標準可視化方法及實踐綜述

尹玉梅 谷瀚天 郭晉媛 朱欣

（1 北京空間科技信息研究所，北京，100094；2 中國空間技術研究院，北京，100094）

引言

標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是國家治理體系和治理能力現代化的基礎性制度。習近平總書記在致第39 屆國際標準化組織（ISO）大會賀信中指出：“伴隨著經濟全球化深入發展，標準化在便利經貿往來、支撐產業發展、促進科技進步、規范社會治理中的作用日益凸顯”[1]。標準可視化是以一種形象、直觀的方式將標準文本內容進行展示或操作演示的過程，可包括圖形、動畫、聲音、圖像等多種因素。標準可視化的重要作用是便于對標準內容的理解和應用。本文基于可視化含義及其發展，結合標準特點，提出標準可視化目的。同時闡述了標準可視化常見方法，以及國內外標準可視化實踐；最后對標準可視化方法應用提出建議，為后續開展標準可視化工作提供參考。

1 標準可視化含義

傳統意義上的可視化是指將非具象化的事物，通過一定的方式形象化，通過人的視覺感知形式呈現[2]。伴隨時間和技術的發展，可視化先后由科學計算可視化、數據可視化、信息可視化等，發展到了到知識可視化的階段。

1.1 科學計算可視化

科學計算可視化主要研究如何將數值及圖像等科學數據，轉變成可視的圖形和圖像，即把科學數據轉換成直觀信息?？茖W計算可視化作為一門學科主要涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計、人機接口技術和信號處理等知識領域[2]。

1.2 數據可視化

數據可視化以統計工具為基礎，通過柱狀圖、餅圖、散點圖或直方圖等呈現方式，為研究者提供快捷、方便、高效的數據形象表達，并輔助開展演示文檔、工作報表數據分析的新興科學技術，具有直觀展示、形象表達等優點[3]。

1.3 信息可視化

信息可視化通過圖像、圖形、地圖、動畫等生動的手法，用一種人們更易于理解的方式把復雜數據呈現出來，幫助人們探索數據背后的規律和模式。隨著數據可視化技術的提升，人類還可以利用圖像進一步在邏輯思維的基礎上提升創造力和空間想象能力，更好地洞察數據間隱藏的關系和規律[4]。因此，信息可視化是一個跨學科的新興領域。通過信息可視化的實施，可以將大規模非數值型信息資源的以視覺方式呈現。例如軟件工程領域，已出現多種成熟的信息可視化方法和工具，將軟件開發涉及的文件或程序代碼利用圖形圖像技術與方法呈現，從而輔助軟件開發與測試人員理解和分析相關數據。

1.4 知識可視化

知識可視化的實施以統計工具為基礎，依托現代計算機技術，達到簡化知識單元結構，實現將知識結構關系可視化的一種方法和技術[5]。知識可視化主要聚焦在知識的產生和傳遞過程中，強調通過構建和傳遞復雜見解時，通過圖解方法，將抽象的表達具象化。知識可視化的概念首先由MartinJ.Eppler 和RemoA.Burkhard 提出，并在教育行業得到了率先認可和推廣應用。目前知識可視化已經在科學計量、社會網絡分析、網絡計量、專利地圖、文獻分析與共被引關系分析、語義分析、主成分分析等各個科學技術領域。

1.5 標準可視化

通過上述可視化定義以及科學計算可視化、數據可視化、信息可視化、知識可視化等含義分析，結合標準行業特點，本文中給出標準可視化定義：在可視化技術發展的基礎上，將標準文獻中以文字形式承載的數據、信息、知識，通過一定技術手段轉換為聲音、圖像、圖形等直觀表達形式，從而以提升人們認知水平的過程。

2 標準可視化目的

按照GB/T 1.1—2020 中給出的定義，傳統標準主要以文件的形式存在。隨著科學技術發展，標準的應用場景也發生了變化，將標準可視化的目的主要基于以下幾點。

a）服務標準宣傳、宣貫和學習，進而促進標準貫徹實施。標準宣貫是標準化工作的重要組成部分。標準可視化作為標準宣貫培訓的創新手段，將標準文本數據以更加立體、生動的方式呈現出來，將靜態的文字以動態的過程演繹出來。通過將傳統宣貫教材以立體化的方式呈現，對標準中的每一個條款都用動作或動畫配合專家講解來直觀、形象的體現，從而對標準宣貫對象形成聲光影等全方位刺激，使使用人員看后對標準條款一目了然，從而實現標準“教學做”一體化推進，提高標準貫徹實施效率。

b）進行標準特征規律研究。將標準數據進行分析，并以直觀的形式進行展現，發現和總結內在特征規律或標準間關聯信息。

c）將標準內容仿真應用，提高工作效率。通過仿真的手段，將標準文本從“無形”變為“有形”，再現、復現標準應用場景和要求，并對標準內容進行演示操作，進一步提高工作效率。

