潛艇裝備保障信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

尹安，許治梭，操桃秀

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064

0 引 言

良好的綜合保障體系管理能力是提高潛艇戰(zhàn)備完好性和充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能的必要保證，是降低裝備全壽期保障費(fèi)用的重要支撐。綜合保障能力建設(shè)對(duì)推進(jìn)我國(guó)海洋戰(zhàn)略和強(qiáng)化國(guó)防建設(shè)大局也具有重要意義。

歐美等軍事強(qiáng)國(guó)已充分意識(shí)到保障體系在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)和武器裝備全壽期中的重要作用，并研制了配套的綜合保障系統(tǒng)軟件。美國(guó)海軍研制了部署于艦艇上的計(jì)算機(jī)輔助維修及器材信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了維修計(jì)劃和維修工具等信息化管理，也為保障管理機(jī)構(gòu)收集維修信息和保障活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。作為裝備綜合保障（integrated logistics support，ILS）技術(shù)的交付成果，美國(guó)、英國(guó)和巴基斯坦海軍都部署了計(jì)算機(jī)輔助管理系統(tǒng)（CAMS），該系統(tǒng)涵蓋了配置管理模塊、維修管理模塊、供應(yīng)模塊、艇載庫(kù)存管理模塊和技術(shù)文檔模塊等，用于輔助艇員開(kāi)展全艇數(shù)據(jù)信息配置管理、維修管理、備品備件管理、中央采購(gòu)管理和電子文檔管理等工作，以信息化手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝備全壽期保障資源、保障分析數(shù)據(jù)等的統(tǒng)一管理。美國(guó)海軍裝備維修的自動(dòng)化和智能化水平也處于領(lǐng)先地位，配備了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和維修保障便攜式輔助設(shè)備等，為武器裝備正常運(yùn)行和發(fā)揮作戰(zhàn)效能提供了有力保障[1-3]。

我國(guó)海軍綜合保障設(shè)計(jì)工作與歐美相比還有差距，目前工業(yè)設(shè)計(jì)部門在借鑒國(guó)外海軍綜合保障工作成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)裝備發(fā)展國(guó)情，正在逐步形成具有我國(guó)特色的綜合保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系。在裝備綜合保障工程化和總體設(shè)計(jì)中，已開(kāi)展了綜合保障系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)和工程化應(yīng)用分析工作。黎放等[4]開(kāi)展了艦船裝備綜合保障工作研究，總結(jié)了需關(guān)注的問(wèn)題并給出了建議；嚴(yán)志騰等[5]開(kāi)展了裝備綜合保障包的研究，論述了綜合保障包的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，為綜合保障包的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了參考；劉銘[6]在對(duì)裝備保障技術(shù)發(fā)展進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出綜合化、信息化、智能化等是其發(fā)展趨勢(shì)，并論述了信息化管理方法；邵世綱等[7]開(kāi)展了新形勢(shì)下武器裝備綜合保障體系建設(shè)研究，指出了存在信息手段不足的問(wèn)題，需開(kāi)展武器裝備全生命周期保障信息管理平臺(tái)研究，提升信息化管理水平；孫光甦等[8]結(jié)合工程實(shí)際，從技術(shù)體系、工作體系角度對(duì)艦船裝備綜合保障體系進(jìn)行了分析，指出綜合化和系統(tǒng)化等是艦船綜合保障工作的發(fā)展方向。以上工作大多是從理論分析的維度論述綜合保障工作存在的問(wèn)題及其需要改進(jìn)的方向和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，缺乏對(duì)綜合保障系統(tǒng)實(shí)際開(kāi)發(fā)方法的分析，且對(duì)綜合保障信息系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理還缺乏深入分析。

本文擬針對(duì)構(gòu)建體系化綜合保障體系的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)配置不同層級(jí)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)構(gòu)建潛艇裝備保障信息系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體架構(gòu)，確定顯示和邏輯業(yè)務(wù)分離的設(shè)計(jì)思路，降低前、后端的耦合度；提出數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，解決各基地級(jí)數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)統(tǒng)籌應(yīng)用問(wèn)題，為后續(xù)大數(shù)據(jù)和智能化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 設(shè)計(jì)概述

