桂 皓，姚 望

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

0 前 言

近年來(lái)，國(guó)際海事組織（IMO）大力推動(dòng)實(shí)施“E-航?！睉?zhàn)略，世界先進(jìn)造船國(guó)家及企業(yè)紛紛進(jìn)入該領(lǐng)域。2016 年由上海船舶研究設(shè)計(jì)院組織并作為牽頭單位，聯(lián)合招商局能源運(yùn)輸股份有限公司、上海外高橋造船有限公司、大連船舶重工集團(tuán)有限公司、中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院、北京海蘭信數(shù)據(jù)科技股份有限公司、上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所、中國(guó)船級(jí)社（CCS）、哈爾濱工程大學(xué)等單位，啟動(dòng)“智能船舶1.0研發(fā)專項(xiàng)”，其中智能船舶總體聯(lián)調(diào)工作是主要的研發(fā)內(nèi)容之一。

總體聯(lián)調(diào)是利用完善科學(xué)的技術(shù)方案對(duì)船舶智能系統(tǒng)進(jìn)行全面綜合的評(píng)估與檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)智能船舶整體系統(tǒng)的最佳匹配。 總體聯(lián)調(diào)作為船舶智能系統(tǒng)在實(shí)船系泊試驗(yàn)前的最后確認(rèn)環(huán)節(jié)，是在各系統(tǒng)完成開發(fā)調(diào)試、 出廠驗(yàn)收測(cè)試和驗(yàn)收調(diào)試的基礎(chǔ)上開展的總體集成測(cè)試和調(diào)試工作。 它具有跨學(xué)科、跨專業(yè)、集成度高、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，其主要目的是綜合驗(yàn)證與確認(rèn)船舶智能系統(tǒng)的整體功能和性能。

1 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)研究

總體聯(lián)調(diào)的任務(wù)是通過各項(xiàng)測(cè)試和調(diào)試工作檢驗(yàn)智能系統(tǒng)內(nèi)外數(shù)據(jù)接口的合理性和正確性、運(yùn)行的協(xié)調(diào)性以及能力的充分性（即是否滿足各種可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)預(yù)定情況和船舶營(yíng)運(yùn)要求），從總體上檢驗(yàn)船舶智能系統(tǒng)運(yùn)行的總體性、穩(wěn)定性、可靠性和安全性。 總體聯(lián)調(diào)的主要作用有以下5 個(gè)方面：

1） 驗(yàn)證各智能功能的可靠性，判斷其是否達(dá)到預(yù)期的研發(fā)設(shè)計(jì)要求；

2）檢驗(yàn)船舶智能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)體系的完備性；

3） 檢驗(yàn)智能船舶系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)體制是否切實(shí)可行，是否滿足智能船舶的運(yùn)營(yíng)需要；

4） 檢驗(yàn)智能系統(tǒng)的服務(wù)品質(zhì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

5） 為系統(tǒng)驗(yàn)收提供充分的數(shù)據(jù)支持，為智能系統(tǒng)實(shí)船調(diào)試提供成熟可靠的技術(shù)支持。

1.1 總體聯(lián)調(diào)研究思路

船舶智能系統(tǒng)總體聯(lián)調(diào)的任務(wù)是在陸上建立接近于兩型示范應(yīng)用船的測(cè)試環(huán)境。 通過完整的試驗(yàn)流程，從全船角度驗(yàn)證“平臺(tái)+應(yīng)用”的總體功能，在實(shí)船安裝調(diào)試前發(fā)現(xiàn)“平臺(tái)+應(yīng)用”與原有系統(tǒng)集成后的技術(shù)問題，尋找解決方案，優(yōu)化調(diào)整原有設(shè)計(jì)，保障上船系統(tǒng)能夠有效可靠工作。

智能船舶總體聯(lián)調(diào)的總體研究思路見圖1。 從目的出發(fā)，研究如何有效對(duì)智能船舶集成系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，并確定完整可靠的測(cè)試方案，并對(duì)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)平臺(tái)、聯(lián)調(diào)試驗(yàn)環(huán)境以及聯(lián)調(diào)設(shè)備安裝調(diào)試方案等展開全面的研究。

