基于标准建模的舰船试验备航训练系统研究

闾晨光，聂建栋

(海军驻438厂军事代表室，湖北 武汉 430060)

基于标准建模的舰船试验备航训练系统研究

闾晨光，聂建栋

(海军驻438厂军事代表室，湖北 武汉 430060)

采用UML建模语言对舰船试验备航训练系统的设计进行了系统分析。运用实例阐明了标准化建模技术在建立舰船试验备航训练系统与动态模型中的应用，并给出了系统的用例图模型、流程图模型和顺序图模型。

标准化建模；试验备航训练；动态模型

1 开发舰船试验备航训练系统的必要性

随着现代化舰船各系统的日益复杂以及舰船吨位的增大，其试验航行阶段的周期将随之变长、标准化与安全性要求也变得更高。舰船试验备航的任务是完成出航前的舰船浮态稳性计算调整，给出全面的舰船的安全性评估信息。

舰船试验备航训练可视为舰船全寿命周期安全保障训练的重要组成部分，也是舰船完成其试航任务以及日后出航训练的基础。备航水平的好坏将直接影响到舰船在整个试航期间的生存能力，若没有作好则基本的安全航行、人员安全、物资准备都无从保障，试验任务也会无法完成。因此，研究与设计舰船试验备航训练系统，进而完整、准确地做好舰船的试验备航训练，对高效完成试航任务、提高舰船生存能力以及保障人员安全有很重要的意义。

采用统一标准化建模语言技术[1]进行舰船试验备航训练系统的开发包括建立对应于舰船试航任务的训练系统用例模型、根据试航准备信息建立工作流程功能图以及试验备航决策支持系统的动态模型与训练评分系统。

2 基于统一标准建模语言平台的试验备航训练系统用例图建模

舰船试验备航训练系统的用例模型[2]主要用于从系统外部需求的角度来说明系统需要达到的功能需求，并规定了这些功能的使用者，上述功能需求是指在进行系统的开发之初就需要明确的系统设定需求。图1中的用例模型图表示系统的主要功能需求包括备航安全预报、备航训练以及试航任务设定等。图中名未命名的箭头表示某些系统功能模块含有扩展性的子功能；而图中字母A代表的箭头则表示系统内某些主模块需划分为数个子模块。

3 试验备航训练系统的工作流程与备航辅助决策功能模块

3.1备航训练工作流程

舰船试验备航训练包含的内容较多，因此设定合理的训练工作流程便是开发训练系统的重要基础，备航训练的工作流程图详见图2。

图1 备航训练系统用例模型

图2 备航训练系统流程图

1) 试航指挥员根据任务想定或者人为设定出航任务的情况。

2) 产生舰船试验备航信息列表，记录内容包括：①全舰油舱、水舱当前装载量、使用顺序、副机状况，当前使用的电站、正在工作的发电机、蓄电池的电液比；②主机各系统的运行状况，包括燃油、滑油、空气指数等；③辅助机械的状况，包括舵机、锚机、绞盘机等状况；④空气系统当前的高压气压力、空压机状况，损管器材配置信息和可用状况。

3) 根据当前装载完成稳性、浮态和抗风能力计算。计算内容包括：舰船稳度、横倾、吃水、储备浮力以及干舷高等。

4) 评估当前备航、装载状况出航安全性。评估指标包括：稳度、横倾角、主副机状况、辅助机械以及甲板机械状况、损管器材配备、人员配置情况。

3.2备航辅助决策功能模块

本文设计的舰船试验备航训练系统包括备航辅助决策功能模块，该功能模块负责在训练时向用户提供基本的舰船配载与管理辅助信息，并最终生成备航决策结果作为训练考核评分的依据；而在舰船试航或准备日常出航时，则可作为舰员出航的辅助决策信息系统。

1) 给出舰船稳度数值，同时给出舰船是否适合出航的定性预报。

2) 在当前装载和机械设备状况下给出二位图像显示出航的结果。

3) 可以针对主要舱室的配载进行调整，以满足出航要求。

4) 提供舰船备航状态下机电管理辅助信息，包括：油水舱数据、发电机使用状况、高压气储备、主要工作舱室状态等信息。

4 试验备航训练系统的动态模型

舰船试验备航训练系统的动态模型[3-4]描述了系统内各对象的动态行为以及对象间的交互关系。用户每次训练任务的完成均要涉及多个不同类的系统对象，而这些对象之间的时序关系，协作关系以及信息的接收与发送关系都需要建立起高效合理的表达途径。标准建模语言中动态模型的建立是指系统状态图、顺序图[5]或合作图[6]的完成。