3 標準可視化常見方法

標準可視化相關工作主要包括以下幾類。

a）基于一份標準內容制作標準視頻，將標準技術內容全過程體現。例如，遼寧省質量技術監督局以“農業標準化視頻”專欄形式在其官方網站提供農產品生產技術規程相關視頻，加快農產品生產技術廣泛傳播以及相關標準內容的宣貫普及[6]。

b）針對多份標準，將標準文本熱詞、起草人、起草單位以及規范性引用文件的關系進行圖形展示?！稑藴蚀髷祿嵺`——可視化展現》[7]中給出了大數據可視化的內涵，并結合大數據相關標準的技術內容，選擇了網絡圖可視化、文本可視化以及時空可視化作為標準大數據可視化分析的研究重點，并選擇熱詞分析、起草人和起草單位網絡關系以及起草單位分布圖作為試點，實踐了標準大數據的可視化?！痘谥R圖譜的標準文獻分析》[8]進一步對標準中“前言”（包括標準起草人、起到單位的信息）和“規范性引用文件”（包括標準中引用的各類標準）進行特征分析，從中提取相應實體及實體間的語義關系，旨在構建標準文獻的知識圖譜?；谠搱D譜可清晰地解析標準之間的深層關系，獲得一些人工很難得出的語義信息，有助于標準文獻知識的充分利用?！秶沂称钒踩珮藴蕡D譜的構建及關聯性分析》[9]針對食品安全類標準的內容與各個標準彼此之間的引用關系，借助知識圖譜技術進行內容抽取與相關性分析，實現食品安全標準的圖譜化，系統地研究食品安全標準的內容與結構。

c）將實體、標準化要素、標準三者進行結合，建立一定的關聯關系，形成相應的標準知識圖譜?！堆b備—標準知識圖譜的過程建模研究》[10]中通過模型仿真方法，將裝備、標準化要素和標準三者相關聯，梳理了裝備、裝備組件/模塊、標準文檔、標準章條以及標準化要素之間的復雜關系?；趯嶓w之間的關聯關系，建立了裝備—標準知識圖譜，實現了從任一實體出發能夠快速檢索和定位與此實體相關聯的各類標準要素，解決了標準知識圖譜的標準要素結構化關聯的基礎性問題。

d）依托仿真技術手段，開展標準可視化典型應用。美國NASA 將虛擬仿真技術應用在哈勃望遠鏡項目，建立了哈勃望遠鏡虛擬維修與裝配系統，將維修操作相關的標準內容直接嵌入系統框架，以虛擬維修操作場景實現標準內容可視化。該系統成功解決了哈勃望遠鏡在軌維修的數字孿生與可實施性仿真問題，并成為維修性相關標準與指南可實施性的重要驗證方法之一。該系統可以模擬哈勃望遠鏡在太空中的運行情況，并輔助航天員利用該系統掌握在太空中開展的哈勃望遠鏡維操作任務，熟悉維修工作環境，從而在地面構建的虛擬環境下完成相關訓練任務。

4 標準可視化實踐

4.1 宣傳片或授課視頻

以科普宣傳為目的的標準，多以宣傳片或授課視頻形式展現。例如NASA 火星宇航員選拔標準以一種宣傳片的方式，將標準的要求和內容展現出來，并配合宇航員在國際空間站中生活工作的場景，以一種科普的視角將火星宇航員選拔要求提出來，畫面輕松自然。

SAE J2360 《車橋潤滑油規格》的標準宣貫視頻，主要是授課的形式，當授課老師提到關鍵要求或環節時，標準正文頁面截屏會出現在畫面中，同時對于重點內容，也會利用字幕將內容顯示出來。

伴隨著我國標準化深化改革不斷發展，國家標準進一步面向社會公開。從2020 年7 月1 日起，在報批國家標準時，相關歸口單位需要同步提供標準解讀提綱，并在通過相關部門審核后，完成宣貫視頻錄制（多為標準內容授課解讀形式）并上傳宣貫平臺（“標準云課”平臺）[11]，已作為一種常態的標準宣貫方式進行逐步推廣。

