吳春秋（海軍駐上海江南造船（集團(tuán)）有限公司軍事代表室 上海 201913）

唐慧妍（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所 上海 201108）

艦船監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

吳春秋（海軍駐上海江南造船（集團(tuán)）有限公司軍事代表室 上海 201913）

唐慧妍（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所 上海 201108）

監(jiān)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)；綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)

通過研究國外艦船監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展趨勢，分析了國外船舶監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，結(jié)合我國科技與國防事業(yè)的發(fā)展，提出了推進(jìn)我軍艦船監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的建議。

0 引言

艦船的自動(dòng)化水平是衡量艦船先進(jìn)程度的一個(gè)重要標(biāo)志。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)駕駛、輪機(jī)、電站等內(nèi)容的綜合集成監(jiān)控，將使艦船自動(dòng)化水平達(dá)到一個(gè)新的高度，并己成為當(dāng)今世界上艦船自動(dòng)化方面最前沿的研究課題，而船舶動(dòng)力裝置自動(dòng)化（即機(jī)艙自動(dòng)化）是船舶自動(dòng)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各種領(lǐng)域的成功應(yīng)用，船舶自動(dòng)化系統(tǒng)已由原來的常規(guī)儀表、集中監(jiān)視、分布式系統(tǒng)，發(fā)展到目前流行的現(xiàn)場總線式全分布式系統(tǒng)。船舶監(jiān)控系統(tǒng)已形成了網(wǎng)絡(luò)化。

1 艦船監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢

80年代中期后，國外提出了船舶機(jī)艙分布式總線監(jiān)控系統(tǒng)的概念，即以總線為核心，將所有控制臺(tái)中的微機(jī)連接成網(wǎng)，共享數(shù)據(jù)；各控制臺(tái)之間也可互相通訊，交換信息。

90年代后，網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)成為發(fā)展潮流，全船自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，形成集成自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，即船橋操縱控制系統(tǒng)。代表系統(tǒng)有美國斯佩里公司的ABS船橋系統(tǒng)，其已用于“伯克”級(jí)宙斯盾驅(qū)逐艦及正在設(shè)計(jì)中的登陸攻擊艦LPD-17、“新概念”武庫艦SC-21。此外，還有用于德國“柏林快航”號(hào)的專家系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：組織結(jié)構(gòu)模塊化、模塊單元標(biāo)準(zhǔn)化、全船高度自動(dòng)化和智能化［1］。

隨著技術(shù)的發(fā)展，艦船監(jiān)控系統(tǒng)不斷向大型化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，自動(dòng)化和智能化成為平臺(tái)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸由總線網(wǎng)向以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展，不斷融合最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，管理平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)成為船舶機(jī)艙自動(dòng)化的發(fā)展方向，也是現(xiàn)代新造艦船的主流產(chǎn)品。

嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展提高了艦船的平臺(tái)自動(dòng)化和集成化水平。目前，國外艦船已開始使用集機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警、電站管理、輔機(jī)監(jiān)控、航行自動(dòng)化、損管監(jiān)控等于一體的艦船綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

美國、英國、日本、挪威、荷蘭等先進(jìn)國家都十分重視發(fā)展艦船綜合自動(dòng)化技術(shù)，并且，綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)（IPMS）在國外已經(jīng)有成熟產(chǎn)品供應(yīng)。例如，加拿大的CAE公司與意大利的AVIO公司已將IPMS系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)船，其中，CAE公司的IPMS系統(tǒng)已經(jīng)累積300萬小時(shí)的實(shí)船運(yùn)行時(shí)間，并且在18個(gè)國家的近130條艦船上得到應(yīng)用。ABB也是船舶集成自動(dòng)化潮流的引領(lǐng)者之一，ABB的IPMS系統(tǒng)在多種船型上都有應(yīng)用實(shí)例，如航母、護(hù)衛(wèi)艦、巡邏艇等?？梢灶A(yù)見，未來將會(huì)有越來越多的新建船舶配置艦船綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

圖1 芬蘭ABB公司的IPMS系統(tǒng)

目前國外新造的艦船中普遍要求采用IPMS系統(tǒng)。美國CVN76“里根”號(hào)航空母艦裝載的“綜合通信和先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)”（ICAN）的改進(jìn)型HMR-10系統(tǒng)，就是以“以太網(wǎng)”為基礎(chǔ)，在原有的艦艇監(jiān)控、機(jī)電控制和導(dǎo)航系統(tǒng)等核心系統(tǒng)上，集成了綜合話音部分、計(jì)算機(jī)部分等，使得機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)和艦上信息發(fā)布系統(tǒng)、內(nèi)部通信等綜合為一體，初步實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化綜合管理［2］。

美海軍近期目標(biāo)是完成所有27艘“提康德羅加”級(jí)巡洋艦和57艘“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦的智能艦系統(tǒng)（智能艦計(jì)劃包括七項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：光纖全艦局域網(wǎng)、無線艦內(nèi)通信、燃料控制系統(tǒng)和損管系統(tǒng)、機(jī)艙控制系統(tǒng)、集成艦橋系統(tǒng)、集成狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)）的安裝，計(jì)劃在今后5年內(nèi)每年改裝3~4艘艦艇，直到完成巡洋艦的改裝。通過利用這些技術(shù)，不僅可減少艦員的工作，還可增強(qiáng)艦員的態(tài)勢感知能力。已計(jì)劃在其下一代大型驅(qū)逐艦DDX上采用IPMS系統(tǒng)，其最終目標(biāo)是將艦員減少到125人。此外，英國的45型、法國和意大利聯(lián)合研制的“地平線”級(jí)、德國的F-124型、韓國的KDX-2上都將采用IPMS系統(tǒng)。

