基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)研究

安中昌，馮偉強(qiáng)(海軍裝備研究院，北京　100161)

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基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)研究

安中昌，馮偉強(qiáng)
(海軍裝備研究院，北京100161)

摘要:介紹戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的起源和發(fā)展，針對現(xiàn)有部分損管系統(tǒng)基于作戰(zhàn)背景的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為基于作戰(zhàn)背景損管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展提出建議。

關(guān)鍵詞：作戰(zhàn)背景；戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)

0　引　言

損管系統(tǒng)是艦船極其重要的生命力和戰(zhàn)斗力保障系統(tǒng)[1-2],目前各國戰(zhàn)斗艦艇普遍配備了損管系統(tǒng)，對艦艇火災(zāi)、浸水等損害進(jìn)行探測并針對已有損害進(jìn)行限制、消除和效果評估?？紤]到戰(zhàn)斗艦艇在其壽期內(nèi)可能遭受潛在的導(dǎo)彈、魚雷攻擊引發(fā)的火災(zāi)、浸水等戰(zhàn)斗損害，美國海軍在20世紀(jì)80年代提出了戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)（battle damage control system，BDCS）的概念，希望在損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)中突出作戰(zhàn)背景，重點(diǎn)保證戰(zhàn)斗損傷下艦艇的抗損能力和反擊能力[3]。

本文在分析美軍戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)起源和基本概念的基礎(chǔ)上，分析部分損管軟件對作戰(zhàn)背景的考慮和針對性設(shè)計(jì)，并針對國內(nèi)損管軟件的設(shè)計(jì)和發(fā)展提出部分參考建議。

1　戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的起源和發(fā)展

“戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)”是最早的基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念，美國戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的提出和發(fā)展源于美海軍“全艦生命力研究（total ship survivability program，TSS）”項(xiàng)目，該項(xiàng)目由美國海軍裝備司令部作戰(zhàn)系統(tǒng)生命力工程辦公室主持。美國海軍概括提出了21世紀(jì)艦艇應(yīng)該具備的 12 項(xiàng)關(guān)鍵能力，其中前 3位分別是全任務(wù)協(xié)同能力、高度的系統(tǒng)集成能力和生命力、反擊能力。其中生命力、反擊能力部分具備包含了隱身防護(hù)能力、抗打擊能力、損害自救能力和反擊能力?；谠撃芰Ψ治?，項(xiàng)目對戰(zhàn)斗系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)和損管系統(tǒng)進(jìn)行了信息融合和部分功能集成，初步形成了圖1 所示的戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)框架[4]。

戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)了損傷下的戰(zhàn)斗（fight-whilehurt）能力，要求艦艇在發(fā)生損害后，應(yīng)該做到：

1）限制或減少關(guān)鍵部位損害；

2）避免彈藥庫發(fā)生爆炸；

3）保持作戰(zhàn)系統(tǒng)中防御系統(tǒng)和武器發(fā)射設(shè)備關(guān)鍵部分的功能，其中優(yōu)先保證防御系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以抵御后續(xù)戰(zhàn)斗威脅或襲擊。

美軍認(rèn)為如果艦艇彈藥庫中還有武器彈藥，那么本艦應(yīng)該繼續(xù)戰(zhàn)斗，如果艦艇探測和武器控制功能被破壞，武器發(fā)射信息可由艦艇發(fā)射部分進(jìn)行處理，可由其他未受損艦艇控制受損艦艇的武器和火控功能，從而最大程度發(fā)揮受損艦艇剩余戰(zhàn)斗能力。整個(gè)過程由受損艦艇為戰(zhàn)場指揮員爭取了反應(yīng)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)對敵方的還擊。為使艦船在遭受巡航導(dǎo)彈或魚雷攻擊后能夠繼續(xù)履行戰(zhàn)斗使命，艦艇關(guān)鍵系統(tǒng)必須保持武器發(fā)射和關(guān)鍵戰(zhàn)斗部位保護(hù)等功能。損傷下的戰(zhàn)斗能力要求艦艇具備作戰(zhàn)系統(tǒng)和平臺關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)備完整性和功能可靠性。

圖1　戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)示意圖Fig. 1　The schematic diagram of battle damage control system

為確保艦艇具備損傷下的戰(zhàn)斗能力，需要通過全艦系統(tǒng)過程實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)單元模塊、動(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)和損管系統(tǒng)的有效集成，實(shí)現(xiàn)對損害的基于協(xié)同控制的快速反應(yīng)。完備的戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)可為艦艇提供戰(zhàn)時(shí)和平時(shí)的有效保障。

