交互式电子技术手册

装备保障信息化中的交互式电子技术手册（IETM）研究
1 引言
交互式电子技术手册（IETM-Interactive Electronic Technical
Manual）出现于20世纪90年代，目前已成为美国等许多发达国家所推行的CALS（持续采办与寿命周期保障或光速商务）战略的重要组成部分，也是装备保障信息化技术研究和应用的热点之一。

长期以来，IETM一直受到美国防部和国防工业界的重视，这主要是因为IETM不仅作为一种电子手册，实现了技术手册的数字化，而且它具有交互功能，实现了技术手册的智能化；更为重要的是，IETM的数据格式采用了当前美军和国际通用的成熟标准，从根本上为实现数据的互操作和共享性、实现数据的网络集成化提供了可能。

而这些正是实现装备保障信息化，实现CALS理念的最基本最核心的技术。

2 产生与发展
先进复杂的武器装备，在设计、生产、使用和保障过程中会产生、传递和使用大量的技术信息数据，包括工程图纸、设计说明书、工艺卡、使用手册、培训手册和维修手册等。

这些技术资料和技术手册是武器系统的重要组成部分，是支持使用操作和维护修理的重要工具和资源。

目前，这些技术资料和手册大都仍以纸为存储介质。

1986年美国国防部38个档案馆中存储的工程图纸达2亿多张；导弹驱逐舰Vincennes的维护手册重达23.5吨，携带这些资料将使舰艇吃水深度增加约90毫米；据透露，一套F-16战斗机的技术资料约750000页，每套成本约21300美元；由于重量的原因，一艘潜艇没有办法把全部维修手册随艇携带，以至有些故障必须上岸排除；1940年M26坦克的技术手册只有8000多页，而1980年的M1坦克的技术文档达40000多页，虽然已有少量技术资料和手册实现了数字化，但在数据格式上不能互相兼容，例如，承包商可能使用Lotus的WordPro编辑软件，军方可能只用Microsoft的Word软件，其它可能还有使用Adobe的PDF文件格式。

使用纸介质的技术手册，其后果不仅造成手册本身重量与体积大、造价高，而且其编制周期长、更新困难、使用不便；而不兼容的电子数据格式会造成频繁的数据转换，低效的数据共享和利用。

两者都会延长装备设计生产周期，增加装备的全寿命费用，降低装备的保障能力和战备完好性。

1986年，美国海军中将简姆斯•麦卡尔夫在出席CG-52舰的任命仪式上，发现受过高度专业训练的舰员没有将大量时间用于技术训练，而是象图书
管理员一样用于查找各类维修技术手册，随后对另外三艘水面舰和一艘潜艇的调查再次证实了CG-52上出现的情况；1985年，美国防部启动CALS项目时，就曾将技术信息的数字化、信息交换的标准化作为其重要内容。

1992年，美国国防部面对现实需求，提出开展IETM项目的研究与开发。

经过十多年的努力，美国国防部和海军部制定了一系列通用标准和专用标准，用以指导IETM的开发、应用与实施，并以统一的格式规范IETM的开发质量，使IETM能在不同部门之间、不同计算机平台上互操作，进而实现美三军之间的互操作。

2003年美伊战争，IETM 在各类信息化装备中得到充分应用：在“长弓-阿帕奇”(AH-64D)直升机的数字化维修系统中，在“艾布拉姆斯”主战坦克的数字诊断与预测“工具箱”中，都出现了IETM的身影。

通过IETM可以有效提高故障诊断速度，减少维修人员的工作量，改善维修方法和过程。

韩国军方起先引进美国技术，后来组织专家进行一年多的研究开发，形成了适合本国需要的IETM技术，现已开发出Tmp@pyrux v2.0
IETM制作工具；台湾省军方购买的大量美国武器装备，如陆军M60A3坦克、海军第二代舰艇和空军的F-16战机等，仍使用传统纸型技术手册，因此台“国防部”的中山科学研究院、国防管理学院、华夏科技公司等研究机构深入研究IETM，并进行专题研讨和在院校开设课程；北大西洋公约组织（NATO）在CALS战略的研发方面处于相对的落后局面，但从1998年以来，受美国国防部的影响，NATO积极采取各项步骤，努力推动实施CALS战略，强调以数据格式标准为先导，将IETM作为一种重要的CALS应用技术加以研究。

IETM的先进性是建立在对最新信息技术应用的基础上的，因此随着技术的不断发展，IETM的技术进步出现了两种趋势：一种趋势是IETM与Internet技术相结合。

1998年3月美国海军航空兵的交互式电子技术手册的专家们根据当前Internet技术的发展，提出了基于Web的交互式电子技术手册体系结构，准备作为美国国防部所属单位实现网络集成交互式电子技术手册的标准体系结构。

