探究HLA技術在艦船動力裝置設計中的應用

摘要：艦船動力裝置設計具有周期長、涉及知識領域復雜、參與人員眾多、工作量大等特點，傳統(tǒng)動力裝置設計方法未能很好地協(xié)調各參與方之間的聯(lián)系，針對上述問題，基于HLA技術構建動力裝置協(xié)同設計聯(lián)邦，并依據(jù)各參與方的職能范圍，實現(xiàn)聯(lián)邦的總體設計及聯(lián)邦成員的設計。協(xié)同設計聯(lián)邦的建立能夠有效地解決艦船動力裝置設計過程中由于各方人員交流不及時而造成的返工、延長設計建造周期等問題，對高效高質量的完成艦船動力裝置設計過程具有重要意義。

關鍵詞：HLA；艦艇；動力裝置；協(xié)同設計

引言

一艘現(xiàn)代化的艦船平臺系統(tǒng)包括船體系統(tǒng)和動力系統(tǒng)兩大部分。動力系統(tǒng)是提供機械能、電能、熱能、液體和氣體壓力能的全部裝置， 除保證艦船推進外，還必須滿足整個艦船能量消耗的需要。對于任何艦船而言，穩(wěn)定、高效的動力系統(tǒng)的是艦船正常航行、作業(yè)、停泊以及船員日常工作、生活的重要保證。

動力裝置設計的內容復雜且廣泛，主要有[1]：確定應當配置的裝置和系統(tǒng)，各自應具備的性能、數(shù)量和主要的結構型式；它們最佳的配置與安裝方案；完成這些設備與系統(tǒng)的全部安裝施工圖紙；還應同時提供作出上述各種決定的論證書、計算書；正確使用這些裝置和系統(tǒng)的使用方案；所有設備的明細表等。

傳統(tǒng)的動力裝置串行設計過程工作效率低、返工率高，因此，將HLA技術引人到動力裝置設計過程中，為各參與成員提供協(xié)同設計平臺，不僅可以提高設計效率，還可以使設計結果盡可能完善。

1.動力裝置設計過程特點及傳統(tǒng)設計方法不足分析

1.1艦船動力裝置設計時產生大量的圖紙和報告，各類人員需要不斷地進行信息交流[2]。艦船動力裝置設計涉及如造船廠、軍方、原材料供應商、船用設備生產廠家、操作及保障人員等多個單位或部門，他們都將對艦船動力裝置設計產生影響，如動力裝置設計過程中經常發(fā)生來自軍方、船用設備生產廠家等方面的變動，必須及時對設計進行修改。受地域和信息傳輸方式等因素的限制，一個問題的提交、討論、答復和解決往往需要很長時間，直接影響到艦船的設計周期和質量。

1.2艦船動力裝置設計涉及的領域非常廣泛[3]，包括機械、動力機械、液壓、電子、電氣、空氣動力學、傳熱學、振動與噪聲控制理論、紅外抑制理論、現(xiàn)代控制理論等很多領域，需要許多方面專家合作完成設計。

1.3目前艦船動力裝置設計仍采用序列化過程。從設計部門的選型設計到制造廠的工藝設計和總裝建造，各部門人員按任務分工開展自己的工作，沒有很好地考慮到其他部門的需求，致使設計的差錯率和制造的返工率沒有得到很好地控制。特別是近幾年來隨著世界艦船動力裝置的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)設計方法的缺點尤為突顯。因此，在滿足艦船動力裝置戰(zhàn)技術要求的前提下，如何最大限度地縮短研制周期、降低成本、提高研發(fā)質量，是艦船動力裝置設計需要解決的關鍵問題。

2.HLA技術簡述

分布交互仿真技術自20世紀80年代出現(xiàn)，經歷了三個主要階段：SIMNET，DIS和HLA。HLA（High Level Architecture，高層體系結構）是美國國防部提出的用于解決軍事仿真中異構仿真器間互操作的仿真接口標準。作為分布仿真的國際標準，HLA已經開始從軍事領域的應用轉向其他領域的應用。HLA是基于互操作和重用性的思想而提出的建模與仿真領域的新一代分布交互仿真體系結構，它為各種類型的仿真提供了一個通用的開發(fā)框架，在解決異構、分布、協(xié)同的仿真模型和仿真系統(tǒng)的互操作與可重用方面取得了重大進展，具有較好的開放性、靈活性，成為當前協(xié)同仿真發(fā)展的主要方向[4]。

3.艦船動力裝置協(xié)同設計聯(lián)邦

基于HLA的協(xié)同設計體系中，設計任務是以任務模塊為基本單位進行劃分的，即整個動力裝置的設計由不同領域的成員組成。一個完整的動力裝置協(xié)同設計聯(lián)邦應由如圖1所示的聯(lián)邦成員組成。各聯(lián)邦成員發(fā)布各自負責領域的設計、論證結果，訂購設計所需的參數(shù)、接收其他聯(lián)邦成員的反饋信息并向外公布設計結果，形成一個互相支持、互相約束的協(xié)同系統(tǒng)。圖2展示了各成員間的相互聯(lián)系和約束。

依據(jù)上圖所示，在艦船動力裝置協(xié)同設計聯(lián)邦中，各聯(lián)邦成員各司其職，并在完成本聯(lián)邦成員的設計任務過程中，實現(xiàn)與其他相關聯(lián)邦成員之間的信息共享，協(xié)同、交互、并行的完成動力裝置設計過程，克服了傳統(tǒng)艦船動力裝置設計過程存在的工作效率低、返工率高等問題。

4.結論

構建支持艦船動力裝置協(xié)同設計的環(huán)境，使有關的設計人員、管理人員，以及各類專家可以克服空間的阻礙，“虛擬同地”地工作在一起。當設計人員對設計內容進行更新時，其他領域設計人員能夠及時獲得通知、并更新設計數(shù)據(jù)以進行協(xié)調，這樣既實現(xiàn)了資源的共享、縮短了信息交換時間，又保證了設計的正確性以及建造過程中無返工，對提高艦船動力裝置的設計質量和效率具有重要意義。

參考文獻：

[1]曾凡明，吳家明，龐之洋.艦船動力裝置原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009：212-224.

[2]王能建，邱長華.支持協(xié)同設計的船舶設計過程模型研究[J].中國造船，2005，46（1）：66-70.

[3]尚凡葵，晁愛民，付攀.艦船動力裝置設計綜合集成研討廳系統(tǒng)及關鍵技術[J].中國新技術新產品，2011（17）：25-26.

[4]郭斌，范文慧，熊光楞.基于HLA/DEVS的協(xié)同仿真高層建模研究[J].系統(tǒng)仿真學報，2006，18（8）：2174-2182.

作者簡介：段孟強（1987.9-），男，碩士，助理工程師，海軍駐葫蘆島四三一廠軍事代表室，研究方向：艦船動力技術。