潛艇裝備保障信息系統(tǒng)的設(shè)計研究

尹安，許治梭，操桃秀

中國艦船研究設(shè)計中心，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用的重要支撐。綜合保障能力建設(shè)對推進我國海洋戰(zhàn)略和強化國防建設(shè)大局也具有重要意義。

歐美等軍事強國已充分意識到保障體系在未來戰(zhàn)場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。美國海軍研制了部署于艦艇上的計算機輔助維修及器材信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了維修計劃和維修工具等信息化管理，也為保障管理機構(gòu)收集維修信息和保障活動經(jīng)驗。作為裝備綜合保障（integrated logistics support，ILS）技術(shù)的交付成果，美國、英國和巴基斯坦海軍都部署了計算機輔助管理系統(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、艇載庫存管理模塊和技術(shù)文檔模塊等，用于輔助艇員開展全艇數(shù)據(jù)信息配置管理、維修管理、備品備件管理、中央采購管理和電子文檔管理等工作，以信息化手段實現(xiàn)了對裝備全壽期保障資源、保障分析數(shù)據(jù)等的統(tǒng)一管理。美國海軍裝備維修的自動化和智能化水平也處于領(lǐng)先地位，配備了自動測試系統(tǒng)和維修保障便攜式輔助設(shè)備等，為武器裝備正常運行和發(fā)揮作戰(zhàn)效能提供了有力保障[1-3]。

我國海軍綜合保障設(shè)計工作與歐美相比還有差距，目前工業(yè)設(shè)計部門在借鑒國外海軍綜合保障工作成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國裝備發(fā)展國情，正在逐步形成具有我國特色的綜合保障系統(tǒng)設(shè)計體系。在裝備綜合保障工程化和總體設(shè)計中，已開展了綜合保障系統(tǒng)頂層設(shè)計和工程化應(yīng)用分析工作。黎放等[4]開展了艦船裝備綜合保障工作研究，總結(jié)了需關(guān)注的問題并給出了建議；嚴志騰等[5]開展了裝備綜合保障包的研究，論述了綜合保障包的評價指標體系和評價方法，為綜合保障包的設(shè)計開發(fā)提供了參考；劉銘[6]在對裝備保障技術(shù)發(fā)展進行分析的基礎(chǔ)上，指出綜合化、信息化、智能化等是其發(fā)展趨勢，并論述了信息化管理方法；邵世綱等[7]開展了新形勢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題，需開展武器裝備全生命周期保障信息管理平臺研究，提升信息化管理水平；孫光甦等[8]結(jié)合工程實際，從技術(shù)體系、工作體系角度對艦船裝備綜合保障體系進行了分析，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題及其需要改進的方向和未來發(fā)展趨勢，缺乏對綜合保障系統(tǒng)實際開發(fā)方法的分析，且對綜合保障信息系統(tǒng)的軟件設(shè)計和對數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理還缺乏深入分析。

本文擬針對構(gòu)建體系化綜合保障體系的發(fā)展趨勢，通過配置不同層級的信息數(shù)據(jù)庫，來構(gòu)建潛艇裝備保障信息系統(tǒng)，并設(shè)計系統(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)計實現(xiàn)方案，解決各基地級數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)統(tǒng)籌應(yīng)用問題，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和基地級綜合保障信息系統(tǒng)。其中，綜合保障信息總庫部署于總體設(shè)計所，是各艇隊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，可匯總各個艇隊裝備保障信息并進行跨艇隊分發(fā)，便于艇與艇之間的知識共享和交流，也便于工業(yè)部門充分掌握設(shè)備運行狀態(tài)；基地級保障信息系統(tǒng)部署于各艇隊，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)計框圖Fig. 1 The design diagram of submarine equipment ILS information system

1） 綜合保障信息總庫。作為潛艇裝備保障信息系統(tǒng)的核心，綜合保障信息總庫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，并實現(xiàn)對各型艇技術(shù)文檔的統(tǒng)一管理；應(yīng)用大數(shù)據(jù)理念進行數(shù)據(jù)分析，掌控各型艇在全壽期內(nèi)的設(shè)備運行狀態(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） 基地級綜合保障信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)記錄各支隊下屬潛艇的技術(shù)狀態(tài)信息，包括歷史改換裝信息、當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)可擴展到艇級綜合保障信息系統(tǒng)，采用移動端模式進一步為艇員提供交互式電子手冊（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） 維修計劃總覽模塊：統(tǒng)計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)計模塊：統(tǒng)計潛艇服役過程中各設(shè)備運行統(tǒng)計信息，包括故障信息、設(shè)備升級改裝信息和換裝信息等。

4） 遠航保障模塊：匯總各艇遠航保障相關(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)說明書、故障處理手冊和設(shè)備圖片等，后續(xù)也可擴展到設(shè)備交互式電子技術(shù)手冊相關(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匯總各艇數(shù)據(jù)資料，以及由綜合保障信息總庫向基地級綜合保障信息系統(tǒng)分發(fā)相關(guān)匯總數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