基于Web的交互式电子技术手册，可以通过Internet或Intranet发布、更新和获取信息，具有广阔的应用前景；另外，随着XML技术的发展，IETM领域正在使用XML作为其数据格式标准。

XML可以根据信息提供者需要，自行扩展，自行定义标记及属性名、结构化地描述内容及其显示方式，具有便于表达描述、便于扩展和便于网络传输等特点。

另一种趋势是IETM与人工智能（AI）技术相结合，今后的IETM集成了人工智能、专家系统和故障隔离功能，能自动进行故障分析和定位提供故障信息和故障修复信息。

目前，美国国防部与国防工业界已经联合制定了新的IETM体系结构
（JIA），作为IETM新的技术指南。

3 技术特点
IETM研究的对象是CALS中所定义的产品技术数据部分，包括产品保障数据和产品定义数据。

所以，它的用户可以是产品的设计人员、生产制造人员和产品保障人员。

在功能上，IETM在CALS基础上进行扩展，不仅强调数据的互操作与共享，更强调数据与用户间的交互。

应该说IETM可以实现CALS理念中关于产品技术数据的数字化、自动化和网络集成化，为建立基于产品的共享数据环境奠定基础。

目前，IETM最适用于维修手册，它可以将装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。

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…）工程数据，也可通过扫描转换，按照CALS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，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存储。

存储时按照有关技术标准规定的中性格式，不依赖于某种特定的软件商品。

读者阅读时，信息数据可以以文字、表格、图像、图纸、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。

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分为5级，各类特点如表1。

五类IETM中，最基本的一种是一级(Class
1)，最先进的是五级(Class
5)。

实际上各类IETM都有自己的特点，有自己的使用对象。

目前，美国很多武器装备配备的IEMT一般属于比较先进的四级。

几乎没有已经投入使用的技术文档和技术手册属于真正的五级。

区别于普通的交互式电子信息产品，它的特点主要体现在：
（1）它以CALS的产品数据标准为基础；
（2）它的内容主要包括产品的设计、图纸、使用、维修等数据；
（3）它通过采用标准化和先进的多媒体技术，实现了更贴近用户、操作非常方便的用户接口；
（4）
它的存储介质具有很强的灵活性，可以是各种类型、容量合适的电子媒体，包括CD-ROM、硬盘、软盘、磁带等，也可以打印为纸张格式；
（5）
由于集成了网络通讯技术，使它具有很强的网络通讯和数据交换能力，保证了其数据内容的实时性和可维护性，因此分布式的信息存储形式成为其一特色；
（6）
由于它在技术上采用了标准化的方案，使得它具有很强的开放性、可互操
作性和部署能力，因此它的应用形式多种多样。

目前IETM可以在台式电脑、笔记本式电脑、穿戴式计算机、嵌入式计算机甚至掌上电脑上使用，也可以在Internet上以Web形式实现。

4 成功案例
4.1 案例1：美国空军F-22战斗机便携式维修辅助装置（PMA）
F-22是美国空军用以代替F-15的第四代战斗机，其综合维修信息系统（IMIS）中包含有一种便携式维修辅助装置（PMA）。

PMA是一台供维修人员带到外场去的经过加固的计算机，它是维修人员与飞机及其各系统的主要接口。

PMA可以运行IETM，通过它可以预订备件，将各种维修工作记录在维修表格中。

该PMA由联信公司（AlliedSignal）研制，重约4.5千克，使用氢化镍电池，使用键盘和功能键进行数据输入，在太阳光下完全可读。

PMA给维修人员带来的最大好处之一是，基于IETM可在PMA上显示一套详细的维修规程，告诉维修人员如何检查和更换某个部件。

这些说明是交互式的，根据在维修工作过程中可能遇到的情况，向维修人员提供不同的信息。

IETM的图形取自用于飞机设计的三维计算机数据库，并被转化成经过简化的二维图，这样便于使用，而且从技术的角度看得更加清楚。

将IETM显示在PMA上，这样就不需要在外场翻阅厚本的技术资料，更改时也省去了烦琐的换页过程。

PMA的工作过程是这样的：维修人员走到飞机跟前，将PMA插到飞机上的一个数据口（位于轮舱和驾驶舱里），由它来接受指令。

维修人员首先用PMA来激励某个系统，进行一次BIT(机内测试)检查，核实故障。

如果维修说明要求打开武器舱的舱门，维修人员就可以通过PMA将舱门打开，而不需要真实进入驾驶舱。

由于PMA是一个电子系统，所以它用的是最新的技术规程资料，并只显示最新的内容。

在飞机旁，维修人员可以先滚动屏幕，浏览整个工作项目，然后完成各个步骤。

如果存有疑问，维修人员可以将PMA图形中的某个部分放大或缩小。

如果维修时需要零部件，可以向“维修控制”部门发一条信息，等他回去取时，零件就准备好了，他再到外场去将零件换上。

该维修工作完成后，PMA就将它记录下来，将信息送到维修控制部门。

通过PMA还可以传送故障、零部件使用情况和消耗品等其他数据。

4.2 案例2：美国陆军“长弓-阿帕奇”(AH-64D)数字化维修系统
“长弓-阿帕奇”直升机(AH-64D)是陆军在此次伊拉克战争中的主战装备，该装备已采用数字化维修系统。

