基于標(biāo)準(zhǔn)建模的艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)研究

閭晨光，聶建棟

(海軍駐438廠軍事代表室，湖北 武漢 430060)

基于標(biāo)準(zhǔn)建模的艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)研究

閭晨光，聶建棟

(海軍駐438廠軍事代表室，湖北 武漢 430060)

采用UML建模語言對(duì)艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。運(yùn)用實(shí)例闡明了標(biāo)準(zhǔn)化建模技術(shù)在建立艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)模型中的應(yīng)用，并給出了系統(tǒng)的用例圖模型、流程圖模型和順序圖模型。

標(biāo)準(zhǔn)化建模；試驗(yàn)備航訓(xùn)練；動(dòng)態(tài)模型

1 開發(fā)艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的必要性

隨著現(xiàn)代化艦船各系統(tǒng)的日益復(fù)雜以及艦船噸位的增大，其試驗(yàn)航行階段的周期將隨之變長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化與安全性要求也變得更高。艦船試驗(yàn)備航的任務(wù)是完成出航前的艦船浮態(tài)穩(wěn)性計(jì)算調(diào)整，給出全面的艦船的安全性評(píng)估信息。

艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練可視為艦船全壽命周期安全保障訓(xùn)練的重要組成部分，也是艦船完成其試航任務(wù)以及日后出航訓(xùn)練的基礎(chǔ)。備航水平的好壞將直接影響到艦船在整個(gè)試航期間的生存能力，若沒有作好則基本的安全航行、人員安全、物資準(zhǔn)備都無從保障，試驗(yàn)任務(wù)也會(huì)無法完成。因此，研究與設(shè)計(jì)艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)，進(jìn)而完整、準(zhǔn)確地做好艦船的試驗(yàn)備航訓(xùn)練，對(duì)高效完成試航任務(wù)、提高艦船生存能力以及保障人員安全有很重要的意義。

采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化建模語言技術(shù)[1]進(jìn)行艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)包括建立對(duì)應(yīng)于艦船試航任務(wù)的訓(xùn)練系統(tǒng)用例模型、根據(jù)試航準(zhǔn)備信息建立工作流程功能圖以及試驗(yàn)備航?jīng)Q策支持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型與訓(xùn)練評(píng)分系統(tǒng)。

2 基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建模語言平臺(tái)的試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)用例圖建模

艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的用例模型[2]主要用于從系統(tǒng)外部需求的角度來說明系統(tǒng)需要達(dá)到的功能需求，并規(guī)定了這些功能的使用者，上述功能需求是指在進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)之初就需要明確的系統(tǒng)設(shè)定需求。圖1中的用例模型圖表示系統(tǒng)的主要功能需求包括備航安全預(yù)報(bào)、備航訓(xùn)練以及試航任務(wù)設(shè)定等。圖中名未命名的箭頭表示某些系統(tǒng)功能模塊含有擴(kuò)展性的子功能；而圖中字母A代表的箭頭則表示系統(tǒng)內(nèi)某些主模塊需劃分為數(shù)個(gè)子模塊。

3 試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的工作流程與備航輔助決策功能模塊

3.1備航訓(xùn)練工作流程

艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練包含的內(nèi)容較多，因此設(shè)定合理的訓(xùn)練工作流程便是開發(fā)訓(xùn)練系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，備航訓(xùn)練的工作流程圖詳見圖2。

圖1 備航訓(xùn)練系統(tǒng)用例模型

圖2 備航訓(xùn)練系統(tǒng)流程圖

1) 試航指揮員根據(jù)任務(wù)想定或者人為設(shè)定出航任務(wù)的情況。

2) 產(chǎn)生艦船試驗(yàn)備航信息列表，記錄內(nèi)容包括：①全艦油艙、水艙當(dāng)前裝載量、使用順序、副機(jī)狀況，當(dāng)前使用的電站、正在工作的發(fā)電機(jī)、蓄電池的電液比；②主機(jī)各系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，包括燃油、滑油、空氣指數(shù)等；③輔助機(jī)械的狀況，包括舵機(jī)、錨機(jī)、絞盤機(jī)等狀況；④空氣系統(tǒng)當(dāng)前的高壓氣壓力、空壓機(jī)狀況，損管器材配置信息和可用狀況。

