的信息，精确地展现在使用者面前，以加速装备使用和保障活动的实施。制作完成的IETM可以存储在CD-ROM光盘上，也可以存放在网络计算机的服务器上，通过台式计算机或便携式计算机查询使用。先进的IETM还综合了专家系统、人工智能、自动诊断、故障隔离以及培训等其它处理过程，并可嵌入便携式维修辅助装置PMA(portable maintenance aids)和自动测试设备中。

1.2 IETM的优点

a)具有交互性：IETM可以被设计成与用户交互，基于用户及时反馈的信息决定下一步显示什么信息。运用这种交互式结构，IETM可以非常有效地引导用户完成一个过程，而纸型技术手册却做不到；

b)小体积、大容量的信息保存：电子文件易于被有效地管理，并节省因囤积大量纸张而浪费的空间。据统计，使用IETM能使电子手册的体积减小到1/53，质量减小到1/148；

c)信息的组织检索和使用方式灵活：IETM在计算机技术的支持下，用数据库、超文本或超媒体的形式进行信息组织和存储，因此提供了非常方便、灵活的信息检索方式。使用IETM，查找所需技术信息的时间减少了50%；

d)媒体信息种类多：传统纸型技术手册只能记载文字、图形、图像等静止媒体信息，而IETM除了上述静止媒体信息外，还能记载声音、音乐、视频图像等动态媒体信息。使用IETM可以使故障排除的正确率提高35%。

目前，IETM最适用于维修手册，它可以将设备所需的有关故障查找与维修方面的全部技术信息集合到数据库中，为用户智能化地提供故障诊断和查找程序，使维修人员在任何需要的时间、场所和地点获得充分的信息支持。

2 IETM主要技术

IETM与普通的多媒体软件(CAI)有很大区别。1)其内部数据结构和外部交互界面必须符合相关的军用(行业、国际)技术标准，不能为了“漂亮美观”而随意设置；2)IETM的显示格式是为故障诊断和维修而优化的，快速的查询和显示是最重要的指标，不能为追求艺术性而使用不必要的多媒体信息；3)IETM必须按照一定流程制作和发布，每一道程序都必须具备严格的权威认证；4)必须具有符合国家标准的安全保密措施。

2.1 IETM标准化

IETM的核心问题是信息共享、产品数据的互操作，而标准是实现信息共享的前提和基本保障。所以，所有的开发工作都必须在相关标准的严格指导下才能进行。如果各单位随意开发自己的标准，那么开发出来的IETM只能是孤立的，毫无互操作性和共享性。

IETM的现有标准，从总体来讲，可分为两大类：军用标准和民用标准。IETM最初由美国军方提出，而且当时也没有现成的IETM通用国际标准，所以在早期的IETM标准中以军用标准为多，即使在目前，IETM的许多标准仍为军用标准。正在实施的IETM标准主要有：

a)MIL-PRF-87268A《交互式电子技术手册通用内容、样式、格式和用户交互要求》：该标准提出了对IETM的一般内容、规格、管理性与系统的基本要求、其次提出了对文字、表格、图形、声音和影像等内容类型及格式的要求，最后是与用户交互的功能要求；

b)MIL-PRF-87269Ａ《可修改的交互式电子技术手册数据库》：该标准提出了对IETM数据库(IETMDB)的需求，主要目的在制定共同的数据规范，使得文字或图形储存于数据库时，能不受软、硬件的限制，即可跨平台进行数据交换。根据MIL-PRF-87269A规范开发的数据库，使用内容数据模型(content data model)来定义技术信息；

c)ASD/AIA S1000D《采用通用资源数据库(CSDB)来创建技术文档的国际标准》：ASD/AIA S1000D是一个采用通用资源数据库———CSDB(common source data base)来创建技术文档的国际标准，可以用它对任何军用或民用的海陆空交通工具和设备制作IETM。它采用了多项ISO国际标准和CALS以及W3C标准，支持标准通用标记语言(SGML)、可扩展标记语言(XML)和计算机图形元文件(CGM)。

2.2 IETM分类

按照IETM内容存储的体系结构、数据格式、显示方式和功能，国际上通常将IETM由低到高分为5级，如表1所示。其中，Class1是最基本、最简单的，而Class5是最先进、具有广泛应用前景的。但受成本和技术难度的限制，目前应用的IETM主要介于Class3和Class4之间。

