基于公共計(jì)算服務(wù)的輔助機(jī)電設(shè)備信息化研究

劉 春，張 平，王 偉，陳 濤

應(yīng)用研究

基于公共計(jì)算服務(wù)的輔助機(jī)電設(shè)備信息化研究

劉 春1，張 平2，王 偉1，陳 濤1

（1. 中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011；2. 駐上海地區(qū)第八軍事代表室，上海 200011）

為了提高艦船輔助機(jī)電設(shè)備的信息全面共享、協(xié)同工作、集中監(jiān)控和資源交互共用的能力，通過(guò)對(duì)全艦輔助機(jī)電設(shè)備的種類、監(jiān)控功能、信息處理流程等的梳理分析，對(duì)公共計(jì)算服務(wù)的信息化需求提出要求，完成了基于公共計(jì)算服務(wù)的輔助機(jī)電設(shè)備信息化研究。通過(guò)對(duì)某型輔助機(jī)電設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)的科研樣機(jī)案例分析，進(jìn)一步總結(jié)了該系統(tǒng)的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，可供有類似信息化需求的艦船設(shè)計(jì)提供參考。

信息化 公共計(jì)算 輔助機(jī)電設(shè)備 自動(dòng)化 集中監(jiān)控

0 引言

隨著我國(guó)海洋大型艦船的快速發(fā)展，機(jī)電設(shè)備越來(lái)越多，布置范圍越來(lái)越廣泛，對(duì)艦員的要求越來(lái)越高，艦船輔助機(jī)電設(shè)備信息化研究被提上日程，亟需加強(qiáng)艦船的輔助機(jī)電設(shè)備信息化能力，實(shí)現(xiàn)輔助機(jī)電設(shè)備的信息全面共享、協(xié)同工作、集中監(jiān)控和資源交互共用，需要研究出一套監(jiān)測(cè)范圍廣、自動(dòng)化控制水平高的集中監(jiān)控裝置。該裝置能對(duì)分散布置的輔助機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，提升輔助機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行管理水平和綜合保障能力，降低設(shè)備故障及危險(xiǎn)處置響應(yīng)時(shí)間，減小機(jī)電部門艦員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也為設(shè)備的維護(hù)保障和今后的設(shè)計(jì)工作提供理論依據(jù)。

本文通過(guò)對(duì)大型艦船輔助機(jī)電設(shè)備信息化的研究，為輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的裝備設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。并以某型輔助機(jī)電設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)的科研樣機(jī)為案例，總結(jié)了該系統(tǒng)信息化的特點(diǎn)，為艦船信息化設(shè)計(jì)提供參考。

1 輔助機(jī)電設(shè)備信息化研究

1.1 輔助機(jī)電設(shè)備信息種類

輔助機(jī)電設(shè)備主要是指為船體與船舶裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、綜合電力系統(tǒng)和船保系統(tǒng)等提供油、水、氣等輔助保障功能的旋轉(zhuǎn)設(shè)備、往復(fù)設(shè)備以及其它機(jī)電設(shè)備等的總稱（不包含與之關(guān)聯(lián)的管路系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)下屬的供、配電保障設(shè)備等）。

涵蓋范圍主要包括：

1）船體與船舶裝置下屬的舵機(jī)、錨機(jī)、減搖鰭、艏側(cè)推等甲板機(jī)械裝置；

2）動(dòng)力系統(tǒng)下屬的燃油泵、滑油泵、冷卻水泵、空氣壓縮設(shè)備等動(dòng)力輔助裝置；

3）綜合電力系統(tǒng)下屬的燃油輸送泵、滑油輸送泵、海水冷卻泵等電力輔助裝置；

4）船保系統(tǒng)下的冷藏設(shè)施、空調(diào)設(shè)施、環(huán)境污染控制設(shè)施、疏水設(shè)施、資源供應(yīng)保障設(shè)施等船舶輔助裝置。

