交互式电子技术手册技术发展与应用研究-电脑与信息技术

交互式电子技术手册的技术发展与应用研究
吴家菊 , 纪 斌 , 马永起 , 朱行林
（中国工程物理研究院 计算机应用研究所，四川 绵阳 621900）
摘 要：从交互式电子技术手册技术（IETM ）的分类、技术标准、制作工具等方面概括了IETM 技术国内外发展过程。

对不同的文献中有争义的观点做出了正确的解释，对比了美欧IETM 技术标准和国内外IETM 制作工具，分析了武器装备中应用IETM 的意义，介绍了IETM 国内外应用现状，总结了IETM 发展趋势，最后依据我国IETM 研究现状提出了在我国进一步推广应用IETM 的总体建议。

关键词：交互式电子技术手册; S1000D; 技术标准; 分类; 制作工具; 发展趋势
中图分类号:TP391 文献标志码：A
Research on the technology development and application of Interactive Electronic Technical
Manual
WU Jiaju , JI Bin , MA Yongqi , ZHU Xinglin
(Institute of computer application , China Academy of Engineering Physics, Mianyang ,621900, China)
Abstract ：The technique development process of Interactive Electronic Technical Manual(IETM) is summarized from aspects of classification 、technical standard 、authoring tools of IETM. Correct theoretical explanation of the controversial idea in different literatures is given. American technical standard and European technical standard are compared, also national and international making tools are compared. The significance of using IETM in weaponry is analyzed and the Application status of IETM at home and abroad is introduced. Development tendency of IETM is summarized. Finally Based on the study status of IETM , general advice for further application of IETM in China is proposed.
Key words: Interactive Electronic Technical Manual; S1000D; technique standard; classification; authoring tools; development tendency
作者简介：吴家菊(1978—)，女，四川资阳人，高级工程师，硕士生导师，主要从事软件工程与数据库技术方面的研究。

纪斌(1990—)，男，山东潍坊人，在读硕士研究生，主要从事软件工程与数据库技术方面的研究。

交互式电子技术手册（IETM ）[1]
是以数字形式存储，采用文字、图形、表格、音频和视频等形式，以人机交互的方式提供装备的基本原理、操作使用和维修内容的技术出版物。

IETM 作为武器装备现场级维修的重要保障资源，其最大的特点是具有交互性，不同技术手册数据可互操作和共享。

IETM 是数据存储预处理、信息分析和决策等多种技术手段的集成，是一个具有辅助维修、辅助训练、信息查询与浏览等多种功能的综合应用信息系统[2]。

美国军方在20世纪80年代率先提出IETM 的理念，随后成立了由军方、工业部门、政府机构组成的三军IETM 联合工作组，开始全面研究IETM 技术、组织制定军用和商用规范及标准。

2000年，我国赵孟林等学者将IETM 概念引入国内，随后装甲兵工程学院、海军工程大学、海军航空工程学院等单位相关学者将IETM 理念引入我军，对IETM 理念及技术进入深入的分析，大力推
动了我军装备IETM 研究发展与应用[3]。

1 IETM 分类
1.1 美国分类
目前，国际上普遍认可的IETM 分类方式是美军按照IETM 内容存储体系结构、数据格式、显示方式、实现功
能和集成化程度于1994年发布了IETM 五级分类方法[4,5]
,如图1所示。

此种分类标准可以面向实际存在的多元需求，根据装备系统的复杂程度制作不同类别的IETM 。

美国定义的五级分类标准从严格意义来说上并不都是IETM ，文献[6]将第三级划分为ETM 。

IETM 最大的技术特征是具有人机交互性，以此为基础并结合第三级分类的定义和文献[7,8,9,10]，得出第三级属于IETM 的结论。

图1 美国五级IETM 分类
1.2欧洲分类
不同于美军分类方法，S1000D 1.9版本也对IETM进
行了五类划分,详见表1[1,10]。

表1 欧洲IETM分类
分类IETM-L IETM-D IETM-I IETM-H IETM-H
特征线性结
构IETP
面向数据
库IETP
集成结
构IETP
网络化
IETP
基于XML
的IETP
注：S1000D标准中提到的都是IETP，未提及IETM[11]。

