王 萍,張朋坤

(海軍青島雷達(dá)聲納修理廠,山東 青島 266100)

伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大量現(xiàn)代化、信息化裝備逐漸被應(yīng)用，船舶裝備信息化建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)。在裝備維修過(guò)程中產(chǎn)生了大量的業(yè)務(wù)、維修數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠真實(shí)地反映裝備特點(diǎn)與維修保障規(guī)律。但目前針對(duì)船舶裝備維修數(shù)據(jù)管理的相關(guān)研究工作仍然比較落后，存在數(shù)據(jù)獨(dú)立分散、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混亂、數(shù)據(jù)分析方法簡(jiǎn)單等一系列問(wèn)題，既浪費(fèi)了珍貴的一手保障數(shù)據(jù)和珍貴的保障資源，又影響整體信息化建設(shè)水平[1]。因此，建設(shè)一套以信息技術(shù)為核心的船舶裝備維修信息系統(tǒng)，高效、精確地管理船舶裝備維修數(shù)據(jù)，探索分析保障規(guī)律，實(shí)現(xiàn)保障資源向待維修裝備聚集，已經(jīng)成為目前船舶裝備維修保障的一項(xiàng)重要研究課題。

1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于船舶裝備維修信息系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究正逐步發(fā)展。李文俊總結(jié)分析了裝備保障信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了綜述與展望[2]；代冬升與王躍利等對(duì)裝備保障信息系統(tǒng)集成框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究[3]；李振舉等對(duì)基于信息系統(tǒng)的裝備保障體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，提出了體系建設(shè)的相關(guān)措施[4]；張居可與魏海平以B/S模式作為數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)框架，采用三層數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)了后勤裝備維修信息系統(tǒng)與裝備保障信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)[5-6]；吳國(guó)富[7]研究設(shè)計(jì)裝備維修管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了裝備維修信息管理、維修工具管理和維修人員管理等功能。但從總體來(lái)看，目前維修信息系統(tǒng)存在以下3點(diǎn)不足。

1)船舶各專業(yè)裝備維修信息系統(tǒng)之間缺乏互用、連通與數(shù)據(jù)共享。由于缺乏統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致各信息系統(tǒng)相互獨(dú)立，技術(shù)體制、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式等不能統(tǒng)一，形成了很多信息化系統(tǒng)“煙囪”，并且由于技術(shù)體制不一致，增大了后期維護(hù)難度，導(dǎo)致大多數(shù)船舶裝備維修信息系統(tǒng)由于缺乏相應(yīng)的及時(shí)更新與維護(hù)而被停止使用。

3)數(shù)據(jù)分析方法簡(jiǎn)單，與前沿科技理論的融合不夠緊密。隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、云計(jì)算和智能AI等先進(jìn)技術(shù)得到充分發(fā)展，已經(jīng)成功運(yùn)用在生產(chǎn)、生活的眾多領(lǐng)域，但在船舶裝備維修信息系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究還處于起步階段。因此，促進(jìn)船舶裝備維修信息系統(tǒng)與先進(jìn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)及人工智能AI的融合與發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)船舶裝備維修實(shí)力跨越式發(fā)展的重要途徑[8]。

2 船舶裝備維修信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

船舶裝備維修信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)管理與智能輔助決策平臺(tái)等模塊。船舶裝備維修信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 船舶裝備維修信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

