救助船機(jī)電平臺(tái)設(shè)備智能配置與健康管理中間件技術(shù)研究

劉永華 交通運(yùn)輸部南海救助局

救助船機(jī)電平臺(tái)的構(gòu)建是船艦自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的技術(shù)支撐，平臺(tái)硬件組成涉及到操作指示、監(jiān)測(cè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)采集等單元。得益于智能配置與健康管理功能的實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)在救助船機(jī)電平臺(tái)運(yùn)行期間進(jìn)行相關(guān)硬件程度、數(shù)據(jù)的自動(dòng)化管理，確保故障監(jiān)測(cè)功能覆蓋于救助船機(jī)電設(shè)備運(yùn)行全過(guò)程中。基于中間件應(yīng)用，可發(fā)揮出設(shè)備硬件差異與平臺(tái)差異的有效屏蔽，繼而提升系統(tǒng)平臺(tái)的可操作性，并通過(guò)系統(tǒng)移植、適應(yīng)性能增強(qiáng)來(lái)促進(jìn)機(jī)電平臺(tái)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。正因此，探討中間件技術(shù)在健康管理與智能配置中的應(yīng)用，對(duì)助力機(jī)電平臺(tái)系統(tǒng)集成、智能決策、互聯(lián)互通等功能的實(shí)現(xiàn)提供保障。

1.救助船機(jī)電平臺(tái)智能配置與健康管理中間件技術(shù)分析

健康管理與智能配置功能應(yīng)用主要是在運(yùn)行期間借助技術(shù)手段強(qiáng)化設(shè)備與平臺(tái)的管控，依托于機(jī)電平臺(tái)來(lái)支撐救助船設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行。同時(shí)，健康管理與智能配置功能的應(yīng)用，可做到在設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行中進(jìn)行參數(shù)全面采集、故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)管理以及故障分析，并為救助船運(yùn)行管理與決策提供所需參數(shù)數(shù)據(jù)。得益于中間件技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)操控平臺(tái)與硬件設(shè)備間差異的有效平衡，基于軟件復(fù)用來(lái)提升救助船操作系統(tǒng)與設(shè)備硬件間的兼容性，并保障人員系統(tǒng)控制更為便捷高效。

2.機(jī)電平臺(tái)智能配置與健康管理功能需求分析

救助船機(jī)電平臺(tái)構(gòu)成涉及到以太網(wǎng)、CPCI、CAN總線(xiàn)、USB等模塊設(shè)備，平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)行期間可做到設(shè)備信息的集中顯示，并以分布式控制的形式來(lái)保證穩(wěn)定運(yùn)行。基于平臺(tái)的健康管理與智能配置，可依托于中間件為操作者進(jìn)行API接口提供，以此設(shè)備故障監(jiān)測(cè)、智能配置的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支撐，具體表現(xiàn)為：

（1）智能管理功能。可在運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)底層軟件自動(dòng)加載、標(biāo)準(zhǔn)化硬件自動(dòng)識(shí)別、參數(shù)配置自動(dòng)化等功能。其中標(biāo)準(zhǔn)化硬件識(shí)別自動(dòng)化主要是依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行硬件標(biāo)識(shí)的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化制定并構(gòu)建編碼系統(tǒng)，做到對(duì)系統(tǒng)中涉及硬件的唯一確定。針對(duì)標(biāo)識(shí)制定，具體內(nèi)容囊括節(jié)點(diǎn)號(hào)、設(shè)備類(lèi)型、槽位、單元、廠商等信息，運(yùn)行期間以硬件為載體實(shí)現(xiàn)有效存儲(chǔ)，標(biāo)識(shí)獲取則以網(wǎng)絡(luò)為主要渠道，依托于標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)獲取。底層軟件加載功能的實(shí)現(xiàn)，主要是依據(jù)標(biāo)識(shí)編碼進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的有效構(gòu)建，在實(shí)際運(yùn)行期間，可做到以數(shù)據(jù)庫(kù)為基準(zhǔn)對(duì)識(shí)別設(shè)備底層軟件的讀取，以?xún)?nèi)存為載體進(jìn)行底層軟件動(dòng)態(tài)加載，完成初始化操作。對(duì)于設(shè)備參數(shù)配置自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，則是以硬件標(biāo)識(shí)編碼為基準(zhǔn)，構(gòu)建用于系統(tǒng)參數(shù)配置信息存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行期間若出現(xiàn)同類(lèi)模塊的不同單位互換情況，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行配置參數(shù)的下發(fā)。

