許曉華 李 鵬

(1.海軍工程大學(xué)研究生管理大隊 武漢 430033)(2.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

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作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)設(shè)計*

許曉華1李 鵬2

(1.海軍工程大學(xué)研究生管理大隊 武漢 430033)(2.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)是作戰(zhàn)系統(tǒng)功能、各項系統(tǒng)裝備技術(shù)狀態(tài)的反映,針對目前沒有對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集與分析的現(xiàn)狀,設(shè)計了一種標(biāo)校數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。文章建立了標(biāo)校數(shù)據(jù)錄入規(guī)范,設(shè)計了數(shù)據(jù)分析功能,對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理,從而實現(xiàn)了標(biāo)校數(shù)據(jù)的有效利用。分析結(jié)果證明:該系統(tǒng)對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用提供了支撐,可為裝備維護(hù)和改進(jìn)的相關(guān)決策人員提供參考。

標(biāo)校數(shù)據(jù); 數(shù)據(jù)錄入; 數(shù)據(jù)分析; 系統(tǒng)設(shè)計

Class Number E83

1 引言

目前我國大中型水面艦船的武器系統(tǒng)采用了較多的新技術(shù),技術(shù)維護(hù)保障任務(wù)比較繁重,對作戰(zhàn)系統(tǒng)的標(biāo)校提出了更高的技術(shù)要求。作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)的積累與分析是提高武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的有效途徑。傳統(tǒng)作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)存儲主要為紙質(zhì)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)類型和格式的不統(tǒng)一造成了分析處理存在困難,限制了數(shù)據(jù)分析對武器系統(tǒng)技術(shù)保障的支撐作用,同時這些數(shù)據(jù)僅僅作為檢驗驗收的依據(jù),檢驗驗收后將其歸檔不再利用,實際上這些數(shù)據(jù)大都可以在檢查使用過程中作為可靠性和可用性參考數(shù)據(jù),具有利用價值?；诖?本文設(shè)計了作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng),通過對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)的規(guī)范化錄入、利用相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘與分析,通過人機(jī)交互等方式實現(xiàn)標(biāo)校數(shù)據(jù)的應(yīng)用,為提升作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校信息化保障能力提供有力支撐。

2 系統(tǒng)的基本組成

作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)總體由數(shù)據(jù)錄入分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析分系統(tǒng)、人機(jī)交互分系統(tǒng)三個分系統(tǒng)組成,系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的基本組成

2.1 數(shù)據(jù)錄入分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)錄入分系統(tǒng)主要是將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和通過數(shù)據(jù)預(yù)處理得到的作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)一并進(jìn)行錄入,構(gòu)建作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)庫。采用的錄入方法為人機(jī)交互操作錄入。

2.2 數(shù)據(jù)分析分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析分系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對錄入數(shù)據(jù)的查詢以及挖掘與分析,采用的主要數(shù)據(jù)分析方法包括數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、聯(lián)機(jī)分析技術(shù)和統(tǒng)計分析技術(shù)等。

2.3 人機(jī)交互分系統(tǒng)

人機(jī)交互分系統(tǒng)主要是人員對系統(tǒng)的管理的實現(xiàn),包括用戶管理與訪問控制和訪問日志兩個部分。針對不同的角色,本系統(tǒng)采取了不同的策略:系統(tǒng)管理員有所有的菜單權(quán)限和增刪查改權(quán)限,操作員有所有的菜單權(quán)限和增查改權(quán)限,但操作員不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。

3 系統(tǒng)的基本功能

系統(tǒng)設(shè)計采用錄入終端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相結(jié)合的方式實現(xiàn)標(biāo)校信息的數(shù)據(jù)采集,用記錄的數(shù)據(jù)和分析模型指導(dǎo)標(biāo)校工作的進(jìn)行,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。基本功能主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析三方面組成。

3.1 數(shù)據(jù)采集功能

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能主要體現(xiàn)在采用錄入終端對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集;對艦上標(biāo)校數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和計算;將錄入終端中記錄的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。

