王康勃，侯 岳，浦金云

(海軍工程大學(xué) 動力工程學(xué)院，湖北 武漢 430033)

0 引 言

艦艇災(zāi)害后的損害管制（以下簡稱損管），是一項全艦性的工作，是與破損進水、火災(zāi)、煙霧相對抗的應(yīng)急處置過程[1-2]。損管是在艦指揮所的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，全艦多個部門、多類系統(tǒng)共同參與的過程[3]。以上層建筑艙室著火后的消防處置為例，不僅需要損管消防系統(tǒng)的滅火保障，還需要電力系統(tǒng)切斷著火艙的電力供應(yīng)，并需要艦艇減速，甚至艦艇轉(zhuǎn)向以將火災(zāi)煙氣吹離舷外。因此，艦艇的損管過程，需要損管監(jiān)控、動力監(jiān)控、電力監(jiān)控、航行監(jiān)控的共同參與，需要艦指揮所、機電部門指揮所、航海部門指揮所的共同配合[4-5]。

然而，目前還缺少損管任務(wù)全流程的仿真工具，各類監(jiān)控臺位監(jiān)測點和控制點的信息應(yīng)用，以及不同指揮所之間的信息交互，還無法直觀的展示。目前的動力、電力、損管與消防監(jiān)控還都是“信息孤島”[6]，還沒有從全艦“任務(wù)驅(qū)動”的角度，融入平臺及其他系統(tǒng)共同組成的艦船信息系統(tǒng)[7-8]。艦員對監(jiān)測信息點和控制信息點的應(yīng)用，還都是依靠自身的經(jīng)驗。艦員對各任務(wù)流程的組織實施，也取決于指揮員自身的知識水平和熟練程度，系統(tǒng)缺少必要的提示和顯示。特別是在緊張的、分秒必爭的損管指揮行動中，目前的信息組織和應(yīng)用方式，容易造成指揮員遺漏監(jiān)控任務(wù)，甚至?xí)?dǎo)致誤操作。

基于以上問題的解決，本文以損管任務(wù)流程為驅(qū)動，綜合艦艇操縱、動力、電力、損管等4類監(jiān)控信息，設(shè)計開發(fā)了艦艇損管任務(wù)流程仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可用于艦員開展損管任務(wù)處置過程的訓(xùn)練，也可提高艦員工作的效率，從而提高艦員處置決策的速度[9]。

1 仿真系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

損管任務(wù)流程仿真系統(tǒng)主要是以典型損管任務(wù)的實施過程為牽引，模擬任務(wù)實施過程中，“艦長級”、“部門級”、“現(xiàn)場級”之間的信息傳遞和交互過程。

圖1 仿真系統(tǒng)框架圖Fig.1 The simulation system architecture diagram

圖2 仿真系統(tǒng)物理方案圖Fig.2 The simulation system physical schematic drawing

系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為3層：基礎(chǔ)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。在該體系架構(gòu)中，每一層承擔(dān)2個角色，為上層提供服務(wù)和利用下層提供服務(wù)。其中，基礎(chǔ)層包括服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)及程序編譯運行環(huán)境組成；服務(wù)層提供公共的基礎(chǔ)服務(wù)主要包括公共函數(shù)庫、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；應(yīng)用層實現(xiàn)系統(tǒng)的模擬以及人機交互界面。模擬系統(tǒng)臺位包括：3個層次共8個模擬臺位，其中，“艦長”級的模擬監(jiān)控臺位1個；“部門長”級的模擬監(jiān)控臺位2個，包括機電部門長模擬監(jiān)控臺位和航海長操縱模擬監(jiān)控臺位；“現(xiàn)場”級的模擬監(jiān)控臺位3個，包括動力監(jiān)控模擬操作臺位、電力監(jiān)控模擬操作臺位和損管監(jiān)控模擬操作臺位。另外，還包括一個“災(zāi)害導(dǎo)演臺”。