2.3 IETM制作流程

IETM数据可以直接取自产品的各类CAX(计算机辅助设计、制造、工程等)工程数据，也可通过扫描转换，按照相关标准，将纸质手册和文档数字化，其制作过程如图1所示。IETM数据不同于一般的计算机文件或多媒体数据库，而是把一套文档或手册的信息数据划分成许多信息对象，用SGML/XML将数据标注成中立格式后，将其作为基本信息单元存储在数据库中，相互关联的信息数据按照一定的结构组织，在数据级建立链接和交叉引用。读者阅读时，信息数据可以以文字、表格、图像、图样、声音、视频、动画等多种形式表现，用户可以与计算机交互，信息数据相互参引，具有多种查询和导航功能，显示样式遵循统一标准。若有可能，ITEM可由承包商负责集成，并通过网络向用户提供服务。

3 基于IETM的设备维修信息系统

IETM改变了纸张型技术手册难以直接应用到外场的弊端，可使用PMA、笔记本、手持式或穿戴式便携式计算机，直接在外场获得良好的使用性。

3.1 设备维修信息系统硬件选择

设备维修信息系统在硬件设计上应有很强的通信能力和良好的人机界面，具有体积小、低能耗等特点，PMA正好符合这个要求。PMA是指在维修中采用的现代化自动处理设备，通常包括便携式电子显示设备、便携式维修设备、技术数据读取机/浏览器等。

通过采用PMA，可以使维修人员在工作地点根据维修作业和设备现状，实时地输入维修数据，为多个用户快速地提供可视化资料；使相关人员在作业期间接收详细的技术数据，为自动识别技术和电子化维修手段的普及应用提供远程支持；允许与设备系统进行直接通信，以便于故障的定位。对不具备嵌入式自动故障诊断和预计功能的装备而言，PMA发挥的作用尤其重大。

3.2 设备维修信息系统软件设计

设备维修信息系统软件则采用IETM，将IETM加载到外场使用的PMA上，可大大提高外场技术人员的维修保障能力。

IETM设计包括外观与数据库设计。IETM外观主要是为用户提供交互的手段，包括信息浏览、查询、导航、打印等功能，根据IETM的约定和应用的需要，它的显示界面要遵循统一的标准，即采用标准的Windows显示窗口，包括菜单、弹出式对话框、文本框、图形框和导航按钮等。Class3以上的IETM最关键的交互方式是对话框，用户可以与计算机通过对话的方式，一问一答，逐步深人，引导用户在复杂的故障树结构中寻找到理想的故障隔离途径。工作程序中的危险、警告和注意等提示信息被强制要求以标准和突出的方式显示，以确保工作程序能安全顺利地执行。目前，IETM主要采用基于Web的浏览器外观模式，树状莱单、VR浏览已成为新的交互方式。

在IETM创作过程中，IETM数据库设计是关键。IETM数据库是IETM的源数据，是IETM电子数据链的起始点，因此，IETM数据库必须收集与设备相关的全部数据，并具有以下三个特点：

a)具有可修改能力，以适应设备系统不同寿命阶段技术状态的变化，提供最新的、容易理解的、准确的和详细的技术信息；

b)中立格式，数据对象的内容和格式必须分离定义，以确保不同的IETM显示系统或其它的信息系统能够共享信息资源；

c)标准格式，以确保具有数据交换的能力。IETM数据库一般由关系型数据库来实现，通过将建立的对象模型向关系数据库模式的映射，最终将对象间的关系转化为二维表及表间关系；或利用XML(SGML)的DTD中的数据模型结构，显性或隐性地将其映射成关系数据库的结构，即将XML文档转换成数据库的一个单独的表或者一系列表，然后将元素和属性值填入表格之中。

4 结束语

IETM起源于军方，最初主要用于武器装备之中，经过多年的研究发展，其应用范围已由军事领域向航空运输、航海运输、能源和大型制造等民用领域扩展。开发基于IETM和PMA技术的设备维修信息系统，具有现实与长远的意义。它将有力增强设备维修人员的技术能力，显著提高维修的经济效益。