聲吶裝備艦員級維修輔助支持系統(tǒng)設(shè)計

夏志軍，杜選民，康春玉，張憶

(1.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；2.水聲對抗技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201108)

0 引言

聲吶裝備可為艦艇水下預(yù)警探測、目標(biāo)識別、通信導(dǎo)航、武器控制等提供信息保障，成為提高艦艇水下作戰(zhàn)能力的重要抓手。隨著聲吶裝備數(shù)量的增加以及技術(shù)日益復(fù)雜，使得艦員級聲吶裝備維修保障的工作強(qiáng)度和難度也不斷增加。聲吶裝備作為復(fù)雜水聲電子設(shè)備，其工作環(huán)境惡劣、使用頻度高，容易出現(xiàn)故障，并且聲吶裝備的技術(shù)維護(hù)保障具有其特殊性，維修保障比較困難。而現(xiàn)有聲吶裝備維修指導(dǎo)信息繁多、人員水平參差不齊、技術(shù)手段嚴(yán)重缺乏，造成聲吶維修機(jī)構(gòu)及其人員的技術(shù)保障能力得不到充分發(fā)揮，能力弱化[1]。艦員級維修保障在未來海上作戰(zhàn)中發(fā)揮著最直接、最快捷、最具實(shí)際意義的作用。自修就是自救，自修是增強(qiáng)戰(zhàn)斗力的有效途徑，平時能自修，戰(zhàn)時就能自救[2]。開展艦員級聲吶裝備維修輔助支持技術(shù)研究，提出適合聲吶裝備艦員級維修的技術(shù)與方法，建立維修輔助支持系統(tǒng)，對提高聲吶裝備的技術(shù)保障能力，發(fā)揮裝備效能，提升艦艇綜合作戰(zhàn)能力具有重要意義。

1 功能需求

聲吶艦員級維修輔助支持系統(tǒng)旨在為艦員級維修人員提供聲吶裝備組成、工作原理及維修知識的在線學(xué)習(xí)與考試，典型故障現(xiàn)象分析、故障定位與故障排除的輔助決策，維修輔助以艦員維修人員能夠進(jìn)行現(xiàn)場處理，排除裝備故障，提高自修自救能力為主要目的，系統(tǒng)應(yīng)該解決以下主要問題：

1）建立友好的、交互式的人機(jī)界面；

2）建立完備的裝備技術(shù)資料，便于艦員進(jìn)行在線學(xué)習(xí)與考核[3]；

3）建立豐富的故障知識庫，并能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行期間知識庫的更新[4]；

4）建立高效的推理機(jī)制，以及透明的推理解釋與知識獲取系統(tǒng)；

5）能夠有效地管理歷史故障信息，以滿足專家或技術(shù)人員分析研究的需要；

6）滿足安全性需求，具有用戶使用權(quán)限管理機(jī)制和故障恢復(fù)機(jī)制。

為此，維修支持系統(tǒng)應(yīng)包括以下基本功能：

1）系統(tǒng)管理

在系統(tǒng)運(yùn)行時，應(yīng)有完善的安全機(jī)制來保證它的執(zhí)行，采用基于角色的安全控制方法，用戶只能通過身份、權(quán)限驗(yàn)證才能使用與自己權(quán)限相對應(yīng)的功能，系統(tǒng)管理員分配用戶權(quán)限賦予其相應(yīng)的角色，添加修改用戶基本信息[5]。

2）系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理

為了保證數(shù)據(jù)的安全性，定期對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，在數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，利用備份的數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行恢復(fù)。

3）數(shù)據(jù)庫管理

包括對數(shù)據(jù)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)的添加和修改。設(shè)置不同用戶權(quán)限管理，只有管理員才能對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核等操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。基本數(shù)據(jù)庫包括設(shè)備知識數(shù)據(jù)庫、設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫、故障維修數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)庫等。

4）在線學(xué)習(xí)與考試

為維修人員提供聲吶裝備組成、原理、戰(zhàn)技參數(shù)等信息資源，包括電子文檔、視頻、圖像、音頻、二維/三維動畫等，可進(jìn)行維修基本技能與方法的在線學(xué)習(xí)與相關(guān)考核。