本文以舰船试验备航训练的实施为例，具体说明如何使用系统顺序图来建立该训练系统的动态模型。

以图3为顺序图，它显示系统对象之间的动态合作关系，强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互。如图3所示，训练方案的生成过程分为如下3个阶段。

1) 建立训练任务。根据参训人员输入的训练任务设定某类出航任务情况，将设定情况提交给计算系统，进而生成训练案例。然后提示用户对舰船的当前装载情况进行判断，并完成备航信息表的填写与输入。

2) 计算与评估。完成对舰船稳性数据的具体计算与安全性等级评估，按照满足安全出航条件与不满足安全出航条件这两类条件分别进入决策方案阶段。

3) 决策方案的输入与评分显示。利用辅助决策方案系统生成备航方案表，并对照用户输入的备航决策方案给出训练成绩。图3中各系统运算函数的功能如表1所示。

图3所示系统的顺序图模型包含3个输入接口：训练目的的输入、备航决策方案的输入以及用户对舰船当前装载条件信息的提交(9显示)；7表示对训练课目的判断与设定。

图3 备航训练系统顺序图

运算函数功能运算函数功能运算函数功能1命令提交2状态评估3发送命令4输入5计算结果显示6计算结果返回7数据分析8结果显示9装载条件信息10窗口创建11报告提交12备航决策建立

对于舰船试验备航训练系统，其顺序图表示的对象间功能实现过程如下：用户通过训练窗口选择训练计划与训练科目，训练窗口收到指令后会自动生成试验备航或出航任务设置窗，用户通过该窗口进行当前出航任务、装载条件的高级设置。完成设置后，该窗口会向用户发出指令，提示用户按要求输入试验备航信息列表。上述操作完成后，输入信息会转存至稳性、抗风浪计算模块，出航安全评估模块负责将计算所得的数据转化为可显示在训练窗口里的数据，并且数据经过评估后根据备航辅助决策与技术指标判断试验备航条件是否满足，具体到该系统则分为安全与不安全2种情况。安全表示舰船当前条件适合出航；不安全表示舰船当前条件不能出航或满足出航底线条件但紧急条件下不能出航；安全时直接将结果传送至训练窗口，若不安全系统将调用备航辅助决策模块，该模块可根据备航信息生成备航辅助决策方案，同时通过窗口提示用户输入改进调整方案的命令。当用户输入备航改进调整方案后，辅助决策模块将对方案数据进行对比考核，若达到安全要求则根据调整次数的统计给出成绩；若未达到安全要求则继续提示用户输入第二次的调整方案，直至达标。

5 结束语

论文结合实例，应用标准建模工具对舰船试验备航训练系统进行了研究设计，针对该系统功能需求、工作流程、评估标准等方面说明了用例图模型、顺序图模型的设计与应用过程。舰船试验备航训练系统建立的初始目的是规范试验备航训练手段、提高试航效率，随着系统的升级，其还能够提供舰船的日常备航集训以及舰船的安全出航预报等重要功能。因此，需要应用统一建模思想对试验备航训练软件的开发过程进行规范和统一，为设计研发大型舰船战时备航模拟训练系统提供有效的技术支持。

[1]龙鹏飞. 基于UML与XML的软件输出文档模型设计[J].计算机应用与软件，2008 (3) ：12-13.

[2] 龚婕，职波. UML在分布处理参考模型中的应用[J]. 兵工自动化，2003(5)：5-7.

[3]洪亮，董文洪.基于UML的CITIS建模分析[J].海军航空工程学院学报，2005(1)：19-21.

[4]许勇.面向对象的机电一体化系统原理方案表达[J].机械设计与研究，2010(6)：22-23.

[5]赵琳.基于UML的航空兵作战指挥控制系统建模研究[J].中国电子科学研究院学报，2007(4)：3-5.

[6]戴运桃，刘利强. 基于UML的综合导航显控台系统软件研究[J]. 弹箭与制导学报，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

闾晨光(1982-)，男，湖北武汉人，工程师，博士，研究方向为提高舰船试验试航质量的系统方法。

U673

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.018

2013-11-05