3.2 數(shù)據(jù)管理功能

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中后,可以通過服務(wù)器進(jìn)行查詢;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能接收數(shù)據(jù)錄入終端上傳的數(shù)據(jù),形成標(biāo)校指導(dǎo)書,方便標(biāo)校人員在數(shù)據(jù)錄入終端上下載指導(dǎo)書,按標(biāo)準(zhǔn)化程序進(jìn)行標(biāo)校。

3.3 數(shù)據(jù)分析功能

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)對比和統(tǒng)計分析。

通過數(shù)據(jù)查詢功能,指定一個需要進(jìn)行數(shù)據(jù)對比的標(biāo)校項目,并可以通過查詢條件“舷號、被檢設(shè)備、測試人員、填寫日期”的自由組合,來篩選出想要的數(shù)據(jù)。通過逐行列舉同類型的數(shù)據(jù),給使用者提供橫向數(shù)據(jù)對比的功能。

指定一個需要進(jìn)行統(tǒng)計分析的標(biāo)校項目,并可以通過查詢條件“測試人員、填寫日期”的自由組合,來篩選出想要的數(shù)據(jù)。對指定的標(biāo)校項目數(shù)據(jù)中的不合格數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出不合格的開始時間,結(jié)束時間,不合格間隔時間,不合格間隔次數(shù),給系統(tǒng)使用人員在決策分析中提供數(shù)據(jù)支持。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)所需的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

采用的數(shù)據(jù)錄入方法為人機(jī)交互操作錄入。人機(jī)交互操作錄入數(shù)據(jù)主要通過錄入終端上的圖形用戶界面,將作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校的相關(guān)信息按照統(tǒng)一要求,在每次標(biāo)校結(jié)束后進(jìn)行及時的數(shù)據(jù)錄入。

以某次遠(yuǎn)海訓(xùn)練艦炮水平度標(biāo)校為例,對艦炮水平度進(jìn)行標(biāo)校后,要及時錄入標(biāo)校數(shù)據(jù)[2]。本系統(tǒng)中錄入的數(shù)據(jù)主要包括:艦艇舷號、被檢設(shè)備、測試設(shè)備、基準(zhǔn)平臺、時間、地點(diǎn)、測試人員、技術(shù)要求、某一方向水平度、測試次數(shù)、被測部位、艦平臺、每次誤差、平均誤差、另一方向水平度的檢查結(jié)果,最終得出艦炮水平度的標(biāo)校結(jié)論。如果沒有故障,在平時的標(biāo)校后也要對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入,如圖2所示。

圖2 作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)的錄入

4.2 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

系統(tǒng)的核心功能是將作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校后錄入的數(shù)據(jù)生成用于分析的數(shù)據(jù)庫,根據(jù)標(biāo)校任務(wù)需求的不同再進(jìn)行分析。對標(biāo)校數(shù)據(jù)的分析處理主要采用數(shù)據(jù)庫處理技術(shù),其中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和聯(lián)機(jī)分析技術(shù)是數(shù)據(jù)庫主要使用的方法。數(shù)據(jù)庫處理技術(shù)主要有數(shù)據(jù)挖掘和聯(lián)機(jī)分析技術(shù),這兩種技術(shù)處理的問題類型不同,分析的深度不同,相互之間相輔相成[3]。

1) 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計學(xué)等技術(shù),高度自動化地分析原有數(shù)據(jù),做出歸納性的推理,從中挖掘出潛在的模式或行為,以幫助決策者做出正確決策的過程[4]。

由艦炮水平度標(biāo)校數(shù)據(jù)得到艦炮作戰(zhàn)系統(tǒng)因水平度產(chǎn)生故障時的累計使用時間,采用灰色GM(1,1)模型預(yù)測歷史數(shù)據(jù)序列的趨勢性成分[5],同時引入馬爾可夫模型預(yù)測隨機(jī)性成分[6],描述艦炮作戰(zhàn)系統(tǒng)的水平度故障趨勢,確定下一次標(biāo)校的時機(jī)。故障間隔時間如表1(單位:h)。