該系統(tǒng)物理方案由1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，及多臺計算機組建局域網(wǎng)。每臺計算機之間均能通信，根據(jù)用戶的登錄信息確定層級關(guān)系。當(dāng)最高級別用戶發(fā)送信息廣播后，其他用戶均能收到信息，并從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中解析對應(yīng)的具體指令。然后用戶根據(jù)指令進行操作，操作完畢后反饋至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，然后執(zhí)行下一個指令。該方案是基于數(shù)據(jù)來分配和執(zhí)行任務(wù)。其優(yōu)點之一是實時性強，每個用戶都能第一時間接收到消息，同時獲取每個用戶對應(yīng)的操作步驟，也能共同查看實施進度及當(dāng)前狀態(tài)。

2 數(shù)據(jù)流程設(shè)計

如圖3所示，模擬仿真系統(tǒng)首先由艦領(lǐng)導(dǎo)選擇目前需要執(zhí)行的任務(wù)剖面，自動分解成不同的元任務(wù)，并在網(wǎng)絡(luò)上進行發(fā)布。各模擬監(jiān)控部位（操縱模擬監(jiān)控、動力模擬監(jiān)控、損管模擬監(jiān)控和電力模擬監(jiān)控）根據(jù)該任務(wù)剖面各元任務(wù)實施的信息需求，提供相關(guān)的信息數(shù)據(jù)[10]。根據(jù)元任務(wù)需求，艦長級臺位可以將需要執(zhí)行的控制指令下達給各模擬監(jiān)控部位，各模擬監(jiān)控部位將執(zhí)行情況反饋給艦長級臺位。

圖3 數(shù)據(jù)流程圖Fig.3 Data flow chart

使用面向數(shù)據(jù)流的方法對模擬仿真系統(tǒng)的處理流程進行分析。

1）“艦長級”與“部門級”元任務(wù)分解

艦長根據(jù)當(dāng)前的任務(wù)需求，從任務(wù)剖面庫中，選定需要執(zhí)行的任務(wù)剖面。艦長級操作臺位軟件按照“元任務(wù)分解表”，自動將該任務(wù)剖面，分解成若干個元任務(wù)，下發(fā)給對應(yīng)的部門級操作臺位，并組織每個元任務(wù)的實施。

2）“部門級”元任務(wù)與“現(xiàn)場級”模擬監(jiān)控臺

設(shè)計的數(shù)據(jù)流向包括兩類：一類是從現(xiàn)場級到部門級和艦長級的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳，另一類是從艦長級到部門級到現(xiàn)場級控制臺控制指令的下達[11]。當(dāng)部門級操作臺位收到完成某個“元任務(wù)”的操作指令后，通過“監(jiān)測數(shù)據(jù)表”和“控制點表”的解算，從現(xiàn)場級模擬監(jiān)控臺上采集需要監(jiān)測的信號數(shù)據(jù)，并將需要控制的信號發(fā)送給現(xiàn)場級模擬監(jiān)控臺。

現(xiàn)場級模擬監(jiān)控臺根據(jù)部門級發(fā)送的控制指令，視情執(zhí)行，并將執(zhí)行情況反饋給部門級操作臺。完成一個元任務(wù)可能有多個并列的控制執(zhí)行邏輯。部門級操作臺位負(fù)責(zé)選擇其中一個控制執(zhí)行邏輯。邏輯反饋執(zhí)行關(guān)系如圖4所示。

圖4 邏輯反饋執(zhí)行流程Fig.4 Logical feedback execution relationships

3 應(yīng)用案例分析

如圖5所示，以1號住艙著火后的消防處置為例，從不同的階段，說明損管任務(wù)的處置過程以及不同臺位之間的交互關(guān)系。

1）階段1，封艙隔離階段。首先由災(zāi)害導(dǎo)演臺位，導(dǎo)控1號住艙起火的消防任務(wù)；然后，“艦指”通告1號住艙發(fā)生火災(zāi)，并且命令“機電部門指揮所”進行1號住艙的斷電隔離和通風(fēng)隔離?！皺C電部門指揮所”在接受到指令后，命令動力系統(tǒng)模擬監(jiān)控臺和電力系統(tǒng)模擬監(jiān)控臺，分別切斷通風(fēng)和切斷供電。動力系統(tǒng)模擬監(jiān)控臺和電力系統(tǒng)模擬監(jiān)控臺的操作人員，在收到指令后，遙控切斷通風(fēng)和供電。

