基于網格技術的艦船裝備綜合保障系統研究

摘要在分析綜合保障內涵和艦船綜合保障特點的基礎上，結合網格技術的優勢，提出了基于網格技術建立艦船裝備綜合保障管理系統的思想。選取網格技術領域較為成功的項目的最新成果為核心組件，從參與角色的角度構建了系統整體框架，深入解析了系統底層實現原理和工作機制，從而實現了以服務為中心的資源共享，并整體描述了以服務為支持的艦船裝備綜合保障管理系統業務流程。

關鍵詞艦船 綜合保障 網格技術

中圖分類號:U66文獻標識碼:A

0 前言

艦船作為最為復雜的大型作戰載體，是海軍國防力量的重要組成部分。艦船的生命力和戰斗力已成為現代化戰爭方程式中一個日益重要的因素。如何最大程度地保證艦船的完整性，成為各國研究的熱點。由此，綜合保障的概念應運而生。它從全系統全壽命的角度出發，綜合規劃裝備的保障問題。目前，關于綜合保障已經建立了較為完善的理論體系，然而關于綜合保障系統工程的實施卻遠遠滯后于其理論的發展。究其根源，主要還在于信息孤島的存在使得裝備全壽命周期內的各個環節無法形成暢通的信息流和數據流，而充分的信息共享也正是綜合保障的基礎和關鍵。因此，本文將網格技術引入艦船裝備綜合保障領域，依托其在實現廣域資源共享方面的優勢，為艦船裝備綜合保障各個參與部門構造一個信息資源一體化集成環境，進而為建立全局的綜合保障管理系統，實現艦船裝備綜合保障的網絡化、集成化和智能化打下基礎。

1 艦船裝備綜合保障分析

1.1 綜合保障分析

綜合保障的目的是以最低的成本和最高的質量保證裝備的完整性和生命力。實施綜合保障的活動稱為綜合保障工程，綜合保障工程是在裝備研制的全過程中為滿足戰備和任務要求，綜合規劃裝備所需的保障問題，在裝備部署使用的同時以可承受的壽命周期費用提供與裝備相匹配的保障資源和建立有效的保障系統所進行的一系列技術與管理活動。

因此，從時間維度上講，裝備綜合保障是對裝備的全生命周期的管理;從空間維度上講，裝備綜合保障是由多部門參與的對裝備的協同管理。信息是各種管理活動的基礎。管理中最基本的計劃職能要以大量的信息為基礎，才能使計劃先進、可行;組織、協調、控制等職能都必須依靠及時、有效的信息傳輸和交流。所以，從信息管理入手，實現裝備綜合保障相關信息的全面收集和快速傳遞，是實施裝備綜合保障工程的前提和基礎。

1.2 艦船裝備綜合保障特點及其綜合保障管理系統

現代艦船是一個多專業交叉、技術密集、組成繁雜并相互制約的大型復雜機電系統，任一設備的損壞都可能導致艦船整體生命力的下降甚至癱瘓。因此，其綜合保障要體現系統一體化。

目前艦船綜合保障管理模式是，艦船裝備的設計、研制和生產是由地方工業部門承擔;維修保障任務是由軍隊內部企事業單位承擔，由艦船裝備綜合保障管理部門依據法律法規的規定，組織艦船裝備科研、訂貨、生產和維修，監督有關艦船裝備承研、承制，承修單位履行裝備合同，保障艦船裝備使用。因此，在艦船裝備綜合保障中，艦船供應管理部門作為艦船裝備使用單位和承研承制單位的紐帶，是艦船裝備綜合保障信息傳遞的中間站，是融匯需求信息與供應信息并最終作出決策實現全局協調分配的核心部門。

所以，艦船裝備綜合保障管理系統應該是一個同時面向艦船供應管理部門、裝備使用部門和供應部門的全局管理系統。

2 基于網格技術的艦船裝備綜合保障系統建模

2.1 引入網格技術的必要

艦船裝備的綜合保障過程是一個由眾多單位參與并協同工作的過程，這種協同是以信息共享為基礎的。然而，由于信息的生成和需求單位廣域分布，且采用的數據存儲格式和信息處理系統是多種多樣，這就使得信息孤島的形成成為必然。要掃清這個障礙就必須依靠網絡化數據集成技術構建統一的數據共享平臺。

另一方面，在信息領域，隨著OGSA的提出和網格中間件的不斷成熟，網格技術在實現資源共享尤其是異構數據共享方面的優勢日漸凸顯。以網格作為平臺實現的數據共享將是一種徹底的無縫集成，數據之間的異構性將不再成為用戶進行協同訪問的障礙。而且，OGSA-DAI的數據集成中間件的不斷成熟，使得數據網格中資源的訪問和集成更加簡單易用。OGSA-DAI通過基于Web服務的接口可以簡單地將數據資源作為網格中的基本元素進行操作，從而簡化對數據網格中數據的訪問和集成。因此，依托網格技術建立艦船裝備全生命周期管理系統，具有極為廣闊的應用前景。