5）故障檢測

通過聲吶裝備故障譜和相關(guān)檢測模型，進(jìn)行聲吶裝備典型故障原因分析，快速定位故障部位。

6）故障維修

提出聲吶裝備維修與保養(yǎng)的決策建議，可指導(dǎo)或輔助艦員進(jìn)行相應(yīng)的維修保養(yǎng)操作。

2 維修輔助支持系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

聲吶裝備艦員級維修輔助系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 聲吶裝備艦員級維修輔助系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.1 Technical architecture of crew level maintenance assistant support system of sonar equipment

系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架主要由三部分構(gòu)成，分別是界面應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫管理、文件管理。其中，界面應(yīng)用包括用戶管理、在線學(xué)習(xí)、維修考試、故障檢測、故障維修、數(shù)據(jù)補(bǔ)充、數(shù)據(jù)審核等[6–7]。數(shù)據(jù)庫管理包括用戶信息數(shù)據(jù)、維修考試數(shù)據(jù)、故障檢測數(shù)據(jù)、故障維修數(shù)據(jù)等。文件管理包括技術(shù)文檔、數(shù)據(jù)庫文件，技術(shù)文檔指與裝備相關(guān)的各種文檔資料，文本、視頻、音頻等。

2.2 功能模塊

維修輔助支持系統(tǒng)功能模塊如圖2 所示。

圖2 聲吶裝備艦員級維修輔助支持系統(tǒng)功能模塊Fig.2 Functional module of crew level maintenance assistant support system of sonar equipment

1）用戶管理模塊

“管理員”權(quán)限用戶可增加和管理普通權(quán)限用戶，還可對用戶信息進(jìn)行修改。

2）學(xué)習(xí)模塊

用戶可查看聲吶設(shè)備組成、工作原理以及相關(guān)維修知識。如干端、濕端、設(shè)備相關(guān)圖片資源、設(shè)備相關(guān)視頻；聲吶設(shè)備及其維修的相關(guān)文檔學(xué)習(xí)資料，技術(shù)說明書、教材、課件等。

3）考試模塊

根據(jù)題庫中的題目隨機(jī)或以指定形式出題。用戶可根據(jù)用戶名，時間等查詢本次或者歷史考試成績。

4）故障檢測模塊

用戶可查看聲吶資料庫中設(shè)備的故障譜圖，包括故障現(xiàn)象、故障原因、排除方法。能夠根據(jù)典型故障現(xiàn)象，通過建模與推理分析，明確故障原因，快速可能定位故障部位。當(dāng)前用戶可查看本機(jī)錄入且補(bǔ)充未經(jīng)審核的數(shù)據(jù)。

5）故障維修與保養(yǎng)模塊

用戶可查看聲吶設(shè)備故障維修的步驟，以及保養(yǎng)的步驟，維修與保養(yǎng)相關(guān)圖片、視頻資源[8]。當(dāng)前用戶可查看本機(jī)錄入且補(bǔ)充未經(jīng)審的核數(shù)據(jù)。

6）數(shù)據(jù)補(bǔ)充模塊

包括設(shè)備檢測數(shù)據(jù)補(bǔ)充和故障維修與保養(yǎng)數(shù)據(jù)補(bǔ)充。設(shè)備檢測信息補(bǔ)充：用戶可對知識庫補(bǔ)充設(shè)備故障原因，故障排除以及相關(guān)圖片、視頻資源。故障維修與保養(yǎng)補(bǔ)充：用戶可對知識庫補(bǔ)充設(shè)備故障維修與保養(yǎng)，維修與保養(yǎng)步驟以及相關(guān)圖片、視頻資源。為保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，“普通”用戶補(bǔ)充的數(shù)據(jù)需要“管理員”用戶進(jìn)行審核，合格后方可導(dǎo)入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。

7）數(shù)據(jù)庫管理模塊

完成連接數(shù)據(jù)庫，關(guān)閉數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)增加、數(shù)據(jù)修改等功能[9]。

