導語：國外艦船損管技術(shù)發(fā)展情況一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

基本特點

通過對意大利、荷蘭、挪威、英國和美國等國家生命力評估系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀［4-5］的分析，發(fā)現(xiàn)其生命力評估系統(tǒng)的開發(fā)具有以下基本特點：1）重點側(cè)重于易損性的評估，兼顧易感性和修復性的評估；2）評估系統(tǒng)的開發(fā)并非一蹴而就，而是經(jīng)過多年不斷完善才逐步完成；3）針對不同的設計階段使用統(tǒng)一的評估模型，保證各個階段評估結(jié)果的一致性；4）都是交互式計算平臺，用戶可以自定義艦船和威脅武器的相關(guān)屬性；5）大多數(shù)國家對修復性（人員主動損管能力）的評估研究較少，而英國和美國的生命力評估系統(tǒng)已開始對人員的主動損管能力進行仿真。另外，英國海軍和美國海軍在進行計算機仿真評估的同時還非常重視試驗驗證。試驗主要包括兩類：一類是大尺度（全船）的試驗驗證，主要是對結(jié)構(gòu)和功能損傷的仿真進行驗證；另一類是小尺度的試驗驗證，主要是對關(guān)鍵的機理損傷仿真算法和二次損傷仿真算法進行驗證。圖1是英國海軍以“海鷹”導彈對“德文郡”（Devonshire）號驅(qū)逐艦的實船攻擊試驗驗證。

評估系統(tǒng)的主要功能

通過對國外生命力評估系統(tǒng)的綜合分析，發(fā)現(xiàn)其具備的主要功能包括：1）易感性評估。主要體現(xiàn)在：根據(jù)武器制導特性和艦艇信號特征，在三維空間方向上對炸點的可能分布進行較為精確的描述。2）可視化評估，包括船體和設備的可視化、災害環(huán)境的可視化以及評估結(jié)果的可視化等。3）損傷機理和損傷模式仿真，包括彈體侵徹效應、破片損傷效應、沖擊損傷效應、爆破超壓損傷效應、氣泡毀傷效應、火災毀傷效應以及進水毀傷效應等。4）系列生命力指標評估，包括不沉性指標、船體強度指標、機動性指標、作戰(zhàn)任務剖面的完成能力以及人員生命力（人員疏散能力）等。5）對艦員的修復性、主動損管能力進行評估。6）對評估所需的初始條件進行自定義/再開發(fā)，包括攻擊武器屬性的自定義、船體和設備基本布置、配置和性能參數(shù)的自定義、損傷閾值的自定義、系統(tǒng)功能邏輯的自定義以及損傷仿真模型的再開發(fā)等。

評估系統(tǒng)的模塊化設計

意大利海軍的艦艇生命力評估系統(tǒng)也是目前國際上開發(fā)較為成功的一個交互式易損性評估軟件，主要包含4大模塊：船體模塊（對船體外形、艙室布置進行定義）、系統(tǒng)模塊（對系統(tǒng)的功能邏輯進行定義）、損傷模塊（模擬武器損傷和災害蔓延機理）和分析模塊（分析功能損傷概率）。例如，國外某護衛(wèi)艦上易損性評估建模屬性包括船體板2188個、艙室724個、系統(tǒng)151個以及重要設備515個。評估的易損性指標包括機動能力完全喪失概率、沉沒概率、對空作戰(zhàn)任務（AAW）在各損傷等級下的概率、對海作戰(zhàn)任務（ASuW）在各損傷等級下的概率以及反潛作戰(zhàn)任務（ASW）在各損傷等級下的概率等。

改進方向

英國海軍的艦艇生命力評估系統(tǒng)目前主要針對的是艦艇方案設計階段，如何從有限的數(shù)據(jù)中自動生成艦艇及其系統(tǒng)的模型是其評估系統(tǒng)需要改進的一個重點。另外，如何簡化攻擊環(huán)境的設置，以快速地對威脅相關(guān)參數(shù)進行定義，以及對不同設計階段的評估結(jié)果進行一致性分析也是其需要重點解決的問題。據(jù)報道，意大利海軍艦艇生命力評估系統(tǒng)的改進方向包括：1）在損傷模塊中增加火災蔓延模型，以模擬火災的毀傷效應；2）對人員的生命力、彈藥庫爆炸時的大型艦艇生命力進行評估；3）對武器毀傷機理的相關(guān)模型進一步修正。總而言之，生命力評估系統(tǒng)的開發(fā)不僅需要各類精確的數(shù)理模型、計算機圖形顯示技術(shù)，還需要軟件綜合集成技術(shù)的支撐［6］。因此，仿真平臺的開發(fā)將是一項復雜的系統(tǒng)工程。這就要求在功能設計上要統(tǒng)籌安排，在流程設計時要合理規(guī)劃，在軟件開發(fā)時綜合集成，在模型建立時做到理論與試驗相結(jié)合。