（2）故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。即以統(tǒng)一化的形式進(jìn)行硬件故障進(jìn)行編碼處理，系統(tǒng)運(yùn)行在線(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)測(cè)信息等會(huì)以統(tǒng)一格式為操作者進(jìn)行展示，且該功能應(yīng)用支持在線(xiàn)設(shè)備故障診斷的被動(dòng)化開(kāi)展，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障狀態(tài)自動(dòng)預(yù)警功能。

基于上述功能設(shè)置，通過(guò)對(duì)底層硬件故障監(jiān)測(cè)、配置管理的實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建更為穩(wěn)定、安全的基礎(chǔ)環(huán)境來(lái)支撐上層系統(tǒng)的高效運(yùn)行。若救助船運(yùn)行期間某設(shè)備突發(fā)故障或問(wèn)題，其維修工作開(kāi)展極易受到機(jī)電設(shè)備過(guò)多的影響增大難度，所以可借助CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)。另外，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需做到對(duì)救助船所有機(jī)電設(shè)備的覆蓋，所以底層涉及到對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大量布設(shè)。

3.救助船機(jī)電平臺(tái)智能配置與健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 軟件模型構(gòu)建分析

健康管理與智能配置功能實(shí)現(xiàn)依托于對(duì)相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、整理、加工分析、利用等，設(shè)備囊括集中顯控設(shè)備以及分布式設(shè)備等，而信息數(shù)據(jù)的采集與使用則涉及到設(shè)備表示信息、故障狀態(tài)信息、配置信息、底層代碼等，具體軟件模型構(gòu)建如圖1所示。

圖1 軟件模型示意圖

對(duì)軟件模型進(jìn)行分析，其主要構(gòu)成囊括應(yīng)用層、中間件層、協(xié)議層以及數(shù)據(jù)層四部分。其中數(shù)據(jù)層組成具體包括設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用。協(xié)議層的設(shè)置主要作用是數(shù)據(jù)獲取功能的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行期間總線(xiàn)型設(shè)備可依托于協(xié)議層中的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制與狀態(tài)信息傳輸，涉及到以太網(wǎng)、CAN、USB等，而系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)的有效訪(fǎng)問(wèn)，則需以API通信接口的應(yīng)用為前提。作為系統(tǒng)架構(gòu)中的重要組成，中間件層發(fā)揮著不可替代的作用，通常情況下，中間件多位于協(xié)議層與應(yīng)用層中間位置，主要功能包括設(shè)備信息采集、故障狀態(tài)收集、配置服務(wù)處理、故障狀態(tài)請(qǐng)求以及驅(qū)動(dòng)自動(dòng)加載等。同時(shí)，中間件層能夠發(fā)揮出操作平臺(tái)與硬件系統(tǒng)差異的屏蔽消除作用，以確保軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)符合便于管理、程序透明、易于操作等要求。應(yīng)用層則位于系統(tǒng)平臺(tái)的頂層位置，運(yùn)行期間主要功能體現(xiàn)為狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)獲取、數(shù)據(jù)報(bào)表、系統(tǒng)初始配置、數(shù)據(jù)報(bào)警等。

3.2 中間層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常情況下，救助船機(jī)電平臺(tái)系統(tǒng)中間件軟件以集顯控制設(shè)備為主要運(yùn)行載體，運(yùn)行期間中間件軟件對(duì)于PCI、本地等設(shè)備信息獲取可借助API接口。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，分布式設(shè)備會(huì)以報(bào)文的形式對(duì)獲取的狀態(tài)、故障信息進(jìn)行傳遞，中間件層接收信息后處理并使用。分析中間件層軟件的構(gòu)成，具體涉及到設(shè)備信息管理、故障狀態(tài)管理、服務(wù)器配置等模塊，具體如圖2所示。

