美軍全艦計算環境技術對艦艇總體設計的啟示

（91404部隊秦皇島066000）

美軍全艦計算環境技術對艦艇總體設計的啟示

張富強

（91404部隊秦皇島066000）

全艦計算環境技術（TSCE）作為美軍新型驅逐艦DDG-1000的一項關鍵技術，代表了艦艇總體設計和系統集成的發展趨勢。分析了全艦計算環境技術的特點，針對水面艦艇信息裝備的發展現狀，借鑒美軍裝備技術發展的先進技術，提出了未來水面艦艇總體設計的啟示和思考。

全艦計算環境；TSCE；總體設計

Class NumberU674

1 引言

全艦計算環境（Total Ship Computing Environment，TSCE）技術作為美軍新型驅逐艦DDG-1000的一項關鍵技術，代表了艦艇總體設計和系統集成的發展趨勢。

DDG-1000驅逐艦使用TSCE技術對水面艦艇的平臺控制、動力系統、指控系統、武器系統等各系統進行信息融合和綜合集成，以發揮全艦各系統的整體優勢，最終形成統一的“網絡中心戰”節點。TSCE采用開放式體系結構，通過軟、硬件模塊化、構件化以及服務化等技術，解決各分系統集成度低、互操作難、資源無法共享等問題，最終提高作戰體系的跨平臺、跨領域協同作戰能力。

我國在艦艇信息化設計和系統綜合集成等相關領域的研究與國外差距較大，對TSCE的技術特點進行研究分析，對未來水面艦艇總體設計和綜合集成有一定借鑒意義。

2 全艦計算環境的主要技術特點

2.1 開放共享的系統架構

TSCE作為美軍推行“開放式體系架構”的最高級，代表了開放式架構的最高水平［4］。采用統一的基礎平臺為應用系統提供公共的高性能計算支持，提供基礎的業務功能服務，提高應用層軟件的容錯能力、抗毀能力、靈活部署和快速升級能力，降低設備維修保障難度，減少操管人員需求，采用最新技術進行升級，提升整體作戰能力同時降低全壽命周期維護費用。

TSCE采用開放的系統架構（圖1），處理機柜及顯控臺等設備根據專業分類進行標準化和通用化設計，選用商用硬件產品，構建一個開放的、虛擬的計算環境，統一調度所有計算資源，為不同領域的應用提供服務［1］。所有應用層軟件部署在虛擬的計算環境中，分布式運行，所有的外部傳感器、武器等通過適配器與TSCE相連。

通過采用開放式體系結構設計，TSCE實現了全艦公共資源的充分共享、應用系統的靈活部署、武器通道動態組織以及支持快速以模塊化方式換裝新的武器裝備，從而大幅提升艦艇整體數據共享能力、信息處理能力、靈活配置能力、顯示操控能力、冗余抗毀能力和升級擴展能力。TSCE使艦艇的體系結構和集成方式發生了根本性變革，從傳統的分系統拼裝式集成轉變為基于TSCE基礎平臺的開放式集成。

2.2 采用成熟的商用技術

隨著未來作戰面臨的威脅變化和信息技術的飛速發展，促進了美海軍觀念的轉變。為縮短產品研制周期、提高技術成熟度，美軍已開始大量使用成熟的商用產品和技術，采用商用成熟體系結構及開源軟件產品。考慮到艦艇上操作環境惡劣，對裝備選型要求采用能適應更大范圍電力和溫度波動的設備。因此，在實際使用環境中TSCE采用商用硬件產品技術進行后期加固處理的方式，使其與惡劣的環境條件相隔離。為核心硬件建造堅固的箱體形成巨大的電子模塊封裝箱并進行冗余布置，電子模塊封裝箱為商用硬件產品提供合適的振動、溫度、電磁等環境及電源控制，整體設備在工廠安裝高度完成后模塊化上艦布置安裝。封裝箱內部核心層處理設備采用IBM刀片服務器機柜及配套設備，操作系統采用Red Hat Linux。分布式適配處理器中采用Lynx嵌入式實時操作系統和安裝實時內核的Windows操作系統。這些采用主流商用產品技術的網絡設備、計算設備、存儲設備、顯示設備和操控設備，以及核心、通用的基礎軟件，按商用體系架構組成開放的計算環境為系統各應用領域提供服務［1～2］。

2.3 高效便捷的人機交互

TSCE從服務于作戰的角度出發，面向用戶使用，加強了信息裝備的適用性和可用性設計。針對性提高人機交互的友好性和便捷性，建立了完善的信息系統運維管理平臺，盡可能地實現操作管理的自動化，人機交互快捷化、智能化。

TSCE中人機交互設備使用標準化、統一設計的公共顯示系統（CDS）［3］。CDS是全艦計算環境的用戶終端，由生存力強、可配置的、操作友好便捷的各類工作臺和顯示屏組成。所有工作臺上的顯示器及各類掛裝、吊裝的顯示屏，及各類可顯示的窗口，都作為資源，由系統管理軟件進行統一管理、調配，并根據每個工作臺上的操作員權限，動態訂制由電子組件箱提供的種類應用服務。各類顯控臺也采用模塊化設計，充分采用人體工程學等技術。在符合安全約束條件下，實現在系統任意位置不受設備的限制而顯示所需要的信息，靈活分配操作員或戰位的功能和任務。

