标准可视化方法及实践综述

尹玉梅 谷瀚天 郭晋媛 朱欣

（1 北京空间科技信息研究所，北京，100094；2 中国空间技术研究院，北京，100094）

引言

标准是经济活动和社会发展的技术支撑，是国家治理体系和治理能力现代化的基础性制度。习近平总书记在致第39 届国际标准化组织（ISO）大会贺信中指出：“伴随着经济全球化深入发展，标准化在便利经贸往来、支撑产业发展、促进科技进步、规范社会治理中的作用日益凸显”[1]。标准可视化是以一种形象、直观的方式将标准文本内容进行展示或操作演示的过程，可包括图形、动画、声音、图像等多种因素。标准可视化的重要作用是便于对标准内容的理解和应用。本文基于可视化含义及其发展，结合标准特点，提出标准可视化目的。同时阐述了标准可视化常见方法，以及国内外标准可视化实践；最后对标准可视化方法应用提出建议，为后续开展标准可视化工作提供参考。

1 标准可视化含义

传统意义上的可视化是指将非具象化的事物，通过一定的方式形象化，通过人的视觉感知形式呈现[2]。伴随时间和技术的发展，可视化先后由科学计算可视化、数据可视化、信息可视化等，发展到了到知识可视化的阶段。

1.1 科学计算可视化

科学计算可视化主要研究如何将数值及图像等科学数据，转变成可视的图形和图像，即把科学数据转换成直观信息。科学计算可视化作为一门学科主要涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计、人机接口技术和信号处理等知识领域[2]。

1.2 数据可视化

数据可视化以统计工具为基础，通过柱状图、饼图、散点图或直方图等呈现方式，为研究者提供快捷、方便、高效的数据形象表达，并辅助开展演示文档、工作报表数据分析的新兴科学技术，具有直观展示、形象表达等优点[3]。

1.3 信息可视化

信息可视化通过图像、图形、地图、动画等生动的手法，用一种人们更易于理解的方式把复杂数据呈现出来，帮助人们探索数据背后的规律和模式。随着数据可视化技术的提升，人类还可以利用图像进一步在逻辑思维的基础上提升创造力和空间想象能力，更好地洞察数据间隐藏的关系和规律[4]。因此，信息可视化是一个跨学科的新兴领域。通过信息可视化的实施，可以将大规模非数值型信息资源的以视觉方式呈现。例如软件工程领域，已出现多种成熟的信息可视化方法和工具，将软件开发涉及的文件或程序代码利用图形图像技术与方法呈现，从而辅助软件开发与测试人员理解和分析相关数据。

1.4 知识可视化

知识可视化的实施以统计工具为基础，依托现代计算机技术，达到简化知识单元结构，实现将知识结构关系可视化的一种方法和技术[5]。知识可视化主要聚焦在知识的产生和传递过程中，强调通过构建和传递复杂见解时，通过图解方法，将抽象的表达具象化。知识可视化的概念首先由MartinJ.Eppler 和RemoA.Burkhard 提出，并在教育行业得到了率先认可和推广应用。目前知识可视化已经在科学计量、社会网络分析、网络计量、专利地图、文献分析与共被引关系分析、语义分析、主成分分析等各个科学技术领域。

1.5 标准可视化

通过上述可视化定义以及科学计算可视化、数据可视化、信息可视化、知识可视化等含义分析，结合标准行业特点，本文中给出标准可视化定义：在可视化技术发展的基础上，将标准文献中以文字形式承载的数据、信息、知识，通过一定技术手段转换为声音、图像、图形等直观表达形式，从而以提升人们认知水平的过程。

2 标准可视化目的

按照GB/T 1.1—2020 中给出的定义，传统标准主要以文件的形式存在。随着科学技术发展，标准的应用场景也发生了变化，将标准可视化的目的主要基于以下几点。

a）服务标准宣传、宣贯和学习，进而促进标准贯彻实施。标准宣贯是标准化工作的重要组成部分。标准可视化作为标准宣贯培训的创新手段，将标准文本数据以更加立体、生动的方式呈现出来，将静态的文字以动态的过程演绎出来。通过将传统宣贯教材以立体化的方式呈现，对标准中的每一个条款都用动作或动画配合专家讲解来直观、形象的体现，从而对标准宣贯对象形成声光影等全方位刺激，使使用人员看后对标准条款一目了然，从而实现标准“教学做”一体化推进，提高标准贯彻实施效率。

b）进行标准特征规律研究。将标准数据进行分析，并以直观的形式进行展现，发现和总结内在特征规律或标准间关联信息。

c）将标准内容仿真应用，提高工作效率。通过仿真的手段，将标准文本从“无形”变为“有形”，再现、复现标准应用场景和要求，并对标准内容进行演示操作，进一步提高工作效率。

