0 引言

自19世纪80年代开始，IETM技术在国外得到迅速发展，在工程技术研发领域发挥了重要作用。我国也非常重视IETM的规范化发展，从2000年至今，我国军工体系的IETM 技术也取得了明显进步。该技术的重要性在国内得到了广泛认可，国家先后颁布了关于IETM的国标（《GB/T 24463—2009交互式电子技术手册》）^[1]和国军标（《GJB 6600—2009 装备交互式电子技术手册》）^[2]。内蒙古超高压供电局采用IETM技术成功研发应用平台软件，对IETM技术在区内电力系统中的推广应用起到了促进作用。

1 作业指导书常规制作方法存在的问题

作业指导书是指为保证操作过程的质量而制订的说明书，是指导作业者进行标准化作业的规范。作业指导书在保证电力行业的安全生产工作中具有非常重要的作用^[3]，但在作业指导书的设计制作、管理与使用方面均存在不少问题。

1.1 难于统筹管理，工作效率低

编写成套作业指导书时，组织和协调的工作量大，成稿过程慢、更新难。例如，2013年国内某大型电网企业为编写成套的作业指导书范本，组织了近百名熟练技术人员开展工作，整个过程耗时近1 a，而最终评审通过率不足30%。

1.2 原始素材获取与维护困难

作业指导书编写过程中，收集、整理素材工作常常占用编制人员大量时间，劳动强度很大。例如，仅仅1个设备插图，其中的设备多角度展示图就很难详细绘制，且形成的成果往往分散在各个班组的专业人员手中，缺乏集中共享管理工具，重用性不强。

1.3 不便于学习掌握

目前的作业指导书多为纸质或静态Word文档，大部分通过文字、表格来描述生产作业的动作流程、完成标准。由于静态图文缺乏互动能力，不够直观形象，难以被初学者理解与记忆，大量的生产作业知识即便是熟练者也难以记忆；使用者只能被动接受，只有通过现场反复观摩、实际操作才能逐渐理解和掌握。

1.4 更新工作滞后

由于作业指导书缺乏集中共享的管理工具，一旦相关设备的生产作业资料变更、调整，势必导致已经发布的作业指导书难以及时更新，也无法保证所有相关部门、人员都能迅速获取到相应的版本资料，很可能造成运维检修上的安全生产隐患。鉴于此开发变电设备互动式三维作业指导书制作与综合管理维护平台（以下简称为制作平台），使传统作业指导书具备更强的三维展示能力，并使得作业指导书模块能够被集中管理共享，实现加强变电检修知识积累传承、提高经验知识应用、增强标准化作业管理的目的。

2 设计方案 2.1 设计思路

结合IETM（Interactive Electronic TechnicalManual，交互式电子手册），利用三维交互技术（3DInteraction Technique），降低编制工作强度，提高工作效率与工作质量，共享各类素材与设备模型，并以更直观有效的交互式三维动画来增强作业指导书的易理解、易使用效果^[4-6]。

2.2 系统架构

制作平台的总体架构示意图如图 1。从最终应用角度来看，制作平台总体可划分为内容管理、编辑创作、出版发布、离线阅读4个子系统。而支撑各子系统功能的主要模块可划分为设备树（编码）管理、数据模块编辑与审核、多媒体集成、数据模块导入/导出、离线阅读、业务规则定义、数据格式定义与校验、用户角色与权限管理等11个功能模块。

这些按照S1000D等IETM标准规范集设计的功能模块共同协作，支撑用户完成组织管理基础的图、文、音像资料的编辑、存储、共享及发布。制作平台的用户通过编辑创作界面进行作业指导书模块的制作、审阅，将其存放在通用资源数据库中。通过出版发布可选择不同的模块组合，集成为可独立的作业指导书成果，客户可以通过在线/离线浏览功能阅读、使用最终成果。

2.3 物理部署

制作平台的物理部署与使用流程见图 2所示。

2.3.1 编辑创作子系统

编辑创作子系统布置在专用服务器上，技术专家通过远程客户端来完成作业指导书创作功能，进行作业指导书的结构设计、篇章内容编写、表格图文的热点编辑与关联、变电设备三维动画的管理与引用等。管理层可通过平台的浏览、审核功能了解在编成果，查阅各个内容模块的工作进展情况，并对成果进行审核，批准最终的版本发布。

2.3.2 内容管理子系统

内容管理子系统布置在专用服务器上，完成对各种素材的统一管理与维护，提供诸如注册、注销、标注、修订、关联等操作，支持技术专家进行素材审核、编撰维护；对文件数据格式进行校验和必要的组织；对独立的内容模块进行自动编码维护等。