潛艇裝備保障信息系統(tǒng)主要包括綜合保障信息總庫(kù)和基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)。其中，綜合保障信息總庫(kù)部署于總體設(shè)計(jì)所，是各艇隊(duì)下屬潛艇裝備的初始信息源頭，具備數(shù)據(jù)收集和分發(fā)處理功能，可匯總各個(gè)艇隊(duì)裝備保障信息并進(jìn)行跨艇隊(duì)分發(fā)，便于艇與艇之間的知識(shí)共享和交流，也便于工業(yè)部門充分掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；基地級(jí)保障信息系統(tǒng)部署于各艇隊(duì)，用于記錄下屬潛艇裝備的全壽期保障信息。潛艇裝備保障信息系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖 1 潛艇裝備保障信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖Fig. 1 The design diagram of submarine equipment ILS information system

1） 綜合保障信息總庫(kù)。作為潛艇裝備保障信息系統(tǒng)的核心，綜合保障信息總庫(kù)是體系化綜合保障信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，提供各型艇的技術(shù)狀態(tài)信息、保障信息、備品備件信息、歷史故障及處理措施等，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各型艇技術(shù)文檔的統(tǒng)一管理；應(yīng)用大數(shù)據(jù)理念進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，掌控各型艇在全壽期內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、故障處理信息、備品備件使用信息和隨艇設(shè)備技術(shù)狀態(tài)信息。

2） 基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)記錄各支隊(duì)下屬潛艇的技術(shù)狀態(tài)信息，包括歷史改換裝信息、當(dāng)前改換裝工作安排等；統(tǒng)一管理各型艇的技術(shù)文檔資料等。具備多維度信息查詢功能，便于歸納和分析各型艇的技術(shù)狀態(tài)。

潛艇裝備保障信息系統(tǒng)后續(xù)可擴(kuò)展到艇級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)，采用移動(dòng)端模式進(jìn)一步為艇員提供交互式電子手冊(cè)（IETM）調(diào)閱、維修處理措施等全壽期技術(shù)保障支撐。

2 總體設(shè)計(jì)思路

2.1 功能需求

根據(jù)潛艇裝備保障信息系統(tǒng)的功能定位，應(yīng)主要具備以下功能模塊：

1） 配置管理模塊：實(shí)現(xiàn)各艇從系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備、備品備件、工具儀器等全方位覆蓋的編碼管理和基礎(chǔ)信息管理等。

2） 維修計(jì)劃總覽模塊：統(tǒng)計(jì)和查詢各艇服役后的歷次維修和改換裝信息等。

3） 設(shè)備狀態(tài)信息統(tǒng)計(jì)模塊：統(tǒng)計(jì)潛艇服役過(guò)程中各設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息，包括故障信息、設(shè)備升級(jí)改裝信息和換裝信息等。

4） 遠(yuǎn)航保障模塊：匯總各艇遠(yuǎn)航保障相關(guān)信息。

5） 技術(shù)文檔調(diào)閱模塊：提供各艇設(shè)備完工文件的查詢和調(diào)閱服務(wù)，包括技術(shù)說(shuō)明書(shū)、故障處理手冊(cè)和設(shè)備圖片等，后續(xù)也可擴(kuò)展到設(shè)備交互式電子技術(shù)手冊(cè)相關(guān)資料。

6） 故障管理模塊：提供各艇設(shè)備故障和處理情況的記錄和查詢。

7） 備品備件查詢模塊：提供各艇備品備件相關(guān)資料。

8） 數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊：向綜合保障信息總庫(kù)匯總各艇數(shù)據(jù)資料，以及由綜合保障信息總庫(kù)向基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)分發(fā)相關(guān)匯總數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

由功能需求分析可知，潛艇裝備保障信息系統(tǒng)涵蓋功能點(diǎn)多，且后續(xù)可能面臨不斷涌現(xiàn)的需求變更和功能擴(kuò)展。因此，實(shí)現(xiàn)用戶交互層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層低耦合，功能模塊可復(fù)用的軟件架構(gòu)至關(guān)重要。在實(shí)際項(xiàng)目中，基于Spring MVC 的軟件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視圖、控制器和模型分離，降低不同模塊間的耦合度。Spring MVC 信息流程圖如圖2 所示。

