艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

姚科明 張本輝 門金柱 王建國 萬新龍

（海軍大連艦艇學(xué)院艦船指揮系 大連 116018）

1 引言

艦載直升機(jī)在海上作戰(zhàn)中具有獨(dú)特優(yōu)勢，在與軍艦有機(jī)結(jié)合以后，艦機(jī)一體化作戰(zhàn)不僅能提高水面艦艇的攻防作戰(zhàn)能力，也能為空中兵力提供有效的指揮和保障。對于艦載直升機(jī)而言，其作戰(zhàn)效能發(fā)揮與作戰(zhàn)環(huán)境保障密切相關(guān)。然而，在現(xiàn)行的作戰(zhàn)環(huán)境保障體系下，存在保障信息與實(shí)際需求聯(lián)系不緊密、針對性不強(qiáng)、效率不高等問題，極大地制約了艦機(jī)一體化作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。就目前能查閱到的文獻(xiàn)來看，作戰(zhàn)環(huán)境保障的研究往往側(cè)重于宏觀戰(zhàn)場，而對于艦載直升機(jī)等具體作戰(zhàn)平臺關(guān)注相對較少，尚缺乏較好的辦法來解決上述問題。

產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的啟蒙思想最早由Freeman和Newell在1971年提出[1]，1982年DEC公司推出了用于大型計(jì)算機(jī)配置系統(tǒng)XCON（eXpert Configuration）[2]，1992年，Westinghouse電梯公司設(shè)計(jì)了電梯配置器VT[3]，國內(nèi)的浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)等相繼開展產(chǎn)品配置系統(tǒng)的研究，2003年，朱曉魏[4]使用產(chǎn)品族體系組織產(chǎn)品設(shè)計(jì)資源的方法，為電梯轎廂產(chǎn)品開發(fā)了以產(chǎn)品知識庫為中心的集成化的快速設(shè)訓(xùn)一系統(tǒng)。2004年，張志海[5]研究了在大規(guī)?？蛻艋ㄖ频纳a(chǎn)模式下摩托車企業(yè)的產(chǎn)品配置來快速響應(yīng)客戶個(gè)性化需求。2007年，戶春影[6]設(shè)計(jì)并開發(fā)了適合汽車行業(yè)的產(chǎn)品配置器。2008年，趙利平[7]開發(fā)了堆垛機(jī)系列產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，可快速響應(yīng)個(gè)性化的市場要求。2012年，譚艷輝[8]研究了輪式裝載機(jī)模塊化設(shè)計(jì)與配置的技術(shù)和方法，并結(jié)合柳工輪式裝載機(jī)進(jìn)行應(yīng)用。由此可見，快速配置技術(shù)已較為成熟，且應(yīng)用范圍較廣。

對于艦載直升機(jī)作戰(zhàn)而言，針對不同的作戰(zhàn)任務(wù)、機(jī)型及搭載載荷，如何能為其提供精準(zhǔn)快速的作戰(zhàn)環(huán)境保障方案已成為亟待解決的問題。鑒于產(chǎn)品配置技術(shù)可快速滿足不同客戶的個(gè)性化需求，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，若能將其引入艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障領(lǐng)域，對于提升艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障水平是非常有意義的。

2 艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置技術(shù)

2.1 艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障方案族的建立

軍事需求是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的根本依據(jù)，艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置系統(tǒng)的各項(xiàng)工作均應(yīng)圍繞著滿足多樣化軍事任務(wù)展開，例如一機(jī)多用，或者在同一海區(qū)部署多架艦載直升機(jī)的情形。通過需求分析，按照“模塊化”的思想，可以建立艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障方案族模型[8]，如圖1所示。

圖1 艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障方案族示意圖

由圖1可知，艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障方案族的組成要素，可以劃分為通用和定制模塊。其中，通用模塊包括起降、飛行兩個(gè)功能，是作戰(zhàn)環(huán)境保障方案族中必須具有的模塊；定制模塊包括指揮引導(dǎo)、探測、攻擊及其它功能，可根據(jù)需要進(jìn)行靈活擴(kuò)展。定制模塊通過不同作戰(zhàn)任務(wù)、不同機(jī)型及搭載載荷類型，按照實(shí)際裝備的裝備情況以及搭載方案進(jìn)行錄入，然后用戶可按照約束規(guī)則進(jìn)行選擇，通過匹配通用模塊和能夠滿足多樣化作戰(zhàn)任務(wù)、精準(zhǔn)保障需求的定制模塊，組合出滿足不同需求的艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障方案。事實(shí)上，該方案族模型并非針對某一具體的作戰(zhàn)情形，而是盡可能地覆蓋艦載直升機(jī)所能執(zhí)行的任務(wù)、機(jī)型以及搭載載荷，如此才可能滿足可能出現(xiàn)的多樣化軍事需求。