1.2IETM行业组织分类
为简化IETM分类，国际IETM标准制定组织主张将IETM分为两类：线性结构IETM和非线性结构IETM[1,12]。

线性结构IETM:包含美国分类方式的1-3级，是面向页面的具有低级功能的IETM。

非线性结构IETM：包含美国分类方式的4-5级，具有较高的技术实现形式和广泛的交互性及诊断能力。

2IETM标准
制定IETM标准的目的有两个[13]：一是提供互用性，以允许系统跨平台进行信息交换；二是提供兼容性，以允许系统在不同版本间进行对话。

2.1 美国IETM标准
美国当前IETM军用标准体系（简称美军标）有:MIL-DTL-87268C[14]、MIL-DTL-87269C[15]、MIL-HDBK-511[16]。

MIL-DTL-87268C《交互式电子技术手册通用内容、风格、格式和用户交互需求》定义了IETM的内容、样式和用户交互性的通用要求。

MIL-DTL-87269C《可修改的交互式电子技术手册数据库》主要规定了IETM数据库元素结构和命名规则。

MIL-HDBK-511《交互式电子技术手册互操作性》为IETM的互操作性定义了技术框架和联合IETM体系结构。

2.2欧洲S1000D标准
1989年，AECMA Spec1000D 1.0版本发布。

随后美国航空航天工业协会（AIA）、欧洲宇航与防务工业协会(ASD)、美国运输协会（ATA）等部门共同合作开发了Spec1000D 的 1.8 至 2.0 版本，并且继续开发以后的版本[17]。

自2.0版本以后，以S1000D重新命名。

S1000D 标准经过多年的发展，目前在全世界范围内已经广泛应用到海陆空防御系统、民用航空、建筑行业以及船舶制造行业等。

S1000D标准最新版本是在2016年12月31日发布的S1000D 4.2[18]，相比于4.1版本，4.2版本有如下主要改动：增加了derivativeClassfication元素和derivativeClassficationRefid属性；元素不再使用(M)、(C)或(O)标记，元素标记信息由XML说明给出；澄清了”company”、”enterprise”、”business organization”、”manufacturer”等元素的用法；在默认BREX中增加了unique ID和引用等。

在未来S1000D 标准的发展中，S1000D 5.0将实现由学习内容、创作环境、SCORM编辑器和CSDB资源组成的工作流环境，S1000D 6.0将实现生命周期中学习S1000D技术信息[19,20]。

目前，包括北约成员国在内的欧洲、美洲、大洋洲和非洲的几十个国家均以S1000D标准为基础制作IETM[21,22]。

2003年中国航空综合技术研究所开始跟踪研究S1000D标准制定的相关事宜，并于2008年以S1000D 标准中国唯一观察员的身份加入了S1000D标准执行委员会。

S1000D标准版本不断更新过程中，有四次影响较为重大的改变： S1000D 2.0版本将美国工业界的需求纳入其中；S1000D 2.2版本成为规范航空、航海、陆地装备技术出版物影响最大的技术标准；S1000D 2.3开始关注民用领域的需求，将其应用领域扩大到民用航空领域；S1000D 3.0版本则全面覆盖了军用、民用、航空、航海和陆地装备的需求。

2.3 国家推荐标准GB/T 24463、国家军用标准GJB6600
中国标准化研究所和装甲兵工程学院合作制定了的IETM国家推荐标准，总装备部电子信息基础部标准化研究中心编制了IETM国家军用标准[23]。

1)GB/T国家推荐标准
GB/T 24463[1,10] IETM国家推荐标准2009年10月15日发布，包括三个部分。

GB/T 24463.1-2009《交互式电子技术手册第1部分：互操作性体系结构》规定了IETM互操作性体系结构要求。

GB/T 24463.2-2009《交互式电子技术手册第2部分：用户界面和功能要求》规定了创作IETM所应遵循的界面与功能要求。

GB/T 24463.3-2009《交互式电子技术手册第3部分：公共源数据库要求》规定了IETM公共源数据库中数据的描述、存储、管理和交换的要求。

2)国家军用标准
GJB6600[1,10] IETM国家军用标准是规范我国军工企业开发IETM的技术文本，包括四个部分，第一部分于2008年10月31日发布，其余三个部分于2009年12月22日发布。