由功能需求分析可知，潛艇裝備保障信息系統(tǒng)涵蓋功能點多，且后續(xù)可能面臨不斷涌現(xiàn)的需求變更和功能擴展。因此，實現(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。在實際項目中，基于Spring MVC 的軟件架構(gòu)，實現(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）進行設(shè)計。DispatcherServlet 是整個控制流程的核心，簡單來說，DispatcherServlet 接收客戶端發(fā)送的請求并返回響應(yīng)結(jié)果，相當于中央處理器，通過將請求分發(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，重點實現(xiàn)Handler 處理器；在處理頁面信息展現(xiàn)時，重點實現(xiàn)View 代碼。在DispatcherServlet的調(diào)度下，最終實現(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，可有效降低前、后端的耦合度，提升頁面開發(fā)的靈活度，與本系統(tǒng)框架設(shè)計需求吻合[9-11]。

3 主要功能模塊設(shè)計

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

3.1 工作任務(wù)管理模塊設(shè)計

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

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

人機交互界面基于JQuery 框架進行設(shè)計。JQuery 是繼Prototype 之后又一個優(yōu)秀的JavaScript 庫，能夠快速編寫可擴展和兼容性強的JavaScript 代碼，具有輕量性、可靠的事件處理機，及行為層與結(jié)構(gòu)層的分離等優(yōu)勢，“Write less, Do more”的設(shè)計理念提升了程序開發(fā)效率，可以使開發(fā)者更關(guān)注于業(yè)務(wù)層的設(shè)計工作[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 個區(qū)域：左部顯示系統(tǒng)-子系統(tǒng)-設(shè)備結(jié)構(gòu)樹；中部分為上、下2 部分，分別顯示從結(jié)構(gòu)樹中選中的設(shè)備任務(wù)列表，以及任務(wù)列表對應(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)備圖片和維修手冊等電子資料訪問鏈接。

工作計劃管理頁面所含功能模塊關(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 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 進行處理， 通過ViewResolver 將顯示界面反饋給用戶瀏覽，實現(xiàn)顯控分離設(shè)計。系統(tǒng)-子系統(tǒng)-設(shè)備結(jié)構(gòu)樹主要代碼設(shè)計如圖5所示。

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

3.2 數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊設(shè)計

各基地級綜合保障信息系統(tǒng)在運行過程中將積累大量有價值的數(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，可用于不同艇隊分享故障處理經(jīng)驗，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)計所和各艇隊之間無專網(wǎng)連接的限制，在總體所部署的綜合保障信息總庫與各基地部署的基地級保障信息系統(tǒng)之間缺乏信息傳輸通道。因此，民用和商用領(lǐng)域常用的多個數(shù)據(jù)庫基于網(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)更新等功能無法使用，需在潛艇裝備保障信息系統(tǒng)設(shè)計約束條件下設(shè)計專用的數(shù)據(jù)收集與分發(fā)模塊，構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析平臺基礎(chǔ)，挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在價值，為數(shù)據(jù)到知識的轉(zhuǎn)換提供支撐。

在潛艇裝備保障信息系統(tǒng)設(shè)計中，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。以故障問題記錄信息為例，為實現(xiàn)在綜合保障信息總庫進行數(shù)據(jù)匯總功能，基地級綜合保障信息系統(tǒng)后臺自動將數(shù)據(jù)庫maintenanceTable 表新增故障問題記錄中的字段AddNew 標識為Y，用于指明為新增數(shù)據(jù)；在規(guī)定的時間間隔點，各基地級綜合保障信息系統(tǒng)將maintenanceTable 表中的字段AddNew標識為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用于數(shù)據(jù)匯總；綜合保障信息總庫將各基地級綜合保障信息系統(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)管理員更新基地級綜合保障信息系統(tǒng)maintenanceTable 表中數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)不同艇隊故障記錄數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)分發(fā)和基地級數(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

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對潛艇保障信息的統(tǒng)籌管理和數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用提出了更高要求?；诖耍疚奶岢隽藵撏аb備保障信息系統(tǒng)的設(shè)計方案，從功能分析需求入手，闡述了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計重點關(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)計為切入點，論述本軟件系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計思路。目前已完成了系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)并投入試點運行，運行情況表明，潛艇裝備保障信息系統(tǒng)符合設(shè)計目標，基本滿足了部隊使用需求，有效提升了潛艇保障信息管理的信息化水平。后續(xù)將擴展到艇級綜合保障信息系統(tǒng)，實現(xiàn)從綜合保障信息總庫到基地級和艇級保障信息的全覆蓋，并將進一步增加大數(shù)據(jù)和機器學習模塊，采用人工智能技術(shù)充分挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在價值，為智能化的綜合保障奠定基礎(chǔ)。