载人潜水器运维系统在装备作业保障中的应用

齐海滨，唐嘉陵，黄云明

（国家深海基地管理中心，青岛 266237）

0 引 言

2013—2017年，“蛟龙号”完成了为期5年的试验性应用，先后在中国南海、东北太平洋、西北太平洋、西南印度洋和西北印度洋等海域开展了4个航次、11个航段近500天的下潜作业，累计完成下潜作业任务101次，成功搭载近70人次的科学家到深海现场进行作业，获得了大量海底样品和资料，在海洋地质、海洋生物等领域取得了令世界瞩目的科学考察成果［1-2］。其间，为了做好“蛟龙号”作业及保障过程的规范化管理，切实掌握潜水器作业及日常保障情况，利用信息化平台提高“蛟龙号”载人潜水器保障及作业效率，中国大洋矿产资源研究开发协会立项并完成“‘蛟龙号’载人潜水器设备管理系统”的开发，并搭建相关平台。

2017—2019年，按照“蛟龙号”技术规格书、船级社入级相关规范要求，“蛟龙号”开始大修及技术升级相关工作，其间对“蛟龙号”开展设备检查、全系统拆解、分系统维护维修、全系统复装、陆上调试及水池试验6个阶段工作；2020年下半年至2021年上半年，“蛟龙号”先后开展中国大洋航次等任务，完成下潜作业30余次。其间，全程使用载人潜水器运维系统开展相关保障、作业、备品管理等工作，取得了大量的存储数据，切实提高了装备的整体使用效率，为构建潜水器全寿命、可追溯、可分析的装备保障体系提供了有效的管理平台。下面，我们将结合“蛟龙号”载人潜水器运维系统应用情况（见图1），对载人装备信息化平台的实际需要及拓展方向进行阐述。

图1 “蛟龙号”载人潜水器运维系统组成框架图Fig.1 Framework of manned submersible operationand maintenance system of“Jiaolong”

1 运维系统应用

1.1 应用场景搭建

载人潜水器日常应用场景主要包括2个部分，一是在陆上相关维护车间开展潜水器维护维修、装备试验测试、人员训练，二是在载人潜水器母船开展相关试验验证及海上作业工作。基于以上2个应用场景，在陆上维护车间搭建运维系统硬件部分，为了确保系统数据的安全性，如图1所示搭建专用网络，并配备无线路由设备（见图2），操作人员可通过PC终端及便携式终端访问运维系统服务器，并通过个人账户进行系统内操作；在母船端，依托船舶科考内网搭建运维系统专用网络，并做好与外网的有效隔离，操作人员通过潜水器保障机库内的专用PC端进行系统操作，也可通过便携式终端访问运维系统进行部分操作，同时，结合后续船陆数据互通问题，提前做好相关硬件及技术准备工作［3］。

图2 运维系统场景搭建Fig.2 Scenario construction of operation and maintenance system

1.2 全系统设备树建立

结合“蛟龙号”前期使用经验，载人潜水器运维系统按照载人潜水器载体结构、推进、观通、电力与配电、液压、压载与纵倾调节、潜浮与应急抛载、控制、声学、生命支持、舾装及作业工具12个分系统为子节点，在其目录下，以单个整体设备为统计单位，对潜水器所有在役设备进行细致统计，完成了所有零部件的清点与统计在册。同时，在对零部件进行统计的同时，对所有零部件进行编码，形成唯一可区分的编码规则。现在，围绕“蛟龙号”载人潜水器，现已搭建完成完善的设备数资料库，涵盖各类零部件近5 000余项（见表1）。

表1 “蛟龙号”零部件统计表Tab.1 Statistics of spare parts of“Jiaolong”

1.3 资料库建立与使用

充分总结和汇总“蛟龙号”历年形成的资料与文件，建立数据库，便于整体查询和管理。资料库的建立主要集中在3个层级的资料库的建立。

技术资料：载人潜水器运维系统运行期间，我们完成了“蛟龙号”载人潜水器海上作业安全保障措施及应急预案、“蛟龙号”载人潜水器技术规格书、“蛟龙号”海上作业过程记录及指挥口令说明书等43项技术手册的汇总入库；对潜水器大修及技术升级后总体、结构、电气、机械、声学、控制等分系统完工图纸进行了梳理分类；对潜水器所有零部件的生产厂商、生产日期、使用寿命等详细资料进行分门别类的整理，并通过运维系统关联到设备具体零部件上。

制度保障：充分利用“蛟龙号”载人潜水器海试和试验性应用的经验，对历史数据进行整理、分析和研究，结合“蛟龙号”大修与升级项目进展，重新修订完成了《“蛟龙号”载人潜水器业务化应用安全保障制度体系》，并在运维系统固化相关流程信息，形成可操作的审批管理平台。

运维保障：结合新母船、新装备、新作业模式，以安全、高效、精细、集约为目标，充分发挥运维系统信息化、智能化优势，实现以制度保障、作业流程、现场指挥的三维一体化安全、高效、集约的装备运行管理。以运维系统为平台，统筹管理潜水器维护保障、海上作业等具体操作事项，在完备环节记录的同时，做到有据可查、有据可依，事事可追溯，整体可分析的运维保障管理特点。