2.3 物理結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)如圖3 所示。該系統(tǒng)可存在多個管理者用戶和若干普通用戶，滿足多艦員同時使用及數(shù)據(jù)管理的需要[10]，普通用戶主要適用于艦艇上從事裝備使用和技術(shù)保障的聲吶裝備相關(guān)職手，管理員主要適用于聲吶裝備維修保障相關(guān)專家及管理人員。

圖3 聲吶裝備艦員級維修輔助系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Physical structure of crew level maintenance assistant support system of sonar equipment

2.4 主要模塊輸入與輸出設(shè)計決策

2.4.1 用戶管理模塊

用戶管理模塊輸入與輸出決策如圖4 所示。

圖4 用戶管理模塊輸入輸出決策圖Fig.4 Input-output decision of user management module

動作1：用戶必須鍵入管理者類型用戶，才可以進(jìn)入管理者模式主界面；

動作2：進(jìn)入管理者模式主界面后。用戶選擇用戶管理菜單，進(jìn)入用戶管理主界面；主要有用戶信息管理，數(shù)據(jù)審核管理；

系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)審核功能包括：

1）故障現(xiàn)象數(shù)據(jù)審核功能；

2）故障原因與排除方法數(shù)據(jù)審核功能；

3）故障維修與保養(yǎng)數(shù)據(jù)審核功能；

4）故障維修步驟數(shù)據(jù)審核功能；

動作3：用戶操作將直接寫入數(shù)據(jù)中。

2.4.2 數(shù)據(jù)補(bǔ)充模塊

數(shù)據(jù)檢測補(bǔ)充模塊輸入與輸出決策如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)補(bǔ)充模塊輸入輸出決策圖Fig.5 Input-output decision of data supplement module

動作1：用戶必須鍵入管理者類型用戶，才可以進(jìn)入管理者模式主界面；

動作2：點(diǎn)擊數(shù)據(jù)檢測補(bǔ)充，選擇或者輸入數(shù)據(jù)類型；點(diǎn)擊“添加步驟”，輸入操作步驟；點(diǎn)擊“添加圖片”按鍵選擇圖片資源，點(diǎn)擊“添加視頻”按鍵選項(xiàng)視頻資源；進(jìn)入故障數(shù)據(jù)補(bǔ)充界面，列出添加步驟，選擇添加檢測與維修步驟，選擇“修改步驟”，可修改檢測或維修步驟，選擇“刪除步驟”，可確認(rèn)或放棄刪除操作；

動作3：用戶操作將直接寫入數(shù)據(jù)中。

2.4.3 數(shù)據(jù)查看模塊

數(shù)據(jù)查看模塊輸入與輸出決策如圖6 所示。

圖6 數(shù)據(jù)查看模塊輸入輸出決策圖Fig.6 Input-output decision of data viewing module

動作1：用戶必須鍵入管理者類型用戶，才可以進(jìn)入管理者模式主界面。

動作2：1）點(diǎn)擊在線學(xué)習(xí)，系統(tǒng)界面顯示儲備學(xué)習(xí)資料。點(diǎn)擊“查看視頻”，系統(tǒng)可播放該條目視頻資料，點(diǎn)擊“查看圖片”，系統(tǒng)給出相關(guān)圖片資源；2）點(diǎn)擊故障檢測，系統(tǒng)界面顯示儲備學(xué)習(xí)資料。點(diǎn)擊“查看視頻”，系統(tǒng)可播放該條目視頻資料，點(diǎn)擊“查看圖片”，系統(tǒng)給出相關(guān)圖片資源；3）點(diǎn)擊故障維修，系統(tǒng)界面顯示儲備學(xué)習(xí)資料。點(diǎn)擊“資源查看”，系統(tǒng)可播放和顯示該條目視頻、圖片資料。

動作3：用戶操作將直接寫入數(shù)據(jù)中。

3 結(jié)語

為有效解決聲吶裝備維修保障人員能力不足、技術(shù)手段缺乏等現(xiàn)實(shí)問題，將裝備技術(shù)資料學(xué)習(xí)與考試、故障分析與定位、故障維修決策等功能綜合集成，設(shè)計了艦員級維修輔助支持系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊的詳細(xì)設(shè)計，為改善裝備維修保障手段，提高作戰(zhàn)與訓(xùn)練中聲吶裝備的艦員級維修保障能力提供了解決思路。