圖1 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)研究思路

1.2 總體聯(lián)調(diào)系統(tǒng)構(gòu)架

總體聯(lián)調(diào)測(cè)試的智能系統(tǒng)應(yīng)遵照船舶智能系統(tǒng)開發(fā)的“平臺(tái)+應(yīng)用”原則進(jìn)行構(gòu)建。 圖2 是主要受試系統(tǒng)在總體聯(lián)調(diào)測(cè)試中的系統(tǒng)總體架構(gòu)圖。

圖2 總體聯(lián)調(diào)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)圖

結(jié)合船舶的特殊性（船舶在網(wǎng)絡(luò)上是獨(dú)立的信息單元），總體聯(lián)調(diào)的智能系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)滿足以下三大要求：

1） 系統(tǒng)架構(gòu)的物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)渥駨膶?shí)船安裝時(shí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

2） 智能系統(tǒng)的功能應(yīng)用與系統(tǒng)間的交互需與船舶運(yùn)營(yíng)時(shí)的情況相吻合；

3）智能系統(tǒng)的樣機(jī)配置應(yīng)與實(shí)船一致。

2 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案

總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案是對(duì)船舶智能系統(tǒng)總體聯(lián)調(diào)進(jìn)行的頂層設(shè)計(jì)，是基于船舶智能系統(tǒng)的基本要求及聯(lián)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，確定總體聯(lián)調(diào)期間應(yīng)開展的測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)這些測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行合理、有序的布署，調(diào)動(dòng)各方資源，在有限的聯(lián)調(diào)時(shí)間內(nèi)完成總體聯(lián)調(diào)任務(wù)。 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案是編制審核總體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)大綱、組織總體聯(lián)調(diào)各項(xiàng)測(cè)試用例實(shí)施的重要根據(jù)。 完善科學(xué)的總體聯(lián)調(diào)方案對(duì)于總體聯(lián)調(diào)乃至智能船舶的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)都有非常重要的意義。

總體聯(lián)調(diào)的工作內(nèi)容主要由測(cè)試和調(diào)試兩個(gè)部分組成，目的是通過有限的測(cè)試項(xiàng)目和用例對(duì)船舶智能系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行驗(yàn)證。 通常情況下，總體聯(lián)調(diào)的工作流程應(yīng)在智能系統(tǒng)集成安裝調(diào)試完畢后，直接以智能系統(tǒng)的四性為原則開展測(cè)試檢驗(yàn)工作。 在總體聯(lián)調(diào)測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)智能系統(tǒng)功能存在重大缺陷或故障，就需要立即開展調(diào)試工作，進(jìn)行缺陷故障的確認(rèn)和排除、原因查找，并找到解決方案。每次故障的解決均需要進(jìn)行再一次的確認(rèn)測(cè)試，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性。

根據(jù)總體聯(lián)調(diào)的研究思路，船舶智能系統(tǒng)總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案見圖3。 整個(gè)聯(lián)調(diào)過程可分為數(shù)據(jù)互聯(lián)性測(cè)試、系統(tǒng)功能性測(cè)試、聯(lián)合運(yùn)行測(cè)試3 個(gè)部分，見表1。 總體聯(lián)調(diào)主要由模擬船舶運(yùn)行的配試系統(tǒng)和受試的智能系統(tǒng)組成。 總體聯(lián)調(diào)的各設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)都承擔(dān)著不同的功能，各系統(tǒng)和相關(guān)子系統(tǒng)之間的通信、功能、電氣等接口眾多且調(diào)試復(fù)雜，調(diào)試工程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。

圖3 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案框架圖

表1 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案解讀

第一項(xiàng)測(cè)試是模擬船舶運(yùn)行的配試系統(tǒng)與船舶智能系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口互聯(lián)性測(cè)試，其次還需要測(cè)試集成后的智能系統(tǒng)（“平臺(tái)+系統(tǒng)”）內(nèi)部數(shù)據(jù)交互的連通性和合理性。 數(shù)據(jù)互聯(lián)性測(cè)試的主要目的是驗(yàn)證受試智能系統(tǒng)與配試環(huán)境系統(tǒng)及智能系統(tǒng)內(nèi)部之間數(shù)據(jù)通信的互聯(lián)互通，確保船舶智能系統(tǒng)內(nèi)外具備功能測(cè)試的基礎(chǔ)條件，保障船舶智能系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

