某類船舶維修信息化管理平臺的開發與研究

徐 斌，黃炳濤，翟順龍

（中國艦船研究院，北京 100101）

船舶作為海上力量的重要組成部分，其是否健康穩定地運行直接關系到海上戰斗力的有效生成與保持。隨著我國海上實力的不斷提升，近年來，各種型號的船舶大量投入使用，如何有序、高效、全面地對船舶進行維修是當前船舶保障面臨的重要挑戰。

船舶維修是指船舶裝備投入使用期間，通過一系列維修措施及管理辦法，保障船舶裝備完好性、功能性，使船舶保持良好的工作狀態。通常根據損傷程度確定維修等級，按等級進行船舶的維修保養，維修等級一般分為塢修、小修、中修。塢修需要使用船塢，是對水線以下船體結構以及不能施工的其他構件或設備進行修理；小修是指船舶使用一定年限后對船體及船舶裝備進行局部預防性拆卸檢查修理，以消除故障隱患；中修是船舶的生命力中點，不僅涉及到船舶現有裝備檢查修理，同時也涉及對船舶的改造和裝備的升級，在整個船舶的生命周期里占據著重要地位。

我國船舶維修保障工作與歐美等國相比起步晚、起點低、差距大，當前國內大部分總裝廠和系統技術責任單位制定工程計劃所使用的數據記錄存儲方式，雖然能夠初步滿足管理需求，但仍存在各種不足。例如，當工程量巨增，成百上千條工程項目需要進行各種類型的劃分、整理、歸納、總結時，無法進行輔助決策，難以完成復雜項目的自動歸類處理。雖然近年來我國海上裝備實現了跨越式發展，海上戰斗力實現質的提升，但是船舶維修保障信息化、智能化建設相對滯后。船舶維修是一個復雜工程，涉及船體、動力、機械、船舶設計等多個學科，跨系統、跨專業、跨領域，涉及大量的技術狀態管控，任何一個環節出錯，都將嚴重影響維修周期。

本文通過對當前船舶維修的整個流程進行梳理分析，并結合信息化的手段，提出針對船舶維修的進度管理系統，同時結合人工智能、大數據等技術，針對進度管理的關鍵步驟實現智能化升級，大幅提升船舶維修的信息化和智能化水平。

1 船舶維修管理流程

船舶修理按流程大致可以分為5個階段。

1）立項論證階段。屬于船舶維修的啟動過程，針對重要修理改裝項目，有關單位需配合研究院進行技術論證工作，了解掌握一線單位的實際使用需求，為論證和設計提供輸入和依據；針對一般性修理改裝項目，由相關總體部門調研形成修理改裝論證報告，后交由上級單位負責組織完成技術審查。

2）方案設計階段。主要工作為編制并印發型號設計規定和管理規定，指導總體、系統、設備的設計工作；完成科研實施綱要的審查，開展相關系統設備的轉階段評審。

3）技術設計階段。主要工作為開展技術規格書審簽，強化技術狀態管理控制，完成相關系統設備供貨納期清單的簽署及相關系統設備鑒定和轉階段評審。

4）進廠維修階段。進廠后依據工程計劃，由承修廠開展修理及改裝工作，主要工作為系統設備拆卸、船體結構改造、船體維修、系統設備回裝、系泊調試、舾裝恢復、航行試驗等。

5）工程交付收尾階段。確保所有文件及修理項目更新到最新版本，所有問題都得到解決。工程正式交付并驗收，編制最終工程報告。

2 平臺框架與功能介紹

本平臺在遵循船舶當前管理流程的基礎上，以船舶系泊航行試驗大綱數據為需求牽引，同時結合已有平臺的優缺點，采用螺旋式開發模式，從可行性、靈活性、連續性等方面對平臺進行綜合設計。