3 标准可视化常见方法

标准可视化相关工作主要包括以下几类。

a）基于一份标准内容制作标准视频，将标准技术内容全过程体现。例如，辽宁省质量技术监督局以“农业标准化视频”专栏形式在其官方网站提供农产品生产技术规程相关视频，加快农产品生产技术广泛传播以及相关标准内容的宣贯普及[6]。

b）针对多份标准，将标准文本热词、起草人、起草单位以及规范性引用文件的关系进行图形展示。《标准大数据实践——可视化展现》[7]中给出了大数据可视化的内涵，并结合大数据相关标准的技术内容，选择了网络图可视化、文本可视化以及时空可视化作为标准大数据可视化分析的研究重点，并选择热词分析、起草人和起草单位网络关系以及起草单位分布图作为试点，实践了标准大数据的可视化。《基于知识图谱的标准文献分析》[8]进一步对标准中“前言”（包括标准起草人、起到单位的信息）和“规范性引用文件”（包括标准中引用的各类标准）进行特征分析，从中提取相应实体及实体间的语义关系，旨在构建标准文献的知识图谱。基于该图谱可清晰地解析标准之间的深层关系，获得一些人工很难得出的语义信息，有助于标准文献知识的充分利用。《国家食品安全标准图谱的构建及关联性分析》[9]针对食品安全类标准的内容与各个标准彼此之间的引用关系，借助知识图谱技术进行内容抽取与相关性分析，实现食品安全标准的图谱化，系统地研究食品安全标准的内容与结构。

c）将实体、标准化要素、标准三者进行结合，建立一定的关联关系，形成相应的标准知识图谱。《装备—标准知识图谱的过程建模研究》[10]中通过模型仿真方法，将装备、标准化要素和标准三者相关联，梳理了装备、装备组件/模块、标准文档、标准章条以及标准化要素之间的复杂关系。基于实体之间的关联关系，建立了装备—标准知识图谱，实现了从任一实体出发能够快速检索和定位与此实体相关联的各类标准要素，解决了标准知识图谱的标准要素结构化关联的基础性问题。

d）依托仿真技术手段，开展标准可视化典型应用。美国NASA 将虚拟仿真技术应用在哈勃望远镜项目，建立了哈勃望远镜虚拟维修与装配系统，将维修操作相关的标准内容直接嵌入系统框架，以虚拟维修操作场景实现标准内容可视化。该系统成功解决了哈勃望远镜在轨维修的数字孪生与可实施性仿真问题，并成为维修性相关标准与指南可实施性的重要验证方法之一。该系统可以模拟哈勃望远镜在太空中的运行情况，并辅助航天员利用该系统掌握在太空中开展的哈勃望远镜维操作任务，熟悉维修工作环境，从而在地面构建的虚拟环境下完成相关训练任务。

4 标准可视化实践

4.1 宣传片或授课视频

以科普宣传为目的的标准，多以宣传片或授课视频形式展现。例如NASA 火星宇航员选拔标准以一种宣传片的方式，将标准的要求和内容展现出来，并配合宇航员在国际空间站中生活工作的场景，以一种科普的视角将火星宇航员选拔要求提出来，画面轻松自然。

SAE J2360 《车桥润滑油规格》的标准宣贯视频，主要是授课的形式，当授课老师提到关键要求或环节时，标准正文页面截屏会出现在画面中，同时对于重点内容，也会利用字幕将内容显示出来。

伴随着我国标准化深化改革不断发展，国家标准进一步面向社会公开。从2020 年7 月1 日起，在报批国家标准时，相关归口单位需要同步提供标准解读提纲，并在通过相关部门审核后，完成宣贯视频录制（多为标准内容授课解读形式）并上传宣贯平台（“标准云课”平台）[11]，已作为一种常态的标准宣贯方式进行逐步推广。