表1 故障間隔時間

取前八個數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)序列,后兩個數(shù)據(jù)用來和模型產(chǎn)生的預(yù)測值進(jìn)行比較。對十組數(shù)據(jù)分別采用GM(1,1)模型和灰色—馬爾可夫模型進(jìn)行模擬和預(yù)測,預(yù)測結(jié)果見表2,預(yù)測誤差見表3。

表2 故障間隔時間預(yù)測結(jié)果

由表3可見,灰色—馬爾可夫模型的預(yù)測結(jié)果的平均相對誤差小于單一的GM(1,1)模型,尤其是在未來兩次的預(yù)測中效果更明顯?；诨疑M合模型確定標(biāo)校周期比單一的灰色預(yù)測模型效果更好[7]。

表3 預(yù)測模型誤差分析

2) 聯(lián)機(jī)分析技術(shù)[8～9]

聯(lián)機(jī)分析處理(Online Analytical Process,OLAP)是針對特定問題的聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行的訪問和分析,它是利用存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),根據(jù)用戶提出的問題,進(jìn)行各種分析操作,并以較為直觀易懂的形式將結(jié)果返回給用戶。

標(biāo)校數(shù)據(jù)庫中存放著大量數(shù)據(jù),而決策者往往希望以簡潔的描述形式觀察匯總的數(shù)據(jù)集,此外還希望從不同的條件和角度描述數(shù)據(jù),這就需要以簡潔概要的方式描述作戰(zhàn)系統(tǒng)的標(biāo)校信息。

系統(tǒng)采用OLAP方式對標(biāo)校數(shù)據(jù)在不同維(每一維代表對標(biāo)校數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響的一種因素)中進(jìn)行切片(在多維數(shù)據(jù)庫的某一維上選定一個維成員)、切塊(在多維數(shù)據(jù)庫的某一維上選定某一區(qū)間的維成員)等分析操作,可以綜合界面友好的人機(jī)交互技術(shù),最終將結(jié)果以多維的形式顯示給用戶。在使用的標(biāo)校數(shù)據(jù)信息量比較龐大時,每一組多維數(shù)據(jù)都可以采用三維的結(jié)構(gòu),即采用多次切片的分析動作。對于艦炮水平度標(biāo)校顯示出的艦炮作戰(zhàn)系統(tǒng)故障情況,在時間維和海情維上進(jìn)行分析,可以確定艦炮武器系統(tǒng)在使用的不同時間段和不同海情條件下因水平度產(chǎn)生故障的次數(shù)、故障間隔時間等,決策者可根據(jù)分析結(jié)果清楚地掌握艦炮作戰(zhàn)系統(tǒng)在不同的時間段和海情條件下出現(xiàn)故障的總體情況;同樣的,也可以在其他維度上對故障情況進(jìn)行分析。

5 系統(tǒng)的效益分析

通過對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)的積累與分析,能夠?qū)ψ鲬?zhàn)系統(tǒng)的維修校正、排故操作和裝備保障提供支撐。作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的效益主要體現(xiàn)在提高標(biāo)校效率、優(yōu)化排故步驟和提升裝備保障水平三個方面。

5.1 提高標(biāo)校效率

主要是通過優(yōu)化標(biāo)校的時間間隔和科學(xué)的評價標(biāo)校結(jié)果來提高標(biāo)校效率,具體實現(xiàn)如下:

1) 優(yōu)化標(biāo)校的時間間隔

以作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)為依據(jù)建立標(biāo)校模型,根據(jù)歷史的標(biāo)校數(shù)據(jù)預(yù)測下一次標(biāo)校的時機(jī),優(yōu)化標(biāo)校的時間間隔。

2) 科學(xué)的評價標(biāo)校結(jié)果

通過統(tǒng)計作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校項目、分析標(biāo)校數(shù)據(jù)和評價標(biāo)校項目指標(biāo),對標(biāo)校結(jié)果做出合理評價,并可根據(jù)分析情況給出改進(jìn)建議。

3) 減小裝備故障幾率

對作戰(zhàn)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析,可以改進(jìn)使用方法,減小因使用不當(dāng)造成的故障幾率。

