基于IETM 的装备交互式训练研究

1 引言

随着武器装备保障复杂程度和信息化水平的日益提高，装备训练存在着费效比低、训练手段单一、效果不理想等突出问题。 IETM 是借助计算机多媒体、数据库和网络等技术，为改善纸质技术手册的保存、传送和管理，尤其是补充培训功能的不足而产生的，在提高装备与人员培训的效率、效益方面所显现出巨大优越性，是西方发达国家推行持续采办和全寿命周期保障战略(Continuous Acquisition and Life-cycle Support，CALS)的关键技术之一。将 IETM 应用于武器装备特别是复杂系统的模拟训练，提供了一种新的培训、训练手段，能够发挥 IETM 在数据管理、信息组织、知识表达以及强交互性等方面的优势。基于IETM 的装备训练系统是一个向更加以使用人员为中心的电子教室的转变过程，让使用人员对武器装备和使用场景有着直观的感受和真实的操作体验，掌握武器装备正确的使用、维护和修理方法，从而进一步提高部队训练质量，缩短训练周期，节省训练经费，有效地推进模拟训练现代化建设。

2  IETM 技术概述

根据美国国防部颁布的有关 IETM 的政策文件和军用标准的定义， IETM 是一个用于武器系统操作、维修、训练和后勤保障，能够为电子显示系统的终端用户提供精心安排和规格化的交互式视频显示内容的信息包。它能将武器装备全寿命周期内产生、传递和使用的大量技术信息和数据分割成基本的信息单元，按照一定的结构加以组织和存储，并以多种方式满足用户的查询需求，为技术人员提供适时、强交互、高度共享的技术数据、信息支持和操作指导，因此， IETM是一个集资料、数据、信息知识为一体的综合应用信息系统，其主要特点体现在以下三个方面：

(1)多样化的信息组织和表示形式。采用文字、表格、图形、图像、视频、动画及虚拟现实技术等多种形式显示相关信息，为使用者提供详细、生动、易于理解的“电子化”技术资料。

(2)信息元素具有关联性，便于检索。操作人员可通过多种高效的检索途径，方便快捷地从技术资料中获取所需信息，大大提高了技术资料的访问速度和效果。

(3)高度交互性。能够在实际操作过程中，根据用户的输人和响应实时给出操作提示、技术指导和在线帮助。

(4)灵活多样的存储介质和应用形式。可以是多类型大容量的电子媒体，也可以输出纸张型技术资料。既能够在台式计算机、笔记本电脑、可穿戴计算机、嵌入式计算机甚至掌上电脑中使用，也可在因特网或军内信息网上实现。

IETM 技术在装备研制、技术训练、维修及后勤保障等方面都具有较高的应用价值。由于IETM能够对用户的实际操作和维修步骤起到良好的引导作用，即使是缺乏技能和经验的人员也能在 IETM 的帮助下完成操作和维修任务，无形之中可大大消减装备技术培训的内容和训练要求。根据美国国防部统计，对于大型武器系统的技术培训， IETM 能够减少 33%的必修课程和 28%的训练时间，降低受训者知识的遗忘率到达 75%，并大大减少教学设备设施的需求量，在整个装备服役期内产生十分可观的综合效益。目前，IETM 技术除在军用领域获得广泛应用外，还扩展到了工业制造、航空、教育、电信等民用领域，其军用标准规范已经开始向商业标准靠拢。

3  IETM 的发布及发展趋势

传统的培训方式不外乎是开办培训班，对相关人员进行培训。培训采取短期培训方式，使用教材和电子课件，在多媒体教室由施训人员对受训人员进行知识讲授，然后由受训人员在计算机上进行实际操作以巩固所学知识，或者以参观的形式，组织受训人员前往具备创作 IETM 产品的单位，参观 IETM 的实际创作流程。这种培训方式，其本质与传统的课堂教学方式相同，都是以“教”为核心，虽然可以在短时间内取得明显的培训效果，但也存在不少问题。将交互式电子技术手册技术应用于武器装备特别是复杂系统的教学，发挥 IETM 在数据管理、信息组织、知识表达以及强交互性等方面的优势，利用计算机、多媒休和网络技术，建立界面友好且可高度交互的电子信息化教学环境，是提高装备教学现代化建设，提高人才培养质量和教育训练效益的有效途经。