2.4 靈活的升級擴展能力

大型艦艇的設計建行周期較長，導致裝備的電子設備在交付時已經落后于同類商用產品，對其進行升級又非常困難且費用較高，這就出現了電子設備性能與需求的不匹配。而TSCE采用開放式系統架構和標準化的設計方法保證了系統具備良好的靈活的升級擴展能力。通過采購標準化的計算、顯示、存儲等硬件并進行整合，提升通用資源的利用效率和共用水平；采用基于服務的架構實現軟件系統集成，實現應用和服務的相互透明；支持裝設備模塊化和插件化設計，使任務系統具備良好的自適應性和可重用性；開放各層次的基礎應用功能軟件形成標準化的服務，實現軟件與硬件、應用與數據分離，使得信息化裝備的構建更加快速靈活，開放性、擴展性和升級能力大大增強。進而通過螺旋式軟、硬件更新實現全艦作戰能力的提高；統一管理系統資源，動態部署應用模塊，靈活性地進行變化和改進，提升適應多樣化任務的能力。

3 對未來艦艇總體設計的啟示

3.1 優化頂層設計，構建開放共享體系

大型水面艦艇的設計和建造是一個復雜的系統工程，未來艦艇總體設計除了依賴技術上的突破之外，同時也需要工程管理與系統研制模式的變革。借鑒美軍在全艦計算環境研制中的經驗，加強頂層規劃和總體設計，實現全艦信息基礎設施的統一管理和統一技術體制；打破各行業壁壘和系統間條塊分割，推進各類資源有效共享，減少資源閑置和重復設置，實現全系統的綜合集成；推動標準化建設，建立具有特色的信息化標準，如計算服務化集成標準、數據開放式集成標準、軟件模塊化集成標準和人機交互界面統一標準，推動公共基礎設施的持續發展，提高信息化平臺的先進性、通用性和可重用性；在開放共享的體系架構下，通過軟、硬件模塊化、組件化和服務化，解決各作戰單元資源共享、互操作等方面的問題，最終實現武器裝備跨平臺、跨領域協同作戰的能力。

3.2 借鑒外軍經驗，大膽創新思維觀念

美軍在全艦計算環境技術上的創新實踐給我們提供了很好的經驗借鑒，從TSCE的特點及研制發展過程，可以發現美軍在裝備設計研制思路上已經有了很大的突破。如廣泛采用商用先進成熟技術、綜合考慮先進性和經濟性等。商用技術的發展速度，在某些領域已遠超越軍用技術。美軍已不再“閉門造車”，采用“拿來主義”方法，取長補短，廣泛采用新的成熟技術，大量采購商用標準化信息產品，通過綜合集成形成更強的作戰能力；美軍不再一味追求武器裝備的高性能，而是綜合權衡技術上的先進性和經濟上的可承受性，從中優選最佳的技術方案。這一觀念轉變帶來了經濟的可承受性和技術成熟度的提高。

當前商用技術的發展日新月異，尤其是通信技術、智能技術等。這些新技術的發展，必將引領未來武器裝備技術發展，這對我們來說既是挑戰又是機遇。大膽突破現有的思維模式和觀念牢籠，搶抓機遇，大力推動新技術領域的研究和發展，從而不斷縮短與外軍先進裝備的差距。

3.3 面向作戰需求，著力提升作戰能力

裝備研制最終要服務于作戰使用，同樣艦艇的總體設計也要面向作戰使用需求，以提升作戰能力為目標。所以，在進行總體設計時要重點找準作戰使用需求。目前，艦艇信息裝備在解決戰術使用問題方面還有一定差距，自動化、智能化和輔助決策手段還比較缺乏。在作戰使用方面要加大投入，突出作戰應用軟件設計和開發，從提升整體作戰效率角度改進優化信息流程、計算模型算法、人機交互界面等，研制出好用頂用的應用軟件；數據信息資源缺乏，標準化程度低，缺少對歷史數據的積累和開發利用，這些都嚴重制約了信息系統總體效能的發揮。隨著信息技術的發展，數據資源的作用將越來越重要。在數據資源建設方面也要加大投入，創新體制機制，在保證信息安全的基礎上形成科學的數據生產、共享、使用模式，在日常使用、演習訓練中不斷積累各類數據，并開發基于大數據的應用系統，為裝備總體性能提升提供支持。

4 結語

基于開放式體系架構的全艦計算環境將是未來艦艇提升綜合作戰能力和信息化水平的有效手段，其研制和應用將有力推動艦艇信息系統裝備體系的建設。美軍TSCE技術的發展為我們提供了很好的經驗借鑒，在未來水面艦艇總體設計和綜合集成中要取長補短，針對信息裝備特點和未來作戰使用需求，著力解決目前存在的突出矛盾，搶抓機遇，加快推進艦艇信息裝備發展進程。

［1］董曉明，石朝明，等.美海軍DDG-1000全艦計算環境體系結構探析［J］.中國艦船研究，2012，7（6）：7-15.

［2］董曉明，馮浩，等.全艦計算環境體系結構和系統集成框架［J］.中國艦船研究，2014，9（1）：8-13，30.

［3］劉杰生.美軍全艦計算環境基礎設施標準化設計方法探析［J］.計算機與數字工程，2015，43（6）：1034-1037.

［4］裴曉黎.美海軍TSCE設計剖析及對我軍信息系統集成模式的啟示［J］.計算機與數字工程，2015，43（9）：1607-1614.

Enlightenment of USA Total Ship Computing Environment on Ship System General Design

ZHANG Fuqiang
（No.91404 Troops of PLA，Qinhuangdao066000）

Total ship computing environment（TSCE）is one of the cirtical technologies of DDG-1000.This paper analyzes the design features of TSCE，and proposes some development suggestion of ship system general design.

total ship computing environment，TSCE，general design

U674

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.07.002

2017年1月9日，

2017年2月17日

張富強，男，碩士，工程師，研究方向：裝備試驗。