声呐装备舰员级维修辅助支持系统设计

夏志军，杜选民，康春玉，张忆

(1.海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018；2.水声对抗技术国防科技重点实验室，上海 201108)

0 引言

声呐装备可为舰艇水下预警探测、目标识别、通信导航、武器控制等提供信息保障，成为提高舰艇水下作战能力的重要抓手。随着声呐装备数量的增加以及技术日益复杂，使得舰员级声呐装备维修保障的工作强度和难度也不断增加。声呐装备作为复杂水声电子设备，其工作环境恶劣、使用频度高，容易出现故障，并且声呐装备的技术维护保障具有其特殊性，维修保障比较困难。而现有声呐装备维修指导信息繁多、人员水平参差不齐、技术手段严重缺乏，造成声呐维修机构及其人员的技术保障能力得不到充分发挥，能力弱化[1]。舰员级维修保障在未来海上作战中发挥着最直接、最快捷、最具实际意义的作用。自修就是自救，自修是增强战斗力的有效途径，平时能自修，战时就能自救[2]。开展舰员级声呐装备维修辅助支持技术研究，提出适合声呐装备舰员级维修的技术与方法，建立维修辅助支持系统，对提高声呐装备的技术保障能力，发挥装备效能，提升舰艇综合作战能力具有重要意义。

1 功能需求

声呐舰员级维修辅助支持系统旨在为舰员级维修人员提供声呐装备组成、工作原理及维修知识的在线学习与考试，典型故障现象分析、故障定位与故障排除的辅助决策，维修辅助以舰员维修人员能够进行现场处理，排除装备故障，提高自修自救能力为主要目的，系统应该解决以下主要问题：

1）建立友好的、交互式的人机界面；

2）建立完备的装备技术资料，便于舰员进行在线学习与考核[3]；

3）建立丰富的故障知识库，并能实现系统运行期间知识库的更新[4]；

4）建立高效的推理机制，以及透明的推理解释与知识获取系统；

5）能够有效地管理历史故障信息，以满足专家或技术人员分析研究的需要；

6）满足安全性需求，具有用户使用权限管理机制和故障恢复机制。

为此，维修支持系统应包括以下基本功能：

1）系统管理

在系统运行时，应有完善的安全机制来保证它的执行，采用基于角色的安全控制方法，用户只能通过身份、权限验证才能使用与自己权限相对应的功能，系统管理员分配用户权限赋予其相应的角色，添加修改用户基本信息[5]。

2）系统数据管理

为了保证数据的安全性，定期对数据库中的数据进行备份，在数据库发生故障时，利用备份的数据对数据库进行恢复。

3）数据库管理

包括对数据库中相关数据的添加和修改。设置不同用户权限管理，只有管理员才能对数据库中的数据进行审核等操作，确保数据的准确性。基本数据库包括设备知识数据库、设备故障数据库、故障维修数据库、用户数据库等。

4）在线学习与考试

为维修人员提供声呐装备组成、原理、战技参数等信息资源，包括电子文档、视频、图像、音频、二维/三维动画等，可进行维修基本技能与方法的在线学习与相关考核。

5）故障检测

通过声呐装备故障谱和相关检测模型，进行声呐装备典型故障原因分析，快速定位故障部位。

6）故障维修

提出声呐装备维修与保养的决策建议，可指导或辅助舰员进行相应的维修保养操作。

2 维修辅助支持系统设计

2.1 系统架构

声呐装备舰员级维修辅助系统技术架构如图1 所示。

图1 声呐装备舰员级维修辅助系统技术架构Fig.1 Technical architecture of crew level maintenance assistant support system of sonar equipment

系统技术构架主要由三部分构成，分别是界面应用、数据库管理、文件管理。其中，界面应用包括用户管理、在线学习、维修考试、故障检测、故障维修、数据补充、数据审核等[6–7]。数据库管理包括用户信息数据、维修考试数据、故障检测数据、故障维修数据等。文件管理包括技术文档、数据库文件，技术文档指与装备相关的各种文档资料，文本、视频、音频等。

2.2 功能模块

维修辅助支持系统功能模块如图2 所示。

图2 声呐装备舰员级维修辅助支持系统功能模块Fig.2 Functional module of crew level maintenance assistant support system of sonar equipment