1.2 輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的功能要求

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包含狀態(tài)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、綜合狀態(tài)評(píng)估和健康管理等功能。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要指設(shè)備的工作參數(shù)監(jiān)測(cè)和異常監(jiān)測(cè)。輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全船輔助機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)顯示和綜合報(bào)警功能，接收本艦主要輔助設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化處理后可結(jié)合總布置圖等對(duì)重要信息進(jìn)行分層綜合顯示。

自動(dòng)控制主要是指設(shè)備的集中控制和本地控制。輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)輔機(jī)設(shè)備的信息監(jiān)測(cè)，還可在一體化的監(jiān)控軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)輔機(jī)的集中控制（例如可在集控室臺(tái)位上集中控制全船的輔助機(jī)電設(shè)備等），可基于軟件策略實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)工況的一鍵控制[1]（例如：一鍵燃油調(diào)撥、一鍵淡水駁運(yùn)等），甚至在全艦公共計(jì)算環(huán)境的平臺(tái)下可實(shí)現(xiàn)基于任務(wù)場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)控制（如：日用油柜與燃油調(diào)駁聯(lián)動(dòng)控制、武器發(fā)射與消防系統(tǒng)聯(lián)控、通風(fēng)系統(tǒng)與損管滅火聯(lián)動(dòng)等）。

狀態(tài)評(píng)估和健康管理是指設(shè)備的故障診斷趨勢(shì)和使用及維護(hù)維修輔助決策等。輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)輔助機(jī)電設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)[2]及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等手段，采集典型工況并提取特征參數(shù)，形成相應(yīng)的輔助機(jī)電設(shè)備健康管理評(píng)估算法及健康狀態(tài)預(yù)測(cè)模型，并實(shí)現(xiàn)典型輔助機(jī)電設(shè)備的健康評(píng)估及預(yù)警、預(yù)防性維修輔助決策以及算法庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和維修信息管理庫(kù)及時(shí)更新。

1.3 輔助機(jī)電設(shè)備信息處理流程

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮各系統(tǒng)在信息感知、信息傳輸、信息處理等方面的共性和特性要求，在保證效率和安全的前提下，加強(qiáng)頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，梳理全艦輔助機(jī)電設(shè)備信息處理流程。

1.3.1 信號(hào)類型及傳輸選擇

輔助機(jī)電設(shè)備設(shè)備層信號(hào)類型有：

1）數(shù)字量信號(hào)（脈沖或0/1信號(hào)），例如設(shè)備的開啟、關(guān)閉、運(yùn)行信號(hào)等；

2）模擬量信號(hào)（線性電壓或線性電流信號(hào)），例如溫度傳感器、流量計(jì)等；

3）光電信號(hào)（調(diào)幅、調(diào)頻脈沖等緩變信號(hào)），例如振動(dòng)傳感器等。

綜合統(tǒng)計(jì)所有輔助機(jī)電設(shè)備的信息，按傳輸類型分為：硬線、RS485、光纖、CAN總線，接收設(shè)備層信號(hào)的信號(hào)采集設(shè)備需要滿足此要求。

采用網(wǎng)線作為輸介質(zhì)時(shí)應(yīng)選用不低于艦用六類屏蔽雙絞線，采用光纖作為傳輸介質(zhì)時(shí)應(yīng)選用艦用耐火單模光纖。考慮艦用條件，各設(shè)備的冗余線纜分左右兩舷布置；雙冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分散布置，分開供電[3]。

1.3.2 組網(wǎng)方式的選擇

為了滿足系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信需求，一般使用組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常見的組組網(wǎng)方式有：RS485、以太網(wǎng)、CAN。組網(wǎng)方式的比較見表1。

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)具有設(shè)備信息多（數(shù)據(jù)量大）、布置位置分散全船（距離遠(yuǎn)）、涉及工況多、存在多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的概率大（易引起問(wèn)詢沖突）等特點(diǎn)。通過(guò)組網(wǎng)方式的異同點(diǎn)比較，綜合考慮安全可靠性，輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)一般建議選擇CAN總線組網(wǎng)方式。