2.2 艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置技術(shù)

艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置技術(shù)，是建立在任務(wù)、機(jī)型、載荷搭載及環(huán)境信息錄入的基礎(chǔ)上，是從上述方案族的每個(gè)可能中，選出滿足特定作戰(zhàn)需求的載荷進(jìn)行組合，再對起降、飛行、通信、探測、攻擊等功能模塊所需考慮的海洋環(huán)境因素進(jìn)行針對性配置，其配置過程，如圖2所示。

圖2 作戰(zhàn)環(huán)境快速配置流程

由圖2可知，艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境保障方案快速配置流程如下：

1）系統(tǒng)管理者提前錄入任務(wù)、機(jī)型、載荷搭載、環(huán)境信息；

2）確定作戰(zhàn)任務(wù)，用戶選擇艦載直升機(jī)的機(jī)型；

3）由作戰(zhàn)任務(wù)和機(jī)型，用戶選擇通信、探測以及攻擊載荷搭載方案；

4）系統(tǒng)自動完成對起降、飛行及步驟2）中選擇載荷的作戰(zhàn)環(huán)境因素進(jìn)行針對性配置。

由圖2所示方法配置的作戰(zhàn)環(huán)境因素，與機(jī)型、執(zhí)行任務(wù)的類型以及功能載荷密切相關(guān)。需要說明的是，配置規(guī)則庫既包括艦載直升機(jī)可完成的作戰(zhàn)任務(wù)類型、完成某任務(wù)所能選擇的機(jī)型、不同機(jī)型的通信、探測、攻擊載荷配備、不同載荷之間的兼容性以及各模塊所應(yīng)考慮的作戰(zhàn)環(huán)境因素集合等，上述知識來源于該領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)、專業(yè)的積累和整理，是實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于該系統(tǒng)所研究的對象僅為艦載直升機(jī)，其規(guī)則數(shù)量相對較少，且暫無規(guī)則“沖突”需處理，可利用Visual C#通過人機(jī)交互和MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但是對于更高層次、更多兵力的配置規(guī)則庫，可采用CLIPS等專業(yè)軟件建立專家系統(tǒng)，通過對事實(shí)庫、規(guī)則庫、推理機(jī)的設(shè)計(jì)，結(jié)合人機(jī)交互界面來實(shí)現(xiàn)該配置功能。

3 艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由圖3可知，按照使用權(quán)限，可分為管理用戶子系統(tǒng)與一般用戶子系統(tǒng)，前者可分為系統(tǒng)管理、信息錄入、信息查詢、環(huán)境配置、效能評估、系統(tǒng)幫助六個(gè)部分，各部分的主要功能如下所示。

1）系統(tǒng)管理：主要實(shí)現(xiàn)用戶信息管理（添加賬戶、密碼）以及退出系統(tǒng)；

2）信息錄入：主要錄入任務(wù)信息、機(jī)型、載荷搭載以及作戰(zhàn)環(huán)境要素信息；

3）信息查詢：對本系統(tǒng)所錄入的任務(wù)、機(jī)型、載荷、作戰(zhàn)環(huán)境要素信息進(jìn)行查詢，并可進(jìn)行修改和刪除；

4）環(huán)境配置：利用Visual C#設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)滿足任務(wù)、機(jī)型、載荷搭載等個(gè)性化需求的作戰(zhàn)環(huán)境配置，這是本系統(tǒng)最核心的功能；

5）效能評估：根據(jù)系統(tǒng)提示信息，完成某作戰(zhàn)海區(qū)環(huán)境要素的初始化，利用系統(tǒng)內(nèi)置模型算法，對海洋環(huán)境引起的艦載直升機(jī)作戰(zhàn)效能變化概率進(jìn)行評估；

6）系統(tǒng)幫助：對本系統(tǒng)所涉及到的任務(wù)、機(jī)型、載荷等信息，通過圖片、文字等形式進(jìn)行展示，并對本系統(tǒng)的開發(fā)情況進(jìn)行說明。