在完成數(shù)據(jù)互聯(lián)性測(cè)試后，進(jìn)行船舶智能系統(tǒng)的功能性測(cè)試。 此階段工作的主要目的是驗(yàn)證和確認(rèn)各設(shè)備系統(tǒng)的預(yù)期功能和技術(shù)要求，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)修正和完善，實(shí)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)之間的最佳整體匹配和整體性能優(yōu)化。

聯(lián)合運(yùn)行測(cè)試是總體聯(lián)調(diào)的最后一步工作，其主要目的是驗(yàn)證和確認(rèn)集成后船舶智能系統(tǒng)各系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、可用性、可維護(hù)性及安全性，為智能系統(tǒng)的實(shí)船系泊調(diào)試奠定基礎(chǔ)。 提供成熟的技術(shù)系統(tǒng)，保證新研智能設(shè)備的順利推進(jìn)和應(yīng)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)某些子系統(tǒng)的特殊調(diào)試要求，提供優(yōu)化升級(jí)的技術(shù)依據(jù)。

3 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)實(shí)踐

3.1 總體聯(lián)調(diào)工作流程

上海船舶研究設(shè)計(jì)院結(jié)合國(guó)內(nèi)鐵路交通系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 充分考慮智能船舶1.0 的研發(fā)情況和實(shí)際需要，完成了總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案設(shè)計(jì)，確定了智能船舶1.0 總體聯(lián)調(diào)各階段的主要工作內(nèi)容。總體聯(lián)調(diào)是一項(xiàng)需要多方參與的重要工作， 為了完成測(cè)試，必須形成一套適用的工作流程，見圖4。

智能系統(tǒng)作為船舶系統(tǒng)的一部分必然會(huì)與船舶的其他系統(tǒng)產(chǎn)生交互，智能系統(tǒng)的總體聯(lián)調(diào)脫離不了船舶運(yùn)行的常規(guī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。 在總體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)的準(zhǔn)備階段需結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際環(huán)境搭建全船級(jí)別的模擬環(huán)境，完成相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施與船舶常規(guī)系統(tǒng)的建設(shè)。 同時(shí)，在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段還需在充分了解智能系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上完成總體聯(lián)調(diào)測(cè)試大綱的編制。

在完成上述工作后，受試的智能系統(tǒng)還需在搭建的測(cè)試環(huán)境中安裝。 成功安裝后才可進(jìn)行各智能子系統(tǒng)的相關(guān)總體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)。

圖4 總體聯(lián)調(diào)工作流程圖

需注意的是，為了保障總體聯(lián)調(diào)試驗(yàn)的進(jìn)度，一般故障發(fā)生僅需記錄在冊(cè)，只有在重大故障發(fā)生時(shí)，才需要重新開始聯(lián)合運(yùn)行調(diào)試。待聯(lián)合運(yùn)行成功后，形成整改建議單進(jìn)行整體修改。 修改后再次進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行，固化技術(shù)狀態(tài)，保證智能系統(tǒng)系泊試驗(yàn)時(shí)順利驗(yàn)收。

3.2 總體聯(lián)調(diào)中應(yīng)注意的問題

在滿足智能船舶1.0 研發(fā)專項(xiàng)總體聯(lián)調(diào)需求，最大限度規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出船舶智能系統(tǒng)總體聯(lián)調(diào)應(yīng)該注意的主要問題如下：

1） 船舶智能系統(tǒng)作為新研系統(tǒng)，主要由國(guó)內(nèi)自主研發(fā)完成，考慮到經(jīng)驗(yàn)上的不足，總體聯(lián)調(diào)應(yīng)預(yù)留充分的時(shí)間完成。 同時(shí)，該系統(tǒng)要安裝到實(shí)船上進(jìn)行營(yíng)運(yùn)驗(yàn)證，必須與實(shí)船的建造進(jìn)度相匹配。

2） 船舶智能系統(tǒng)作為船舶系統(tǒng)的一部分，總體聯(lián)調(diào)必須有相應(yīng)的模擬環(huán)境作保障。 同時(shí)，智能系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行研發(fā)的，必須有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)船環(huán)境的模擬。 這兩方面對(duì)總體聯(lián)調(diào)的場(chǎng)地建設(shè)提出了較嚴(yán)苛的要求。