智能損管輔助決策及損管監(jiān)控技術(shù)

智能損管輔助決策系統(tǒng)的研發(fā)是損管技術(shù)的一個重要方向。但是，由于損管決策的復雜性，目前仍沒有有效的手段和技術(shù)開發(fā)高智能化水平的輔助決策系統(tǒng)。

損管決策的復雜性分析艦艇的損管決策任務不僅受時間的限制，還受災害的復雜性以及認知的局限性的影響，下面將從上述3個方面對損管決策的復雜性進行分析［7-10］。1）時間的限制。艦艇在受到武器攻擊后，災害蔓延速度非常快。以火災為例，在幾分鐘之內(nèi)就有可能蔓延至相鄰艙室。因此，智能決策系統(tǒng)必須在較短的時間內(nèi)給出較準確的決策方案。2）災害的復雜性。艦艇在受到武器攻擊后，災害模式較多，包括進水、火災、熱煙氣、管路破裂、強度喪失、技術(shù)裝備損傷以及人員傷亡等。因此，損管決策需要考慮災害和損傷的每一個方面，這也是智能損管決策技術(shù)開發(fā)的難點。對于損管決策來說，及時、準確地獲得完整信息至關(guān)重要。一般來說，處于災害發(fā)生最近處的戰(zhàn)位會將災害信息及時報告給決策者，但由于戰(zhàn)場情況復雜多變，并受戰(zhàn)位人員個人因素等的影響，決策者及時、準確地獲得完整的災害信息的可能大大降低。3）認知的局限性。由于災害和損傷的復雜性，使得艦員難以對艦艇當前的安全狀態(tài)和損管方案做出準確評估。以船體為例，需要借助于不沉性和剩余強度計算軟件對其是否會沉沒做出準確評估，艦員僅依靠經(jīng)驗難以做到。

智能損管決策的基本流程損管決策是危機決策的一種形式，現(xiàn)實中的損管決策受時間、任務、環(huán)境和資源等多種復雜因素的影響。通過分析上述決策基本流程，并結(jié)合損管的實際情況，可給出損管決策的基本步驟。第1步：進行災害探測。對于損管決策來說，及時、準確地獲得完整信息至關(guān)重要。探測的災害包括破損進水的位置、火災煙氣的位置以及管路的破損情況等。第2步：進行損傷評估。在災害發(fā)生后，分析處理獲得的信息，對災害和艦艇狀態(tài)，以及災害和艦艇狀態(tài)的發(fā)展趨勢做出正確評估，為決策提供明確的依據(jù)。第3步：損管決策。災害和戰(zhàn)場形勢是瞬息萬變的，損管決策是整個過程中最主要的部分，要求決策者能夠果斷、準確做出決策，利用現(xiàn)有的資源控制或消除災害。艦艇損管輔助決策系統(tǒng)是輔助指揮員完成損害分析、制定損管預案的輔助決策工具。損管輔助決策系統(tǒng)開始于上世紀80年代，最先應用的是抗沉輔助決策系統(tǒng)。它作為損管監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分，與監(jiān)控硬件保留有數(shù)據(jù)接口。特別是隨著計算機技術(shù)的進步，以計算機為基礎、具有信息處理量大、反應時間快、輔助決策能力強等優(yōu)點的現(xiàn)代化損管監(jiān)控系統(tǒng)正日益受到各國海軍的重視，已成為損管監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢［11］。第4步：命令的執(zhí)行。決策做出，并不意味著決策正確和災害能夠被限制或消除，決策者還必須對決策的執(zhí)行進行監(jiān)督跟進，不斷從災害現(xiàn)場獲得實時信息反饋，以完善和修改決策。