圖2 中間件層示意圖

系統(tǒng)運(yùn)行期間可借助中間件層實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息管理，基于對(duì)硬件標(biāo)識(shí)編碼的獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層軟件的自動(dòng)化加載。對(duì)于服務(wù)器配置模塊的設(shè)置，可做到運(yùn)行期間對(duì)用戶(hù)初始系統(tǒng)參數(shù)、配置自動(dòng)采集與存儲(chǔ)，系統(tǒng)運(yùn)行啟動(dòng)后相關(guān)設(shè)備、通道可對(duì)參數(shù)配置自動(dòng)接收。故障狀態(tài)管理模塊設(shè)置可做到設(shè)備故障信息自動(dòng)化采集并發(fā)送請(qǐng)求。

3.3 中間件層模塊分析

3.3.1 設(shè)備信息管理模塊

中間件層信息管理模塊組成具體包括：①信息獲取模塊。模塊設(shè)置主要是對(duì)設(shè)備硬件標(biāo)識(shí)、編碼進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別，以操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為載體，利用API函數(shù)對(duì)集顯控制設(shè)備硬件進(jìn)行相關(guān)信息查詢(xún)，具體包括USB、PCI信息等。而分布式設(shè)備則以報(bào)文讀取的形式對(duì)信息模塊采集的硬件信息進(jìn)行獲取。以API接口為載體，采用鏈表形式依照統(tǒng)一格式對(duì)系統(tǒng)設(shè)備信息進(jìn)行傳遞。②智能加載模塊。主要是對(duì)底層軟件、配置信息以動(dòng)態(tài)加載的形式從信息獲取模塊中進(jìn)行讀取，具體信息類(lèi)別包括驅(qū)動(dòng)代碼、配置參數(shù)、故障代碼等，可在系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)揮出操作系統(tǒng)、設(shè)備軟件數(shù)據(jù)耦合控制的作用，有效抑制底層軟件變化對(duì)操作系統(tǒng)平臺(tái)產(chǎn)生的影響。對(duì)于智能加載過(guò)程進(jìn)行分析，以驅(qū)動(dòng)智能加載為例，設(shè)備信息被獲取后進(jìn)行硬件設(shè)備集合的生成，基于對(duì)安裝日志文件的讀取進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)集合的生成，對(duì)可安裝驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)軟件庫(kù)解析）設(shè)備進(jìn)行集合生成，最后對(duì)可安裝驅(qū)動(dòng)設(shè)備集合的獲取，集合中各驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)目標(biāo)代碼的讀取以數(shù)據(jù)庫(kù)為基準(zhǔn)，并以?xún)?nèi)存在載體利用LoadModule接口進(jìn)行代碼動(dòng)態(tài)加載，安裝日志記錄前進(jìn)行函數(shù)初始化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化、智能化加載處理。

3.3.2 通信模塊

以分布式設(shè)備為基準(zhǔn)所構(gòu)建的用戶(hù)操作系統(tǒng)，其中底層、外部數(shù)據(jù)通道的構(gòu)建與維護(hù)以通信模塊為支撐，在明確不同使用對(duì)象的前提下，通道的建立與分發(fā)以數(shù)據(jù)不同類(lèi)型、不同網(wǎng)絡(luò)為依據(jù)，其中網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型不同是指USB、以太網(wǎng)、CAN等，而數(shù)據(jù)類(lèi)型不同則涵蓋故障狀態(tài)請(qǐng)求數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、控制命令數(shù)據(jù)以及回告數(shù)據(jù)等。針對(duì)中間層的構(gòu)建，其中通信模塊需以異種平臺(tái)數(shù)據(jù)的處理為開(kāi)發(fā)核心點(diǎn)，結(jié)合平臺(tái)功能控制要求分析，對(duì)以太網(wǎng)或CAN通信協(xié)議、設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、故障代碼格式按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一定義，實(shí)現(xiàn)以統(tǒng)一化的形式進(jìn)行異種平臺(tái)數(shù)據(jù)處理，并做到對(duì)數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型的統(tǒng)一化控制。