3.1 IETM 的发布过程

IETM 研制是一项较复杂的系统工程，期间涉及众多的技术与环节，需要 IETM 技术标准专家、 IETM创作软件编辑人员、软件及技术标准测试人员、装备领域专家及同权限的 IETM 用户参与。明确客户需要IETM 的种类、内容、表现形式，根据需求信息生成信息集以明确信息的深度和范围，生成需求列表，生成数据模块及相关信息。采用这种方式进行 IETM 制作的关键是确定培训内容的划分粒度与组织规则，即每一个数据模块应该包含多少具体的内容，具备何种功能，数据模块之间的关系应该如何处理。虽然目前已经有很多用于实体产品的培训系统，但都是针对特定的产品而制作，不能完全满足 IETM 交互式训练的需求，因此，需要借鉴已有虚拟培训系统和“E-Learning”的概念。目前，创作 IETM 的标准主要包括 S1000D ， MIL-REF-8726X 系列、MIL-HDBK-511以及相关的国军标。在最新发布的S1000D 4.0 版本中，已经引人了在线学习 E-Learning 和 SCORM(The Sharable Content Object Reference Model) 标准，这表示 IETM 的培训与学习功能己经受到广泛的关注，因此，本文将基于 S1000D 规范，对 IETM 用于交互式训练的设想进行深入的分析与研究。

IETM 中所包含的信息来源于设计说明书、工程图纸、故障手册、使用手册等，此类技术信息可以直接取自 CAD 生成的工程数据，或通过图片扫描、文字识别等计算机技术得到。完整的信息生成过程包括明确手册类型、确定信息集以商定技术信息的用途、范围和深度，根据信息集来确定的信息深度和范围生成数据模块需求列表、编制和出版数据模块。 IETM不是普通的计算机文件或多媒体数据库，而是将一套文档或手册的文本信息划分成许多信息单元，用 XML将数据标注成中立格式，并按照特定结构，存储于数据模块中；将非文本信息如历史资料、插图及多媒体按照规定进行标记编码，存储于单独的文件中。而所有的数据模块、插图及多媒体信息对象均被存储在公共源数据库（CSDB）中，其目的是便于信息的检索、重用等管理。IETM 生成过程如图 1。

3.2 新标准增加了学习型数据模块

S1000D 标准 4.0.1 版增加了学习型数据模块来支持训练信息的发展学习数据模块的模式 Schema 对学习内容进行结构化的分解，并使得结构化的内容能够在课程学习中进行应用。 Schema 仍旧保持了标准S1000D 的 XML 结构的应用。通过维护公共的 S1000D结构，技术信息与支持的学习内容之间的重用成为可能，并且不需要格式上的转换。学习型数据结构用于支持教学设计过程、课程内容和课程评估。学习数据模块分为五种类型，分别为学习计划数据模块、学习浏览数据模块、学习内容数据模块、学习总结数据模块、学习评价数据模块。学习型数据模块分类如图2。

学习计划数据模块是学习数据模块的第一部分，包含一些学习对象的内容，有五个组成部分：课程管理详细资料、需求分析、差距分析、指导设计和技术需求。学习浏览数据模块学习数据模块的第二部分，包含学习对象等一系列内容。学习内容数据模块是学习数据模块的第三部分，包含学习对象等一系列内容。学习总结数据模块是学习数据模块的第四部分，回顾所完成课程的情况。学习评价数据模块是学习数据模块的第五部分，对学习人员完成情况进行总体评估。这五部分学习数据模块为 IETM 用于交互式训练奠定了良好的基础。

3.3 融合SCORM标准

美国 ADL ( Advanced Distributed Learning )组织制定的 SCORM 标准，是目前主流的现代远程教育标准。它能够解决资源共享和互操作性不够完善、网络迷途、不能提供个性化的服务、不同的教学系统之间不兼容等问题。它为远程教育提供了强有力的支持，提供了观于现有标准的可共享、互操作的网络教育模式，对远程教学的发展起到很好的促进作用。按照SCORM 标准，对于同一个教学资源可以在不同的学习管理系统(Learning Management System 以下简称LMS)中执行。同样，对于一个 LMS 也可以使用有不同教学资源提供者提供的教学资源。所谓教学资源(可以理解为课程的电了媒介， SCORM 中称之为 Contents)是在学习活动中所有可以被利用的信息的总和，所谓学习管理系统是指能把不同 Contents 提供者提供的Contents 统一管理，并在本系统中把它们提供给学习者，让学习者可以根据自己的需要随时随地的学习，并能将学习者的学习状态和历史记录反馈给学习者本人从而达到管理学习者学习功能的目的。