1.3.3 拓?fù)浞绞竭x擇

表1 組網(wǎng)方式的比較

CAN總線主流的拓?fù)浞绞接幸韵聨追N：

1）直線型拓?fù)涞拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)都連接在總線上的各個(gè)線性分支支線上，通過(guò)主干總線使每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同步共享信息，從主干總線上的其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，可以傳送到主干線上的其他任意節(jié)點(diǎn)。

2）星型拓?fù)涞拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)都直接連接在中央設(shè)備節(jié)點(diǎn)上，呈現(xiàn)放射狀星型形狀，通過(guò)中央設(shè)備節(jié)點(diǎn)可以匯總所有節(jié)點(diǎn)的信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與中央設(shè)備都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。

3）樹狀拓?fù)涞拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)可獨(dú)立連接在分支上，也可串聯(lián)在其他節(jié)點(diǎn)后面，每個(gè)分支可按需擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)數(shù)目，所以分支的長(zhǎng)度不一。所有節(jié)點(diǎn)都通過(guò)支線連接匯總信息，總線通過(guò)每個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)配套的CAN控制器與該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。

4）環(huán)形拓?fù)涞氖孜补?jié)點(diǎn)均直接連接在總線上，中間節(jié)點(diǎn)通過(guò)連接在首個(gè)節(jié)點(diǎn)后面，相鄰節(jié)點(diǎn)首尾相連的方式，一直連接的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，形成一個(gè)環(huán)狀。所有節(jié)點(diǎn)信息均可直接通過(guò)環(huán)網(wǎng)傳輸。

CAN網(wǎng)拓?fù)浞绞降谋容^見表2。

表2 CAN網(wǎng)拓?fù)浞绞降谋容^

針對(duì)輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備物理位置分布廣泛、業(yè)務(wù)需要快速靈活部署等特點(diǎn)，需要選擇一種網(wǎng)絡(luò)通訊性能高、數(shù)據(jù)交換速率高、配置自動(dòng)化程度高的拓?fù)浞绞剑瑢?duì)比四種CAN網(wǎng)拓?fù)浞绞剑h(huán)形拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性高，更適合輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。

其中，網(wǎng)絡(luò)的流暢性需要考慮總線的負(fù)載率。CAN總線負(fù)載率，指在單位時(shí)間內(nèi)總線上全部節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)總數(shù)占整個(gè)總線理論帶寬的百分比，也相當(dāng)于實(shí)際上達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率與理論上能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的比值。計(jì)算公式如式（1）：

負(fù)載率越高，意味著單位時(shí)間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量越大，總線上優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)處容易發(fā)生丟包等通信故障。總線負(fù)載率越高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)急速衰減，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的安全性。所以，根據(jù)木桶原理，總線的負(fù)載率由系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)先級(jí)最低的節(jié)點(diǎn)傳輸延遲情況決定。一般情況下，總線利用率最好控制在30%以內(nèi)，軍品的總線利用率一般建議不超過(guò)10%。

1.3.4系統(tǒng)架構(gòu)

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)含信息基礎(chǔ)設(shè)施層、信息服務(wù)層、信息應(yīng)用層等三個(gè)層次組成（系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1），開展數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集、處理。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

信息基礎(chǔ)設(shè)施層，可在信號(hào)端和應(yīng)用終端采集本艦輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控信息，含全艦輔助機(jī)電設(shè)備下屬設(shè)施的相關(guān)監(jiān)控信息，為系統(tǒng)的集中監(jiān)控、自動(dòng)化控制和健康管理等提供數(shù)據(jù)支撐。

信息服務(wù)層，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施層采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理、數(shù)據(jù)搭建組合和算法計(jì)算，含括監(jiān)控工況邏輯和信號(hào)處理的決策，只需要對(duì)信息應(yīng)用層提供信息服務(wù)。

信息應(yīng)用層，是用戶和監(jiān)控系統(tǒng)之間交流的媒介，可直接與用戶交互，主要用于接收用戶的指令和反饋顯示狀態(tài)，通過(guò)后臺(tái)調(diào)用服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯處理，完成用戶的指令需求。