其中，維修業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)維修流程的優(yōu)化、信息系統(tǒng)的集成與完善。通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)手工填報(bào)方式和單一簡(jiǎn)單的維修保障管理模式，提高船舶裝備維修效率。維修流程的優(yōu)化應(yīng)當(dāng)聚焦對(duì)船舶裝備維修各項(xiàng)業(yè)務(wù)頂層結(jié)構(gòu)的梳理與規(guī)劃，發(fā)揮船舶裝備維修信息化系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化重建維修業(yè)務(wù)流程，明確各部門職責(zé)分工，規(guī)范單據(jù)等文件填報(bào)格式，將手工作業(yè)與智能終端輔助作業(yè)進(jìn)行技術(shù)整合。同時(shí)，維修信息系統(tǒng)的集成與完善應(yīng)當(dāng)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，按照新的業(yè)務(wù)需求梳理現(xiàn)有專業(yè)的信息系統(tǒng)功能，對(duì)各類系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成、升級(jí)改造或配套研發(fā)，實(shí)現(xiàn)維修信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路順暢銜接維修單位、修理工間、故障單位以及各級(jí)業(yè)務(wù)機(jī)關(guān)等各主體，使其功能范圍涵蓋各類裝備、設(shè)施設(shè)備、器材物資、維修人員等信息的自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)對(duì)接，以及計(jì)劃擬制、報(bào)批審核、維修保養(yǎng)、裝備送修、器材籌儲(chǔ)供等各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)船舶裝備維修全程動(dòng)態(tài)跟蹤和逆向追溯[9]。

3 船舶裝備維修信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

3.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與標(biāo)準(zhǔn)化模塊

數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的配套建設(shè)是船舶裝備維修信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工作，只有建立標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)規(guī)范，才能保證船舶裝備維修信息系統(tǒng)得到有效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與流通。通過(guò)完善各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、物資編目等基礎(chǔ)性工作，梳理分類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新機(jī)制；完善各類數(shù)據(jù)編寫、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)、交互協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為后續(xù)各項(xiàng)建設(shè)提供基礎(chǔ)規(guī)范支撐。

各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括各類物資編碼、技術(shù)資料目錄、專業(yè)人員目錄、單位目錄、承修資質(zhì)目錄、故障目錄、故障模塊目錄等。各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括船舶裝備信息數(shù)據(jù)規(guī)范(規(guī)范各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、要素、屬性等內(nèi)容)、數(shù)據(jù)交互接口規(guī)范、自動(dòng)識(shí)別規(guī)范、修理標(biāo)準(zhǔn)以及庫(kù)存標(biāo)準(zhǔn)等。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

3.2.1 維修信息原始數(shù)據(jù)的采集途徑

數(shù)據(jù)是信息化的關(guān)鍵要素，而數(shù)據(jù)采集則是實(shí)現(xiàn)船舶裝備維修信息化建設(shè)的重要前提。壽命周期各階段的一切活動(dòng)都是維修性數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源，所以，維修性數(shù)據(jù)的來(lái)源貫穿于船舶裝備制造、試驗(yàn)、使用、維護(hù)、維修的整個(gè)過(guò)程。但最重要的是使用中的故障數(shù)據(jù)、維護(hù)、修理紀(jì)錄及故障排除紀(jì)錄等。

老賈來(lái)之前本來(lái)就是想著要做生意。古董這行宜早不宜遲，機(jī)會(huì)稍縱即逝。所以他身上現(xiàn)金票據(jù)一應(yīng)俱全。兩人也不拖泥帶水，當(dāng)桌就一手交錢一手交貨，老賈再開(kāi)出單據(jù)，交易不一會(huì)兒就完成了。之后，老賈打開(kāi)盒子把錢幣倒在飯桌上，讓孟導(dǎo)自己挑五枚帶走，自己則從包里拿出各種卡尺和工具，也趁著功夫測(cè)量起錢的尺寸。

維修原始信息的來(lái)源和途徑主要有：①維修活動(dòng)的原始紀(jì)錄；②積累的文件檔案和資料；③在維修工作現(xiàn)場(chǎng)直接了解的情況；④相關(guān)單位提供或查詢到的材料。

3.2.2 維修信息原始數(shù)據(jù)的采集手段

數(shù)據(jù)采集是在船舶裝備維修數(shù)據(jù)庫(kù)模型的基礎(chǔ)上，具備為用戶提供維修數(shù)據(jù)的自動(dòng)導(dǎo)入、手工維護(hù)等手段。主要通過(guò)以下2種方式實(shí)現(xiàn)。