圖5 1號住艙消防處置時序圖Fig.5 The sequence chart of No.1 living quarter firefighting

2）階段2，滅火與控火階段。“艦指”命令“機電部門指揮所”，使用消防水進行直接滅火?！皺C電部門指揮所”在收到指令后，需要向損管監(jiān)控臺發(fā)送消防水壓保障信息，以檢查當(dāng)前消防水壓力是否符合直接滅火條件[12]。損管監(jiān)控臺在受到指令后，將當(dāng)前消防主管壓力上報機電部門指揮所，機電部門指揮所據(jù)此組織直接滅火[13]。同時，“艦指”命令“機電部門指揮所”設(shè)置防火邊界，以防止火災(zāi)向其它艙室蔓延。

3）階段3，航向調(diào)整階段。由于當(dāng)前風(fēng)向?qū)鸦馂?zāi)煙氣吹進上層建筑艙室內(nèi)，需要調(diào)整艦艇航向，將火災(zāi)煙氣吹離舷外。此時，“艦指”命令“航海部門指揮所”將艦艇航行調(diào)整180°。“航海部門指揮所”在收到指令后，通過調(diào)整舵角，實現(xiàn)航行調(diào)整的目的。

4）階段4，消除消防積水階段。在滅火過程中，造成艙室內(nèi)大量的消防積水，此時，“艦指”命令“機電部門指揮所”組織消防積水的排除?！皺C電部門指揮所”收到指令后，命令損管系統(tǒng)模擬監(jiān)控臺打開排水泵。損管系統(tǒng)模擬監(jiān)控臺操作人員收到指令后，遙控打開排水泵直到消防積水的排除[14]。

上述消防處置過程的元任務(wù)如表1所示。

表1 元任務(wù)分解表Tab.1 Meta task decomposition datasheet

根據(jù)圖5的消防處置時序圖，設(shè)計的模擬控制基本原則是：

1）“艦指揮所”臺位與“部門指揮所”臺位之間的控制指令一般是“事件類”的，此時一般不進行底層模擬監(jiān)控臺上的控制指令分解。

2）“部門指揮所”臺位接收到“艦指揮所”臺位的“事件類”指令后，部門指揮所臺位將該“事件類”的控制信號分解成對應(yīng)的“控制指令”。這些“控制指令”能夠被底層模擬監(jiān)控臺識別，并能進行操作。

4 結(jié) 語

艦艇的損管過程復(fù)雜，需要全艦多個專業(yè)的配合，涉及損管、動力、電力以及航行操縱。不僅如此，在損管過程中，艦指揮所、部門指揮所以及現(xiàn)場級模擬監(jiān)控臺之間的信息相互交互是一種典型的異步并發(fā)過程[15-16]。因此，對于艦員而言，很難將指揮流程體系與信息監(jiān)控體系進行有效的融合，能以準(zhǔn)確掌握損管處置過程的時序特征和交互特征[17]。本文設(shè)計開發(fā)的艦艇損管任務(wù)模擬系統(tǒng)，通過分布式的數(shù)據(jù)交互，可以有效、直觀地模擬任務(wù)交互和信息交互的流程，可為艦員提供了一個仿真精度高、系統(tǒng)交互強的訓(xùn)練環(huán)境[18-19]。然而，如何將仿真系統(tǒng)與艦船的平臺網(wǎng)絡(luò)和裝備系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)嵌入式的損管任務(wù)訓(xùn)練系統(tǒng)，依然是以后需要重點研究的方向[20]。