船舶维修IETM系统设计
引 言
船舶维修IETM( 交互式电子技术手册)是指应用多媒体、数据库和网络等技术，将船舶设备的图纸资料、三维模型、操作规程、维修规范、故障处置及使用管理等信息，按照有关的标准有机地组织管理起来，以文字、表格、图像、视频及动画等形式将信息显示在屏幕上， 并以人机交互的方式进行查阅，将维修人员或系统操作人员所需的信息，实时地展现在使用者面前。它还可为用户提供智能故障诊断与分析，从而加速装备使用和保障活动的实施。
1 系统功能需求
本文涉及的船舶维修 IETM 系统主要的功能要求如下：
(1) 技术资料集成和检索
以故障检测诊断的基础集成必要的图纸资料、多媒体文件或维修文档等其他交互信息， 使整个维修过程更加人性化，更易于操作；检索功能使用户方便快捷的查询所需维修信息提高了系统的便捷性。
(2) 交互功能
能通过对话框的形式为用户提供有效的交互式维修和辅助维修，能够根据用户要求对特定内容提供特定帮助，也可以基于用户即时反馈的信息决定下一步显示什么信息，有效引导用户完成工作。
(3) 故障诊断功能
根据故障的表征和典型的故障案例分析，系统会给出最优的维修建议，用户可以从中获得有用的维修信息，对维修起到帮助作用。
2 系统设计原则
本文开发的船舶维修IETM系统是基于CWBT的维修管理信息系统。CWBT维修管理系统作为企业管理信息系统的一部分，在系统设计过程中应当遵循以下设计原则：
(1) 整体性原则
在设计过程中贯彻自上而下和整体优化的设计思想，避免数据或功能的重复或遗漏， 注重整体设计和总体性能的优化。
(2) 开放性原则
在系统设计之初应当综合考虑可能出现的各种问题， 如系统更新换代及用户新的需求， 便于系统的修改、扩充。
(3) 实用性原则
尽量避免系统开发过程中重复开发和片面追求高档次硬件设备以及系统开发成功率低、 使用价值不高等问题，将实用性放在首位。
(4) 安全性原则： 数据是信息管理系统得以正常运行的基础，因此数据的安全是整个系统正常运行的保证。设计过程中可以采用成熟的关系型数据库、 确定不同用户使用权限、 备份数据库等方法，确保系统的数据安全。
3 系统运行平台及开发工具
系统运行平台: Microsoft Windows XP Professional Service Pack 3
系统开发工具: Microsoft Visual Studio 2005
系统开发数据库: Microsoft SQL Server 2005
文字处理软件: Microsoft Office 2003
4 系统功能模块设计
船舶维修IETM系统总体框架如图1所示，主要涉及IETM平台创作、IETM 综合数据库开发和数据显示。IETM 系统中的数据主要包括 2 个方面：
(1) 船舶研制阶段 产生的各种形式的工程数据。
(2) 该系统创作阶段为方便用户使用而制作的各种辅助信息，如视频、动画、音频等。 这些信息在进入IETM 数据库之前，都需进行必要的转换，以便系统的调用和管理。
基于上述设计原则，根据模块化设计的思想，系统共设计了 5 大功能模块，系统功能层次图如图 2所示 。
本文仅对系统介绍及浏览模块、 资料查询与检索模块、故障诊断模块做详尽的介绍。
4.1 系统介绍及浏览模块
系统介绍及浏览是对整个系统进行概要性的描述以及浏览船舶设备的基本资料和图纸。 系统介绍及浏览模块包括系统功能指标、工程图浏览和三维模型浏览3 部分。
(1) 系统功能指标
对整个船舶机械维修IETM 系统进行概要性的描述，用户可以查看船舶各大系统的组成及内部设备相互关系，主要性能指标和功能特点。零件信息代号及详细介绍、零件安装位置及图解说明以及备件库存状况都能查看。
(2) 设备图纸浏览
浏览船舶所有机电设备的图纸，可进行放大、缩小和平移等。可直接点击工具栏中的“矢量图”按钮打开矢量图。本系统左下方设计了一个输入窗口，通过输入工程图中相应设备的编号，可自动链接到对应设备的工程图，并可通过工具栏按钮返回主页或上一级。
(3) 三维模型浏览
可直观的显示设备的外形特征、内部构造。并可通过交互式动画、移动零部件等功能动态显示装备的结构关系，从而可帮助舰员直观、快速地了解该设备。通过选择工具栏对应的按钮，可实现旋转、平移、缩放、透明、剖视、移动零部件、播放设备动画以及测量零部件尺寸等功能 。
4.2 资料查询与检索模块
资料查询与检索模块由维修标准查询与检索、技术资料查询与检索和维修记录查询 3 部分组成。
(1) 维修标准查询
维修标准查询模块可方便操作人员查询每个设备的维修标准、工艺和方法。
(2) 技术资料查询
技术资料模块主要包括设备的设计说明书、使用手册、培训手册、维修手册等信息的查询。
(3) 维修记录查询