一般用戶子系統(tǒng)與管理用戶子系統(tǒng)架構(gòu)類似，區(qū)別在于缺少用戶管理、信息錄入、信息修改及刪除等功能模塊。

4 艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境快速配置系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主界面采用多文檔窗口設(shè)計(jì)，有系統(tǒng)管理、信息錄入、信息查詢、環(huán)境配置、效能評估、系統(tǒng)幫助菜單項(xiàng)，管理用戶的主界面如圖4所示，選擇主菜單中的各命令可以進(jìn)入相應(yīng)的功能界面。

圖4 管理用戶主界面

4.1 系統(tǒng)登錄模塊的實(shí)現(xiàn)

通過賬號和密碼進(jìn)行身份驗(yàn)證，根據(jù)選擇的用戶/管理員類型，數(shù)據(jù)庫查詢后有此記錄方可進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄界面設(shè)計(jì)，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)登錄界面

4.2 信息錄入功能的實(shí)現(xiàn)

進(jìn)入管理員用戶后，可選擇信息錄入菜單，對艦載直升機(jī)所能執(zhí)行的任務(wù)、可供選擇的機(jī)型、搭載載荷以及環(huán)境信息進(jìn)行錄入，其中，環(huán)境信息的錄入界面，如圖6所示。

圖6 環(huán)境信息錄入界面

該錄入信息來源于該領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)、專業(yè)的積累和整理，其精準(zhǔn)程度、數(shù)量多少，決定了快速配置系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。此外，需要說明的是，信息的錄入，需按照一定規(guī)則，如錄入環(huán)境信息時(shí)，必須首先選擇載荷，針對該載荷，來選擇特定環(huán)境因素。需要說明的是，此處環(huán)境因素的選擇，僅是示例。相關(guān)信息錄入后，可存儲于MySQL數(shù)據(jù)庫中各種表格備用。

4.3 信息查詢功能的實(shí)現(xiàn)

信息查詢模塊，實(shí)現(xiàn)的功能是，對于某任務(wù)，可查詢能夠選擇的機(jī)型；對于某機(jī)型，可以查詢能執(zhí)行的任務(wù)；對于某載荷，可查詢其搭載情況；在環(huán)境信息查詢中，可查詢某載荷所應(yīng)配置的環(huán)境因素。其中，載荷信息查詢模塊的界面，如圖7所示。

圖7 載荷信息查詢界面

對于管理用戶，可以實(shí)現(xiàn)該搭載方案的修改和刪除，對于一般用戶，則只能進(jìn)行查詢。

4.4 環(huán)境配置功能的實(shí)現(xiàn)

環(huán)境配置模塊的界面，如圖8所示。

圖8 載荷搭載方案與環(huán)境配置界面

由圖8可知，點(diǎn)擊主界面的環(huán)境配置界面，首先出現(xiàn)的是載荷方案選擇模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的機(jī)型數(shù)據(jù)，進(jìn)行載荷方案的查詢，然后選中某載荷配置方案，根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境方案的配置，即可配置出針對作戰(zhàn)任務(wù)、機(jī)型及載荷搭載的作戰(zhàn)環(huán)境保障方案。

4.5 效能評估功能的實(shí)現(xiàn)

點(diǎn)擊主界面的效能評估菜單，查閱某作戰(zhàn)海區(qū)的歷史資料數(shù)據(jù)，以此為參考對已配置好的環(huán)境數(shù)據(jù)初始化，然后，根據(jù)內(nèi)置的效能計(jì)算模塊（具體計(jì)算方法和過程，已另文撰述），進(jìn)行作戰(zhàn)效能變化概率的相關(guān)計(jì)算，效能評估界面如圖9所示。

圖9 效能評估界面

由圖9可知，不同模塊以及綜合效能變化概率分布會隨著海區(qū)環(huán)境初始信息進(jìn)行變化，該界面可用于提高指揮員的兵力運(yùn)用決策水平，比如艦載直升機(jī)的出動時(shí)機(jī)等；還可對載荷搭載方案的選擇和使用提出建議。

5 結(jié)語

本文對快速配置系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、機(jī)型、載荷搭配快速配置出作戰(zhàn)環(huán)境保障方案，有效降低保障人員的作業(yè)難度，提高了艦載直升機(jī)作戰(zhàn)環(huán)境的保障水平，還可以為兵力運(yùn)用決策提供有利支撐。當(dāng)然，該系統(tǒng)還存在諸多不足，比如環(huán)境信息不夠完善、功能還比較簡單、界面不夠美觀等，特別是暫時(shí)沒有考慮環(huán)境因素的時(shí)間、空間變化信息等，還有待進(jìn)一步完善。