1.4 备品备件管理

在运维系统平台中开发备品备件专用管理模块，主要实现对潜水器左右备品备件的统计、出入库管理、报废消耗等环节的记录，同时备品备件库需要联动设备维护保障工作，在出现维护维修消耗备品备件的时候，能够与潜水器设备数、备品备件库存实现数据同步。“蛟龙号”现已形成备品备件库存清单2 216件，通用工具耗材库存清单1 079种，库存信息包括产品名称、分类、型号、参数、生产厂家、库位等。“蛟龙号”部分库存清单界面如图3所示。

图3 “蛟龙号”部分库存清单界面Fig.3 Interface of partial inventory list of“Jiaolong”

1.5 维护保障管理

针对载人潜水器维护保障工作，运维系统开了个维护保障管理模块，对载人潜水器日常维护保障工作以分系统为区分，进行梳理统计，细化至具体设备的维护维修内容，同时结合往期维护保障经验，确认维护周期及工作量，形成所有维护保障工作的任务池。当载人潜水器开展备航、中修、大修等较大维护保障工作时，管理人员可从任务池中选取维护保障内容，形成具体工作计划，确定具体时间节点，明确责任人。进而，对后续维护保障工作进展、人员工作量等进行有效统计及跟踪，实现对维护保障工作的全程管理。蛟龙号大修及技术升级阶段，使用运维系统实现了对全程维护保障工作的跟踪记录，并依托大修工作，充实了任务池，完善了运维系统的内容［4］。“蛟龙号”维护保障内容如图4所示。

图4 “蛟龙号”维护保障内容Fig.4 Maintenance support content of“Jiaolong”

通过载人潜水器运维系统可实现对潜水器故障情况的记录，对后续类似故障判断及解决提供经验参考，同时依托故障记录可实现对备品备件储备的基本判断，以确保实现备件储备的经济化及有效化。

1.6 作业管理

结合载人潜水器海上作业内容，运维系统开发了作业管理模块，以实现对载人潜水器海上作业内容的全程记录，并依托运维平台实现对海上作业的日常管理。按照载人潜水器海上形成的完善的作业流程，在运维系统对其实现电子化，进而拓展到以下几个方面：

（1）航次管理对载人潜水器所有航次任务实现规范化管理，以航次为节点，以航次明确的航段为子节点，来实现对海上作业过程时间维度的记录和管理，便于航次任务结束后对航次内的数据、表格等内容进行统计汇总。

（2）岗位管理对海上工作内容进行细致化的岗位分工，确定具体岗位及其工作职责，依托运维系统实现人员岗位安排，实现岗位固定、人员轮换的岗位管理特点。

（3）作业过程管理依据载人潜水器海上作业形成的既定作业表格，对其实现无纸化，形成电子化的记录变革，便于整体掌握作业过程，同时可实现对作业过程，如潜水器下潜时间、深度、人员等关键数据的提取及汇总，便于后期的分析成表［5］。

“蛟龙号”载人潜水器大修及技术升级后，已使用运维系统实现对海上作业过程的电子化记录，并对往期的关键作业数据进行系统存档，形成相应记录表格，表2为运维系统形成的部分蛟龙海上作业数据。

表2 “蛟龙号”下潜统计Tab.2 Diving statistics of“Jiaolong”

2 运维系统拓展展望

载人潜水器运维系统现已实现对维护保障、海上作业、设备及备品备件管理等方面的实际应用，对实现潜水器高效、规范化的运维保障管理具有很大的现实意义。但是，随着计算机技术的发展与应用，尤其是智能化技术的发展，载人潜水器运维系统依旧存在较大的拓展空间。

2.1 实现对载人潜水器全寿命的自动管理

可以依托载人潜水器运维系统，实现对潜水器全寿命的自动管理，在确定具体零部件的维护周期、使用寿命、实际运行状态等数据资料后，运维系统可以通过比对分析的形式，定期形成维护保障清单，提示风险存在点及需开展的维护保障工作，结合保障人员的实际判断，可实现对载人潜水器全寿命的装备管理。

2.2 实现故障自动分析与定位

随着运维系统的长时间使用，在积累大量故障信息后，面对具体载人潜水器故障现象，可对其进行自动分析，获取可能存在的故障，并提出维护保障建议。同时，结合大数据分析，可实现对部分故障的有效预警，是运维系统智能化发展的一大方向［6］。

2.3 实现应用场景的多样化

载人潜水器与诸多无人水下装备具有一定的相似性和互通性，载人潜水器运维系统可有效使用在其他水下运载装备上，进而拓展为水下运载装备运维系统，实现更大程度的装备融合管理。

3 结 语

载人潜水器运维系统的成功应用，解决了大型水下运载装备智能化管理“从无到有”的问题，随着载人潜水器新技术、新材料的发展，以及人们与日俱增的探索海洋深处奥秘的渴望，深海载人潜水器将与各种深海装备相互配合、联合作业［7］，而实现对多种深海大型装备有效、智能化管理的运维系统，将在装备应用中发挥越来越重要的作用。