1.4 基于全艦公共計(jì)算服務(wù)的信息化需求分析

1）數(shù)據(jù)的傳輸需求

輔助機(jī)電設(shè)備分散全船，位置較零散，需要設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)采集的信息可從各設(shè)備分區(qū)接入就近的采集裝置，通過(guò)CAN網(wǎng)匯總至集中監(jiān)控臺(tái)后，由臺(tái)位接入全艦一體化網(wǎng)絡(luò)。其他的輔助機(jī)電設(shè)備信息可通過(guò)一體化網(wǎng)絡(luò)從公共計(jì)算環(huán)境申請(qǐng)調(diào)用。

CAN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備地址、標(biāo)識(shí)符格式、狀態(tài)報(bào)文、指令報(bào)文等數(shù)據(jù)格式按照約定的通訊協(xié)議進(jìn)行。數(shù)據(jù)地址列表按照《測(cè)點(diǎn)表》統(tǒng)一進(jìn)行。

公共計(jì)算環(huán)境網(wǎng)絡(luò)接口可支持帶POE供電的100/1000 Mbps自適應(yīng)電纜以太網(wǎng)口、1Gbps光纖以太網(wǎng)口、10Gbps光纖以太網(wǎng)口接入。各系統(tǒng)/設(shè)備接入一體化網(wǎng)絡(luò)的接入方式可以分為以下四類：A類:直接接入網(wǎng)絡(luò)；B類:匯聚后接入網(wǎng)絡(luò)；C類:自帶子網(wǎng)，單點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)；D類:自帶子網(wǎng)，安全隔離后單點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在信息交互、上網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模、設(shè)備布置、綜合布線等方面的特點(diǎn)，可選擇合適的網(wǎng)絡(luò)接入方式。

上網(wǎng)終端設(shè)備與交換機(jī)的連接方式有單鏈路連接、雙冗余連接兩種方式。輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可選擇合適的鏈路連接方式。

2）公共計(jì)算服務(wù)的資源需求

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)全艦一體化網(wǎng)絡(luò)需向公共計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)提出計(jì)算資源支撐、存儲(chǔ)資源支撐、網(wǎng)絡(luò)支援支撐和平臺(tái)服務(wù)支撐等。

通過(guò)對(duì)軟件的計(jì)算分析，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的內(nèi)存消耗使用場(chǎng)景分析，臺(tái)位軟件需要較高的運(yùn)算環(huán)境支持，輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可向公共計(jì)算環(huán)境提出計(jì)算資源需求：虛擬機(jī)數(shù)量和配置等。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟件（桌面操作系統(tǒng)）鏡像空間、業(yè)務(wù)軟件部署空間、存放軟件運(yùn)行緩存數(shù)據(jù)空間以及日志數(shù)據(jù)空間的預(yù)估和不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享需求，輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可向公共計(jì)算環(huán)境提出存儲(chǔ)資源需求：系統(tǒng)文件存儲(chǔ)需求、云盤存儲(chǔ)需求和IPSAN/NAS存儲(chǔ)等。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)初始安裝空間的分析，計(jì)算產(chǎn)生增量數(shù)據(jù)的依據(jù)，輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可向公共計(jì)算環(huán)境提出數(shù)據(jù)庫(kù)資源需求：數(shù)據(jù)庫(kù)名稱、初始空間大小和設(shè)計(jì)空間上限等。

通過(guò)本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)中可能存在的共用數(shù)據(jù)、共用該數(shù)據(jù)庫(kù)的分析，輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可向公共計(jì)算環(huán)境提出平臺(tái)服務(wù)支撐。

3）信息化安全[4]需求

針對(duì)基礎(chǔ)資源服務(wù)物理主機(jī)、虛擬主機(jī)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等提供基礎(chǔ)安全防護(hù)手段支撐，支持主機(jī)安全、網(wǎng)路安全、數(shù)據(jù)安全、防病毒、安全態(tài)勢(shì)感知等功能。

公共計(jì)算環(huán)境需要提供網(wǎng)絡(luò)防火墻、入侵防御、防病毒、數(shù)據(jù)庫(kù)防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)行為分析、負(fù)載均衡等功能。輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可在本臺(tái)位支持定期的對(duì)防火墻升級(jí)、對(duì)病毒庫(kù)更新，以保障系統(tǒng)的信息化安全。