2.2 基于網格技術的艦船裝備綜合保障系統框架

網格技術在艦船裝備綜合保障信息管理系統中承擔的任務是為其構建一個信息集成的平臺。在數據集成中間件的基礎上各部門根據需要開發相應的應用層軟件。

因此，根據艦船裝備全壽命周期管理中的信息流向和參與角色，以網格技術為平臺的綜合保障管理的整體框架可用圖1表示。在圖1中將艦船裝備全壽命管理中參與的單位和部門分為三類，并針對其中的兩類參與者列出了系統為其提供的部分信息管理功能:

2.2.1 使用者

在此主要是指裝備配發的艦隊或艦船。針對用戶系統應該提供的功能包括裝備的技術數據管理、維修信息管理、故障信息管理、使用信息管理、備件管理以及人員管理等。

圖1 基于網格技術的艦船裝備綜合保障管理系統框架結構

(1)技術數據管理:主要是提供對裝備的產品數據和相關技術資料的查詢，以便于對使用人員培訓以及為維修人員提供數據參考等。

(2)維修信息管理:管理裝備故障修復或預防性維修的有關信息，如各項預防性維修工作的級別、維修工作類型、維修時間及消耗的資源等。

(3)故障信息管理:反映裝備在使用、儲存中的故障信息，如故障時間、故障部位、故障原因、故障現象等。

(4)備件管理:反映備件和其它供應品的品種、需求、儲存于消耗的數量等。

(5)人員管理:主要是對艦上人員的數量、文化技術業務水平、教育訓練等信息的管理。

2.2.2 決策者

主要指艦船裝備的供應保障管理部門，它在艦船裝備的全壽命周期中主要作為決策方存在，起到協調分配的功能。根據它所履行的職責系統為其提供如下功能:

(1)裝備管理:掌握裝備、維修設備和設施的數量、質量及使用分布情況，為分析預測裝備維修和確保重點提供依據。

(2)計劃管理:掌握裝備年度修理計劃和修理價格情況，對裝備維修情況進行分析預測，為修理的規劃和計劃提供依據。

(3)經費管理:掌握維修管理費開支范圍和標準，合理確定經費的投向和投量，確保重點方向、重點裝備的維修保障，使其發揮最大效益。

(4)器材管理:綜合調控裝備維修器材的訂貨、消耗、庫存和周轉。

(5)輔助決策管理:掌握裝備維修保障個方面的綜合信息，為各級領導機關制定裝備維修保障決策提供依據。

上述功能都要建立在對各艦船裝備使用單位的信息進行匯總的基礎。網格中間件和數據集成中間件將各使用單位的數據異構性進行屏蔽，為決策部門提供一個統一的數據環境，確保了信息的完整性和決策的正確性。

2.2.3 服務者

艦船裝備的供應商、設計制造單位作為服務者存在。他們一方面為軍方設計、制造、提供符合需求的裝備及其保障資源;另一方面在裝備的使用過程中為其提供技術支持，如遠程故障診斷、質量分析以及交互式產品電子數據查詢等。

3 系統實現邏輯結構分析

3.1 網格中間件和數據集成中間件

從上節構建的系統總體框架可以看出，在本系統的實現中處于核心地位的組件是網格中間件和數據集成中間件。

網格中間件是構建網格環境的基礎，是將現有網絡提升為網格的使能部件。從某種意義上說，一個成熟的網格中間件就類似于一個網絡化的操作系統，它通過屏蔽分布在網絡上的各種資源的異構性為用戶提供一個統一標準的使用和開發環境，從而使整個網絡抽象為一臺虛擬計算機。在眾多網格項目中，Globus是較為成功的一個。該項目的主要成果是Globus Toolkit工具包，目前已發展到GT4版本。該工具包的核心結構是基于開放網格服務結構(OGSI)的基本模塊和協議的，并與Web服務技術相結合，解決了網格安全、信息發現、資源管理、數據管理、通信、錯誤檢測等問題。Globus Toolkit已經應用在世界大多數的網格項目，成為網格中間件實事上的標準。因此，它也是本系統中網格中間件的理想選擇。

本系統中選擇的數據集成中間件是符合網格服務標準的OGSI-DAI中間件，該中間件是UK-Database Task Force與全球網格論壇數據訪問與集成工作組(GGF DAIS-WG)以及Globus團隊一起合作提出的，它的目標是在OGSA基本規范的基礎上，構建一個在網格環境中能夠方便地支持異構數據源無縫訪問和集成的中間件，并提供了擴展的接口，使得開發者能夠根據具體的需求方便地進行功能開發。OGSA-DAI是一種基于服務的，并能與OGSA框架實現無縫集成的異構數據源集成技術。它以服務的形式將數據源呈現給用戶，解決了傳統的數據集成技術都無法很好的管理和訪問Internet環境下的廣域異構數據源的難題。因此，OGSA-DAI可以迎合建立艦船裝備綜合保障系統的需求。