SCORM 是个模型，参考了学习导向标准的收集，用于收集、描述和应用学习内容。 SCORM 不明确课程内容或者数据格式。这些技术可以以任何一个学习主题或者数据格式进行。 S1000D是一个标记规范，以技术学习内容填补了 SCORM 的数据标准空白。

S1000D 与 SCORM 以一种相同的方式进行合作，其他文件格式与 SCORM 进行合作。SCORM 最基本的功能就是引用任何格式的文档来发布应用于学习管理系统的内容包。 S1000D 中的数据模块的划分，能为Contents 提供统一的数据规范，两者相结合能够发挥IETM 在训练方面的作用，为 IETM 用于交互式训练提供了指导作用。

4  IETM 在交互式训练中应用的技术方案

现阶段随着科技和信息的飞速发展，装备更新换代速度不断加快，交互式训练能够大大缩短部队熟练掌握装备的时间。因为更新换代的时间不同也使得部队装备的差异化，给部队交互式训练带来了难题。根据部队装备的实际情况，现将 IETM 应用于交互式训练的方式分为两种情况：一、独立性交互式训练系统，IETM 与一定的训练应用系统相互独立，而仅仅作为训练应用系统的数据源，为其提供装备技术信息和数据，供训练中有选择性地使用；二、集成式交互式训练系统，其特点是建立一个涵盖装备操作、维修、训练等多个领域技术信息的结构化IETM综合数据库。使IETM 数据与训练用技术数据有效地集成为一体。可根据用户的请求对其中的信息和数据进行剪裁、封装，形成不同用途的 IETM 浏览包传递培训技术信息。图3 是 IETM 用于辅助训练的示意图。

对于已经列装的装备和那些不太复杂的装备，由于其所含的技术信息量不大，信息更新不频繁，对信息组织的要求不高，操作、维修也相对容易，可以采用独立式方案，开发文档型的IETM，在使技术手册达到辅助训练的基本要求的基础上节省开发费用，缩短开发周期。 再将成型的 IETM 产品通过专用接口与训练应用系统连接，彼此交换技术数据和相关软件， 以此达到辅助训练的目的。对于规模大、配置繁杂、技术含量高的大型复杂武器系统，如果其技术数据和信息的数量很大，更新周期较短，且包含许多动态过程数据，操作、维修过程比较复杂， 要求较高， 技术培训的难度较大，则通常选用集成式交互式训练系统。

分析装备训练的环境条件。实施装备训练的环境条件人体可分为两种：即集中同步式电了化训练环境和异步远程训练环境。训练环境不同对支持训练的IETM 的功能要求也有很大差别。集中同步式训练环境下教员围绕预定的训练目标，有针对性地选择IETM 数据和信息或基于 IETM 源数据库开发的培训技术资料辅助训练，来确定它们在何时、以何种方式传授给学员，以达到最佳的训练效果。由于教员对整个训练过程起到了良好的引导和监控作用，对 IETM本身的功能性要求不高，可采用独立式交互式训练系统。异步远程训练环境下，学员基本上自主完成训练过程.结合自己的工作和学习基础自行制订学习计划。在训练中更多地依赖于这些培训技术资料和 IETM 的指导，对资料和 IETM 的交互性和智能性要求较高。特别是对于复杂且有一定危险性的装备训练项目，必须借助 IETM 的工作帮助和警告、提示信息来完成，因此该类环境下应采用集成式交互式训练系统。

5 结束语

IETM 的交互式训练推广应用，作为影响装备体系信息化建设进程的一项重要内容，涉及面广，工作量大，急需大量懂理论、懂技术的 IETM 专门人才，由于我国的现实情况，决定了在人才数量和质量上供不应求的不利局面。为了促进 IETM 在装备领域的广泛应用和发展，必须通过专门的培训来解决人才供需矛盾，但鉴于传统培训方式在培训效果和持续培训方面存在的缺陷和不足，必须寻求更加合理的思路指导IETM 推广应用中的人才培训工作。本文从 IETM 强大的辅助训练功能和模块化的处理方式出发，借鉴普通装备 IETM 的工作原理提出了基于 IETM 的交互式训练系统的设想，并对该交互式训练系统的基本构成及所具备的功能进行了分析，目的是为了后续的 IETM推广应用工程中的人才培训工作提供一种新的方法，提高培训效率，加快 IETM 在交互式训练方面的发展。