艦艇損管任務流程仿真系統研究

王康勃，侯 岳，浦金云

(海軍工程大學 動力工程學院，湖北 武漢 430033)

0 引 言

艦艇災害后的損害管制（以下簡稱損管），是一項全艦性的工作，是與破損進水、火災、煙霧相對抗的應急處置過程[1-2]。損管是在艦指揮所的統一領導下，全艦多個部門、多類系統共同參與的過程[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的滅火保障，還需要電力系統切斷著火艙的電力供應，并需要艦艇減速，甚至艦艇轉向以將火災煙氣吹離舷外。因此，艦艇的損管過程，需要損管監控、動力監控、電力監控、航行監控的共同參與，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全流程的仿真工具，各類監控臺位監測點和控制點的信息應用，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、損管與消防監控還都是“信息孤島”[6]，還沒有從全艦“任務驅動”的角度，融入平臺及其他系統共同組成的艦船信息系統[7-8]。艦員對監測信息點和控制信息點的應用，還都是依靠自身的經驗。艦員對各任務流程的組織實施，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用方式，容易造成指揮員遺漏監控任務，甚至會導致誤操作。

基于以上問題的解決，本文以損管任務流程為驅動，綜合艦艇操縱、動力、電力、損管等4類監控信息，設計開發了艦艇損管任務流程仿真系統。該系統不僅可用于艦員開展損管任務處置過程的訓練，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 仿真系統架構設計

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

圖1 仿真系統框架圖Fig.1 The simulation system architecture diagram

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

系統的總體架構分為3層：基礎層、服務層和應用層。在該體系架構中，每一層承擔2個角色，為上層提供服務和利用下層提供服務。其中，基礎層包括服務器及網絡設備、操作系統及程序編譯運行環境組成；服務層提供公共的基礎服務主要包括公共函數庫、網絡協議；應用層實現系統的模擬以及人機交互界面。模擬系統臺位包括：3個層次共8個模擬臺位，其中，“艦長”級的模擬監控臺位1個；“部門長”級的模擬監控臺位2個，包括機電部門長模擬監控臺位和航海長操縱模擬監控臺位；“現場”級的模擬監控臺位3個，包括動力監控模擬操作臺位、電力監控模擬操作臺位和損管監控模擬操作臺位。另外，還包括一個“災害導演臺”。

該系統物理方案由1臺數據庫服務器，及多臺計算機組建局域網。每臺計算機之間均能通信，根據用戶的登錄信息確定層級關系。當最高級別用戶發送信息廣播后，其他用戶均能收到信息，并從數據庫服務器中解析對應的具體指令。然后用戶根據指令進行操作，操作完畢后反饋至數據庫服務器，然后執行下一個指令。該方案是基于數據來分配和執行任務。其優點之一是實時性強，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的操作步驟，也能共同查看實施進度及當前狀態。

2 數據流程設計

如圖3所示，模擬仿真系統首先由艦領導選擇目前需要執行的任務剖面，自動分解成不同的元任務，并在網絡上進行發布。各模擬監控部位（操縱模擬監控、動力模擬監控、損管模擬監控和電力模擬監控）根據該任務剖面各元任務實施的信息需求，提供相關的信息數據[10]。根據元任務需求，艦長級臺位可以將需要執行的控制指令下達給各模擬監控部位，各模擬監控部位將執行情況反饋給艦長級臺位。

圖3 數據流程圖Fig.3 Data flow chart

使用面向數據流的方法對模擬仿真系統的處理流程進行分析。

1）“艦長級”與“部門級”元任務分解

艦長根據當前的任務需求，從任務剖面庫中，選定需要執行的任務剖面。艦長級操作臺位軟件按照“元任務分解表”，自動將該任務剖面，分解成若干個元任務，下發給對應的部門級操作臺位，并組織每個元任務的實施。

2）“部門級”元任務與“現場級”模擬監控臺

設計的數據流向包括兩類：一類是從現場級到部門級和艦長級的監測數據上傳，另一類是從艦長級到部門級到現場級控制臺控制指令的下達[11]。當部門級操作臺位收到完成某個“元任務”的操作指令后，通過“監測數據表”和“控制點表”的解算，從現場級模擬監控臺上采集需要監測的信號數據，并將需要控制的信號發送給現場級模擬監控臺。

現場級模擬監控臺根據部門級發送的控制指令，視情執行，并將執行情況反饋給部門級操作臺。完成一個元任務可能有多個并列的控制執行邏輯。部門級操作臺位負責選擇其中一個控制執行邏輯。邏輯反饋執行關系如圖4所示。

圖4 邏輯反饋執行流程Fig.4 Logical feedback execution relationships

3 應用案例分析

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，說明損管任務的處置過程以及不同臺位之間的交互關系。

1）階段1，封艙隔離階段。首先由災害導演臺位，導控1號住艙起火的消防任務；然后，“艦指”通告1號住艙發生火災，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隔離。“機電部門指揮所”在接受到指令后，命令動力系統模擬監控臺和電力系統模擬監控臺，分別切斷通風和切斷供電。動力系統模擬監控臺和電力系統模擬監控臺的操作人員，在收到指令后，遙控切斷通風和供電。

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。“機電部門指揮所”在收到指令后，需要向損管監控臺發送消防水壓保障信息，以檢查當前消防水壓力是否符合直接滅火條件[12]。損管監控臺在受到指令后，將當前消防主管壓力上報機電部門指揮所，機電部門指揮所據此組織直接滅火[13]。同時，“艦指”命令“機電部門指揮所”設置防火邊界，以防止火災向其它艙室蔓延。

3）階段3，航向調整階段。由于當前風向將把火災煙氣吹進上層建筑艙室內，需要調整艦艇航向，將火災煙氣吹離舷外。此時，“艦指”命令“航海部門指揮所”將艦艇航行調整180°。“航海部門指揮所”在收到指令后，通過調整舵角，實現航行調整的目的。

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。“機電部門指揮所”收到指令后，命令損管系統模擬監控臺打開排水泵。損管系統模擬監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如表1所示。

表1 元任務分解表Tab.1 Meta task decomposition datasheet

根據圖5的消防處置時序圖，設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的“控制指令”。這些“控制指令”能夠被底層模擬監控臺識別，并能進行操作。

4 結 語

艦艇的損管過程復雜，需要全艦多個專業的配合，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、部門指揮所以及現場級模擬監控臺之間的信息相互交互是一種典型的異步并發過程[15-16]。因此，對于艦員而言，很難將指揮流程體系與信息監控體系進行有效的融合，能以準確掌握損管處置過程的時序特征和交互特征[17]。本文設計開發的艦艇損管任務模擬系統，通過分布式的數據交互，可以有效、直觀地模擬任務交互和信息交互的流程，可為艦員提供了一個仿真精度高、系統交互強的訓練環境[18-19]。然而，如何將仿真系統與艦船的平臺網絡和裝備系統相結合，開發嵌入式的損管任務訓練系統，依然是以后需要重點研究的方向[20]。