3） 總體聯(lián)調(diào)是船舶智能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)船系泊試驗(yàn)前的最后環(huán)節(jié)，智能系統(tǒng)在總體聯(lián)調(diào)階段應(yīng)完成技術(shù)狀態(tài)的固化，確保各智能子系統(tǒng)在船上的安裝與總體聯(lián)調(diào)時(shí)的狀態(tài)基本一致。 但由于智能系統(tǒng)的研發(fā)涉及眾多單位，由于技術(shù)保密的因素，在固化系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)時(shí)會(huì)遇到一些問題，需要總體單位組織協(xié)調(diào)來(lái)予以解決，否則會(huì)影響智能系統(tǒng)總體聯(lián)調(diào)結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性。

4） 為預(yù)防計(jì)算機(jī)病毒及惡意入侵，船舶智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口應(yīng)設(shè)置安全措施。 為保證系統(tǒng)的可靠性， 智能系統(tǒng)要求配置雙冗余電源及冗余的網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)系統(tǒng)故障模式影響分析FMEA（Failure Mode&Effect Analysis）要求，任何一個(gè)子功能的故障不能影響到其他分系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.3 總體聯(lián)調(diào)的主要成果

3.3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段

1） 完成實(shí)船級(jí)別的全船模擬環(huán)境的搭建，主要作用是為船舶自動(dòng)化（智能航行系統(tǒng)與智能能效系統(tǒng)）提供閉環(huán)模擬環(huán)境，為智能系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；

2） 完成基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)，大容量的數(shù)據(jù)機(jī)房為服務(wù)器與交換機(jī)設(shè)備提供良好運(yùn)行環(huán)境；

3） 完成智能系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境的搭建，搭建與數(shù)據(jù)機(jī)房相聯(lián)通的前端環(huán)境，為聯(lián)調(diào)提供較好工作條件。

3.3.2 試驗(yàn)實(shí)施階段

按照總體聯(lián)調(diào)技術(shù)方案的思路，完成數(shù)據(jù)互聯(lián)性測(cè)試、 智能系統(tǒng)功能性測(cè)試和智能系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證智能船1.0“平臺(tái)+智能應(yīng)用”的功能性和穩(wěn)定性。 組織各單位共計(jì)約1 000 人次的技術(shù)人員參與總體聯(lián)調(diào)，成功完成11 個(gè)大項(xiàng)、20 個(gè)小項(xiàng)的測(cè)試，確定各智能系統(tǒng)交互方案，解決半物理仿真環(huán)境下各智能系統(tǒng)的連通性問題，調(diào)試各應(yīng)用智能功能，為智能系統(tǒng)的上船調(diào)試奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.3.3 試驗(yàn)總結(jié)階段

根據(jù)測(cè)試期間出現(xiàn)的問題，給出相關(guān)建議，各智能系統(tǒng)結(jié)合自身研發(fā)情況，對(duì)智能系統(tǒng)本身進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，再次進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)測(cè)試成功后，固化技術(shù)狀態(tài)，為智能系統(tǒng)在實(shí)船的系泊試驗(yàn)順利通過船級(jí)社檢驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 圖5 是在這一階段完成的技術(shù)總結(jié)具體流程。

圖5 總體聯(lián)調(diào)技術(shù)總結(jié)工作示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

智能船舶1.0 總體聯(lián)調(diào)是確保智能船舶智能系統(tǒng)功能和性能的一項(xiàng)重要工作，也是船舶行業(yè)首次針對(duì)智能船舶進(jìn)行總體聯(lián)調(diào)測(cè)試的工程實(shí)踐。 上海船舶研究設(shè)計(jì)院首次單獨(dú)承擔(dān)船舶智能系統(tǒng)的總體聯(lián)調(diào)任務(wù)，項(xiàng)目組在總體聯(lián)調(diào)方案框架下，結(jié)合智能船舶1.0 研發(fā)專項(xiàng)的工程實(shí)際， 智能系統(tǒng)在實(shí)船系泊與航行試驗(yàn)中取得了良好效果，成功交付船東驗(yàn)收使用。 智能船舶1.0 研發(fā)專項(xiàng)總體聯(lián)調(diào)的方案設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐對(duì)于今后船舶的智能化升級(jí)改造乃至最終的智能自主船舶的總體聯(lián)調(diào)都有很好的示范和指導(dǎo)作用。