基于標準建模的艦船試驗備航訓練系統(tǒng)研究

閭晨光，聶建棟

(海軍駐438廠軍事代表室，湖北 武漢 430060)

基于標準建模的艦船試驗備航訓練系統(tǒng)研究

閭晨光，聶建棟

(海軍駐438廠軍事代表室，湖北 武漢 430060)

采用UML建模語言對艦船試驗備航訓練系統(tǒng)的設計進行了系統(tǒng)分析。運用實例闡明了標準化建模技術在建立艦船試驗備航訓練系統(tǒng)與動態(tài)模型中的應用，并給出了系統(tǒng)的用例圖模型、流程圖模型和順序圖模型。

標準化建模；試驗備航訓練；動態(tài)模型

1 開發(fā)艦船試驗備航訓練系統(tǒng)的必要性

隨著現代化艦船各系統(tǒng)的日益復雜以及艦船噸位的增大，其試驗航行階段的周期將隨之變長、標準化與安全性要求也變得更高。艦船試驗備航的任務是完成出航前的艦船浮態(tài)穩(wěn)性計算調整，給出全面的艦船的安全性評估信息。

艦船試驗備航訓練可視為艦船全壽命周期安全保障訓練的重要組成部分，也是艦船完成其試航任務以及日后出航訓練的基礎。備航水平的好壞將直接影響到艦船在整個試航期間的生存能力，若沒有作好則基本的安全航行、人員安全、物資準備都無從保障，試驗任務也會無法完成。因此，研究與設計艦船試驗備航訓練系統(tǒng)，進而完整、準確地做好艦船的試驗備航訓練，對高效完成試航任務、提高艦船生存能力以及保障人員安全有很重要的意義。

采用統(tǒng)一標準化建模語言技術[1]進行艦船試驗備航訓練系統(tǒng)的開發(fā)包括建立對應于艦船試航任務的訓練系統(tǒng)用例模型、根據試航準備信息建立工作流程功能圖以及試驗備航決策支持系統(tǒng)的動態(tài)模型與訓練評分系統(tǒng)。

2 基于統(tǒng)一標準建模語言平臺的試驗備航訓練系統(tǒng)用例圖建模

艦船試驗備航訓練系統(tǒng)的用例模型[2]主要用于從系統(tǒng)外部需求的角度來說明系統(tǒng)需要達到的功能需求，并規(guī)定了這些功能的使用者，上述功能需求是指在進行系統(tǒng)的開發(fā)之初就需要明確的系統(tǒng)設定需求。圖1中的用例模型圖表示系統(tǒng)的主要功能需求包括備航安全預報、備航訓練以及試航任務設定等。圖中名未命名的箭頭表示某些系統(tǒng)功能模塊含有擴展性的子功能；而圖中字母A代表的箭頭則表示系統(tǒng)內某些主模塊需劃分為數個子模塊。

3 試驗備航訓練系統(tǒng)的工作流程與備航輔助決策功能模塊

3.1備航訓練工作流程

艦船試驗備航訓練包含的內容較多，因此設定合理的訓練工作流程便是開發(fā)訓練系統(tǒng)的重要基礎，備航訓練的工作流程圖詳見圖2。

圖1 備航訓練系統(tǒng)用例模型

圖2 備航訓練系統(tǒng)流程圖

1) 試航指揮員根據任務想定或者人為設定出航任務的情況。

2) 產生艦船試驗備航信息列表，記錄內容包括：①全艦油艙、水艙當前裝載量、使用順序、副機狀況，當前使用的電站、正在工作的發(fā)電機、蓄電池的電液比；②主機各系統(tǒng)的運行狀況，包括燃油、滑油、空氣指數等；③輔助機械的狀況，包括舵機、錨機、絞盤機等狀況；④空氣系統(tǒng)當前的高壓氣壓力、空壓機狀況，損管器材配置信息和可用狀況。

3) 根據當前裝載完成穩(wěn)性、浮態(tài)和抗風能力計算。計算內容包括：艦船穩(wěn)度、橫傾、吃水、儲備浮力以及干舷高等。

4) 評估當前備航、裝載狀況出航安全性。評估指標包括：穩(wěn)度、橫傾角、主副機狀況、輔助機械以及甲板機械狀況、損管器材配備、人員配置情況。

3.2備航輔助決策功能模塊

本文設計的艦船試驗備航訓練系統(tǒng)包括備航輔助決策功能模塊，該功能模塊負責在訓練時向用戶提供基本的艦船配載與管理輔助信息，并最終生成備航決策結果作為訓練考核評分的依據；而在艦船試航或準備日常出航時，則可作為艦員出航的輔助決策信息系統(tǒng)。

1) 給出艦船穩(wěn)度數值，同時給出艦船是否適合出航的定性預報。

2) 在當前裝載和機械設備狀況下給出二位圖像顯示出航的結果。

3) 可以針對主要艙室的配載進行調整，以滿足出航要求。

4) 提供艦船備航狀態(tài)下機電管理輔助信息，包括：油水艙數據、發(fā)電機使用狀況、高壓氣儲備、主要工作艙室狀態(tài)等信息。

4 試驗備航訓練系統(tǒng)的動態(tài)模型

艦船試驗備航訓練系統(tǒng)的動態(tài)模型[3-4]描述了系統(tǒng)內各對象的動態(tài)行為以及對象間的交互關系。用戶每次訓練任務的完成均要涉及多個不同類的系統(tǒng)對象，而這些對象之間的時序關系，協(xié)作關系以及信息的接收與發(fā)送關系都需要建立起高效合理的表達途徑。標準建模語言中動態(tài)模型的建立是指系統(tǒng)狀態(tài)圖、順序圖[5]或合作圖[6]的完成。