2.3.3 成果发布子系统

成果发布子系统布置在专用服务器上，在授权范围下，通过对材料的组织选择，将需要独立使用的作业指导书成果以目录大纲形式加以引用和集成，形成可在移动终端上独立于服务平台使用的作业指导书成果数据包。

2.3.4 离线阅读子系统

离线阅读子系统布置在移动终端上，导入成果发布子系统创建的作业指导书数据包，通过安全账号认证后，可供使用者独立使用交互式三维作业指导书成果。最终用户可对成果内容进行意见标注，并反馈至内容管理子系统中暂存，作为以后修订与完善的依据。

2.3.5 在线浏览子系统

在线浏览子系统可布置在PC机、笔记本电脑及各种移动终端（主要是平板电脑或手机等），主要支持HTML规范的浏览器软件，以及支持各种媒体影音格式的播放器插件。客户在得到授权的情况下，可通过网络使用在线浏览模块查阅专用服务器上已经发布的作业指导书成果。

2.3.6 其他部分

通用资源数据库等其他部分在数据规模不大的情况下，可与4个子系统一起布置在专用服务器上；在数据规模较大的情况下，为了保证性能也可单独配置1台数据库服务器。

2.4 技术开发方法 2.4.1 基于成熟的IETM核心模块进行二次开发

目前国内军工、船舶行业广泛应用的IETM平台软件中，国外产品占了大多数，成熟产品主要有雷神、SiberLogic、PTC等。国内厂商则主要集中于军工领域，主要包括飞机船舶制造、航天测控等大型公司。

若重新研发1个完整的、符合IETM标准的作业指导书创作平台，研发难度大、投入多。经比选最终选择了中国航空工业集团公司的CAPE-IETM工具模块集作为研发平台，根据检修业务的具体要求，进行制作平台软件的研发，可有效降低项目的研发风险。

2.4.2 使用交互式三维技术增强成果可视化效果

为了增强直观表现能力与交互效果，在传统作业指导书基础上，采用网页内嵌VRML规范的三维交互动画，以直观表现设备检修等生产操作工序。具体工作如下。

2.4.2.1 设备建模

遵循实用够用、简洁直观两大原则，对需要表现操作流程及作业工序的变电设备进行部件级的准确建模，并进行必要的精简，形成三维模型数据文件。图 3为构建的LW13-550型高压断路器的三维数字模型^[7]。

2.4.2.2 动画制作

将三维模型数据文件转换为标准的WRL格式，用交互式动画工具按照作业流程，分别制作相互独立的检修作业动画片段，形成可暂停、可调整观察角度、可随意缩放的作业指导书动画文件^[8-10]。LW13-550型高压断路器充气作业过程动画截图如图 4所示。

2.4.2.3 后期封装

将作业指导书转换为工序表格模式，并和相应的作业指导书动画文件进行匹配，按照工序步骤快速拼接，形成工序步骤与动画画面逐一对应的增强型交互式三维作业指导书。图 5为LW13-550型高压断路器充气作业指导书交互三维版截图。

3 主要功能介绍 3.1 设备层次结构树维护

该功能完成以变电站为根节点的设备层次树构建与维护。同时，结合具体业务特点，每个树节点按照IETM 相关规范被赋予1 个特定的编码^[11]。与该节点相关的所有作业指导书模块、图文动画等素材都会被自动关联到该编码上，便于将来进行内部关联与自动检索。设备树的生长可遵循设备层次级别，也可按照业务需求构建，或是两者综合运用。图 6为设备层次结构树创建与维护界面。

3.2 数据模块编辑与审核

现有的作业指导书按照S1000D要求的XML语法进行格式化，形成更为独立的作业指导书数据模块（DM），以便将来能迅速与其他模块合并，形成具有更广泛意义的文档。每个数据模块均挂接在设备层次结构树的某个节点上，以便获取对应的DM编码。如LW13-550型高压断路器的“SF6充气作业指导书”模块，挂接在“500 kV 变电站→断路器→LW13-550 断路器”这一节点下，并获得“LW13550-A-07-10-02-00A”这一编码，用于唯一标志“SF6充气作业指导书”数据模块。数据模块编辑主界面截图如图 7所示。

数据模块的编辑界面中还提供了诸多快捷功能，包括数据模块内容预览，XML语法智能检查与错误定位，表格与公式符号制作，图文数据交叉引用，数据模块签入、签出（版本控制），其他数据模块引用及版本核对等。

