艦炮武器系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)研究

許向陽(yáng)

XU Xiang-yang

(駐北京地區(qū)艦船設(shè)備軍事代表室，北京 100176 )

0 引言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，武器裝備的信息化也得到了較大提高。這不僅促進(jìn)了武器裝備整體作戰(zhàn)效能的提升，也為裝備保障發(fā)展提供了新的機(jī)遇。隨著艦炮武器系統(tǒng)全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，為武器系統(tǒng)在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)的研究與應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

1 武器系統(tǒng)維修保障現(xiàn)狀分析

因?yàn)槟壳暗脑谂炁谖淦飨到y(tǒng)中在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較少，武器系統(tǒng)在維修與保障過(guò)程中存在著下述問(wèn)題：

1）由于缺少系統(tǒng)級(jí)在線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備，武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)或訓(xùn)練過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行故障排除。

2）由于無(wú)法實(shí)時(shí)記錄出現(xiàn)故障時(shí)刻的信息，離開(kāi)特定環(huán)境后故障難以復(fù)現(xiàn)，技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)后無(wú)記錄信息，結(jié)果給故障的排除帶來(lái)很大困難。

3）缺少形象化的系統(tǒng)工作流和信息流的表述手段，影響部隊(duì)熟練掌握武器系統(tǒng)。

4）由于缺少對(duì)系統(tǒng)級(jí)關(guān)重件（如身管等）信息的采集，無(wú)法對(duì)系統(tǒng)隨著使用時(shí)間的累積其作戰(zhàn)效能衰減的程度進(jìn)行預(yù)估。

5）缺少交互式故障隔離和故障處理案例提示的手段，使得部隊(duì)使用人員對(duì)故障的定位不準(zhǔn)確，有些可以自行解決的問(wèn)題無(wú)法解決，影響了裝備的使用。

上述問(wèn)題除影響系統(tǒng)保障能力的提升外，也會(huì)影響武器裝備的可用性和其戰(zhàn)備完好性。

__基于信息的在線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，為使用人員決策提供充分依據(jù)；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以通過(guò)人機(jī)交互方式對(duì)系統(tǒng)故障定位及隔離，提出解決故障的參考方案；對(duì)于部隊(duì)無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)立即解決的故障，工業(yè)部門(mén)技術(shù)人員通過(guò)收集的發(fā)生故障時(shí)信息進(jìn)行分析可以準(zhǔn)確對(duì)故障定位并解決問(wèn)題。

2 在線(xiàn)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案

2.1 在線(xiàn)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的主要功能

1）試驗(yàn)記錄：實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程中的原始報(bào)文，并解析原始報(bào)文，設(shè)備及關(guān)鍵件使用日志的記錄，顯示試驗(yàn)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)；并基于系統(tǒng)實(shí)時(shí)錄取的試驗(yàn)信息，畫(huà)出系統(tǒng)一些相關(guān)信息的走勢(shì)圖，為試驗(yàn)分析提供依據(jù)。

2）系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控：提供報(bào)文的錄入、存儲(chǔ)、顯示的功能，同時(shí)根據(jù)報(bào)文進(jìn)行初步的分析：根據(jù)對(duì)報(bào)文的分析顯示系統(tǒng)信息流運(yùn)行狀況和系統(tǒng)工作流執(zhí)行情況，根據(jù)報(bào)文內(nèi)容或者報(bào)文的一些統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行故障警示，并進(jìn)行故障分析診斷?？梢赃M(jìn)行故障交互式判定。

3）信息查詢(xún)：主要提供兩種方式的組合/模糊查詢(xún)功能，一種是對(duì)歷史記錄的查詢(xún)，另一種則是系統(tǒng)提供了一些典型的案例，可以進(jìn)行學(xué)習(xí)性的查看。

4）數(shù)據(jù)導(dǎo)出：系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換的接口，可以方便地將監(jiān)控記錄導(dǎo)入導(dǎo)出，用戶(hù)信息采集：系統(tǒng)初始化設(shè)置的目的是讓用戶(hù)錄入被測(cè)艦艇及被測(cè)系統(tǒng)的基本信息、關(guān)重件信息及使用時(shí)海情氣象信息。

5）電子技術(shù)文檔：提供系統(tǒng)學(xué)習(xí)資料/幫助文檔和監(jiān)控設(shè)備學(xué)習(xí)資料/設(shè)備幫助文檔，可以方便地用于使用查詢(xún)和學(xué)習(xí)，同時(shí)為用戶(hù)提供了設(shè)備硬件信息、報(bào)文相關(guān)信息以及知識(shí)庫(kù)的查閱功能。

6）系統(tǒng)效能預(yù)估：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)關(guān)重件及可靠性信息的積累，以及對(duì)系統(tǒng)性能變化的預(yù)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)的效能進(jìn)行預(yù)估，為使用者決策提供參考，如果出現(xiàn)隱患提醒使用者采取措施，以免貽誤戰(zhàn)機(jī)。

7）射擊數(shù)據(jù)綜合：系統(tǒng)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)在執(zhí)行射擊任務(wù)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，集中顯示執(zhí)行這一作戰(zhàn)任務(wù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為評(píng)定射擊任務(wù)完成情況、系統(tǒng)射擊中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題等提供經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)資料。