圖 2 Spring MVC 框架流程圖Fig. 2 The framework of Spring MVC

Spring MVC 采 用 控 制 反 轉(zhuǎn)（inversion of control，IOC ）和 面 向 切 面 （aspect oriented programming，AOP）技術(shù)，圍繞前端控制器（DispatcherServlet）進(jìn)行設(shè)計(jì)。DispatcherServlet 是整個(gè)控制流程的核心，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，DispatcherServlet 接收客戶端發(fā)送的請(qǐng)求并返回響應(yīng)結(jié)果，相當(dāng)于中央處理器，通過(guò)將請(qǐng)求分發(fā)到不同的處理器，減少組件之間的耦合度。DispatcherServlet、處理器映射器（HandlerMapping）、處理器執(zhí)行器（HandlerAdapter）、處理器（Controller）、視圖解析器（ViewResolver）和視圖（View）等核心組件的角色功能劃分清晰，共同配合完成業(yè)務(wù)流程。在處理業(yè)務(wù)邏輯時(shí)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)Handler 處理器；在處理頁(yè)面信息展現(xiàn)時(shí)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)View 代碼。在DispatcherServlet的調(diào)度下，最終實(shí)現(xiàn)用戶交互層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層的分離，具備業(yè)務(wù)代碼重用等特點(diǎn)，可有效降低前、后端的耦合度，提升頁(yè)面開(kāi)發(fā)的靈活度，與本系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)需求吻合[9-11]。

3 主要功能模塊設(shè)計(jì)

重點(diǎn)從工作任務(wù)管理模塊和數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊設(shè)計(jì)方面，論述本軟件系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計(jì)思路。

3.1 工作任務(wù)管理模塊設(shè)計(jì)

基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)面向基地和艇員工作需要，其中一個(gè)重點(diǎn)是要完成各艘艇工作任務(wù)計(jì)劃管理的制定，這與多項(xiàng)信息要素相關(guān)聯(lián)，包括與本艇系統(tǒng)或設(shè)備對(duì)應(yīng)、并與其關(guān)聯(lián)的備品備件、工具儀器、技術(shù)文檔和圖片等對(duì)應(yīng)。可見(jiàn)，信息交聯(lián)度高也對(duì)人機(jī)交互層的界面要素組合提出了更高要求。針對(duì)工作任務(wù)計(jì)劃管理的信息需求分析，主界面設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖 3 工作任務(wù)管理模塊主界面設(shè)計(jì)圖Fig. 3 The main interface design of task management module

人機(jī)交互界面基于JQuery 框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。JQuery 是繼Prototype 之后又一個(gè)優(yōu)秀的JavaScript 庫(kù)，能夠快速編寫可擴(kuò)展和兼容性強(qiáng)的JavaScript 代碼，具有輕量性、可靠的事件處理機(jī)，及行為層與結(jié)構(gòu)層的分離等優(yōu)勢(shì)，“Write less, Do more”的設(shè)計(jì)理念提升了程序開(kāi)發(fā)效率，可以使開(kāi)發(fā)者更關(guān)注于業(yè)務(wù)層的設(shè)計(jì)工作[12-13]。工作任務(wù)管理主界面采用JQuery 布局模板，分為左、中、右3 個(gè)區(qū)域：左部顯示系統(tǒng)-子系統(tǒng)-設(shè)備結(jié)構(gòu)樹(shù)；中部分為上、下2 部分，分別顯示從結(jié)構(gòu)樹(shù)中選中的設(shè)備任務(wù)列表，以及任務(wù)列表對(duì)應(yīng)的備品備件、工具儀器和歷史任務(wù)信息；右部顯示該設(shè)備的技術(shù)文檔、設(shè)備圖片和維修手冊(cè)等電子資料訪問(wèn)鏈接。

工作計(jì)劃管理頁(yè)面所含功能模塊關(guān)系如圖4所示。

圖 4 工作任務(wù)管理功能模塊關(guān)系圖Fig. 4 The functional module diagram of task management