5.2 優(yōu)化排故步驟

通過對歷史標(biāo)校數(shù)據(jù)的分析,裝備保障人員在裝備維修過程中,可通過標(biāo)校數(shù)據(jù)的查詢找到相似裝備故障產(chǎn)生的原因,從而縮短確定裝備故障原因的時間,優(yōu)化排故步驟,對裝備排故方法進(jìn)行優(yōu)化。

5.3 提升裝備保障水平

提升裝備保障水平主要體現(xiàn)在對作戰(zhàn)系統(tǒng)故障的發(fā)現(xiàn)和裝備的維護(hù)與改進(jìn)上,具體如下:

1) 作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校人員標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)校。

將作戰(zhàn)系統(tǒng)的故障類別、排故方法等標(biāo)校信息進(jìn)行留存,通過對保存的標(biāo)校數(shù)據(jù)和故障類別的提取,在繁多的故障中尋求最高效的方法確定裝備故障,形成標(biāo)校指導(dǎo)書,裝備保障人員對照標(biāo)校指導(dǎo)書按標(biāo)準(zhǔn)化程序進(jìn)行標(biāo)校。

2) 對作戰(zhàn)系統(tǒng)使用狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判。

通過對大量作戰(zhàn)系統(tǒng)使用狀態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,對作戰(zhàn)系統(tǒng)的未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測,對將失去作戰(zhàn)效力的裝備進(jìn)行更換維修,保證作戰(zhàn)系統(tǒng)的效能。

3) 總結(jié)作戰(zhàn)系統(tǒng)故障規(guī)律及確定標(biāo)校周期。

通過對大量標(biāo)校數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,可以得到作戰(zhàn)系統(tǒng)故障的規(guī)律,確定進(jìn)行標(biāo)校的周期,裝備保障人員適時及時進(jìn)行作戰(zhàn)系統(tǒng)的標(biāo)校,提高保障效率。

4) 改進(jìn)作戰(zhàn)系統(tǒng),提升研發(fā)水平。

通過對作戰(zhàn)系統(tǒng)故障情況的分析,將現(xiàn)有作戰(zhàn)系統(tǒng)中那些經(jīng)常出現(xiàn)故障,影響作戰(zhàn)性能的部件,進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,使作戰(zhàn)系統(tǒng)更好地實現(xiàn)作戰(zhàn)效能。通過對錄入標(biāo)校數(shù)據(jù)的分析,可以判斷現(xiàn)有作戰(zhàn)系統(tǒng)技術(shù)上的不足,為裝備研發(fā)人員對下一代作戰(zhàn)系統(tǒng)的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持[10]。

6 結(jié)語

隨著艦艇訓(xùn)練任務(wù)的日益繁重,艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)得到了更加頻繁的使用,對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校的要求也越來越高,與此相對的是,目前我國并沒有針對作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校信息聯(lián)調(diào)進(jìn)行實時采集和分析的系統(tǒng)或設(shè)備。文章所提出的作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng),通過電子化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)錄入,并利用數(shù)據(jù)庫等技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,從而實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校信息的有效挖掘。通過不同的功能模塊,實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校數(shù)據(jù)的各項記錄和管理,使數(shù)據(jù)得到充分的利用,大大減少標(biāo)校時間和費(fèi)用、提高維護(hù)效率,最終提升作戰(zhàn)系統(tǒng)標(biāo)校信息化保障水平。

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Design of Combat System Calibration Data Collection and Analysis System

XU Xiaohua1LI Peng2

(1. Graduate Students’ Brigade, Naval University of Engineering, Wuhan 430033) (2. Electronic Engineering College, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

The calibration data of a naval vessel combat system is the reflection of combat system’s function and technology state of every system equipment. Aiming at the actuality of lack of collection and analysis of the calibration data of a combat system, a system for calibration data collection and analysis is designed. This paper establishes calibration data entry specification, designs data analysis applications and analyses processes data. Analysis results show that this system provides a strong support for the management and application of the combat system’s calibration data, provides references for the relevant decision makers about the equipment maintenance and development.

calibration data, data entry, data analysis, system design

2015年3月2日,

2015年4月27日

許曉華,男,碩士研究生,研究方向:作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。李鵬,男,副教授,研究方向:作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。

E83

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.028