3.2 基于GT3和OGSA-DAI的艦船綜合保障系統的實現機理

通過對相關組件的分析，在此我們選用相對成熟的Globus工具包和同樣符合開放網格服務規范的數據集成中間件――OGSA-DAI作為構建網格環境的核心組件。其中Globus工具包是整個網格環境的基礎，它為所有的網格應用提供最基礎和最核心的服務，并對系統中的邏輯資源進行統一管理。

OGSA-DAI是在Globus工具包的基礎上進行開發的，它的主要作用是實現異構數據資源的集成，系統中的數據資源都接受OGSA-DAI的統一管理。

系統中的所有資源在Globus工具包和OGSA-DAI數據集成中間件的管理下最終形成兩大類服務，數據資源服務和邏輯資源服務。數據資源服務是所有應用層軟件和邏輯資源運行的基礎。艦船綜合保障應用層軟件即可通過直接使用數據資源服務完成相應的功能，又可在邏輯資源服務的支持下實現更高層次的擴展。如圖2所示。

因此，整個系統大致可分為四個層次:資源層、資源映射層、服務層和應用層。

(1)資源層即包括以數據資源和邏輯資源為主的廣域動態資源，具體為分布在各單位的數據庫、軟件工具等。

(2)資源映射層的主要組成部分是網格中間件和數據集成中間件，實現由異構資源到符合網格標準的服務的映射。

(3)服務層是將各種資源的功能屬性抽取出來構成的抽象網格服務，根據資源的特性大致分為數據資源服務和邏輯資源服務兩類。

(4)應用層在網格服務的支持下開發的具備一定功能的應用軟件，這將是艦船綜合保障系統相關開發人員的重要實現對象，也是綜合保障管理順利實施的直接支持者。

4 以服務為中心的艦船裝備綜合保障業務流程

開放網格服務體系實現網絡資源共享的主要思想是將各種資源抽象為統一的服務，以服務為中心的網格資源共享機制使得艦船裝備綜合保障過程中的所有資源都被整合為各種各樣的服務，并以聚類的形式形成單一的服務鏡像。艦船裝備全壽命周期內的各項與裝備保障相關的活動均由這個單一鏡像入口連接資源服務池，按照資源屬性和任務屬性的層層匹配尋找相關資源并在資源協同工作的支持下完成。

圖3展示了艦船裝備綜合保障管理中主要業務流程以及核心資源服務對相關業務的支持關系。

在此，將艦船裝備的全壽命周期劃分為四個階段:論證階段、設計制造階段、使用維護階段和改裝(回收、報廢)階段。

在裝備論證階段，主要任務是由論證部門依據相關裝備的歷史數據和具體需求狀況對新研裝備的性能和保障性提出具體要求。

設計制造階段，是裝備實體和基本數據信息的生成階段。此階段主要的工作內容是動態聯盟組建

圖2 系統邏輯結構

和協同設計制造。動態聯盟的組建要以加盟單位的基本信息為依據，通過合作伙伴選擇機制組成最優的設計制造團體。這個過程以設計制造商信息服務為支撐。在裝備的協同設計和制造階段將產生大量的裝備設計數據和工藝數據，這是日后裝備維護的重要依據，同時，在此階段設計制造單位也要依靠這些信息來協調研制工作進程。因此，此階段主要依靠的服務為裝備產品數據信息服務。

使用維護階段是裝備壽命周期中歷時最長的階段，是裝備效能充分發揮的階段。這階段的主要工作包括裝備的維護、維修、供應保障等。因此，將主要依靠科研院所提供的技術服務和設計制造階段產生的裝備技術數據服務。另外，裝備保障資源的采購也是其中的重要環節，這期間要涉及到需求分析以及供應商選擇的問題，相應的裝備使用數據信息服務和供應信息服務成為其不可或缺的支撐服務。

圖3 系統業務流程

5 總結

實施綜合保障工程是提高艦船生命力和戰斗力的有效手段，建立切實可行的綜合保障管理系統是順利實施綜合保障工程的前提。本文通過對綜合保障工程的分析和艦船綜合保障的特點提出了基于網格技術建立統一的艦船裝備保障數據集成環境的思想，并在此基礎上構建了系統的整體框架，結合網格技術領域的最新成果深入解析了了系統實現機理和工作機制，并從全局角度描述了以網格服務為中心的艦船裝備綜合保障管理業務流程。該系統能夠徹底消除信息孤島的影響，使各部門之間擁有暢通的信息流和數據流，促進部門之間的協同工作，從而在真正意義上實現艦船綜合保障管理的信息化、網絡化和集成化。

參考文獻

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