3.3 多媒体素材管理

该功能模块能够将各类图、文、三维模型、动画、音视频等资料素材进行统一集中存储，并且将素材与设备层次结构树建立联系，便于快速查找定位、引用，同时保证数据的唯一性。允许用户自行定义媒体类型，自动分配唯一媒体编码，智能检查被引用与发布状况，浏览与综合查询定位，进行多媒体素材预览与编辑。图 8为多媒体素材查看界面。

3.4 组合发布

对于已经通过编撰审核后的数据模块，即可自由组合形成更多的复合型作业指导书。组合发布功能提供大纲模式的整合发布，用户只需编制大纲引用标题、指明引用哪些数据模块即可。每个发布大纲即可保存为特定的发布方案，在将来数据模块发生变化并通过审核后，供重新发布或调整之用，极大地减轻了创建特定目的作业指导书的难度和工作量，工作效率明显提高，并能保证成果具有非常好的合规性。

组合发布环境中，也提供XML语法检查与错误定位，数据模块查找，引用合法性检查，数据模块版本检查，表格与符号制作等功能。通过语法检查后的发布大纲即可导出所有相关数据模块、多媒体素材，形成1个独立的作业指导书文件包。该文件包由多个文件构成，符合S1000D标准规范，任何支持该相关规范的其他软件均可方便地读取并共享数据，具有良好的可重用性。同时，文件包支持加密口令，防止非授权方访问。

3.5 离线阅读

离线阅读子系统能够识别整合发布子系统创建的作业指导书成果包，并为每1个成果包建立独立的目录，将作业指导书成果包完整导入，形成可供最终用户方便阅读使用的作业指导书。图 9为平板电脑上的离线阅读界面。

3.6 其他基础支撑功能

其他基础支撑功能模块主要完成系统软件的相关参数设置、用户角色及权限分配、数据模块版本管理、数据备份与导入导出等，以及对基础数据与规范进行管理维护，如数据类型、数据模块规则、业务规则、语法规则、校验规则、导入导出规则、行业术语定义、元数据定义等功能。

4 技术特点 4.1 交互式三维技术与作业指导书相结合

本项目应用了交互式三维技术，采用CATIA、Solidworks等CAD软件创建了变电设备的三维数据模型。完成数字化建模后，陆续进行了VRML标准格式转换与优化，使得最终的三维作业指导书动画能够在Web页面上运行，加载速度快，用户操作交互流畅。交互式三维作业指导书独立性很强，对电脑性能要求不高，很容易为其他系统整合调用。

在具体应用形式上，最终的交互式三维作业指导书为“左文右图”形式，左侧作业工序与右侧作业动画片段实时关联、互动，便于使用者快速定位欲关注的内容。在动画区域中的设备模型成果，能够按观察者的意愿随时调整观察角度、放大局部细节，随意观察设备内部结构，易于使用者理解与学习，大大降低了掌握业务技能、操作过程的难度。

4.2 变电设备快速三维建模方案创新

本项目中对常规的三维数字建模方案进行了改进，在保证建模质量的前提下，大大提高了建模效率。相比常规的设备建模工作，改进方案遵循了以下原则：

（1） 实用够用原则。仅对变电设备涉及检修作业、原理讲解的部分进行三维建模，不需要展开细节的零部件则进行外观式建模。一旦有必要继续展开该零部件内部时，可对该零部件进行进一步细化建模，并替换该零部件外观模型即可，并不影响其他零部件的建模成果。

（2） 简洁直观原则。设备建模工作中不追求设备外观材质的细腻、光泽的逼真、光线阴影变幻等细节。这样既加快了三维建模速度，减轻了后期优化模型数据的难度，又保证了模型数据符合常规标准格式，进一步降低了建模的复杂程度，并使得三维模型数据具备了更好的重用性。

5 应用效果

目前制作平台已经完成了核心功能的开发，并建成了典型高压设备LW13-550型高压断路器零部件级的三维数字模型。在此基础上，已经将多个作业指导书转换为由制作平台统一管理的数据模块，并将几个断路器较为复杂的检修作业指导书转换为交互式三维作业指导书。制作平台能够对现有的数据模块、三维模块、动画进行灵活组织，形成多个模块构成的复合式检修作业指导书、培训教案、课件等，并在局域网内部发布供员工浏览使用，也可单独发布到平板电脑上，供员工学习观摩和反馈意见。

制作平台在内蒙古超高压供电局初步应用后，实现了生产作业指导书的模块化编撰和三维化交互式呈现，有效帮助检修人员完成经验传承、作业指导书的可视化等基础工作。制作平台为生产作业指导书的统一灵活管控提供了良好的技术支撑。