發(fā)展趨勢未來的損管是全方位的損管，必將在嚴密的指導下，以較少的、訓練有素的指揮官和損管艦員，在智能化損管系統(tǒng)的引導下，以最有效的方式完成信息收集、損害評估和輔助決策等過程，建立起快速的損管反應能力，將損害所帶來的損失降到最低程度。艦艇損管決策及監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢為：1）加強損管系統(tǒng)的融合和兼顧設計。損管系統(tǒng)的設計應與現(xiàn)行損管體系中的各個機構(gòu)、損管策略很好地協(xié)同，與艦上實際的損管能力兼容。需要在頂層設計中引入系統(tǒng)論、運籌學等方法，設計出更實用的損管系統(tǒng)。2）開發(fā)信息化、智能化程度高的損管監(jiān)控系統(tǒng)。以計算機為基礎，研制模塊化、標準化、通用化的硬件設備。研制冗余度高、可靠性好的損管信息網(wǎng)絡，最大限度地利用硬件資源，使損管信息貫通流暢。以人工智能為核心編制模塊化損管軟件，為損管指揮決策提供充分的信息資源。3）增加嵌入式模擬訓練設計。在系統(tǒng)或設備上裝入或增加能夠使全體人員更加熟練掌握各項技能的硬件和軟件環(huán)節(jié)，通過這種環(huán)節(jié)提供與實際裝備相同操作的訓練。在艦艇實際損管系統(tǒng)中嵌入輔助訓練系統(tǒng)是提高損管效能的有效方式。4）加強系統(tǒng)智能重構(gòu)技術(shù)的研究。自動修復技術(shù)是提高艦艇生命力和安全性的更高層次的需求，為此，需將監(jiān)控系統(tǒng)和人工智能相結(jié)合，加快智能重構(gòu)技術(shù)在艦艇消防管路、重要裝置布置等方面的理論研究和實際運用。5）加強損管輔助決策能力。未來損管系統(tǒng)不僅是一套匯集信息的機械控制系統(tǒng)，而且還是一套損管報告系統(tǒng)和輔助命令決策系統(tǒng)。當某種損傷發(fā)生時，系統(tǒng)能自動喚起相關(guān)備件資料或相應人員情況的數(shù)據(jù)庫，供損管指揮員快速決策。

管網(wǎng)智能重構(gòu)技術(shù)

對于現(xiàn)代艦船來說，消防水管網(wǎng)破損后的有效重構(gòu)是一個極為復雜的問題。當管路網(wǎng)絡拓撲復雜到一定程度時，艦員無法人工判斷重構(gòu)路徑與效能。具備戰(zhàn)損動態(tài)重構(gòu)能力的分布式智能控制技術(shù)是智能化損管的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國海軍研究實驗室于2003年制訂了針對智能型火災抑制系統(tǒng)的測試計劃，該計劃中的一個重要部分就是要對受損消防供水管路的智能修復能力進行測試。有關(guān)智能修復能力測試的具體目標是對基于閥門調(diào)整順序表的受損點隔離方法的可靠性與反應時間進行考核。這里的閥門調(diào)整順序表是依據(jù)特定的觸發(fā)條件建立的隔離閥操作程序表，而特定的觸發(fā)條件包括消防管路的壓力、流量以及壓阻的變化信號。2006年，提出了針對消防供水管路智能修復能力的改進計劃，該計劃指出原有基于閥門調(diào)整順序表的隔離方法存在一定的不足，即閥門調(diào)整順序表的結(jié)構(gòu)并不具有唯一性，這種狀況會造成受損區(qū)隔離與修復措施的不可靠和低效性［12-14］。與消防水管網(wǎng)的智能重構(gòu)類似，美海軍在新型驅(qū)逐艦的設計中對冷卻水系統(tǒng)采用了分布式智能控制組件。在進行的實彈試驗中，分布式智能控制系統(tǒng)表現(xiàn)出了極高的生命力，該產(chǎn)品逐漸應用于美國海軍的新研艦艇。當前，智能重構(gòu)技術(shù)的發(fā)展趨勢是把監(jiān)控系統(tǒng)與人工智能相結(jié)合，加快智能重構(gòu)技術(shù)在艦艇消防管路、電力網(wǎng)絡系統(tǒng)、供油管路及供氣管路重構(gòu)中的應用。

結(jié)語

重點分析了國外海軍在艦艇生命力評估系統(tǒng)、損管輔助決策技術(shù)、損管監(jiān)控技術(shù)以及管網(wǎng)智能重構(gòu)技術(shù)等方面的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，深入剖析了各方面的關(guān)鍵問題，特別是關(guān)鍵模型和關(guān)鍵流程的建模情況，為國內(nèi)相關(guān)領域的研究提供了有價值的參考。然而，由于艦艇生命力與損管技術(shù)是一個多領域的交叉學科，不僅需要借助于仿真建模，還需要試驗的有機配合，因此，實用的生命力與損管技術(shù)依然是未來研究的熱點和難點。

作者：浦金云侯岳陳曉洪單位：海軍工程大學動力工程學院