設(shè) 計(jì) 中，采用 Spring MVC 提供的框 架，以DispatcherServlet 作為流程控制中心，將業(yè)務(wù)邏輯分配給不同的Controller 進(jìn)行處理， 通過(guò)ViewResolver 將顯示界面反饋給用戶瀏覽，實(shí)現(xiàn)顯控分離設(shè)計(jì)。系統(tǒng)-子系統(tǒng)-設(shè)備結(jié)構(gòu)樹(shù)主要代碼設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖 5 主要代碼設(shè)計(jì)Fig. 5 Main code design

3.2 數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊設(shè)計(jì)

各基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中將積累大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)，如設(shè)備故障信息、故障處理措施和備品備件使用信息等，可用于不同艇隊(duì)分享故障處理經(jīng)驗(yàn)，提高裝備保障能力；也可用于分析備品備件使用情況，為合理配置備品備件提供依據(jù)等。但是，目前由于受總體設(shè)計(jì)所和各艇隊(duì)之間無(wú)專網(wǎng)連接的限制，在總體所部署的綜合保障信息總庫(kù)與各基地部署的基地級(jí)保障信息系統(tǒng)之間缺乏信息傳輸通道。因此，民用和商用領(lǐng)域常用的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)基于網(wǎng)絡(luò)化條件下的數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)更新等功能無(wú)法使用，需在潛艇裝備保障信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)約束條件下設(shè)計(jì)專用的數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊，構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)基礎(chǔ)，挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值，為數(shù)據(jù)到知識(shí)的轉(zhuǎn)換提供支撐。

在潛艇裝備保障信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用數(shù)據(jù)導(dǎo)出到專用JSON 文件的形式，再將此JSON 文件以光盤媒介專人提交到總體所或各基地，通過(guò)專用數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊，滿足非網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)條件下的離線數(shù)據(jù)匯總和更新。以故障問(wèn)題記錄信息為例，為實(shí)現(xiàn)在綜合保障信息總庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總功能，基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)將數(shù)據(jù)庫(kù)maintenanceTable 表新增故障問(wèn)題記錄中的字段AddNew 標(biāo)識(shí)為Y，用于指明為新增數(shù)據(jù)；在規(guī)定的時(shí)間間隔點(diǎn)，各基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)將maintenanceTable 表中的字段AddNew標(biāo)識(shí)為Y 的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為JSON 文件，并統(tǒng)一提供給綜合保障信息總庫(kù)用于數(shù)據(jù)匯總；綜合保障信息總庫(kù)將各基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)提供的JSON 文件導(dǎo)入?yún)R總，形成各基地故障問(wèn)題匯總數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集流程如圖6 所示。

圖 6 數(shù)據(jù)收集流程圖Fig. 6 The data collection flowchart

綜合保障信息總庫(kù)將匯總后的maintenanceTable 表中數(shù)據(jù)導(dǎo)出并分發(fā)到各基地，由各基地系統(tǒng)管理員更新基地級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)maintenanceTable 表中數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)不同艇隊(duì)故障記錄數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)分發(fā)和基地級(jí)數(shù)據(jù)更新流程如圖7 所示。

圖 7 數(shù)據(jù)分發(fā)和基地級(jí)數(shù)據(jù)更新流程圖Fig. 7 The flowchart of data distribution and depot-level data update

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)潛艇保障信息的統(tǒng)籌管理和數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用提出了更高要求?；诖?，本文提出了潛艇裝備保障信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，從功能分析需求入手，闡述了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，并從工作任務(wù)管理模塊和數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，論述本軟件系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計(jì)思路。目前已完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)并投入試點(diǎn)運(yùn)行，運(yùn)行情況表明，潛艇裝備保障信息系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，基本滿足了部隊(duì)使用需求，有效提升了潛艇保障信息管理的信息化水平。后續(xù)將擴(kuò)展到艇級(jí)綜合保障信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從綜合保障信息總庫(kù)到基地級(jí)和艇級(jí)保障信息的全覆蓋，并將進(jìn)一步增加大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，采用人工智能技術(shù)充分挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值，為智能化的綜合保障奠定基礎(chǔ)。