1）用户管理模块

“管理员”权限用户可增加和管理普通权限用户，还可对用户信息进行修改。

2）学习模块

用户可查看声呐设备组成、工作原理以及相关维修知识。如干端、湿端、设备相关图片资源、设备相关视频；声呐设备及其维修的相关文档学习资料，技术说明书、教材、课件等。

3）考试模块

根据题库中的题目随机或以指定形式出题。用户可根据用户名，时间等查询本次或者历史考试成绩。

4）故障检测模块

用户可查看声呐资料库中设备的故障谱图，包括故障现象、故障原因、排除方法。能够根据典型故障现象，通过建模与推理分析，明确故障原因，快速可能定位故障部位。当前用户可查看本机录入且补充未经审核的数据。

5）故障维修与保养模块

用户可查看声呐设备故障维修的步骤，以及保养的步骤，维修与保养相关图片、视频资源[8]。当前用户可查看本机录入且补充未经审的核数据。

6）数据补充模块

包括设备检测数据补充和故障维修与保养数据补充。设备检测信息补充：用户可对知识库补充设备故障原因，故障排除以及相关图片、视频资源。故障维修与保养补充：用户可对知识库补充设备故障维修与保养，维修与保养步骤以及相关图片、视频资源。为保证数据信息的准确性，“普通”用户补充的数据需要“管理员”用户进行审核，合格后方可导入相应数据库。

7）数据库管理模块

完成连接数据库，关闭数据，数据库数据读取、数据删除、数据增加、数据修改等功能[9]。

2.3 物理结构

系统物理结构如图3 所示。该系统可存在多个管理者用户和若干普通用户，满足多舰员同时使用及数据管理的需要[10]，普通用户主要适用于舰艇上从事装备使用和技术保障的声呐装备相关职手，管理员主要适用于声呐装备维修保障相关专家及管理人员。

图3 声呐装备舰员级维修辅助系统物理结构图Fig.3 Physical structure of crew level maintenance assistant support system of sonar equipment

2.4 主要模块输入与输出设计决策

2.4.1 用户管理模块

用户管理模块输入与输出决策如图4 所示。

图4 用户管理模块输入输出决策图Fig.4 Input-output decision of user management module

动作1：用户必须键入管理者类型用户，才可以进入管理者模式主界面；

动作2：进入管理者模式主界面后。用户选择用户管理菜单，进入用户管理主界面；主要有用户信息管理，数据审核管理；

系统提供数据审核功能包括：

1）故障现象数据审核功能；

2）故障原因与排除方法数据审核功能；

3）故障维修与保养数据审核功能；

4）故障维修步骤数据审核功能；

动作3：用户操作将直接写入数据中。

2.4.2 数据补充模块

数据检测补充模块输入与输出决策如图5 所示。

图5 数据补充模块输入输出决策图Fig.5 Input-output decision of data supplement module

动作1：用户必须键入管理者类型用户，才可以进入管理者模式主界面；

动作2：点击数据检测补充，选择或者输入数据类型；点击“添加步骤”，输入操作步骤；点击“添加图片”按键选择图片资源，点击“添加视频”按键选项视频资源；进入故障数据补充界面，列出添加步骤，选择添加检测与维修步骤，选择“修改步骤”，可修改检测或维修步骤，选择“删除步骤”，可确认或放弃删除操作；

动作3：用户操作将直接写入数据中。

2.4.3 数据查看模块

数据查看模块输入与输出决策如图6 所示。

图6 数据查看模块输入输出决策图Fig.6 Input-output decision of data viewing module

动作1：用户必须键入管理者类型用户，才可以进入管理者模式主界面。

动作2：1）点击在线学习，系统界面显示储备学习资料。点击“查看视频”，系统可播放该条目视频资料，点击“查看图片”，系统给出相关图片资源；2）点击故障检测，系统界面显示储备学习资料。点击“查看视频”，系统可播放该条目视频资料，点击“查看图片”，系统给出相关图片资源；3）点击故障维修，系统界面显示储备学习资料。点击“资源查看”，系统可播放和显示该条目视频、图片资料。

动作3：用户操作将直接写入数据中。

3 结语

为有效解决声呐装备维修保障人员能力不足、技术手段缺乏等现实问题，将装备技术资料学习与考试、故障分析与定位、故障维修决策等功能综合集成，设计了舰员级维修辅助支持系统，给出了系统架构、功能模块的详细设计，为改善装备维修保障手段，提高作战与训练中声呐装备的舰员级维修保障能力提供了解决思路。