4.2 演示視頻

以制作標準演示視頻為手段，開展標準可視化。中國空間技術研究院針對航天器制造典型工藝，率先開展了以視頻為主要載體形式的標準宣貫方式探索。以航天電子產品生產中的易錯關鍵工藝——電子裝聯操作——為對象，根據電子裝聯全過程，對導線下線及端頭處理、電連接器壓接、電子元器件搪錫等過程進行梳理，將涉及核心操作的電裝標準及操作制作成視頻培訓教材。在車間內進行循環播放，以更為直觀的方式對操作人員進行日常宣貫培訓，有效提高了操作人員的操作水平，取得了較好的效果。隨著近年來軍用標準化工作的創新和改革，在軍用標準領域也試點遴選典型標準開展可視化視頻制作，促進標準的貫徹實施。

4.3 標準嵌入系統流程

將標準內容嵌入系統流程，達到標準宣貫全員普及。波音公司作為全球航空航天領域規模最大的制造企業，不僅將標準內容嵌入各類航空航天型號研制流程，還將標準作為定義技術、質量和性能最基礎的語言。1994 年在波音777 的研制中已全面采用數字化技術，建立了基于CATIA軟件的數字化建模標準體系，解決了產品數字化定義的基礎問題。同時，基于CATIA 軟件的應用推出了波音繪圖標準BDS-5000[12]，對產品數字化定義、數字建模、產品數據管理、制圖規范等方面所做出的系統規定。波音通過將標準內容嵌入軟件流程，讓軟件使用者在使用過程中不必再深入學習標準的技術內容，只要按照正常軟件的使用操作，就能滿足相關標準要求。在這種模式下，經實踐驗證，波音777 飛機的工程更改減少90%，機身裝配精度提高了50 倍；波音787飛機項目實現了25 個國家、180 個供應商的協同工作，開發成本減少了50%[13]。

4.4 載人航天器在軌維修仿真

依托仿真手段，開展載人航天器在軌維修標準可視化典型應用。在軌維修是確保載人航天器壽命期間高可靠性的必要方式。載人航天器在軌維修包括艙外維修和艙內維修。載人航天器在軌維修過程中，設備、人員、工具受微重力環境影響，其運動特性與在地面不同；對于艙外維修，航天員需在穿航天服的情況下，進行移動和操作，受真空環境影響，航天員的可視、可達范圍以及運動能力均受到限制和影響。根據載人航天器維修性設計和驗證工作的需求，確定在軌維修過程仿真分析以及虛擬維修評價所需的各項數據，建立基于設備的數字模型，結合進行在軌維修操作的航天員人體活動以及維修操作流程，開展在虛擬環境中的維修仿真。

將國家軍用標準、NASA 標準和產品可維修性評價等相關標準內容要求以軟件參數的形式嵌入到仿真平臺中，形成適用于在軌維修仿真驗證的總體框架（如圖1 所示）。例如，“天宮一號”在軌飛行期間進行了內裝飾板的更換操作，在實際操作前，地面通過虛擬維修系統進行了仿真分析，不僅將維修性設計驗證提前至產品設計初期，而且對載人航天器維修操作的可視性、可達性均進行了驗證，縮短了研制周期，節約了設計成本[14]。

圖1 虛擬維修環境的總體框架示意圖

5 結論和建議

在標準宣貫培訓時，要充分利用標準宣貫視頻等多媒體手段。將標準以視頻形式呈現，主要是基于單個標準本身技術內容，并以直觀的圖形、圖像（甚至配以字幕或聲音）的形式展現給標準使用受眾群體，從而起到對標準內容的宣貫培訓作用，進而促進標準實施應用。但根據不同的標準類型和標準特點，需要對宣貫視頻的呈現形式進一步研究。例如，以操作或制作工藝為主的標準，以制作“實操視頻”“模擬演練”更容易被人們學習和接受。

基于對多個標準間或標準要素與實物間關系的研究時，可采用基于大數據標準可視化和知識圖譜的標準可視化。在通過標準可視化的方式發現其中存在的“規律”或“特征關系”，對于后續標準制定和使用有一定的啟發。

對于不易實現的標準場景或需要較大投入式，可利用仿真技術，將標準內容融入／嵌入仿真系統／軟件，使用者應用仿真系統／軟件時，“自動”執行標準內容。但此種標準可視化前期投入高，需要設計與標準內容相匹配的模型和算法，但此種標準可視化方式完成后，效果是最好的，使用者只需要根據需求進行系統操作，就能完成標準規定內容，同時“看到”執行標準后的效果。