3.3.3 故障狀態(tài)管理

機(jī)電平臺(tái)健康管理功能的實(shí)現(xiàn)需要以狀態(tài)監(jiān)測(cè)的覆蓋與構(gòu)建為基礎(chǔ)，救助船可將故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)作為機(jī)電平臺(tái)健康管理的主要手段，實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行期間對(duì)發(fā)生的故障情況進(jìn)行上報(bào)與預(yù)警，并通過(guò)故障診斷的被動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中可以信息管理模塊為載體，對(duì)設(shè)備運(yùn)行故障情況以信息鏈表的形式進(jìn)行獲取。對(duì)平臺(tái)內(nèi)集中顯控設(shè)備而言，則可借助機(jī)內(nèi)測(cè)試的形式對(duì)各硬件模塊進(jìn)行故障狀態(tài)信息的采集，即做到將對(duì)應(yīng)的故障診斷代碼安置于各硬件模塊配置中。而機(jī)電平臺(tái)中分布式設(shè)備故障監(jiān)測(cè)，則可對(duì)故障狀態(tài)管理模塊采用回告報(bào)文獲取、故障請(qǐng)求的形式進(jìn)行模塊或設(shè)備信息的獲取，以信息鏈表為載體加入狀態(tài)信息，對(duì)二次開(kāi)發(fā)用戶(hù)利用API接口進(jìn)行信息鏈表提供，具體診斷流程如圖3所示。

圖3 故障診斷流程示意圖

3.3.4 服務(wù)器配置

機(jī)電平臺(tái)系統(tǒng)的中間件層可借助對(duì)應(yīng)服務(wù)器完成對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的智能化、自動(dòng)化配置，同時(shí)在配置期間客戶(hù)端軟件、上位機(jī)可發(fā)揮協(xié)同作用。在實(shí)際運(yùn)行期間，可依托于配置服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件差異的有效屏蔽，做到以運(yùn)行需求為基準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的自動(dòng)化、合理化分配。同時(shí)，配置服務(wù)器可為單元級(jí)、模塊級(jí)互換功能的實(shí)現(xiàn)提供支撐，并在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮配置數(shù)據(jù)接收、讀取存儲(chǔ)、發(fā)送等功能。

客戶(hù)端上機(jī)位以WIndows系統(tǒng)為運(yùn)行載體，借助Delphi等工具進(jìn)行客戶(hù)端可視化界面的開(kāi)發(fā)，并以TCP協(xié)議為渠道利用服務(wù)器進(jìn)行初始參數(shù)的注入。被配置模塊以各類(lèi)終端為運(yùn)行載體，可以UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)被配置模塊的數(shù)據(jù)初始化等。分析服務(wù)器運(yùn)行流程，首先是以上位機(jī)為載體進(jìn)行初始配置信息的獲取，其次是以被配置模塊為基準(zhǔn)進(jìn)行配置信息的傳輸。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

機(jī)電平臺(tái)運(yùn)行期間健康管理與智能配置功能的實(shí)現(xiàn)以異構(gòu)性數(shù)據(jù)來(lái)源為難點(diǎn)，以數(shù)據(jù)獲取與處理為關(guān)鍵點(diǎn)。其中數(shù)據(jù)異構(gòu)來(lái)源主要表現(xiàn)在通信接口、通信協(xié)議以及類(lèi)型等方面存在差異性，為此可借助中間件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)融合處理，基于對(duì)統(tǒng)一協(xié)議、接口的設(shè)置，在運(yùn)行期間對(duì)底層數(shù)據(jù)存在差異的有效處理，進(jìn)而為數(shù)據(jù)信息的有效處理與使用提供支撐。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，中間件技術(shù)的有效應(yīng)用一方面可促進(jìn)健康管理與智能配置功能的有效體現(xiàn)，另一方面則為救助船機(jī)電平臺(tái)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行提供技術(shù)支撐。鑒于此，救助船可基于中間件技術(shù)的融合應(yīng)用，結(jié)合機(jī)電設(shè)備管控需求進(jìn)行健康管理與智能配置功能的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)將故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋于導(dǎo)航、動(dòng)力、損管、電力等各方面，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的自動(dòng)化配置來(lái)提升運(yùn)行效率，結(jié)合健康狀態(tài)管理來(lái)維持救助船機(jī)電設(shè)備的健康、安全運(yùn)行，進(jìn)而為我國(guó)船舶事業(yè)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展提供助力。