第1部分：总则，规定了IETM的功能、管理、安全保密和安装运行包装方面的要求以及IETM的内容、样式和数据等方面的要求。

第2部分：数据模块编码和信息控制编码，规定了数据模块编码和信息控制编码要求。

第3部分：模式，规定了装备交互式电子技术手册模式的通用层信息和信息层信息要求。

第4部分：数据字典，规定了交互式电子技术手册数据模块数据元素的内涵、格式、属性以及数据项之间的关系。

总体来说，GJB 6600标准是以S1000D标准为基础并结合了一些其他的标准；GB/T 24463标准则参考了S1000D标准以及美军标的相关内容[1,24]。

2.4美欧标准体系比较
两种标准体系都是为了规范IETM的制作、发布、浏览等过程，但两种标准体系侧重点不同，具体在以下方面有所不同：
（1）数据模型不同[25]：美军标采用内容数据模型存储技术信息，包括通用层和特定内容层；S1000D标准采用数据模块存储技术信息，各个数据模块以非层次结构并列存在，各个数据模块之间无信息冗余。

（2）发布形式不同[26]：美军标规定IETM结构为非线性面向对象结构，以美军标为标准制作的4-5级IETM 只能以电子显示方式发布；S1000D标准既支持电子显示发布又支持除视频、音频、动画等多媒体信息之外的全文纸质PDF输出。

（3）应用领域和理念不同[10,27]：美军标主要应用于军用装备，基本不涉及民用装备，更多考虑的是军用装备的特殊性。

其特殊性制约了标准的发展，更新速度比较慢；S1000D标准在发展初期专注于军用装备，但从2.3版本开始涉及民用装备，同时能及时跟踪信息技术发展，这使得其应用越来越广泛，版本更新快。

（4）获取技术数据的方式不同[25]：美军标规定IETM 制作过程中技术信息采集于纸质技术手册，研制IETM 的目的是为了与纸质技术手册相互补充；S1000D标准规定IETM制作过程技术数据来源于设计说明书、各类工程图纸以及各类技术手册，通过注入图片扫描、文字识别等计算机技术将纸质技术手册数字化。

若无纸质的技术手册，这些数据可以直接取自CAD生成的工程数据。

（5）信息结构不同[28]：以美军标为标准制作的IETM 是非线性面向对象结构；以S1000D标准为标准制作的IETM是线性面向文件结构。

3 IETM制作工具
IETM现阶段IETM制作软件工具主要有两类：通用制作软件和专用制作软件。

（1）IETM通用制作软件是指成熟的通用软件，比如数据模块的制作可以用XMLSpy、Corel XMetal等XML 编辑软件，采用Oracle、SQL Server等关系数据库存取数据模块，浏览系统可以使用Myeclipse等开发平台制作。

通用软件是现成可得的，可以节省购买专用软件购买资金但IETM制作过程相对繁琐[29]。

（2）IETM国外专用制作软件主要有美国PTC公司的Arbortext软件、丹麦CORENA公司的LifeSTAR软件、美国雷神公司的AIMSS软件等。

Arbortext软件支持S1000D所有的标准，主要产品是XML编辑器和动态发布工具，涵盖IETM开发制作的全过程，是目前内容管理功效较为全面的一款IETM制作软件。

LifeSTAR软件依据ATA 2200和S1000D标准建立，完全符合航空、航天以及军用领域的内容管理相关方面的规范。

AIMSS软件支持在网络环境下协同创作与浏览，支持对多系统的数据管理和维护，支持数据的导入导出和文本图形的链接功能，但该软件以美军标为基础，不支持S1000D标准[1,10,30]。

