潜艇装备保障信息系统的设计研究

尹安，许治梭，操桃秀

中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064

0 引 言

良好的综合保障体系管理能力是提高潜艇战备完好性和充分发挥其作战效能的必要保证，是降低装备全寿期保障费用的重要支撑。综合保障能力建设对推进我国海洋战略和强化国防建设大局也具有重要意义。

欧美等军事强国已充分意识到保障体系在未来战场和武器装备全寿期中的重要作用，并研制了配套的综合保障系统软件。美国海军研制了部署于舰艇上的计算机辅助维修及器材信息管理系统，实现了维修计划和维修工具等信息化管理，也为保障管理机构收集维修信息和保障活动经验。作为装备综合保障（integrated logistics support，ILS）技术的交付成果，美国、英国和巴基斯坦海军都部署了计算机辅助管理系统（CAMS），该系统涵盖了配置管理模块、维修管理模块、供应模块、艇载库存管理模块和技术文档模块等，用于辅助艇员开展全艇数据信息配置管理、维修管理、备品备件管理、中央采购管理和电子文档管理等工作，以信息化手段实现了对装备全寿期保障资源、保障分析数据等的统一管理。美国海军装备维修的自动化和智能化水平也处于领先地位，配备了自动测试系统和维修保障便携式辅助设备等，为武器装备正常运行和发挥作战效能提供了有力保障[1-3]。

我国海军综合保障设计工作与欧美相比还有差距，目前工业设计部门在借鉴国外海军综合保障工作成果的基础上，结合我国装备发展国情，正在逐步形成具有我国特色的综合保障系统设计体系。在装备综合保障工程化和总体设计中，已开展了综合保障系统顶层设计和工程化应用分析工作。黎放等[4]开展了舰船装备综合保障工作研究，总结了需关注的问题并给出了建议；严志腾等[5]开展了装备综合保障包的研究，论述了综合保障包的评价指标体系和评价方法，为综合保障包的设计开发提供了参考；刘铭[6]在对装备保障技术发展进行分析的基础上，指出综合化、信息化、智能化等是其发展趋势，并论述了信息化管理方法；邵世纲等[7]开展了新形势下武器装备综合保障体系建设研究，指出了存在信息手段不足的问题，需开展武器装备全生命周期保障信息管理平台研究，提升信息化管理水平；孙光甦等[8]结合工程实际，从技术体系、工作体系角度对舰船装备综合保障体系进行了分析，指出综合化和系统化等是舰船综合保障工作的发展方向。以上工作大多是从理论分析的维度论述综合保障工作存在的问题及其需要改进的方向和未来发展趋势，缺乏对综合保障系统实际开发方法的分析，且对综合保障信息系统的软件设计和对数据的统筹管理还缺乏深入分析。

本文拟针对构建体系化综合保障体系的发展趋势，通过配置不同层级的信息数据库，来构建潜艇装备保障信息系统，并设计系统总体架构，确定显示和逻辑业务分离的设计思路，降低前、后端的耦合度；提出数据收集与分发模块设计实现方案，解决各基地级数据交互和数据统筹应用问题，为后续大数据和智能化应用奠定基础。

1 设计概述

潜艇装备保障信息系统主要包括综合保障信息总库和基地级综合保障信息系统。其中，综合保障信息总库部署于总体设计所，是各艇队下属潜艇装备的初始信息源头，具备数据收集和分发处理功能，可汇总各个艇队装备保障信息并进行跨艇队分发，便于艇与艇之间的知识共享和交流，也便于工业部门充分掌握设备运行状态；基地级保障信息系统部署于各艇队，用于记录下属潜艇装备的全寿期保障信息。潜艇装备保障信息系统框图如图1 所示。

图 1 潜艇装备保障信息系统设计框图Fig. 1 The design diagram of submarine equipment ILS information system

1） 综合保障信息总库。作为潜艇装备保障信息系统的核心，综合保障信息总库是体系化综合保障信息系统的数据中心，提供各型艇的技术状态信息、保障信息、备品备件信息、历史故障及处理措施等，并实现对各型艇技术文档的统一管理；应用大数据理念进行数据分析，掌控各型艇在全寿期内的设备运行状态信息、故障处理信息、备品备件使用信息和随艇设备技术状态信息。