通过维修记录查询模块，用户可以查看以往的维修记录，对常见的故障可以高效和快速地找出解决的办法，大大提高了维修的便捷 。船舶维修IETM系统检索内容多，数据类型各不相同，如何快速、高效的检索所需信息是系统设计的一个关键。系统设计了以下几种检索技术：
(1) 树型目录检索
根目录列出了船舶的所有大系统，子目录列出其分类或子类。选择某节点后，系统将按该分类条件进行检索。
(2) 按系统、设备名称、图号或编码进行检索打开系统的检索窗口，输入系统或设备名称进行精确或模糊检索。
(3) 复合检索
主要是在一次检索后出现多个检索结果的情况下，进行再次检索。
4.3 故障诊断模块
故障诊断模块由故障诊断案例和维修建议 2 部分组成 。
(1) 故障诊断案例
操作人员可浏览、查询设备故障名称，了解设备常见故障的现象，可能产生的原因以及应采取的维修措施等。当设备出现故障时，可通过查阅系统快速找到故障原因及排除故障的方法。
(2) 维修建议
根据故障的表征以及故障诊断案例的分析， 船舶维修IETM 系统针对故障原因给出最优的维修建议包括维修保养步骤、所要采取的维修工艺等。
5 系统数据库设计
5.1 数据库设计步骤
数据库设计是从用户的数据需求、处理要求及建立数据库的环境条件和其他限制条件出发，把给定应用环境所存在的数据加以合理地组织并逐步抽象成已经选定的某个数据库管理系统能够定义和描述的具体的数据结构的过程 。 数据库设计是建立数据库及其应用系统的核心和基础。数据库设计的好坏将直接影响到系统的运行效率及实现的效果。一般按照规范化的设计方法，数据库设计一般步骤如图 3 所示 。
5.2 系统数据库建模
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。 IETM数据库具有以下 3 个特点：一是具有可修改能力，以适应设备系统不同寿命阶段技术状态的变化；二是中立格式，数据对象的内容和格式必须分离定义， 以确保不同的 IETM 显示系统或其他的信息系统能够共享信息资源; 三是标准格式，确保具有数据交换的能力。
为了更好地存储和检索各种信息，根据实现的功能不同，IETM 系统设计了多类数据库， 用于存储不同类型的信息。考虑到图像文件占用较大的空间，设计时仅将这些文件的地址存入数据库，在调用文件时先检索该文件的地址，再根据地址调用源文件。在对设备进行编码时， 按照 S1000D 标准以及 CWBT 船舶维修保养体系的编码规则，考虑到设备复杂， 由系统、设备到零部件，有时多达6 级，标识一个最基本零件的编码将会很长，所以在设计数据库时，对编码进行了优化，降低了出错概率，同时可保证高效检索 。表 1、表 2是部分数据库表。
此外，考虑到图像链接的实用性和通用性以及编号的重复性，设备和每个部件分别建立一个数据表，把部件的名称作为表的名称，表中的编号对应于该部件矢量图中每个零件的编号，这样就保证了所有零部件和编号的一一对应。通过上面的研究分析，建立如图 4 的数据库系统模型图。
5.3 数据库选择
MS SQL Server 是目前使用最广泛的关系型数据库管理系统( RDBMS ) 之一 。MS SQL Server由Microsoft 公司开发，与 Windows 操作系统紧密集成，是Windows NT/2000 和 Windows 9X 下最适用的数据库系统；其次，SQL Server 是最易于使用的数据库系统， 除了具有良好的用户界面外， Microsoft 提供了多种不同的工具用以帮助创建数据库对象， 调试数据库应用程序， 完成系统管理任务； SQL Server 本身与 Analysis Services 捆绑在一起，既能完成操作性任务，又能实现关键性应用程序。
本系统数据量大，涉及到设备工程图库、三维模型库、故障案例库、维修标准库和技术资料库等。系统数据复杂多样、种类繁多，涉及数十条甚至上百条船舶的成千上万台设备的维修，并且有些数据记录需要保存几个月甚至几年，数据量从几十兆甚至上千兆字节。数据格式种类多，存储结构差别大。因此本系统采用 SQL Server 数据库进行数据管理，一方面能够方便进行数据管理和维护， 另一方面有助于数据在企业局域网或 Internet 的访 ICI 和传输。
6 结语
本文的主要研究内容是在船舶维修编码体系(CWBT) 设备编码原则的基础上，参考 IETM 的开发原则和 S1000D 标准要求， 建立了针对船舶维修领域的 IETM 数据库模型， 设计并建立适合于船舶机械维修 IETM 系统， 维修人员能够通过系统获取与维修有关的技术信息，提高船舶维修效率和可靠性 。
船舶机械维修是一个复杂的过程，与IETM 系统的融合涉及到各个方面，而本文在这方面的研究还不太完善。此外，S1000D 是一个庞大的标准，尽管本文对其进行了一定的研究，但要完全实现该标准，仍有许多问题要解决，需要对 S1000D 在船舶维修领域的应用进行更深入的分析。