一種是自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集模式，通過(guò)船舶裝備維修各環(huán)節(jié)原始數(shù)據(jù)的自動(dòng)化高效采集，大大提高采集的效率和質(zhì)量。主要運(yùn)用圖形碼、射頻識(shí)別裝置(電子標(biāo)簽)、存儲(chǔ)卡、智能卡、機(jī)內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將維修器材、維修設(shè)備、技術(shù)資料等信息，以及器材在儲(chǔ)在運(yùn)信息、業(yè)務(wù)單據(jù)信息等各類原始數(shù)據(jù)快速、標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)地采集上來(lái)。

另一種是手動(dòng)維護(hù)采集方式。主要是對(duì)船舶裝備技術(shù)狀態(tài)檢查、故障修理要素(故障項(xiàng)目、故障現(xiàn)象、故障原因、故障模塊、維修人員、工時(shí)等)、器材消耗種類數(shù)量等作業(yè)信息，以及維修實(shí)力、承修資質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行人工錄入采集。

為便于錄入，使收集更方便、精準(zhǔn)、有序，需將收集到的維修信息制成表格。

3.3 數(shù)據(jù)管理與智能輔助決策平臺(tái)

數(shù)據(jù)管理與智能輔助決策平臺(tái)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)與人工智能算法，實(shí)現(xiàn)維修數(shù)據(jù)的維護(hù)、瀏覽、檢索查詢、導(dǎo)入導(dǎo)出以及數(shù)據(jù)分析、故障智能研判等功能，完成維修資源可視化管理和智能優(yōu)化調(diào)控，達(dá)到精確維修的效果。數(shù)據(jù)管理與智能輔助決策平臺(tái)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)管理與智能輔助決策平臺(tái)組成結(jié)構(gòu)

3.3.1 維修信息數(shù)據(jù)管理模塊

維修信息數(shù)據(jù)管理模塊的用途是支持系統(tǒng)維修信息數(shù)據(jù)管理的擴(kuò)充性和靈活性，主要實(shí)現(xiàn)維護(hù)審核、查詢?yōu)g覽、導(dǎo)入導(dǎo)出功能。

維修信息數(shù)據(jù)審核是數(shù)據(jù)匯總之前必須采取的措施之一，對(duì)保持維修信息數(shù)據(jù)整體上的有效性，具有很大幫助。數(shù)據(jù)審核模塊主要實(shí)現(xiàn)維修信息數(shù)據(jù)的日常檢查、對(duì)將要入庫(kù)或已入庫(kù)的數(shù)據(jù)提供專項(xiàng)或整體的合法性、完整性和一致性檢查，并給出報(bào)告提示，同時(shí)具備清理非法數(shù)據(jù)的功能。

維修信息數(shù)據(jù)查詢模塊主要作用：①實(shí)現(xiàn)對(duì)維修對(duì)象的基本情況、船舶裝備實(shí)力和狀況等相關(guān)信息的查詢；②實(shí)現(xiàn)對(duì)維修單位、維修人員、維修設(shè)備和資質(zhì)等基本情況的查詢；③實(shí)現(xiàn)對(duì)維修資料和相關(guān)維修信息的查詢；④實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前故障裝備、維修進(jìn)度等相關(guān)情況的查詢；⑤實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史故障、維修紀(jì)錄、消耗器材等相關(guān)情況的查詢。

維修信息導(dǎo)入導(dǎo)出模塊主要實(shí)現(xiàn)船舶裝備維修信息數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)外數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、匯總、導(dǎo)出，包括船舶裝備維修資料收集導(dǎo)入、資料匯總和資料導(dǎo)出等功能。其中：船舶裝備維修資料導(dǎo)入是將查詢到的信息導(dǎo)入、保存；資料匯總是將提供資料匯總、合并；資料導(dǎo)出是將資料內(nèi)容導(dǎo)出為標(biāo)準(zhǔn)格式文件(word、excel)或打印輸出。

3.3.2 維修信息數(shù)據(jù)分析模塊

運(yùn)用云計(jì)算、人工智能等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)深入挖掘分析，探索船舶裝備維修內(nèi)在規(guī)律，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)功能，指導(dǎo)完善船舶裝備維修業(yè)務(wù)系統(tǒng)，使之更加貼合實(shí)際需求，提高船舶裝備維修效率。