（3）国内早期研制的IETM专用制作软件有CEPREI IETM制作软件、装甲兵工程学院的GIAS制作软件等[1,32]。

近年来，随着国内军用和民用领域对IETM需求的不断深化，又出现了许多性能优异的IETM制作软件，如Glaway IETM、IETM Builder等。

Glaway IETM是南京国睿信维软件有限公司开发的具有自主知识产权的国产化IETM制作平台，满足S1000D以及GB/T 24463、GJB 6600标准要求，融合本地化工程实践的系统设计和最新的技术应用，提供了IETM研制所需的完整功能。

IETM Builder是希盟信仿真科技有限公司自主研发的交互式电子技术出版物制作发布管理平台，平台兼容S1000D标准和GJB6600标准，采用项目全生命周期管理模式，并与专家知识库、故障诊断、反馈及通知、业务流程管理、SCORM学习内容管理高度集成。

国外IETM制作软件起步早、技术发展成熟、性能好、功能强并且已得到诸多用户的使用验证，但采用的技术标准版本较老，并且支持的标准不一定与我国IETM标
准兼容，交互功能不好，价格昂贵以及维护和安全性方面欠佳。

国内IETM制作软件符合我国IETM标准并兼容S1000D标准，技术先进、功能和性能满足我军装备保障需求、安全性好、价格低廉，但软件的配套性欠佳、技术发展不够成熟、用户使用量不大，仍需在实践中不断发展与改进。

4 国内外装备IETM应用现状
二十世纪末美国海军率先研发了F- 14A战斗机和F/A- 18战斗机的IETM。

随后,美国空军把F- 16战斗机的纸质技术资料制成了光盘IETM。

目前,美军的大部分武器装备都已采用了IETM,例如E- 6B电子干扰机、F- 22战斗机、E-3望楼预警机、SSN- 21攻击型核潜艇、全球鹰无人机、M1A2主战坦克、F-35联合攻击战斗机等。

目前,美军的IETM技术应用比较成熟，大部分属于比较先进的第四级，少部分开始采用第五级IETM[6,31]。

IETM在欧洲国家武器装备中应用广泛，如英国的鹞式垂直起降战斗机、德国的212型潜艇、法国的戴高乐航空母舰和瑞典的虎式武装直升机等[32]。

我国率先在国防行业开展IETM研制工作，航空工业是其中的典型代表。

2002年，中国航空工业西安飞机工业有限公司使用Adobe Acrobat为“新舟”60客机制作了“MA60飞机技术出版物”并交付民航使用。

沈阳飞机设计研究所使用Arbortext软件制作了某型舰载机的IETM。

工业和信息化部电子第五研究所使用CEPREI IETM 制作了空军某型雷达的IETM。

海军某研究所与有关单位合作，使用基于美军标的国产制作平台，制作了海军某型舰艇的IETM[1]。

5 研制IETM的意义
武器装备纸质技术资料存在着体积大，查询效率低，更新成本高、效率低，难以携带与保存等问题，不能满足现代高科技战场武器装备的维修保障要求。

而IETM 以电子形式显示，可以通过交互方式指导维修人员现场进行故障诊断、隔离，故障排除所需时间少，准确率高，能有效减少由于误操作而带来不必要的损失；通过IETM 中各种二维图片、三维爆炸图以及音频、视频等多媒体信息，能有效降低对维修人员专业技能和维修经验要求，进而缩短培训时间；能从根本上传统纸质技术手册使用过程中存储占用空间大、更新困难和实时性差、使用效率低等问题。

武器装备使用IETM可以大幅地减轻维修保障人员的负担，降低技术资料管理成本，对于提高武器装备保障能力、增强部队战斗力具有重要现实意义。

根据美国国防部统计的数据显示：与纸质技术资料相比，使用IETM可以使查找技术信息的时间缩短50%，信息传递的差错率减少98%，故障排除的正确率提高35%、效率提高30%~60%，故障隔离失误率减少50%、效率提高20%~50%[1,33]。