2 輔助機(jī)電設(shè)備信息化實(shí)現(xiàn)

2.1 輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)配置

以某型艦船平臺(tái)輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)包括下屬的各類子采控系統(tǒng)統(tǒng)一采用了四層設(shè)備和兩層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，某船輔助機(jī)電設(shè)備集中監(jiān)控裝置系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

四層設(shè)備是指：

1）位于底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

如傳感器、執(zhí)行器、遠(yuǎn)程終端單元等，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集、接入和控制；

2）位于中層的信號(hào)采集設(shè)備

如分布式采集單元、信號(hào)箱等，用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成；

3）位于上層的信息監(jiān)控層設(shè)備

如集中顯控臺(tái)等，用于數(shù)據(jù)的綜合顯示、人機(jī)交互和信息交互。

4）位于頂層的公共計(jì)算服務(wù)層設(shè)備

如服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)庫(kù)和防火墻等，用于數(shù)據(jù)的集中解算、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)安全防護(hù)。

兩層網(wǎng)絡(luò)是指：

1）上層信息監(jiān)控設(shè)備與中底層設(shè)備之間的控制網(wǎng)絡(luò)；

2）公共計(jì)算服務(wù)層與信息監(jiān)控層設(shè)備之間的管理網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)采用了集中控制和區(qū)域集成的思想[5]。按照站位設(shè)置的需求，在機(jī)電集控室設(shè)置輔助機(jī)電設(shè)備集中監(jiān)控臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“監(jiān)控臺(tái)”）。監(jiān)控臺(tái)通過(guò)以太網(wǎng)與公共計(jì)算服務(wù)器連接在一起，并可以通過(guò)一體化網(wǎng)絡(luò)在云端共享和調(diào)取相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

全艦根據(jù)防火區(qū)域劃分為7個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域布置2臺(tái)信號(hào)采集設(shè)備，全艦共配置14臺(tái)，信號(hào)采集設(shè)備（通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化模塊：DI/DO模塊、AI/AO模塊、A/D模塊、RS485模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線和通信網(wǎng)關(guān)等）間通過(guò)CAN環(huán)網(wǎng)聯(lián)結(jié)在一起，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議掛接了數(shù)百個(gè)遍布全艦的信號(hào)設(shè)備，完成信號(hào)采集和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)的總線負(fù)載率達(dá)到了17%，為減輕總線上的負(fù)荷，可將數(shù)據(jù)按系統(tǒng)分為兩部分，空調(diào)冷藏信號(hào)采集設(shè)備與監(jiān)控臺(tái)形成一個(gè)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，機(jī)艙信號(hào)采集設(shè)備與監(jiān)控臺(tái)形成一個(gè)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證各個(gè)環(huán)網(wǎng)的負(fù)載率不超過(guò)10%。

本系統(tǒng)也是目前水面艦船設(shè)計(jì)和建造的自動(dòng)化程度最高的輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控的輔助機(jī)電設(shè)備共有30000多個(gè)信號(hào)點(diǎn)，其中有約有近8000點(diǎn)針對(duì)船保下的輔助機(jī)電設(shè)備，支持正常運(yùn)行條件下的所有艦船級(jí)平臺(tái)任務(wù)，單個(gè)操作員可協(xié)調(diào)全部輔助機(jī)電設(shè)備，而不需要在設(shè)備層進(jìn)行人工干預(yù)，最大程度優(yōu)化了人員編制[6]，降低全壽期維護(hù)費(fèi)用，并滿足可靠性、可維護(hù)性和生命力[7]的要求。

2.2 輔助設(shè)備集中監(jiān)控裝置特點(diǎn)

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控裝置信息化特點(diǎn)：

1）可靠：采用冗余理念，實(shí)現(xiàn)軟件網(wǎng)絡(luò)鏈路和硬件配置設(shè)計(jì)的雙冗余設(shè)計(jì)；組網(wǎng)扁平化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于施工和全壽命保障，從組網(wǎng)架構(gòu)上進(jìn)一步提高可靠性；