2.2 在線(xiàn)監(jiān)控與被測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

在線(xiàn)監(jiān)控與被測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以采用兩種方式如下：

1）在線(xiàn)監(jiān)控與被測(cè)系統(tǒng)物理集成一體；

2）在線(xiàn)監(jiān)控與被測(cè)系統(tǒng)分散布置，相對(duì)獨(dú)立。

上述兩種結(jié)構(gòu)各有不同，如果采用基于元器件數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行記錄，不進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，不需要建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，需要的空間資源和時(shí)間資源有限，采用集成結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)影響，從適裝性考慮采用集成結(jié)構(gòu)更為合理。如果基于信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控，其基礎(chǔ)必須建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，同時(shí)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行邏輯推理和判斷，需要的空間資源和時(shí)間資源比較大，如上面功能所述，在線(xiàn)監(jiān)控實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行情況，因而結(jié)構(gòu)采用在線(xiàn)監(jiān)控與被測(cè)系統(tǒng)分散布置更為合理；在線(xiàn)監(jiān)控部分只是接受網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，不向網(wǎng)絡(luò)發(fā)任何報(bào)文，這樣結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)任何影響。

利用了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性，將測(cè)試設(shè)備無(wú)縫接入系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)試系統(tǒng)之間信息的單向聯(lián)通。監(jiān)控設(shè)備接入被測(cè)系統(tǒng)方式如圖2所示。

圖1 監(jiān)控設(shè)備接入系統(tǒng)方式圖

監(jiān)控設(shè)備可能對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響集中體現(xiàn)在交換機(jī)上，具體有以下三個(gè)方面：

1）交換機(jī)非鏡像端口需要復(fù)制分發(fā)數(shù)據(jù)到鏡像端口；

2）鏡像數(shù)據(jù)產(chǎn)生使交換機(jī)上數(shù)據(jù)流量增大；

3）數(shù)據(jù)是否會(huì)超出鏡像端口處理能力，進(jìn)而影響交換機(jī)正常工作。

通過(guò)分析，現(xiàn)有某武器系統(tǒng)的極限并發(fā)數(shù)據(jù)量＜500字節(jié)/毫秒，系統(tǒng)所配備交換機(jī)的吞吐能力＞10000字節(jié)/毫秒。

針對(duì)可能產(chǎn)生的影響：鏡像數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)的累計(jì)并發(fā)數(shù)據(jù)量＜1000字節(jié)/毫秒，遠(yuǎn)低于交換機(jī)的處理能力（ ＞10000字節(jié)/毫秒），因此監(jiān)控設(shè)備不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。

2.3 在線(xiàn)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)分析

監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用軟件運(yùn)行在以操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，底層驅(qū)動(dòng)和支撐軟件為支持的軟件環(huán)境中，設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)

操作系統(tǒng)選用windows系列操作系統(tǒng)；底層驅(qū)動(dòng)包括顯卡驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)等各種驅(qū)動(dòng)；支撐組件是指windows消息隊(duì)列等各種商用成熟組件；應(yīng)用軟件是指有待開(kāi)發(fā)的監(jiān)控設(shè)備軟件。設(shè)備軟件模塊劃分如圖3所示。

圖3 設(shè)備軟件模塊劃分

2.4 設(shè)備軟件數(shù)據(jù)流程

監(jiān)控設(shè)備的功能基于兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：一是從被測(cè)系統(tǒng)中錄取的報(bào)文數(shù)據(jù)，另一個(gè)是知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)。知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)包含了報(bào)文設(shè)置、工作流設(shè)置、故障類(lèi)型資料、故障的診斷分析模型等部分的內(nèi)容。監(jiān)控設(shè)備對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)認(rèn)定以及對(duì)故障的分析診斷則完全基于被測(cè)系統(tǒng)的報(bào)文數(shù)據(jù)，報(bào)文數(shù)據(jù)是所有工作的起點(diǎn)、基礎(chǔ)，而知識(shí)庫(kù)則提供了判斷的依據(jù)，軟件數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

圖4 軟件數(shù)據(jù)流圖

2.5 在線(xiàn)監(jiān)控工作原理

設(shè)備工作以數(shù)據(jù)流程為先導(dǎo)，將數(shù)據(jù)按實(shí)時(shí)、回放、導(dǎo)入、導(dǎo)出和知識(shí)庫(kù)學(xué)習(xí)等功能進(jìn)行流程操作。

具體如圖5所示。

圖5 設(shè)備工作原理框圖

3 結(jié)束語(yǔ)

在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)在某型艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)中已進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證與應(yīng)用，試驗(yàn)證明采用該技術(shù)對(duì)于艦炮系統(tǒng)故障信息收集、故障原因分析與定位均有較大幫助。進(jìn)一步加強(qiáng)在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)的研究，并適時(shí)在艦炮武器系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，將會(huì)有助于發(fā)揮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，為部隊(duì)維修保障提供有效的技術(shù)手段。

[1] 張叔農(nóng),謝勁松,康銳.電子產(chǎn)品故障預(yù)測(cè)技術(shù)框架[J].測(cè)控技術(shù),2007,26:12-16.