目前AeI公司为此装备开发的数字化维修系统包括：“长弓”综合维修保障系统（LIMSS），交互式电子技术手册（IETM）以及网络化体系结构的"蓝宝石维修管理系统"。

采用数字化维修技术可以减少飞机维修人员的工作量，改善维修方法和
过程；更直接地收集和确定与每一项维修任务有关的人力、备件、工具及时间。

美陆军已授予航空系统国际公司（AeI）一项合同，利用“长弓-阿帕奇”(AH-64D)来演示验证数字化维修技术为陆军带来的益处，合同期限从2002年9月至2004年6月。

4.3 案例3：美陆军主战坦克的数字诊断与预测“工具箱”
在此次伊拉克战争中，美陆军主战坦克装备的信息化技术提高其自我保障能力。

该类装备配备了一种数字诊断与预测“工具箱”，其主要技术就是采用了IETM。

装备使用者可依据最新电子技术手册，对装备进行简单修理；对那些搞不懂的问题，还可以借助数字化通信网，向远在千里之外的专家请教，通过专家指导实现远程修理。

据美军中央司令部新闻会介绍，担负南部主攻任务的美军第3机步师所有的坦克都配备了这种数字化的“工具箱”手册，士兵们往往在战斗间隙参照“工具箱”对坦克进行必要的维护。

同时，五角大楼的后勤专家也通过先进的通信网对前方的士兵进行维修指导，从而减少了机械的故障率，保障了部队的前进速度。

4.4 案例4：美国海军交互式电子技术手册
在1994年，美国一家名为Martin
Marietta的公司，使用超媒体交互式电子文书制作工具，花了将近一年的时间完成美国海军的蒸汽涡轮机维护手册（Gas Turbine
Technical Manual）。

此交互式电子文件手册（Interactive Electronic Technical
Manual-IETM）的每一个计划，都包含了100000页以上的文字和14000个以上图形文件，另外配合声音、影像和动画的多媒体效果，在这之间共动用了20多位专家来完成此一计划。

此计划获得空前的成功，因为它为美国海军节省了18%~44%的机器维修时间，并且減少了50%的训练课程及43%的训练天数。

当前IETM技术在民用领域也有广泛的应用：如Lam
Research公司的交互式服务手册、福特汽车公司的发展服务轨道系统、美国富达投资公司(Fidelity Investment
Company)的“客户程序和专款咨询系统(Procedures Manual/Fund Information System)”等。

5 应用前景
装备保障信息化就是在装备保障领域，以高技术特别是信息技术为支撑，充分利用装备保障信息资源，创新装备保障手段，不断提高装备保障的信息化、智能化水平。

IETM技术集数字化技术、因特网技术和人工智能技术于一体，是新时期实现装备保障信息
化的关键技术之一。

以IETM推动装备保障的数字化和信息化，其所带来的经济效益和对工作效率产生的影响是巨大的。

20世纪90年代初美国防部就将F-16战斗机的750000页技术文档制作成为39片CD-ROM,在其他一些武器系统也积极采用IETM，取得了很好的效益。

据美国国防部在Internet所发布的材料透露，USS
Eisenhower航空母舰由于使用IETM，进度提前18个月，节省8000万美元；SH-60直升机由于使用IETM，每年节省300万美元；美国海军AEGIS作战系统由于使用了IETM每年至少节约100万美元；巡航导弹(Patriot
Missile)由于使用IETM，每年仅纸张节省费用达25万美元。

据统计，使用IETM，可以使生产效率提高70%、失误率50%、查询时间节省50%、复制费用减少70%、重量是原来的1/148、体积是原来的1/53。

美国空军新一代战斗攻击机F/A-22将执行从单机作战到多机联合攻击的综合复杂的空中任务。

为支持该新型空军平台，波音公司和L-3通信公司的链接仿真与训练分部按照合同为美空军研制和生产了F/A-22训练系统。

该训练系统由3个功能单元组成：飞行员训练系统（PTS）；维修训练系统（MTS）；训练系统保障中心（TSSC）。

其实物组成也分3个部分：飞行员与维修人员训练器（模拟器）；教员带领的和学员自定步调的学习课件；电子教室。

其中，多媒体课件和教室采用的都是波音777训练项目中选用的COTS顶尖技术和方法。