本文以艦船試驗備航訓練的實施為例，具體說明如何使用系統(tǒng)順序圖來建立該訓練系統(tǒng)的動態(tài)模型。

以圖3為順序圖，它顯示系統(tǒng)對象之間的動態(tài)合作關系，強調對象之間消息發(fā)送的順序，同時顯示對象之間的交互。如圖3所示，訓練方案的生成過程分為如下3個階段。

1) 建立訓練任務。根據參訓人員輸入的訓練任務設定某類出航任務情況，將設定情況提交給計算系統(tǒng)，進而生成訓練案例。然后提示用戶對艦船的當前裝載情況進行判斷，并完成備航信息表的填寫與輸入。

2) 計算與評估。完成對艦船穩(wěn)性數據的具體計算與安全性等級評估，按照滿足安全出航條件與不滿足安全出航條件這兩類條件分別進入決策方案階段。

3) 決策方案的輸入與評分顯示。利用輔助決策方案系統(tǒng)生成備航方案表，并對照用戶輸入的備航決策方案給出訓練成績。圖3中各系統(tǒng)運算函數的功能如表1所示。

圖3所示系統(tǒng)的順序圖模型包含3個輸入接口：訓練目的的輸入、備航決策方案的輸入以及用戶對艦船當前裝載條件信息的提交(9顯示)；7表示對訓練課目的判斷與設定。

圖3 備航訓練系統(tǒng)順序圖

運算函數功能運算函數功能運算函數功能1命令提交2狀態(tài)評估3發(fā)送命令4輸入5計算結果顯示6計算結果返回7數據分析8結果顯示9裝載條件信息10窗口創(chuàng)建11報告提交12備航決策建立

對于艦船試驗備航訓練系統(tǒng)，其順序圖表示的對象間功能實現過程如下：用戶通過訓練窗口選擇訓練計劃與訓練科目，訓練窗口收到指令后會自動生成試驗備航或出航任務設置窗，用戶通過該窗口進行當前出航任務、裝載條件的高級設置。完成設置后，該窗口會向用戶發(fā)出指令，提示用戶按要求輸入試驗備航信息列表。上述操作完成后，輸入信息會轉存至穩(wěn)性、抗風浪計算模塊，出航安全評估模塊負責將計算所得的數據轉化為可顯示在訓練窗口里的數據，并且數據經過評估后根據備航輔助決策與技術指標判斷試驗備航條件是否滿足，具體到該系統(tǒng)則分為安全與不安全2種情況。安全表示艦船當前條件適合出航；不安全表示艦船當前條件不能出航或滿足出航底線條件但緊急條件下不能出航；安全時直接將結果傳送至訓練窗口，若不安全系統(tǒng)將調用備航輔助決策模塊，該模塊可根據備航信息生成備航輔助決策方案，同時通過窗口提示用戶輸入改進調整方案的命令。當用戶輸入備航改進調整方案后，輔助決策模塊將對方案數據進行對比考核，若達到安全要求則根據調整次數的統(tǒng)計給出成績；若未達到安全要求則繼續(xù)提示用戶輸入第二次的調整方案，直至達標。

5 結束語

論文結合實例，應用標準建模工具對艦船試驗備航訓練系統(tǒng)進行了研究設計，針對該系統(tǒng)功能需求、工作流程、評估標準等方面說明了用例圖模型、順序圖模型的設計與應用過程。艦船試驗備航訓練系統(tǒng)建立的初始目的是規(guī)范試驗備航訓練手段、提高試航效率，隨著系統(tǒng)的升級，其還能夠提供艦船的日常備航集訓以及艦船的安全出航預報等重要功能。因此，需要應用統(tǒng)一建模思想對試驗備航訓練軟件的開發(fā)過程進行規(guī)范和統(tǒng)一，為設計研發(fā)大型艦船戰(zhàn)時備航模擬訓練系統(tǒng)提供有效的技術支持。

[1]龍鵬飛. 基于UML與XML的軟件輸出文檔模型設計[J].計算機應用與軟件，2008 (3) ：12-13.

[2] 龔婕，職波. UML在分布處理參考模型中的應用[J]. 兵工自動化，2003(5)：5-7.

[3]洪亮，董文洪.基于UML的CITIS建模分析[J].海軍航空工程學院學報，2005(1)：19-21.

[4]許勇.面向對象的機電一體化系統(tǒng)原理方案表達[J].機械設計與研究，2010(6)：22-23.

[5]趙琳.基于UML的航空兵作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)建模研究[J].中國電子科學研究院學報，2007(4)：3-5.

[6]戴運桃，劉利強. 基于UML的綜合導航顯控臺系統(tǒng)軟件研究[J]. 彈箭與制導學報，2008(4)：11-13.

The research of the sail preparation training system in naval ships is founded by applying unified modeling language(UML).Many examples are used to explain the application of modeling language in the research of the training system and its dynamic models.The instance models and the other diagrams are given.

unified modeling;experiment sail preparation training system;dynamic models

閭晨光(1982-)，男，湖北武漢人，工程師，博士，研究方向為提高艦船試驗試航質量的系統(tǒng)方法。

U673

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.018

2013-11-05