2） 基地级综合保障信息系统。该系统记录各支队下属潜艇的技术状态信息，包括历史改换装信息、当前改换装工作安排等；统一管理各型艇的技术文档资料等。具备多维度信息查询功能，便于归纳和分析各型艇的技术状态。

潜艇装备保障信息系统后续可扩展到艇级综合保障信息系统，采用移动端模式进一步为艇员提供交互式电子手册（IETM）调阅、维修处理措施等全寿期技术保障支撑。

2 总体设计思路

2.1 功能需求

根据潜艇装备保障信息系统的功能定位，应主要具备以下功能模块：

1） 配置管理模块：实现各艇从系统、子系统、设备、备品备件、工具仪器等全方位覆盖的编码管理和基础信息管理等。

2） 维修计划总览模块：统计和查询各艇服役后的历次维修和改换装信息等。

3） 设备状态信息统计模块：统计潜艇服役过程中各设备运行统计信息，包括故障信息、设备升级改装信息和换装信息等。

4） 远航保障模块：汇总各艇远航保障相关信息。

5） 技术文档调阅模块：提供各艇设备完工文件的查询和调阅服务，包括技术说明书、故障处理手册和设备图片等，后续也可扩展到设备交互式电子技术手册相关资料。

6） 故障管理模块：提供各艇设备故障和处理情况的记录和查询。

7） 备品备件查询模块：提供各艇备品备件相关资料。

8） 数据收集与分发模块：向综合保障信息总库汇总各艇数据资料，以及由综合保障信息总库向基地级综合保障信息系统分发相关汇总数据。

2.2 系统架构设计

由功能需求分析可知，潜艇装备保障信息系统涵盖功能点多，且后续可能面临不断涌现的需求变更和功能扩展。因此，实现用户交互层、业务逻辑层和数据持久层低耦合，功能模块可复用的软件架构至关重要。在实际项目中，基于Spring MVC 的软件架构，实现视图、控制器和模型分离，降低不同模块间的耦合度。Spring MVC 信息流程图如图2 所示。

图 2 Spring MVC 框架流程图Fig. 2 The framework of Spring MVC

Spring MVC 采 用 控 制 反 转（inversion of control，IOC ）和 面 向 切 面 （aspect oriented programming，AOP）技术，围绕前端控制器（DispatcherServlet）进行设计。DispatcherServlet 是整个控制流程的核心，简单来说，DispatcherServlet 接收客户端发送的请求并返回响应结果，相当于中央处理器，通过将请求分发到不同的处理器，减少组件之间的耦合度。DispatcherServlet、处理器映射器（HandlerMapping）、处理器执行器（HandlerAdapter）、处理器（Controller）、视图解析器（ViewResolver）和视图（View）等核心组件的角色功能划分清晰，共同配合完成业务流程。在处理业务逻辑时，重点实现Handler 处理器；在处理页面信息展现时，重点实现View 代码。在DispatcherServlet的调度下，最终实现用户交互层、业务逻辑层和数据持久层的分离，具备业务代码重用等特点，可有效降低前、后端的耦合度，提升页面开发的灵活度，与本系统框架设计需求吻合[9-11]。

3 主要功能模块设计

重点从工作任务管理模块和数据收集与分发模块设计方面，论述本软件系统主要功能模块的设计思路。

3.1 工作任务管理模块设计

基地级综合保障信息系统面向基地和艇员工作需要，其中一个重点是要完成各艘艇工作任务计划管理的制定，这与多项信息要素相关联，包括与本艇系统或设备对应、并与其关联的备品备件、工具仪器、技术文档和图片等对应。可见，信息交联度高也对人机交互层的界面要素组合提出了更高要求。针对工作任务计划管理的信息需求分析，主界面设计如图3 所示。