平臺采用B/S 模式，使用Spring Boot 框架，一方面根據平臺需要集成更多的工具；另一方面可以簡化應用程序配置，提供相對統一的模型-視圖-控制器框架，將業務處理從用戶交互中獨立出來，封裝到模型和控制器中，使前后端之間相互解耦合分離，可以獨立擴展。在數據處理上，選取Mybatis 作為持久層數據訪問框架，支持自定義SQL語句、存儲過程以及高級映射，在使用時，只需通過XML 文件進行配置，就可將數據表映射到Java接口和實體類，簡化了應用程序的開發。平臺總體框架如圖1所示。

2.1 平臺總體設計

根據船舶實際維修與試驗的需要，本平臺設計出6個功能模型，分別是總體態勢、技術狀態管理、維修與試驗規劃管理、維修與試驗執行管理、船舶檔案管理、平臺配置管理。通過任務驅動的機制，使各個模塊之間既相互獨立又相互聯系，同時通過權限控制機制，使不同職能的用戶根據分工完成所屬的工作。

平臺采用MVC 設計模式，實現視圖層、業務層、數據層的分離，最大限度地降低客戶端、服務端和數據庫之間的耦合性，利于平臺的升級與維護。平臺功能結構如圖2所示。

圖2 平臺功能結構圖

2.2 平臺主要功能模塊介紹

信息化管理平臺主要包括總體態勢、技術狀態管理、維修與試驗規劃管理、維修與試驗執行管理、船舶檔案管理、平臺配置管理等功能模塊，具體如下。

1）總體態勢。以全局的視角，匯集系統所有數據進行計算與關聯分析，通過維修與試驗2個維度，展示船舶整個維修周期中的狀態。其中維修態勢主要針對船塢維修過程，匯集維修進度、維修狀態分布、維修完成率等數據；試驗態勢主要是針對系泊試驗及航行試驗過程，匯集試驗進度、試驗狀態、試驗通暢率等數據；讓決策者整體了解船舶的維修狀態。

2）技術狀態管理。針對平臺管理維修的船舶，對其技術狀態數據和健康指標進行設定和監控，其中具體包括型號技術狀態定義、技術狀態數據綁定、技術狀態對比、技術狀態實時監控、數據同步等功能。

（1）型號技術狀態定義功能。主要由設備管理人員進行錄入，定義該型號船舶是由哪些平臺子系統、設備、構件等部分組成，各個部分的類型（硬件設備、軟件系統、軟硬件一體等）、基礎信息（產品/系統型號、生產廠商、廠商地址、聯系方式等）、技術參數（重量、功率、射程）、技術狀態閾值（在航、帶病航行、停航）等型號參數。

（2）技術狀態數據綁定功能。由船舶技術人員進行設定，在完成型號數據狀態定義后，船舶技術人員根據船舶的實際情況以及各平臺子系統的測試方式和處理方式的異同，逐一設定各技術狀態閾值，設定的內容包括數據采集方式、數據處理方式、數據評定方法、數據采集頻率等內容。

（3）技術狀態對比功能。主要為分析人員提供分析服務，分析人員通過點選同型號的不同平臺子系統或不同型號的相同平臺子系統對型號內或型號間同類子系統參數進行對比分析。

（4）技術狀態實時監控功能。根據技術狀態綁定的數據，對數據進行實時采集、實時分析，實時反饋當前船舶的健康狀態，并實時記錄數據異常時各項狀態信息數據。

（5）數據同步功能。針對某些平臺子系統或設備的監測數據無法進行自動獲取的情況，提供人工擺渡的方式將監測數據進行導入，平臺將自動進行同步。

3）維修與試驗規劃管理。針對船舶維修管理流程，設計出維修與試驗規劃管理功能模塊，對船舶維修前的計劃、審批等流程進行管理。其具體包括年度計劃管理、維修合同管理、維修規劃制定管理、維修內容分配管理、維修規劃調整、試驗規劃管理、試驗內容分配管理、試驗內容調整、工程勘驗管理、規劃自動生成、工程進度復盤、進度總覽等功能。