3) 根據(jù)當(dāng)前裝載完成穩(wěn)性、浮態(tài)和抗風(fēng)能力計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括：艦船穩(wěn)度、橫傾、吃水、儲(chǔ)備浮力以及干舷高等。

4) 評(píng)估當(dāng)前備航、裝載狀況出航安全性。評(píng)估指標(biāo)包括：穩(wěn)度、橫傾角、主副機(jī)狀況、輔助機(jī)械以及甲板機(jī)械狀況、損管器材配備、人員配置情況。

3.2備航輔助決策功能模塊

本文設(shè)計(jì)的艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)包括備航輔助決策功能模塊，該功能模塊負(fù)責(zé)在訓(xùn)練時(shí)向用戶提供基本的艦船配載與管理輔助信息，并最終生成備航?jīng)Q策結(jié)果作為訓(xùn)練考核評(píng)分的依據(jù)；而在艦船試航或準(zhǔn)備日常出航時(shí)，則可作為艦員出航的輔助決策信息系統(tǒng)。

1) 給出艦船穩(wěn)度數(shù)值，同時(shí)給出艦船是否適合出航的定性預(yù)報(bào)。

2) 在當(dāng)前裝載和機(jī)械設(shè)備狀況下給出二位圖像顯示出航的結(jié)果。

3) 可以針對(duì)主要艙室的配載進(jìn)行調(diào)整，以滿足出航要求。

4) 提供艦船備航狀態(tài)下機(jī)電管理輔助信息，包括：油水艙數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)使用狀況、高壓氣儲(chǔ)備、主要工作艙室狀態(tài)等信息。

4 試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型

艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型[3-4]描述了系統(tǒng)內(nèi)各對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為以及對(duì)象間的交互關(guān)系。用戶每次訓(xùn)練任務(wù)的完成均要涉及多個(gè)不同類的系統(tǒng)對(duì)象，而這些對(duì)象之間的時(shí)序關(guān)系，協(xié)作關(guān)系以及信息的接收與發(fā)送關(guān)系都需要建立起高效合理的表達(dá)途徑。標(biāo)準(zhǔn)建模語言中動(dòng)態(tài)模型的建立是指系統(tǒng)狀態(tài)圖、順序圖[5]或合作圖[6]的完成。

本文以艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練的實(shí)施為例，具體說明如何使用系統(tǒng)順序圖來建立該訓(xùn)練系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。

以圖3為順序圖，它顯示系統(tǒng)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系，強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間消息發(fā)送的順序，同時(shí)顯示對(duì)象之間的交互。如圖3所示，訓(xùn)練方案的生成過程分為如下3個(gè)階段。

1) 建立訓(xùn)練任務(wù)。根據(jù)參訓(xùn)人員輸入的訓(xùn)練任務(wù)設(shè)定某類出航任務(wù)情況，將設(shè)定情況提交給計(jì)算系統(tǒng)，進(jìn)而生成訓(xùn)練案例。然后提示用戶對(duì)艦船的當(dāng)前裝載情況進(jìn)行判斷，并完成備航信息表的填寫與輸入。

2) 計(jì)算與評(píng)估。完成對(duì)艦船穩(wěn)性數(shù)據(jù)的具體計(jì)算與安全性等級(jí)評(píng)估，按照滿足安全出航條件與不滿足安全出航條件這兩類條件分別進(jìn)入決策方案階段。

3) 決策方案的輸入與評(píng)分顯示。利用輔助決策方案系統(tǒng)生成備航方案表，并對(duì)照用戶輸入的備航?jīng)Q策方案給出訓(xùn)練成績(jī)。圖3中各系統(tǒng)運(yùn)算函數(shù)的功能如表1所示。

圖3所示系統(tǒng)的順序圖模型包含3個(gè)輸入接口：訓(xùn)練目的的輸入、備航?jīng)Q策方案的輸入以及用戶對(duì)艦船當(dāng)前裝載條件信息的提交(9顯示)；7表示對(duì)訓(xùn)練課目的判斷與設(shè)定。