图 3 工作任务管理模块主界面设计图Fig. 3 The main interface design of task management module

人机交互界面基于JQuery 框架进行设计。JQuery 是继Prototype 之后又一个优秀的JavaScript 库，能够快速编写可扩展和兼容性强的JavaScript 代码，具有轻量性、可靠的事件处理机，及行为层与结构层的分离等优势，“Write less, Do more”的设计理念提升了程序开发效率，可以使开发者更关注于业务层的设计工作[12-13]。工作任务管理主界面采用JQuery 布局模板，分为左、中、右3 个区域：左部显示系统-子系统-设备结构树；中部分为上、下2 部分，分别显示从结构树中选中的设备任务列表，以及任务列表对应的备品备件、工具仪器和历史任务信息；右部显示该设备的技术文档、设备图片和维修手册等电子资料访问链接。

工作计划管理页面所含功能模块关系如图4所示。

图 4 工作任务管理功能模块关系图Fig. 4 The functional module diagram of task management

设 计 中，采用 Spring MVC 提供的框 架，以DispatcherServlet 作为流程控制中心，将业务逻辑分配给不同的Controller 进行处理， 通过ViewResolver 将显示界面反馈给用户浏览，实现显控分离设计。系统-子系统-设备结构树主要代码设计如图5所示。

图 5 主要代码设计Fig. 5 Main code design

3.2 数据收集与分发模块设计

各基地级综合保障信息系统在运行过程中将积累大量有价值的数据，如设备故障信息、故障处理措施和备品备件使用信息等，可用于不同艇队分享故障处理经验，提高装备保障能力；也可用于分析备品备件使用情况，为合理配置备品备件提供依据等。但是，目前由于受总体设计所和各艇队之间无专网连接的限制，在总体所部署的综合保障信息总库与各基地部署的基地级保障信息系统之间缺乏信息传输通道。因此，民用和商用领域常用的多个数据库基于网络化条件下的数据汇总、数据备份和数据更新等功能无法使用，需在潜艇装备保障信息系统设计约束条件下设计专用的数据收集与分发模块，构建大数据分析平台基础，挖掘数据内在价值，为数据到知识的转换提供支撑。

在潜艇装备保障信息系统设计中，采用数据导出到专用JSON 文件的形式，再将此JSON 文件以光盘媒介专人提交到总体所或各基地，通过专用数据收集与分发模块，满足非网络互联条件下的离线数据汇总和更新。以故障问题记录信息为例，为实现在综合保障信息总库进行数据汇总功能，基地级综合保障信息系统后台自动将数据库maintenanceTable 表新增故障问题记录中的字段AddNew 标识为Y，用于指明为新增数据；在规定的时间间隔点，各基地级综合保障信息系统将maintenanceTable 表中的字段AddNew标识为Y 的数据导出为JSON 文件，并统一提供给综合保障信息总库用于数据汇总；综合保障信息总库将各基地级综合保障信息系统提供的JSON 文件导入汇总，形成各基地故障问题汇总数据。数据收集流程如图6 所示。

图 6 数据收集流程图Fig. 6 The data collection flowchart

综合保障信息总库将汇总后的maintenanceTable 表中数据导出并分发到各基地，由各基地系统管理员更新基地级综合保障信息系统maintenanceTable 表中数据，从而实现不同艇队故障记录数据的共享。数据分发和基地级数据更新流程如图7 所示。

图 7 数据分发和基地级数据更新流程图Fig. 7 The flowchart of data distribution and depot-level data update

4 结 语

随着信息技术的发展，对潜艇保障信息的统筹管理和数据的综合应用提出了更高要求。基于此，本文提出了潜艇装备保障信息系统的设计方案，从功能分析需求入手，阐述了系统架构设计重点关注的内容，并从工作任务管理模块和数据收集与分发模块设计为切入点，论述本软件系统主要功能模块的设计思路。目前已完成了系统设计开发并投入试点运行，运行情况表明，潜艇装备保障信息系统符合设计目标，基本满足了部队使用需求，有效提升了潜艇保障信息管理的信息化水平。后续将扩展到艇级综合保障信息系统，实现从综合保障信息总库到基地级和艇级保障信息的全覆盖，并将进一步增加大数据和机器学习模块，采用人工智能技术充分挖掘数据内在价值，为智能化的综合保障奠定基础。