2　部分損管系統(tǒng)基于作戰(zhàn)背景的功能設(shè)計(jì)

在提出戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的概念后，1992 年美國海軍結(jié)合研制統(tǒng)一的艦船監(jiān)控系統(tǒng)（SMCS）系統(tǒng)開發(fā)出一型戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)（BDCS），樣機(jī)安裝在“提康德羅加”級巡洋艦 CG 68 號上，該系統(tǒng)可結(jié)合傳感器信息和人工輸入信息自動(dòng)產(chǎn)生損管狀態(tài)報(bào)告，且該系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與全艦監(jiān)控系統(tǒng)相連。在此基礎(chǔ)上，又研制出更符合作戰(zhàn)使用要求的綜合生命力管理系統(tǒng)（integrated safety management system, ISMS），安裝在“阿利·伯克”級 IIA 型驅(qū)逐艦上。

1）綜合生命力管理系統(tǒng)

基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要目的是保持生命力的情況下恢復(fù)和保持艦艇戰(zhàn)斗能力。綜合生命力管理系統(tǒng)一方面將實(shí)現(xiàn)了艦艇損管信息的有效監(jiān)控和信息傳輸，并集成損管器材管理軟件（DCAMS）、進(jìn)水控制軟件（FCCS）等功能，確?；馂?zāi)和進(jìn)水事故控制及損管資源管理，另一方面通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)和作戰(zhàn)系統(tǒng)的聯(lián)接，可對戰(zhàn)損后的作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行重組，以恢復(fù)和保持戰(zhàn)斗力。

系統(tǒng)具體功能包括：

① 損管傳感器數(shù)據(jù)（溫度、火焰、煙霧、淹水、閥門位置、原動(dòng)機(jī)即通風(fēng)與消防泵）收集、評估、傳輸以及顯示；

② 現(xiàn)場指揮員與修理站的雙向數(shù)據(jù)通信；

③ 保障損管器材管理、穩(wěn)性計(jì)算、系統(tǒng)/設(shè)備以及艙室信息的損管輔助決策；

④ 損管中心、修理站及指揮戰(zhàn)位之間的損管信息傳輸。

2）Qinetiq 公司智能化損管輔助決策軟件

與常規(guī)損管系統(tǒng)相比，基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)更加注重艦艇遭受武器攻擊的實(shí)戰(zhàn)條件。英國 Qinetiq公司的智能化損管輔助決策軟件就在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對艦艇遭受武器攻擊后的損害蔓延、設(shè)備受損狀態(tài)、生命力指標(biāo)變化以及戰(zhàn)斗人員逃生等具體問題進(jìn)行針對性的功能設(shè)計(jì)。圖2 為智能化損管輔助決策軟件。

圖2　智能化損管輔助決策軟件界面Fig. 2　The software interface of intellgent of intelligent damage control system assistant decision

軟件具體功能包括：

① 可對艦艇進(jìn)行全建筑結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵系統(tǒng)的三維建模，并具有豐富的模型細(xì)節(jié)。

② 可對典型戰(zhàn)斗損害進(jìn)行仿真建模，對武器破壞性進(jìn)行分析，對全艦的主要裝備開展損傷研究；

③ 能夠多角度模擬艦船在遭受武器攻擊情況下的損害蔓延，分析艦船生命力指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化過程；

④ 充分考慮了門窗蓋對生命力的影響，為模擬艦員損管行動(dòng)提供了基礎(chǔ)模型；

⑤ 能夠基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)建模，對艦員的行動(dòng)路線進(jìn)行規(guī)劃，為指揮人員提供輔助決策支持。

3）L-3 公司戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)

損管系統(tǒng)的智能化程度也是基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素，通過提高系統(tǒng)的智能化程度，可以有效提高人員行動(dòng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，在保障艦艇生命力的基礎(chǔ)上，更好地保障艦艇戰(zhàn)斗任務(wù)的完成。L-3 公司在綜合平臺管理系統(tǒng)也集成了一款戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)，應(yīng)對艦艇火災(zāi)、浸水、煙氣和核生化損害等，并重點(diǎn)提高了系統(tǒng)的智能化程度。

圖3　L-3公司的戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)Fig. 3　Battle damage control system for L-3 company