2）高安全：依靠公共計(jì)算服務(wù)提供安全控制的硬件和軟件保護(hù)，按用戶級(jí)別和業(yè)務(wù)范圍對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行管理，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)邏輯隔離和定期防護(hù)管理；

3）易管理：結(jié)合管理狀況，采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，具有良好的可管理型以及可維護(hù)性；

4）標(biāo)準(zhǔn)化：采用通用的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化硬件，提高設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的互聯(lián)互通性。

3 關(guān)鍵技術(shù)

輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控裝置有以下關(guān)鍵技術(shù)：

1）區(qū)域集成采控：每個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)可在該區(qū)域內(nèi)集成采控，可選擇在單個(gè)區(qū)域內(nèi)獨(dú)立采控，也可達(dá)到服從上層監(jiān)控的集中控制功能，達(dá)到區(qū)域資源共用、系統(tǒng)功能共享的目的；

2）跨區(qū)協(xié)同控制：針對(duì)燃油駁運(yùn)、淡水駁運(yùn)、中央冷卻等涉及到全船性的系統(tǒng)，設(shè)置了跨區(qū)協(xié)同控制模式，系統(tǒng)收到指令后，可通過(guò)相應(yīng)的控制策略實(shí)現(xiàn)“一鍵駁運(yùn)”功能；

3）聯(lián)鎖和優(yōu)先級(jí)協(xié)調(diào)：本裝置需要關(guān)聯(lián)三防狀態(tài)的功能要求、全艦失電時(shí)功能要求、能量管理系統(tǒng)功能要求、特種艙室安保要求等，并協(xié)調(diào)聯(lián)鎖功能和優(yōu)先級(jí)，在軟件和硬件上同時(shí)實(shí)現(xiàn)與全船相關(guān)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能。

4 結(jié)論

1）本文梳理了大型艦船輔助機(jī)電設(shè)備信息化種類、輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的功能要求、輔助機(jī)電設(shè)備信息處理流程，并對(duì)公共計(jì)算服務(wù)的信息化提出相應(yīng)要求，完成了輔助機(jī)電設(shè)備信息化研究，為輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的裝備設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

2）介紹了某型輔助機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，并在科研樣機(jī)過(guò)程中得到了專家的一致肯定，擬用于實(shí)船裝備。可供有類似提高信息化和自動(dòng)化等需求的船舶作為參考。

[1] 趙云. 中國(guó)船級(jí)社《智能船舶規(guī)范》 [N]. 中國(guó)船舶報(bào), 2015-12-02

[2] GB/T 19873.1-2005. 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

[3] GJB4000-2000艦船通用規(guī)范.

[4] GB 17859-1999計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全防護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則.

[5] 洪術(shù)華,焦儂.船舶輔機(jī)信息化的現(xiàn)狀與展望[J].船舶工程2017,39(4):88-92.

[6] 陳志民, 李江. 我國(guó)船舶輔機(jī)信息化技術(shù)發(fā)展概況[J]. 船舶工程, 2017, 39(5): 57-59+65.

[7] Ryszard Arendt, Ewa van Uden. A decision-making moudule for aiding ship system automation design:a knowledge-based approach[J]. Expert Systems With Applications, 2010, 38(1): 410-416.

Research on the informatization of marine auxiliary electromechanical equipment based on public-computing -services

Liu Chun1, Zhang Ping2, Wang Wei1, Chen Tao1

（1. Marine Design and Research Institute of China，Shanghai 200011, China; 2. The 8th Military Representative Office of the Naval Equipment in Shanghai，Shanghai 200011, China）

s:

TP391.9

A

1003-4862（2023）12-0053-06

2023-08-22

劉春（1986-），女，工程師，研究方向：主要從事船舶電氣設(shè)計(jì)、信息化等方向工作。E-mail：870333616@qq.com

張平（1981-），男，工程師，主要從事船舶電氣設(shè)計(jì)質(zhì)量監(jiān)督等方向工作。E-mail：echo.1215@qq.com