2 對(duì)我國艦船監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展啟示

在面臨海軍裝備發(fā)展的新高潮以及“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的歷史機(jī)遇期，基于我國在自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等方面已有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，雖然國內(nèi)尚未有一家船舶設(shè)備廠商能提供船用IPMS產(chǎn)品，但在分布式數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)可靠性、硬軟件開發(fā)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)方面已有了相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具備了發(fā)展新一代艦船機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的能力，可借鑒國外IPMS系統(tǒng)的發(fā)展思路來確定發(fā)展目標(biāo)和實(shí)施途徑。

2.1 推廣全船網(wǎng)絡(luò)化

采用現(xiàn)場級(jí)和監(jiān)控級(jí)二個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場級(jí)可由環(huán)形冗余現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或冗余總線型網(wǎng)絡(luò)組成各現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)子網(wǎng)，用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（CAN、PROFIBUS）將監(jiān)控分站、智能傳感器等設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接，完成采集、監(jiān)測和報(bào)警等功能；監(jiān)控級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可由冗余的光纖工業(yè)以太網(wǎng)、交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)。主干網(wǎng)不僅傳輸控制、監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以傳輸語音和視頻信號(hào)。主干網(wǎng)絡(luò)將各分系統(tǒng)（如推進(jìn)系統(tǒng)、電站系統(tǒng)、實(shí)船在線訓(xùn)練系統(tǒng)等）連接起來，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息優(yōu)化管理控制。

2.2 發(fā)展綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)

綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)是全船網(wǎng)絡(luò)化的升級(jí)系統(tǒng)，其主要包含的分系統(tǒng)如圖2所示。首先以機(jī)電系統(tǒng)為主建立綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)，以推進(jìn)系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、損管監(jiān)控系統(tǒng)、輔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)船在線訓(xùn)練管理系統(tǒng)等組成基本的綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，提出功能要求和性能配置要求，獲得各系統(tǒng)的信息容量、信息流和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度要求、人機(jī)界面要求；其次是設(shè)計(jì)通用的標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)可組態(tài)軟件、現(xiàn)場處理站、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出模塊、標(biāo)準(zhǔn)HMI等；此外，還有仿真訓(xùn)練系統(tǒng)——實(shí)船在線訓(xùn)練系統(tǒng)。

將標(biāo)準(zhǔn)化、系列化硬件如標(biāo)準(zhǔn)操控站、現(xiàn)場處理站、標(biāo)準(zhǔn)I/O模塊連接在太網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)上，應(yīng)用集中式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)可組態(tài)軟件組合機(jī)艙各設(shè)備操控站、處理站，搭建起監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和控制，在此基礎(chǔ)上加載信息管理功能、授權(quán)機(jī)制和實(shí)船訓(xùn)練軟件，組成一個(gè)完整的集成平臺(tái)管理系統(tǒng)。

圖2 綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)組成

2.3 船岸一體化網(wǎng)絡(luò)

船岸一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擬由通訊網(wǎng)絡(luò)、船臺(tái)綜合后勤支持管理系統(tǒng)和陸上調(diào)度控制中心網(wǎng)三部分組成。船岸一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過衛(wèi)星、GPRS（或CDMA）或GMD組合無線通訊網(wǎng)與基地指揮控制中心計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)接口和各艦船局域網(wǎng)組成綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為艦艇的岸基管理級(jí)提供了一個(gè)全方位的無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過構(gòu)建艦岸一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船岸之間的通信。整個(gè)系統(tǒng)不僅是一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行高效、費(fèi)用低廉、安全可靠的衛(wèi)星通信網(wǎng)，同時(shí)也是陸地計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)和船臺(tái)局域網(wǎng)綜合系統(tǒng)。它為全數(shù)字化艦船監(jiān)控的管理級(jí)提供了一個(gè)全方位的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)。

3 結(jié)語

我們通過上述對(duì)艦船綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行的分析，提出了以技術(shù)創(chuàng)新為目標(biāo)、跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)、發(fā)展綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的思路和方向：以機(jī)電系統(tǒng)為主，建立全船網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，逐步將艦船其他子系統(tǒng)擴(kuò)充至綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)中，形成艦岸一體化網(wǎng)絡(luò)，逐步完成我國自主創(chuàng)新的艦船綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的開發(fā)。

［1］林瑛，賈成斌.船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化勢在必行［J］.中國修船，1998（1）：14-15.

［2］林海濤，何如龍，劉波.外軍艦船綜合通信系統(tǒng)技術(shù)分析［J］.中國修船，2006，19（3）：23-33.

［3］張旭，李迪陽，孫建波等.船舶機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005（22）:229～232.

［4］Control Network and Internet（EB/OL）:http://www.echlon.com.

Status in quo and development trend of vessel monitoring system

WU Chun-qiu1TANG Hui-yan2

（1.Naval Military Representative Department of Jiangnan Shipyard（group）Co.，Ltd.，Shanghai201913，China；2.Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute，Shanghai200090，China）

monitoring system；control systems based on network；synthesized platform management system

By discussing the status in quo and development trend of naval ship monitoring system and analyzing the development of automation and network of foreign vessel monitoring system，this paper gives proposal on how to promote the development of domestic warship monitoring system based on the development of our technology and national defense.

U675.7

A

1001-9855（2011）03-0008-03

2011-03-10

吳春秋（1977-），男，漢族，工程師，研究方向：艦船監(jiān)造。

唐慧妍（1978-），女，漢族，工程師，研究方向：艦船監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造。