4.2 演示视频

以制作标准演示视频为手段，开展标准可视化。中国空间技术研究院针对航天器制造典型工艺，率先开展了以视频为主要载体形式的标准宣贯方式探索。以航天电子产品生产中的易错关键工艺——电子装联操作——为对象，根据电子装联全过程，对导线下线及端头处理、电连接器压接、电子元器件搪锡等过程进行梳理，将涉及核心操作的电装标准及操作制作成视频培训教材。在车间内进行循环播放，以更为直观的方式对操作人员进行日常宣贯培训，有效提高了操作人员的操作水平，取得了较好的效果。随着近年来军用标准化工作的创新和改革，在军用标准领域也试点遴选典型标准开展可视化视频制作，促进标准的贯彻实施。

4.3 标准嵌入系统流程

将标准内容嵌入系统流程，达到标准宣贯全员普及。波音公司作为全球航空航天领域规模最大的制造企业，不仅将标准内容嵌入各类航空航天型号研制流程，还将标准作为定义技术、质量和性能最基础的语言。1994 年在波音777 的研制中已全面采用数字化技术，建立了基于CATIA软件的数字化建模标准体系，解决了产品数字化定义的基础问题。同时，基于CATIA 软件的应用推出了波音绘图标准BDS-5000[12]，对产品数字化定义、数字建模、产品数据管理、制图规范等方面所做出的系统规定。波音通过将标准内容嵌入软件流程，让软件使用者在使用过程中不必再深入学习标准的技术内容，只要按照正常软件的使用操作，就能满足相关标准要求。在这种模式下，经实践验证，波音777 飞机的工程更改减少90%，机身装配精度提高了50 倍；波音787飞机项目实现了25 个国家、180 个供应商的协同工作，开发成本减少了50%[13]。

4.4 载人航天器在轨维修仿真

依托仿真手段，开展载人航天器在轨维修标准可视化典型应用。在轨维修是确保载人航天器寿命期间高可靠性的必要方式。载人航天器在轨维修包括舱外维修和舱内维修。载人航天器在轨维修过程中，设备、人员、工具受微重力环境影响，其运动特性与在地面不同；对于舱外维修，航天员需在穿航天服的情况下，进行移动和操作，受真空环境影响，航天员的可视、可达范围以及运动能力均受到限制和影响。根据载人航天器维修性设计和验证工作的需求，确定在轨维修过程仿真分析以及虚拟维修评价所需的各项数据，建立基于设备的数字模型，结合进行在轨维修操作的航天员人体活动以及维修操作流程，开展在虚拟环境中的维修仿真。

将国家军用标准、NASA 标准和产品可维修性评价等相关标准内容要求以软件参数的形式嵌入到仿真平台中，形成适用于在轨维修仿真验证的总体框架（如图1 所示）。例如，“天宫一号”在轨飞行期间进行了内装饰板的更换操作，在实际操作前，地面通过虚拟维修系统进行了仿真分析，不仅将维修性设计验证提前至产品设计初期，而且对载人航天器维修操作的可视性、可达性均进行了验证，缩短了研制周期，节约了设计成本[14]。

图1 虚拟维修环境的总体框架示意图

5 结论和建议

在标准宣贯培训时，要充分利用标准宣贯视频等多媒体手段。将标准以视频形式呈现，主要是基于单个标准本身技术内容，并以直观的图形、图像（甚至配以字幕或声音）的形式展现给标准使用受众群体，从而起到对标准内容的宣贯培训作用，进而促进标准实施应用。但根据不同的标准类型和标准特点，需要对宣贯视频的呈现形式进一步研究。例如，以操作或制作工艺为主的标准，以制作“实操视频”“模拟演练”更容易被人们学习和接受。

基于对多个标准间或标准要素与实物间关系的研究时，可采用基于大数据标准可视化和知识图谱的标准可视化。在通过标准可视化的方式发现其中存在的“规律”或“特征关系”，对于后续标准制定和使用有一定的启发。

对于不易实现的标准场景或需要较大投入式，可利用仿真技术，将标准内容融入／嵌入仿真系统／软件，使用者应用仿真系统／软件时，“自动”执行标准内容。但此种标准可视化前期投入高，需要设计与标准内容相匹配的模型和算法，但此种标准可视化方式完成后，效果是最好的，使用者只需要根据需求进行系统操作，就能完成标准规定内容，同时“看到”执行标准后的效果。