載人潛水器運維系統在裝備作業保障中的應用

齊海濱，唐嘉陵，黃云明

（國家深海基地管理中心，青島 266237）

0 引 言

2013—2017年，“蛟龍號”完成了為期5年的試驗性應用，先后在中國南海、東北太平洋、西北太平洋、西南印度洋和西北印度洋等海域開展了4個航次、11個航段近500天的下潛作業，累計完成下潛作業任務101次，成功搭載近70人次的科學家到深海現場進行作業，獲得了大量海底樣品和資料，在海洋地質、海洋生物等領域取得了令世界矚目的科學考察成果［1-2］。其間，為了做好“蛟龍號”作業及保障過程的規范化管理，切實掌握潛水器作業及日常保障情況，利用信息化平臺提高“蛟龍號”載人潛水器保障及作業效率，中國大洋礦產資源研究開發協會立項并完成“‘蛟龍號’載人潛水器設備管理系統”的開發，并搭建相關平臺。

2017—2019年，按照“蛟龍號”技術規格書、船級社入級相關規范要求，“蛟龍號”開始大修及技術升級相關工作，其間對“蛟龍號”開展設備檢查、全系統拆解、分系統維護維修、全系統復裝、陸上調試及水池試驗6個階段工作；2020年下半年至2021年上半年，“蛟龍號”先后開展中國大洋航次等任務，完成下潛作業30余次。其間，全程使用載人潛水器運維系統開展相關保障、作業、備品管理等工作，取得了大量的存儲數據，切實提高了裝備的整體使用效率，為構建潛水器全壽命、可追溯、可分析的裝備保障體系提供了有效的管理平臺。下面，我們將結合“蛟龍號”載人潛水器運維系統應用情況（見圖1），對載人裝備信息化平臺的實際需要及拓展方向進行闡述。

圖1 “蛟龍號”載人潛水器運維系統組成框架圖Fig.1 Framework of manned submersible operationand maintenance system of“Jiaolong”

1 運維系統應用

1.1 應用場景搭建

載人潛水器日常應用場景主要包括2個部分，一是在陸上相關維護車間開展潛水器維護維修、裝備試驗測試、人員訓練，二是在載人潛水器母船開展相關試驗驗證及海上作業工作。基于以上2個應用場景，在陸上維護車間搭建運維系統硬件部分，為了確保系統數據的安全性，如圖1所示搭建專用網絡，并配備無線路由設備（見圖2），操作人員可通過PC終端及便攜式終端訪問運維系統服務器，并通過個人賬戶進行系統內操作；在母船端，依托船舶科考內網搭建運維系統專用網絡，并做好與外網的有效隔離，操作人員通過潛水器保障機庫內的專用PC端進行系統操作，也可通過便攜式終端訪問運維系統進行部分操作，同時，結合后續船陸數據互通問題，提前做好相關硬件及技術準備工作［3］。

圖2 運維系統場景搭建Fig.2 Scenario construction of operation and maintenance system

1.2 全系統設備樹建立

結合“蛟龍號”前期使用經驗，載人潛水器運維系統按照載人潛水器載體結構、推進、觀通、電力與配電、液壓、壓載與縱傾調節、潛浮與應急拋載、控制、聲學、生命支持、舾裝及作業工具12個分系統為子節點，在其目錄下，以單個整體設備為統計單位，對潛水器所有在役設備進行細致統計，完成了所有零部件的清點與統計在冊。同時，在對零部件進行統計的同時，對所有零部件進行編碼，形成唯一可區分的編碼規則。現在，圍繞“蛟龍號”載人潛水器，現已搭建完成完善的設備數資料庫，涵蓋各類零部件近5 000余項（見表1）。

表1 “蛟龍號”零部件統計表Tab.1 Statistics of spare parts of“Jiaolong”

1.3 資料庫建立與使用

充分總結和匯總“蛟龍號”歷年形成的資料與文件，建立數據庫，便于整體查詢和管理。資料庫的建立主要集中在3個層級的資料庫的建立。

技術資料：載人潛水器運維系統運行期間，我們完成了“蛟龍號”載人潛水器海上作業安全保障措施及應急預案、“蛟龍號”載人潛水器技術規格書、“蛟龍號”海上作業過程記錄及指揮口令說明書等43項技術手冊的匯總入庫；對潛水器大修及技術升級后總體、結構、電氣、機械、聲學、控制等分系統完工圖紙進行了梳理分類；對潛水器所有零部件的生產廠商、生產日期、使用壽命等詳細資料進行分門別類的整理，并通過運維系統關聯到設備具體零部件上。

制度保障：充分利用“蛟龍號”載人潛水器海試和試驗性應用的經驗，對歷史數據進行整理、分析和研究，結合“蛟龍號”大修與升級項目進展，重新修訂完成了《“蛟龍號”載人潛水器業務化應用安全保障制度體系》，并在運維系統固化相關流程信息，形成可操作的審批管理平臺。

運維保障：結合新母船、新裝備、新作業模式，以安全、高效、精細、集約為目標，充分發揮運維系統信息化、智能化優勢，實現以制度保障、作業流程、現場指揮的三維一體化安全、高效、集約的裝備運行管理。以運維系統為平臺，統籌管理潛水器維護保障、海上作業等具體操作事項，在完備環節記錄的同時，做到有據可查、有據可依，事事可追溯，整體可分析的運維保障管理特點。