船舶裝備維修信息數(shù)據(jù)分析主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①通過(guò)對(duì)維修單位情況、承修資質(zhì)級(jí)別、維修人才隊(duì)伍技術(shù)能力、維修設(shè)施配套建設(shè)等數(shù)據(jù)的研究與分析，可輔助維修單位全面掌握實(shí)際裝備維修能力，明確船舶裝備維修能力建設(shè)發(fā)展方向；②通過(guò)對(duì)裝備型號(hào)、整體結(jié)構(gòu)、性能狀態(tài)等數(shù)據(jù)的整理與分析，輔助修理人員快速掌握裝備特點(diǎn)與性能狀態(tài)，提升修理效率；③通過(guò)對(duì)故障類型、故障發(fā)生頻率、排故進(jìn)度與方法以及消耗器材種類、數(shù)量與金額等數(shù)據(jù)的整理與研究，可實(shí)現(xiàn)船舶裝備故障數(shù)據(jù)的可視化分析，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)與分析、關(guān)重件壽命周期監(jiān)控與管理等功能。

3.3.3 智能輔助決策模塊

智能輔助決策模塊主要依托神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)船舶裝備維修信息進(jìn)行分析與解算，實(shí)現(xiàn)故障智能分類、智能診斷等功能，能夠?yàn)榫S修人員提供準(zhǔn)確、高效的決策輔助，是船舶裝備維修數(shù)據(jù)分析的重要算法。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法是從信息處理角度對(duì)人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象，建立某種簡(jiǎn)單模型，按不同的連接方式組成不同的網(wǎng)絡(luò)，是20世紀(jì)80年代以來(lái)人工智能領(lǐng)域興起的研究熱點(diǎn)。隨著對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深入研究，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于模式識(shí)別、智能機(jī)器人、自動(dòng)控制、生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具有以下特點(diǎn)：①?gòu)V泛連接的巨型系統(tǒng)；②分布式存儲(chǔ)信息；③并行處理功能；④自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)功能。

由于基于解析模型的故障診斷方法面臨難以建立系統(tǒng)模型的實(shí)際困難，基于知識(shí)的故障診斷方法成了重要的、也是實(shí)際可行的一種方法，由于神經(jīng)算法有良好的學(xué)習(xí)適應(yīng)特點(diǎn)，因此，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行故障診斷具有較大優(yōu)勢(shì)。

圍繞船舶裝備維修數(shù)據(jù)分析功能需求，對(duì)國(guó)內(nèi)外人工智能算法進(jìn)行查閱與分析，研究比較各類算法優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合維修實(shí)際需求，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)與應(yīng)用。其中由D.E.Rumelhart 等多人組成的并行分布處理研究小組提出的BP網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最為廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP算法整個(gè)處理過(guò)程可以分為2個(gè)階段。第1個(gè)階段：從BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層開(kāi)始逐層向前計(jì)算，根據(jù)輸入樣本計(jì)算出各層的輸出，最終求出網(wǎng)絡(luò)輸出層的輸出，這是前向傳播過(guò)程。第2個(gè)階段：對(duì)權(quán)值的修正，從網(wǎng)絡(luò)的輸出層開(kāi)始逐層向后進(jìn)行計(jì)算和修正，這是反向傳播過(guò)程。這2個(gè)過(guò)程反復(fù)交替，直到收斂為止[10]。利用算法，實(shí)現(xiàn)故障分類和故障診斷功能，快速定位故障部位，從而實(shí)現(xiàn)輔助決策，提高船舶裝備維修效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

在深入分析國(guó)內(nèi)船舶裝備維修信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀后，結(jié)合船舶裝備維修實(shí)際特點(diǎn)，立足整體規(guī)劃設(shè)計(jì)需求，建立船舶裝備維修信息系統(tǒng)體系架構(gòu)，闡述各結(jié)構(gòu)功能，并對(duì)其中采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行進(jìn)一步研究與分析。通過(guò)對(duì)維修信息系統(tǒng)的探討與分析，研究梳理工作思路，明確研究重點(diǎn)與方向，對(duì)下一步船舶裝備維修信息系統(tǒng)的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。