因此，实现我军装备IETM与装备同步、配套的部署使用，可以显著地提高装备保障信息化水平和装备保障能力，在作战与训练中产生巨大的军事效益。

6 IETM发展趋势
IETM在军用领域的推广应用带来了巨大的军事效益，随着科技的发展高精尖武器装备不断涌现，导致了军用领域对IETM的需求不断深化，因此IETM相关技术也在不断发展。

IETM技术发展趋势总结如下：（1）IETM技术标准趋于国际通用化。

目前S1000D 标准适用范围全面覆盖了军用领域和民用领域，其重点关注如何实现IETM的互操作性和数据模块的标准化。

S1000D标准制定过程中充分吸收了其他相关标准的优点，并且不断发布新的版本对其自身加以完善，以迎合不同领域的不同需求。

随着S1000D标准的持续完善和影响范围不断扩大，有成为国际通用IETM标准的可能。

（2）不断吸收引进新技术。

IETM发展过程也是引入新技术的过程，例如为了增强交互性引入三维立体模型、操作视频等。

未来IETM发展过程中，人工智能、虚拟现实等技术会不断加入到IETM的技术体系中，以增强IETM的交互性、提高IETM的质量。

（3）与SCORM标准融合。

S1000D 4.0增加了对SCORM 标准的支持，S1000D 5.0将实现有学习内容、创作环境、SCORM编辑器和CSDB资源组成的工作流环境。

未来武器装备的学习训练教程制作过程中将可以直接引用IETM 中的数据模块和实体等素材，既能增强技术数据的共享性又能提高技术数据的利用效率。

（4）IETM向智能化方向发展。

当前各国武器装备IETM技术水平集中在第三级和第四级，未来第五级IETM 将与专家系统、智能诊断系统、基于状态维修系统、培训辅助系统等融为一体，实现智能化的IETM。

（5）IETM向民用领域不断延伸。

IETM在军用领域的应用可以带来巨大的军事效益，在民用领域也可以带来经济效益，随着IETM技术的进步发展，IETM在民用领域应用将越来越广泛。

7 对我国进一步推广应用IETM的建议
我国早期的IETM研究局限于特定装备的IETM制作技术，使用的标准不统一。

这些IETM大多功能单一、接口封闭、相互之间兼容性差，因此难以实现技术资料智能化交互和IETM的网络化发展，导致了我军IETM工作的进展缓慢[34]。

随着GB/T 24463和GJB6600 系列标准颁布，我国IETM技术的研究稳步推进，已经逐步形成了几个研究方向：IETM网络化技术研究、IETM标准化技术研究、IETM集成化技术研究、IETM语义化技术研究和IETM并行化技术研究。

这些研究方向分散在军内外科研院所，地域上的分散和安全方面的要求导致这五个研究方向的内容相互重叠和IETM技术体系仍处于自组织状态，尚未形成统一的标准[35]。

在充分认识到
IETM带来的军事效益后，我国积极开展装备IETM的研
究工作，针对当前我国IETM研究现状对国内进一步推广应用IETM给出以下建议：
（1）为IETM的技术研究和产品开发成立专门的机构和研究小组，制定统一的技术标准和产品规范。

IETM 系列标准更新要能充分借鉴吸收国外先进标准，根据我国实际情况持续完善我国IETM系列标准。

（2）加强各IETM研究机构间的联系，研发基于统一标准的IETM制作工具，实现制作工具的自主可控化，既要摆脱对国外制作工具的依赖，又要保证后续的IETM 系统之间的集成和互操作性。

（3）相关部门要制定相关的政策法规，要求研发新的武器装备时以IETM作为其技术资料呈现形式，做到IETM的创作过程与装备研制过程同步，现役装备根据实际情况决定是否将其传统技术资料IETM化。

（4）武器装备研制单位要提交内容编排合理的电子化的武器装备技术资料，或相关部门开发相应的数据采集软件，以能够方便快捷的生成武器装备IETM。

（5）对制作完成并投入使用的IETM要持续跟踪，关注IETM数据适用性维护和管理，解决后期数据更新和维护问题。

（6）持续进行IETM相关技术研究，不断将新技术融入到IETM的制作中，如虚拟现实技术、人工智能技术、远程网络支持技术等。

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