1.4 備品備件管理

在運維系統平臺中開發備品備件專用管理模塊，主要實現對潛水器左右備品備件的統計、出入庫管理、報廢消耗等環節的記錄，同時備品備件庫需要聯動設備維護保障工作，在出現維護維修消耗備品備件的時候，能夠與潛水器設備數、備品備件庫存實現數據同步。“蛟龍號”現已形成備品備件庫存清單2 216件，通用工具耗材庫存清單1 079種，庫存信息包括產品名稱、分類、型號、參數、生產廠家、庫位等。“蛟龍號”部分庫存清單界面如圖3所示。

圖3 “蛟龍號”部分庫存清單界面Fig.3 Interface of partial inventory list of“Jiaolong”

1.5 維護保障管理

針對載人潛水器維護保障工作，運維系統開了個維護保障管理模塊，對載人潛水器日常維護保障工作以分系統為區分，進行梳理統計，細化至具體設備的維護維修內容，同時結合往期維護保障經驗，確認維護周期及工作量，形成所有維護保障工作的任務池。當載人潛水器開展備航、中修、大修等較大維護保障工作時，管理人員可從任務池中選取維護保障內容，形成具體工作計劃，確定具體時間節點，明確責任人。進而，對后續維護保障工作進展、人員工作量等進行有效統計及跟蹤，實現對維護保障工作的全程管理。蛟龍號大修及技術升級階段，使用運維系統實現了對全程維護保障工作的跟蹤記錄，并依托大修工作，充實了任務池，完善了運維系統的內容［4］。“蛟龍號”維護保障內容如圖4所示。

圖4 “蛟龍號”維護保障內容Fig.4 Maintenance support content of“Jiaolong”

通過載人潛水器運維系統可實現對潛水器故障情況的記錄，對后續類似故障判斷及解決提供經驗參考，同時依托故障記錄可實現對備品備件儲備的基本判斷，以確保實現備件儲備的經濟化及有效化。

1.6 作業管理

結合載人潛水器海上作業內容，運維系統開發了作業管理模塊，以實現對載人潛水器海上作業內容的全程記錄，并依托運維平臺實現對海上作業的日常管理。按照載人潛水器海上形成的完善的作業流程，在運維系統對其實現電子化，進而拓展到以下幾個方面：

（1）航次管理對載人潛水器所有航次任務實現規范化管理，以航次為節點，以航次明確的航段為子節點，來實現對海上作業過程時間維度的記錄和管理，便于航次任務結束后對航次內的數據、表格等內容進行統計匯總。

（2）崗位管理對海上工作內容進行細致化的崗位分工，確定具體崗位及其工作職責，依托運維系統實現人員崗位安排，實現崗位固定、人員輪換的崗位管理特點。

（3）作業過程管理依據載人潛水器海上作業形成的既定作業表格，對其實現無紙化，形成電子化的記錄變革，便于整體掌握作業過程，同時可實現對作業過程，如潛水器下潛時間、深度、人員等關鍵數據的提取及匯總，便于后期的分析成表［5］。

“蛟龍號”載人潛水器大修及技術升級后，已使用運維系統實現對海上作業過程的電子化記錄，并對往期的關鍵作業數據進行系統存檔，形成相應記錄表格，表2為運維系統形成的部分蛟龍海上作業數據。

表2 “蛟龍號”下潛統計Tab.2 Diving statistics of“Jiaolong”

2 運維系統拓展展望

載人潛水器運維系統現已實現對維護保障、海上作業、設備及備品備件管理等方面的實際應用，對實現潛水器高效、規范化的運維保障管理具有很大的現實意義。但是，隨著計算機技術的發展與應用，尤其是智能化技術的發展，載人潛水器運維系統依舊存在較大的拓展空間。

2.1 實現對載人潛水器全壽命的自動管理

可以依托載人潛水器運維系統，實現對潛水器全壽命的自動管理，在確定具體零部件的維護周期、使用壽命、實際運行狀態等數據資料后，運維系統可以通過比對分析的形式，定期形成維護保障清單，提示風險存在點及需開展的維護保障工作，結合保障人員的實際判斷，可實現對載人潛水器全壽命的裝備管理。

2.2 實現故障自動分析與定位

隨著運維系統的長時間使用，在積累大量故障信息后，面對具體載人潛水器故障現象，可對其進行自動分析，獲取可能存在的故障，并提出維護保障建議。同時，結合大數據分析，可實現對部分故障的有效預警，是運維系統智能化發展的一大方向［6］。

2.3 實現應用場景的多樣化

載人潛水器與諸多無人水下裝備具有一定的相似性和互通性，載人潛水器運維系統可有效使用在其他水下運載裝備上，進而拓展為水下運載裝備運維系統，實現更大程度的裝備融合管理。

3 結 語

載人潛水器運維系統的成功應用，解決了大型水下運載裝備智能化管理“從無到有”的問題，隨著載人潛水器新技術、新材料的發展，以及人們與日俱增的探索海洋深處奧秘的渴望，深海載人潛水器將與各種深海裝備相互配合、聯合作業［7］，而實現對多種深海大型裝備有效、智能化管理的運維系統，將在裝備應用中發揮越來越重要的作用。