（1）年度計劃管理功能。主要根據每年制定的船舶維修計劃進行管理，主要包括計劃錄入、計劃執行進度等功能。

（2）維修合同管理功能。依據制定的年度維修計劃，對各相關維修設備廠家進行合同簽訂，并進行合同管理。

（3）維修規劃制定功能。依據制定的年度計劃和維修型號技術狀態，針對船塢維修環節，設定維修設備廠家與技術人員，并人工對計劃進行任務分解，分解成一項項相對單一的執行單元，并設定計劃維修周期與維修標準。

（4）維修內容分配管理功能。根據制定的維修規劃，對平臺中相關干系人員進行任務分配，使相關人員登錄平臺后，就能查看到當前自己需要執行的維修任務。

（5）維修規劃調整功能。主要針對維修過程中不可抵抗因素、技術因素等其他因素導致維修進度不能按照計劃進行執行，需要對維修規劃進行動態調整。

（6）試驗規劃管理功能。依據制定的年度計劃和維修型號技術狀態，針對系泊試驗及航行試驗環節，制定試驗計劃，并人工對試驗計劃進行任務分解，分解成一項項相對單一的執行單元，并設定試驗周期與試驗標準。

（7）試驗內容分配管理功能。根據制定的試驗規劃，對平臺中相關干系人員進行任務分配，使相關人員登錄平臺后，就能查看到當前自己需要執行的試驗任務。

（8）試驗內容調整功能。主要針對試驗過程中環境因素、技術因素等其他因素導致試驗進度不能按照計劃進行執行，需要對試驗規劃進行動態調整。

（9）工程勘驗管理功能。主要針對船舶維修后期，對維修后的船舶進行三方驗收，此時系統生成驗收清單與驗收測試內容，船廠、總體、甲方針對驗收清單逐項對船舶的各項性能進行測試驗收，形成驗收評審意見，最終完成驗收。

（10）規劃自動生成功能。主要依據系統積累的人工維修與試驗規劃，利用大數據關聯分析技術，分析各項細分的規劃任務與型號技術狀態的關系、內在執行順序，再輸入需要維修的船舶型號和設備等參數，即能夠智能地生成相應的維修規劃與試驗規劃，人工根據實際情況進行適當的調整，以快速、高效地完成整個維修周期的規劃。

（11）工程進度復盤功能。主要針對船舶維修完畢后，對整個周期包括維修過程與試驗過程進行復盤，系統自動標注出按預期完成項、提前完成項、延期完成項，并結合歷史數據，從計劃安排的合理性、實際工作展示的通暢性、維修器材的保障性等方面，自動對工程過程進行標注，為下次維修規劃的制定提供改進建議。

（12）進度總覽功能。主要針對具體型號船舶的實際進展情況，匯集系統中該型號維修的實時進展數據，顯示總體任務完成情況、各階段完成情況、延期任務項，讓決策者實時把控船舶維護的最新動態，并根據實際情況快速找到影響進度的具體原因，適當調整進度安排。

4）維修與試驗執行管理。主要針對實施進廠塢修階段以及系泊試驗機航行試驗階段，對船舶實際維修與試驗過程進行管理與監控。其具體包括前置項配置、執行規劃、執行過程記錄、技術方案推送、遠程技術支撐等功能。

（1）前置項配置功能。由具體任務人員進行配置，由于每項任務的開展是需要有一定的前置條件的，如原材料是否完備、維修設備是否完備。為此在任務正式開始前，任務執行人員需要根據當前的實際情況，為每項任務配置相應的前置項，并每天對前置項的完備狀態進行維護。

（2）執行規劃功能。平臺根據任務內在的執行順序與前置項的完備情況，自動對當前需要完成的任務進行排序，使任務的執行能夠按照計劃和實際情況合理地進行開展。

（3）執行過程記錄功能。針對任務具體的過程進行詳細記錄，任務執行人員在每天工作完畢后，根據平臺提供的日志模塊，完整準確地記錄任務執行的過程，標注任務執行過程遇到的問題和問題解決的方法。