圖3 備航訓(xùn)練系統(tǒng)順序圖

運(yùn)算函數(shù)功能運(yùn)算函數(shù)功能運(yùn)算函數(shù)功能1命令提交2狀態(tài)評(píng)估3發(fā)送命令4輸入5計(jì)算結(jié)果顯示6計(jì)算結(jié)果返回7數(shù)據(jù)分析8結(jié)果顯示9裝載條件信息10窗口創(chuàng)建11報(bào)告提交12備航?jīng)Q策建立

對(duì)于艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)，其順序圖表示的對(duì)象間功能實(shí)現(xiàn)過程如下：用戶通過訓(xùn)練窗口選擇訓(xùn)練計(jì)劃與訓(xùn)練科目，訓(xùn)練窗口收到指令后會(huì)自動(dòng)生成試驗(yàn)備航或出航任務(wù)設(shè)置窗，用戶通過該窗口進(jìn)行當(dāng)前出航任務(wù)、裝載條件的高級(jí)設(shè)置。完成設(shè)置后，該窗口會(huì)向用戶發(fā)出指令，提示用戶按要求輸入試驗(yàn)備航信息列表。上述操作完成后，輸入信息會(huì)轉(zhuǎn)存至穩(wěn)性、抗風(fēng)浪計(jì)算模塊，出航安全評(píng)估模塊負(fù)責(zé)將計(jì)算所得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可顯示在訓(xùn)練窗口里的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)經(jīng)過評(píng)估后根據(jù)備航輔助決策與技術(shù)指標(biāo)判斷試驗(yàn)備航條件是否滿足，具體到該系統(tǒng)則分為安全與不安全2種情況。安全表示艦船當(dāng)前條件適合出航；不安全表示艦船當(dāng)前條件不能出航或滿足出航底線條件但緊急條件下不能出航；安全時(shí)直接將結(jié)果傳送至訓(xùn)練窗口，若不安全系統(tǒng)將調(diào)用備航輔助決策模塊，該模塊可根據(jù)備航信息生成備航輔助決策方案，同時(shí)通過窗口提示用戶輸入改進(jìn)調(diào)整方案的命令。當(dāng)用戶輸入備航改進(jìn)調(diào)整方案后，輔助決策模塊將對(duì)方案數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比考核，若達(dá)到安全要求則根據(jù)調(diào)整次數(shù)的統(tǒng)計(jì)給出成績(jī)；若未達(dá)到安全要求則繼續(xù)提示用戶輸入第二次的調(diào)整方案，直至達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)束語

論文結(jié)合實(shí)例，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)建模工具對(duì)艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)，針對(duì)該系統(tǒng)功能需求、工作流程、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等方面說明了用例圖模型、順序圖模型的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程。艦船試驗(yàn)備航訓(xùn)練系統(tǒng)建立的初始目的是規(guī)范試驗(yàn)備航訓(xùn)練手段、提高試航效率，隨著系統(tǒng)的升級(jí)，其還能夠提供艦船的日常備航集訓(xùn)以及艦船的安全出航預(yù)報(bào)等重要功能。因此，需要應(yīng)用統(tǒng)一建模思想對(duì)試驗(yàn)備航訓(xùn)練軟件的開發(fā)過程進(jìn)行規(guī)范和統(tǒng)一，為設(shè)計(jì)研發(fā)大型艦船戰(zhàn)時(shí)備航模擬訓(xùn)練系統(tǒng)提供有效的技術(shù)支持。

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The research of the sail preparation training system in naval ships is founded by applying unified modeling language(UML).Many examples are used to explain the application of modeling language in the research of the training system and its dynamic models.The instance models and the other diagrams are given.

unified modeling;experiment sail preparation training system;dynamic models

閭晨光(1982-)，男，湖北武漢人，工程師，博士，研究方向?yàn)樘岣吲灤囼?yàn)試航質(zhì)量的系統(tǒng)方法。

U673

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.018

2013-11-05