系統(tǒng)主要功能包括：

① 損害標(biāo)繪與管理，輻射監(jiān)測與記錄；

② 艦艇布置圖的 2 維或矢量顯示，系統(tǒng)設(shè)備圖層信息顯示；

③ 集成視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）；

④ 人員與設(shè)備器材管理；

⑤ 傷亡人員管理，損管事件記錄、報(bào)告生成；

⑥ 艦艇實(shí)時(shí)穩(wěn)性計(jì)算模塊；

⑦ 突發(fā)事件或狀態(tài)變化時(shí)自動(dòng)生成決策卡；

⑧ 損管控制器聯(lián)動(dòng)（集成于綜合平臺管理系統(tǒng)）；

⑨ 集成 L-3 在艦訓(xùn)練系統(tǒng)（OBTS），用于損管流程、預(yù)案的學(xué)習(xí)、操練與考核評價(jià)。

此外，系統(tǒng)還可擴(kuò)展全功能專家系統(tǒng)，并支持NBCD 咨詢系統(tǒng)最新套件。損管控制器聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)生成決策卡、全功能專家系統(tǒng)擴(kuò)展等方面的設(shè)計(jì)，可以確保該系統(tǒng)具備更高的智能化程度，更好地適應(yīng)戰(zhàn)場應(yīng)用環(huán)境。

3　結(jié)論及建議

美海軍在提出戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的概念后，針對性地完成了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗艦艇損管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，雖然在戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展中，受冷戰(zhàn)后戰(zhàn)略調(diào)整、預(yù)算減少、技術(shù)開發(fā)困難等因素影響，其最初提出的戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的部分目標(biāo)功能并沒有實(shí)現(xiàn)，但戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想還是影響并推動(dòng)了美國和其他國家海軍艦艇損管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制，并對艦艇實(shí)際損管工作產(chǎn)生了積極的推動(dòng)作用。

目前艦艇軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是信息化技術(shù)的發(fā)展，為基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究帶來了新的機(jī)遇，參考國外技術(shù)發(fā)展和艦艇作戰(zhàn)使用需要，基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)在后續(xù)發(fā)展中可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

1）系統(tǒng)開放式設(shè)計(jì)

戰(zhàn)斗損害往往使艦艇部分軟硬件設(shè)備喪失功能，因此基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)可在體系結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)開放式設(shè)計(jì)，靈活配置損管系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。目前 L-3 公司、Matec 公司的戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)即采用類似設(shè)計(jì)，通過功能軟件化、移動(dòng)終端設(shè)計(jì)等方式，提升了損管系統(tǒng)在戰(zhàn)斗損害條件下的可靠性。

2）加強(qiáng)信息集成共享。

全艦信息的集成共享，是全艦各系統(tǒng)協(xié)同工作的基礎(chǔ)，也是目前各國艦艇技術(shù)發(fā)展的重要方向?；谧鲬?zhàn)背景的損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中也應(yīng)加強(qiáng)平臺系統(tǒng)與作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成，采用信息分發(fā)、信息推送等形式將損害相關(guān)信息、損管行動(dòng)信息等發(fā)送到作戰(zhàn)系統(tǒng)，保證作戰(zhàn)系統(tǒng)對艦艇生命力狀態(tài)的掌握，保障作戰(zhàn)系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行。

3）提升智能化程度

通過提升傳感器、控制器等硬件設(shè)備性能，提升軟件自動(dòng)處理、輔助決策等軟件性能，一方面可以提高損管行動(dòng)的效率，節(jié)省損管行動(dòng)對時(shí)間、物資的消耗，另一方面可以減輕損管人員需求，避免過多的作戰(zhàn)人員參與到損管行動(dòng)中，從而更好地保障全艦各項(xiàng)使命任務(wù)特別是戰(zhàn)斗任務(wù)的完成。

4）加強(qiáng)損害模型研究

損管系統(tǒng)中的損害模型是整個(gè)損管系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，基于作戰(zhàn)背景的損管系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮艦艇可能遭受的各種戰(zhàn)斗損害，并加強(qiáng)損害模型研究、設(shè)備和艦艇損傷分析以及作戰(zhàn)損傷下的預(yù)案分析等，比如對典型導(dǎo)彈、魚類攻擊下的艦船部位損害特性進(jìn)行研究，以確保損管系統(tǒng)在對應(yīng)條件下?lián)p管任務(wù)的有效完成。

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The research of battle-background-oriented damage control systems

AN Zhong-chang, FENG Wei-qiang
(Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China)

Abstract:The provenance and development of the battle damage control system is introduced. The function design of some battle-background-oriented damage control systems is analyzed. The suggestion for the battle-background-oriented damage control system technology and systems is summarized.

Key words:battle background；battle damage control system

作者簡介:安中昌(1989–)，男，碩士，助理工程師，從事水面艦艇信息化及損管監(jiān)控系統(tǒng)研究。

收稿日期:2015–08–20

文章編號：1672–7619(2016)03–0151–03

doi：10.3404/j.issn.1672–7619.2016.03.032

中圖分類號：TK

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A