（4）技術方案推送功能。針對任務執行過程遇到的問題，平臺根據記錄的問題方案庫，通過知識圖譜的方法，智能分析問題的語義關系與設備部件的關聯關系，智能推送出解決當前問題最佳的技術方案以供任務執行人員使用。

（5）遠程技術支撐功能。主要針對維修過程出現比較急迫且棘手的問題，同時相關技術人員不在現場的情況，通過實時視頻會議或上傳問題照片的方式，及時遠程聯系相關技術人員，在線上對問題進行及時的解決，以加快任務執行效率。

5）船舶檔案管理。主要對維修過的船舶按具體型號建立相應的維修檔案、試驗檔案、技術資料庫，為該型號的或同類型的船舶維修提供歷史參考和技術支撐，具體包括船舶維修記錄功能、船舶試驗記錄功能、船舶技術資料庫功能。

6）平臺配置管理。主要針對使用系統人員根據實際需要配置相應角色和功能，使不同的人員只能使用平臺的部分功能，加強平臺的管理能力，其主要包括用戶管理、角色管理、權限管理等功能。

2.3 平臺開發

平臺界面設計遵循簡約的設計風格，突出平臺的使用性能。主頁面為平臺首頁，由6個基本模塊組成。最上方顯示的是主操作標題欄，左側為導航欄，右側為內容展示區，在右側的內容展示區頂部設置了對應二級導航欄，方便用戶快速查找操作。平臺-操作首頁界面如圖3所示，平臺-維修態勢界面如圖4所示，平臺-試驗態勢界面如圖5所示。

圖3 平臺-操作首頁界面

圖4 平臺-維修態勢界面

圖5 平臺-試驗態勢界面

為了驗證平臺的有效性，本文進行了測試。選取國內某型船的維修作為試驗對象，首先根據該船的實際組成，錄入了船的基礎信息，包括船名、型號、技術狀態等數據；然后根據維修計劃與相應設備廠家線上簽訂了維修合同，同時根據維修內容，明確設備廠家與技術人員，人工逐項對維修內容與試驗內容進行了規劃，并根據規劃進行了人員分配；操作人員登錄系統后，查看自己的任務項，在任務開始前，填寫配置任務的前置項；平臺根據任務具體的情況，生成執行計劃；技術人員每天根據維修進度填寫維修日志，并能查看到整體的進度，在維修過程中通過遠程支撐功能，解決操作人員的問題；最后在維修完成后，平臺根據最初的規劃與實際進度，自動生成規劃改進建議，為下次維修規劃的優化提供有力的支撐。

3 結束語

本文結合船舶維修的實際需求，利用信息化技術，針對船舶技術狀態、船舶維修計劃、船舶試驗規劃、船舶維修實施以及維修勘驗等整個維修周期，設計出一套相對完善的船舶維修進度管理平臺，較好地解決以往船舶維修進度依靠紙質單據低效模式的問題，提升了管理的效率。同時與其他傳統的船舶維修進度管理平臺相比，本平臺從以下幾個方面實現了創新，并完成了具體的平臺開發。

1）在維修規劃過程上，平臺中融入大數據、人工智能等相關技術，實現了智能規劃的功能，對歷史維修過程與船舶的屬性數據建立關聯關系，并分析維修任務之間、船舶子系統設備之間內在的執行順序關聯，建立起船舶維修規劃模型，實現了維修過程和試驗過程的智能規劃功能，極大地提升了船舶維修規劃的工作效率。

2）在常見問題解決上，利用知識圖譜的方法，對平臺中積累的維修問題解決方案進行圖譜化，智能地分析出問題語句與設備部件的語義關聯關系，實現了常見問題智能推送的功能，較好地解決了船舶維修中解決方案查找困難的問題。

3）利用遠程視頻技術，針對現場維修過程中出現的新問題、新故障，實時聯系相關技術專家通過遠程視頻的方式解決問題，提升了問題解決的時效性。